特許 5829908 車載発電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5829908

(24)【登録日】2015年10月30日

(45)【発行日】2015年12月9日

(54)【発明の名称】車載発電システム

(51)【国際特許分類】

   H02N 11/00 20060101AFI20151119BHJP

   F01P 1/06 20060101ALI20151119BHJP

【ＦＩ】

   H02N11/00 A

   F01P1/06 K

【請求項の数】2

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2011-287894(P2011-287894)

(22)【出願日】2011年12月28日

(65)【公開番号】特開2013-138554(P2013-138554A)

(43)【公開日】2013年7月11日

【審査請求日】2014年12月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002967

【氏名又は名称】ダイハツ工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103517

【弁理士】

【氏名又は名称】岡本 寛之

(74)【代理人】

【識別番号】100149607

【弁理士】

【氏名又は名称】宇田 新一

(72)【発明者】

【氏名】金 允護

(72)【発明者】

【氏名】金 周永

(72)【発明者】

【氏名】芹澤 毅

(72)【発明者】

【氏名】田中 裕久

(72)【発明者】

【氏名】池田 英幸

【審査官】 宮地 将斗

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２５０６７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−２５４０８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１３６５０７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｎ １０／００−１１／００

Ｆ０１Ｐ １／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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、前記排気管の長手方向途中におい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。

【請求項2】

さらに、前記第１デバイスが配置される部分の前記排気管を冷却するための排気管冷却手段を備えることを特徴とする、請求項１に記載の車載発電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【0004】

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。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平１１−３３２２６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

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。

【0007】

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。

【0008】

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、また、より効率的に、焦電素子の加熱および冷却をコントロールすることが要求される。さらには、このような発電システムでは、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。

【0009】

本発明の目的は、容易に素子を配置でき、効率的に素子の加熱および冷却をコントロールできるとともに、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。

【課題を解決するための手段】

【0010】

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、前記排気管の長手方向途中におい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している。

【0011】

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、排気管の長手方向途中におい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。

【0012】

また、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分割されるとともに、その排気管の分割部分に断熱材が介在されるため、排気管が分割可能とされる場合にも、排気管が外部に対して熱的に遮断される。そのため、このような車載発電システムによれば、効率的に第１デバイスの加熱および冷却をコントロールすることができる。

【0013】

さらに、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。

【0014】

また、本発明の車載発電システムは、さらに、前記第１デバイスが配置される部分の前記排気管を冷却するための排気管冷却手段を備えることが好適である。

【0015】

このような車載発電システムでは、排気ガスの排気に伴って、第１デバイスの温度が経時的に上下され、高温状態と低温状態とが周期的に繰り返されるとともに、排気管冷却手段によって排気管が冷却される。そのため、排気管の内部温度、とりわけ、排気ガスの供給が停止されたときの排気管の内部温度を、低下させることができ、第１デバイスの低温状態における温度を、より一層低下させることができる。

【0016】

そのため、このような車載発電システムによれば、第１デバイスに排気ガスが供給されたときの高温状態における温度と、排気ガスの供給が停止されたときの低温状態における温度との温度差を、より大きくすることができ、その結果、発電効率の向上を図ることができる。

【発明の効果】

【0017】

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。

【0018】

また、本発明の車載発電システムによれば、排気管の分割部分において、断熱材が介在されるため、効率的に第１デバイスの加熱および冷却をコントロールすることができ、さらには、断熱材によって、第２デバイスの損傷を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の車載発電システムの一実施形態（第１実施形態）の概略構成図である。

【図2】図１に記載される車載発電システムにおける第１デバイスが配置される部分の要部拡大図である。

【図3】本発明の車載発電システムの他の実施形態（第２実施形態）の概略構成図である。

【図4】本発明の車載発電システムの他の実施形態（第３実施形態）の概略構成図である。

【図5】本発明の車載発電システムの他の実施形態（第４実施形態）の要部拡大図である。

【図6】本発明の車載発電システムの他の実施形態（第５実施形態）の要部拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

１．第１実施形態
図１は、本発明の車載発電システムの一実施形態（第１実施形態）の概略構成図であり、図２は、図１に記載される車載発電システムにおける第１デバイスが配置される部分の要部拡大図である。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

また、エンジン２には、図２に示されるように、各気筒と分岐管１８との接続部分において、エンジン側フランジ２５が形成されている。

【0028】

エンジン側フランジ２５は、分岐管１８が延びる方向と交差する方向、好ましくは、直交する方向（分岐管１８の径方向）に沿って延びる円環状の平板部材であり、複数（４つ）の気筒のそれぞれに対応するように、複数（４つ）設けられている。

【0029】

また、各エンジン側フランジ２５には、厚み方向を貫通する貫通穴３０が、分岐管１８の周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３０にボルトなどの固定部材が挿通可能とされ、固定部材によってエンジン側フランジ２５と収容部フランジ２６（後述）とが締結可能とされ、分岐管１８とエンジン２とが連結可能とされている。

【0030】

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、図１に示されるように、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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

そして、このような分岐管１８（排気管５）の上流側端部には、後述する第１デバイス３が配置されており、図２に示されるように、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）の長手方向途中において、分割可能とされている。

【0034】

より具体的には、分岐管１８は、分岐管１８の周方向にわたって区画される円環状（断面視Ｏ字状）の境界Ｓ１において、その上流側部分に区画され、第１デバイス３を収容可能とする収容部１６と、その下流側部分に区画され、第１デバイス３を収容しない非収容部１７とに分割可能とされている。

【0035】

収容部１６は、複数（４つ）の分岐管１８のそれぞれにおいて、第１デバイス３が配置される部分に対応するように、複数（４つ）形成されている。

【0036】

また、この収容部１６は、その上流側端部および下流側端部の両端部において、収容部フランジ２６を備えている。

【0037】

収容部フランジ２６は、分岐管１８が延びる方向と交差する方向、好ましくは、直交する方向（分岐管１８の径方向）に沿って延びる円環状の平板部材であり、収容部１６の上流側端部および下流側端部における外周表面から、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。

【0038】

また、収容部フランジ２６には、厚み方向を貫通する貫通穴３０が、分岐管１８の周方向に沿って間隔を隔てて複数形成されている。

【0039】

これにより、貫通穴３０にボルトなどの固定部材が挿通可能とされ、固定部材によってエンジン側フランジ２５と上流側の収容部フランジ２６とが締結可能とされ、分岐管１８とエンジン２とが連結可能とされるとともに、固定部材によって下流側の収容部フランジ２６と非収容部フランジ２７（後述）が締結可能とされ、収容部１６と非収容部１７とが連結可能とされている。

【0040】

非収容部１７は、その上流側端部において、非収容部フランジ２７を備えている。

【0041】

非収容部フランジ２７は、分岐管１８が延びる方向と交差する方向、好ましくは、直交する方向（分岐管１８の径方向）に沿って延びる円環状の平板部材であり、非収容部１７の上流側端部において、非収容部１７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。

【0042】

また、非収容部フランジ２７には、その厚み方向を貫通する貫通穴３０が、分岐管１８の周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３０にボルトなどの固定部材が挿通可能とされ、固定部材によって下流側の収容部フランジ２６と非収容部フランジ２７（後述）が締結可能とされ、収容部１６と非収容部１７とが連結可能とされている。

【0043】

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）の長手方向途中におい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。

【0044】

また、このような車載発電システム１では、収容部１６と、非収容部１７またはエンジン２との接続部分などから、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。

【0045】

また、排気管５の分割部分（上記の境界Ｓ１）には、断熱材２８が、第２デバイス４の導線３１（後述）を被覆するように介在される。

【0046】

断熱材２８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。

【0047】

このような車載発電システム１では、第１デバイス３（後述）が配置される部分の排気管５が分割されるとともに、その排気管５の分割部分に断熱材２８が介在されるため、排気管５が分割可能とされる場合にも、排気管５が外部に対して熱的に遮断される。そのため、このような車載発電システム１によれば、効率的に第１デバイス３（後述）の加熱および冷却をコントロールすることができる。

【0048】

さらに、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２８が、第２デバイス４の導線３１（後述）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３１（後述）を断熱材２８によって保護することができ、第２デバイス４の導線３１（後述）の損傷を抑制することができる。

【0049】

なお、このような断熱材２８は、シール部材としても兼用され、断熱材２８によって、収容部１６と非収容部１７との接合部がシールされる。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

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。

【0065】

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。

【0066】

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。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

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）などを用いることができる。

【0072】

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。

【0073】

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。

【0074】

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。

【0075】

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。

【0076】

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。

【0077】

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。

【0078】

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。

【0079】

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。

【0080】

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３１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。

【0081】

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２９によって被覆されている。

【0082】

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２９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。

【0083】

衝撃吸収材２９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。

【0084】

そして、第２デバイス４が、このような衝撃吸収材２９に挿通され、衝撃吸収材２９の中を通過するとともに、分岐管１８の外側に取り出し可能とされている。

【0085】

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２９によって被覆されるため、第２デバイス４を衝撃吸収材２９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。

【0086】

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。

【0087】

また、このような車載発電システム１は、さらに、第１デバイス３が配置される排気管５を冷却するための排気管冷却手段としての冷却フィン６および前面開口部７（走行風導入手段）とを備えている。

【0088】

冷却フィン６は、分岐管１８における収容部１６（排気管５）を冷却するための放熱部材であって、収容部１６の外周表面から径方向に沿って放射状に突出するように複数（８つ）設けられている。

【0089】

複数の冷却フィン６は、収容部１６の軸線方向において、第１デバイス３が配置される部分にわたって延びるように設けられており、収容部１６の周方向に沿って互いに間隔を隔てるように、互いに等間隔に配置されている。

【0090】

なお、各冷却フィン６が延びる方向は、走行風（後述）が流れる方向にも沿っている。

【0091】

前面開口部７は、自動車１１の走行時に生じる走行風（自動車１１の進行方向と対向する方向に向かって生じる空気流。図１矢印参照。）を、排気管５に導入するために、自動車１１の前面パネルを貫通するように設けられている。

【0092】

具体的には、前面開口部７は、分岐管１８と前後方向に対向する自動車１１の前面パネルにおいて、開口されることにより形成されており、走行風を収容部１６に向かって案内するための複数の風向板２４が、その開口内において、上下方向に間隔を隔てて設けられている。

【0093】

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。

【0094】

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（ＮＯ_ｘ）、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。

【0095】

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。

【0096】

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。

【0097】

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。

【0098】

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、まず、第１デバイス３、第２デバイス４および衝撃吸収材２９を、予め、収容部１６に収容する。このとき、第２デバイス４は、衝撃吸収材２９内を通過し、衝撃吸収材２９によって被覆されるように、配置される。

【0099】

次いで、下流側の収容部フランジ２６と非収容部フランジ２７とを、ボルトなどの固定部材により締結することによって、収容部１６と非収容部１７とを連結する。これにより、分岐管１８を形成するとともに、その分岐管１８内に、第１デバイス３を配置する。

【0100】

その後、上流側の収容部フランジ２６とエンジン側フランジ２５とを、ボルトなどの固定部材により締結し、その接続部分から、第２デバイス４の導線３１を断熱材２８により被覆するとともに取り出し、エンジン２と分岐管１８とを接続する。なお、これとともに、分岐管１８の下流側端部を、集気管１９に接続する。

【0101】

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。

【0102】

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。

【0103】

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。

【0104】

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。

【0105】

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。

【0106】

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。

【0107】

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。

【0108】

そして、この車載発電システム１では、自動車１１の走行時には、走行風が前面開口部７によって自動車１１内に導入され、風向板２４によって案内されて、排気管５、詳しくは、分岐管１８における収容部１６の冷却フィン６が設けられる部分に導入される。

【0109】

これにより、冷却フィン６が走行風に曝され、冷却フィン６によって分岐管１８における収容部１６が冷却される。その結果、収容部１６の内部温度が低下され、第１デバイス３の温度が低下される。

【0110】

なお、このとき、収容部１６の内部温度および第１デバイス３の温度は、高温状態における温度と、低温状態における温度との両方が低下されるが、排気ガスが導入され、加熱されるとき（すなわち、高温状態）に比べ、排気ガスの導入が停止され、冷却されるとき（すなわち、低温状態）の方が、収容部１６の内部温度および第１デバイス３の温度は、より効率的に低下される。

【0111】

そのため、このような車載発電システム１では、第１デバイス３の高温状態における温度と、低温状態における温度との温度差を、大きくすることができる。

【0112】

具体的には、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、２００〜４００℃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、５０〜５００℃である。

【0113】

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。

【0114】

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。

【0115】

そして、このような車載発電システム１によれば、上記したように、収容部１６の内部温度、とりわけ、排気ガスの供給が停止されたときの収容部１６の内部温度を低下させることができ、その結果、第１デバイス３の低温状態における温度を、より一層低下させることができる。

【0116】

そのため、この車載発電システム１によれば、第１デバイス３に排気ガスが供給されたときの高温状態における温度と、排気ガスの供給が停止されたときの低温状態における温度との温度差を、より大きくすることができ、その結果、発電効率の向上を図ることができる。

【0117】

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。

【0118】

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。

【0119】

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）の長手方向途中におい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。

【0120】

すなわち、このような車載発電システム１では、分岐管１８を、収容部１６と非収容部１７とに分割できるので、予め、収容部１６に第１デバイス３を収容しておくことができ、その結果、収容部１６と非収容部１７とを連結させることにより、第１デバイス３を容易に分岐管１８内に配置することができる。

【0121】

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。

【0122】

また、このような車載発電システム１によれば、排気管５の分割部分において、断熱材２８が介在されるため、効率的に第１デバイス３の加熱および冷却をコントロールすることができ、さらには、断熱材２８によって、第２デバイス４の導線３１の損傷を抑制することができる。
３．第２実施形態
図３は、本発明の車載発電システムの他の実施形態（第２実施形態）の概略構成図である。なお、以降の各図面において、上記した各部に対応する部材については、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0123】

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、例えば、後方排気型のエンジンを用いることもできる。

【0124】

以下において、エンジン２として後方排気型のエンジンが用いられる実施形態（第２実施形態）について、図３を参照して説明する。

【0125】

図３において、エンジン２の各気筒の後側（車両前後方向における後側。以下同様。）には、排気管５（詳しくは、分岐管１８における収容部１６）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の後方から排気管５に排出可能とする後方排気型のエンジンが、採用されている。

【0126】

また、この車載発電システム１は、走行風導入手段として、上記した前面開口部７と、走行風導入管２０とを備えている。

【0127】

走行風導入管２０は、前面開口部７により自動車１１内に導入された走行風を、排気管５、詳しくは、分岐管１８の冷却フィン６が設けられる部分に導入するために設けられている。具体的には、走行風導入管２０は、その上流側端部が、前面開口部７と前後方向に対向配置され、前面開口部７に向かうように開口されるとともに、エンジン２を迂回してその後側に引き回されている。また、走行風導入管２０の下流側端部は、排気管５、詳しくは、分岐管１８における収容部１６の冷却フィン６と上下方向に対向配置され、収容部１６の冷却フィン６が設けられる部分に向かうように、開口されている。

【0128】

この車載発電システム１では、自動車１１の走行時には、走行風が前面開口部７によって自動車１１内に導入された後、走行風導入管２０によって案内され、排気管５、詳しくは、分岐管１８における収容部１６の冷却フィン６が設けられる部分に導入される。

【0129】

これにより、冷却フィン６が走行風に曝され、冷却フィン６によって収容部１６が冷却される。その結果、収容部１６の内部温度が低下され、第１デバイス３の温度が低下される。

【0130】

このような車載発電システム１によっても、上記と同様、収容部１６の内部温度、とりわけ、排気ガスの供給が停止されたときの収容部１６の内部温度を低下させることができ、その結果、第１デバイス３の低温状態における温度を、より一層低下させることができる。

【0131】

そのため、この車載発電システム１によれば、第１デバイス３に排気ガスが供給されたときの高温状態における温度と、排気ガスの供給が停止されたときの低温状態における温度との温度差を、より大きくすることができ、その結果、発電効率の向上を図ることができる。
４．第３実施形態
図４は、本発明の車載発電システムの他の実施形態（第３実施形態）の概略構成図である。

【0132】

上記した説明では、排気管冷却手段として、冷却フィン６を用い、走行風を導入することにより、排気管５を冷却したが、排気管冷却手段としては、これに限定されず、例えば、冷却水導入管２３を用いることもできる。

【0133】

以下において、排気管冷却手段として冷却水導入管２３が用いられる実施形態（第３実施形態）について、図４を参照して説明する。

【0134】

図４において、自動車１１は、ラジエータ２１を備えている。

【0135】

ラジエータ２１は、エンジン２を冷却するために設けられる装置であって、冷却水貯留槽２２と、複数（２つ）のラジエータホース（図示せず）とを備えている。

【0136】

冷却水貯留槽２２は、冷却水を貯留するタンクであって、自動車１１の前方において、前面開口部７の後側に対向配置されている。これにより、冷却水貯留槽２２は、前面開口部７から導入される走行風に曝露可能とされており、水を冷却可能としている。

【0137】

複数（２つ）のラジエータホース（図示せず）は、一方側端部が冷却水貯留槽２２に接続されるとともに、他方側端部がエンジン２（詳しくは、図示しないウォータージャケット）に接続されている。これらラジエータホース（図示せず）は、一方の管（以下、往路管）によって、冷却水を冷却水貯留槽２２からエンジン２に供給可能とし、エンジン２を冷却可能としており、また、他方の管（以下、復路管）によって、エンジン２で加熱された冷却水を、冷却水貯留槽２２に還流可能としている。

【0138】

そして、図４において、車載発電システム１は、排気管冷却手段として、冷却水導入管２３を備えている。

【0139】

冷却水導入管２３は、一方側端部が、ラジエータホースの往路管（図示せず）の流れ方向途中に接続されるとともに、他方側端部が、ラジエータホースの復路管（図示せず）の流れ方向途中に接続されている。これにより、冷却水貯留槽２２から往路管（図示せず）に供給される冷却水の一部が、往路管（図示せず）から分岐して冷却水導入管２３に導入可能とされ、冷却水導入管２３を通過した後、復路管（図示せず）に還流可能とされている。

【0140】

また、冷却水導入管２３は、排気管５、詳しくは、分岐管１８の第１デバイス３が配置される部分（収容部１６）に巻きつけられるように設けられている。これにより、冷却水は、収容部１６の外周面を通過可能とされている。

【0141】

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が駆動されるとともに、ラジエータ２１によって冷却水がラジエータホースの往路管（図示せず）に供給される。

【0142】

往路管（図示せず）に供給された冷却水は、冷却水導入管２３に供給され、収容部１６の外周面において、冷却水導入管２３内を通過する。これにより、冷却水は、収容部１６を冷却させる。その後、冷却水は、ラジエータホースの復路管（図示せず）に還流され、冷却水貯留槽２２に輸送される。

【0143】

このような車載発電システム１によっても、上記と同様、収容部１６の内部温度、とりわけ、排気ガスの供給が停止されたときの収容部１６の内部温度を低下させることができ、その結果、第１デバイス３の低温状態における温度を、より一層低下させることができる。

【0144】

そのため、この車載発電システム１によれば、第１デバイス３に排気ガスが供給されたときの高温状態における温度と、排気ガスの供給が停止されたときの低温状態における温度との温度差を、より大きくすることができ、その結果、発電効率の向上を図ることができる。
５．第４実施形態および第５実施形態
図５は、本発明の車載発電システムの他の実施形態（第４実施形態）の要部拡大図であり、図６は、本発明の車載発電システムの他の実施形態（第５実施形態）の要部拡大図である。

【0145】

上記した説明では、分岐管１８の上流側端部を収容部１６とし、収容部１６より下流側を非収容部１７として、それらを分割および連結可能としたが、収容部１６の位置は上記に限定されず、例えば、図５に示すように、分岐管１８の中流部分（途中部分）を収容部１６とするとともに、その他の部分（上流側端部および下流側端部）を非収容部１７とすることもでき（第４実施形態）、さらには、図６に示すように、分岐管１８の下流側端部を収容部１６とするとともに、その他の部分（収容部１６より上流側）を非収容部１７とすることもできる（第５実施形態）。

【0146】

なお、このような場合には、収容部１６と非収容部１７とが分割および連結可能とされるように、分岐管１８の適宜の箇所に、収容部フランジ２６および非収容部フランジ２７が設けられる。

【0147】

また、上記した説明では、エンジン側フランジ２５、収容部フランジ２６および非収容部フランジ２７を、分岐管１８が延びる方向と直交する方向（分岐管１８の径方向）に沿って延びるように形成したが、これらは、分岐管１８が延びる方向と交差する方向に沿って延びるように形成されていれば、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。

【0148】

さらに、上記した説明では、複数（４つ）の分岐管１８をそれぞれ別体として形成したが、分岐管１８の形態はこれに限定されず、詳しくは図示しないが、例えば、単数（１つ）の管の内部に内壁を設け、その内部を複数（４つ）に分岐させることにより、複数（４つ）の分岐管１８をまとめて形成することもできる。このような場合には、収容部１６も、内部が複数（４つ）に分岐された単数（１つ）の管として形成される。

【符号の説明】

【0149】

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
２８ 断熱材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】