特許 6754382 熱電発電装置

(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】6754382

(24)【登録日】2020年8月25日

(45)【発行日】2020年9月9日

(54)【発明の名称】熱電発電装置

(51)【国際特許分類】

   H02N 11/00 20060101AFI20200831BHJP

   H01L 35/28 20060101ALI20200831BHJP

   H01L 35/32 20060101ALI20200831BHJP

【ＦＩ】

   H02N11/00 A

   H01L35/28 C

   H01L35/32 A

【請求項の数】8

【全頁数】46

(21)【出願番号】特願2018-9765(P2018-9765)

(22)【出願日】2018年1月24日

(65)【公開番号】特開2019-129598(P2019-129598A)

(43)【公開日】2019年8月1日

【審査請求日】2019年9月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】390010227

【氏名又は名称】株式会社三五

(74)【代理人】

【識別番号】110000213

【氏名又は名称】特許業務法人プロスペック特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】加藤 孝司

(72)【発明者】

【氏名】角田 壮志

【審査官】 島倉 理

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１８８２７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｎ １１／００

Ｈ０１Ｌ ３５／２８

Ｈ０１Ｌ ３５／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高温熱源と低温熱源との間の温度差である熱源温度差により発電する熱電変換素子を含む熱電発電モジュールと、
前記熱電発電モジュールから出力される電流の大きさである出力電流値及び／又は電圧の大きさである出力電圧値を変化させる出力調整装置と、
前記出力調整装置を制御して前記出力電流値及び／又は前記出力電圧値を制御する制御部と、
を備える熱電発電装置であって、
前記高温熱源、前記低温熱源、及び前記熱電発電モジュールの何れかに含まれる少なくとも１つの箇所である測温点の温度である測温点温度を検出する温度検出装置を更に備え、
前記制御部は、少なくとも前記測温点温度に基づいて前記熱電変換素子の前記高温熱源側の界面である高温側界面の温度である高温側界面温度が所定の上限温度よりも高いと判断された場合に前記出力調整装置を制御して前記出力電流値を増大させるか又は前記出力電圧値を減少させるように構成されており、
前記温度検出装置は、前記熱電発電モジュールを経由して前記高温熱源から前記低温熱源へと移動する熱量の流れ方向である熱流方向において所定の間隔だけ離れて位置する２つの前記測温点である第１測温点及び第２測温点の温度である第１測温点温度及び第２測温点温度をそれぞれ検出するように構成されており、
前記制御部は、
前記第１測温点温度と前記第２測温点温度との差、前記熱流方向における前記第１測温点と前記第２測温点との間の領域の熱伝導率及び熱通過面積、並びに前記熱流方向における前記第１測温点と前記第２測温点との距離に基づいて、前記熱電発電モジュールを経由して前記高温熱源から前記低温熱源へと移動する熱量の大きさである貫通熱量を特定し、
前記第１測温点温度及び／又は前記第２測温点温度、前記熱流方向における前記第１測温点及び／又は前記第２測温点と前記高温側界面との間の領域の熱伝導率及び熱通過面積、前記貫通熱量、並びに前記熱流方向における前記第１測温点及び／又は前記第２測温点と前記高温側界面との距離に基づいて、前記高温側界面温度を特定し、
前記高温側界面温度が前記上限温度よりも高いか否かを判断する、
ように構成されている、
熱電発電装置。

【請求項2】

高温熱源と低温熱源との間の温度差である熱源温度差により発電する熱電変換素子を含む熱電発電モジュールと、
前記熱電発電モジュールから出力される電流の大きさである出力電流値及び／又は電圧の大きさである出力電圧値を変化させる出力調整装置と、
前記出力調整装置を制御して前記出力電流値及び／又は前記出力電圧値を制御する制御部と、
を備える熱電発電装置であって、
前記高温熱源、前記低温熱源、及び前記熱電発電モジュールの何れかに含まれる少なくとも１つの箇所である測温点の温度である測温点温度を検出する温度検出装置を更に備え、
前記制御部は、少なくとも前記測温点温度に基づいて前記熱電変換素子の前記高温熱源側の界面である高温側界面の温度である高温側界面温度が所定の上限温度よりも高いと判断された場合に前記出力調整装置を制御して前記出力電流値を増大させるか又は前記出力電圧値を減少させるように構成されており、
前記低温熱源に含まれる少なくとも１つの箇所である低温側測温点の温度である低温側測温点温度が一定の温度に維持されており、
前記制御部は、
前記測温点温度と前記低温側測温点温度との差、前記熱電発電モジュールを経由して前記高温熱源から前記低温熱源へと移動する熱量の流れ方向である熱流方向における前記測温点と前記低温側測温点との間の領域の熱伝導率及び熱通過面積、並びに前記熱流方向における前記測温点と前記低温側測温点との距離に基づいて、前記熱電発電モジュールを経由して前記高温熱源から前記低温熱源へと移動する熱量の大きさである貫通熱量を特定し、
前記測温点温度、前記熱流方向における前記測温点及び／又は前記低温側測温点と前記高温側界面との間の領域の熱伝導率及び熱通過面積、前記貫通熱量、並びに前記熱流方向における前記測温点及び／又は前記低温側測温点と前記高温側界面との距離に基づいて、前記高温側界面温度を特定し、
前記高温側界面温度が前記上限温度よりも高いか否かを判断する、
ように構成されている、
熱電発電装置。

【請求項3】

高温熱源と低温熱源との間の温度差である熱源温度差により発電する熱電変換素子を含む熱電発電モジュールと、
前記熱電発電モジュールから出力される電流の大きさである出力電流値及び／又は電圧の大きさである出力電圧値を変化させる出力調整装置と、
前記出力調整装置を制御して前記出力電流値及び／又は前記出力電圧値を制御する制御部と、
を備える熱電発電装置であって、
前記高温熱源、前記低温熱源、及び前記熱電発電モジュールの何れかに含まれる少なくとも１つの箇所である測温点の温度である測温点温度を検出する温度検出装置を更に備え、
前記制御部は、少なくとも前記測温点温度に基づいて前記熱電変換素子の前記高温熱源側の界面である高温側界面の温度である高温側界面温度が所定の上限温度よりも高いと判断された場合に前記出力調整装置を制御して前記出力電流値を増大させるか又は前記出力電圧値を減少させるように構成されており、
前記熱電発電モジュールから出力される電力の大きさである出力電力値と、前記熱電発電モジュールから出力される電流の大きさである出力電流値及び／又は電圧の大きさである出力電圧値と、からなる複数の検出値の組である出力関連値を検出する出力検出装置を更に備え、
前記制御部は、
前記熱源温度差と前記出力関連値との関係を表すデータである第１特性データを予め格納しており、
前記出力検出装置によって検出された前記出力関連値から前記第１特性データに基づいて特定される前記熱源温度差、前記熱源温度差が生じている領域の熱伝導率及び熱通過面積、並びに前記熱電発電モジュールを経由して前記高温熱源から前記低温熱源へと移動する熱量の流れ方向である熱流方向における前記熱源温度差が生じている領域の長さに基づいて、前記貫通熱量を特定し、
前記測温点温度、前記熱流方向における前記測温点と前記高温側界面との間の領域の熱伝導率及び熱通過面積、前記貫通熱量、並びに前記熱流方向における前記測温点と前記高温側界面との距離に基づいて、前記高温側界面温度を特定し、
前記高温側界面温度が前記上限温度よりも高いか否かを判断する、
ように構成されている、
熱電発電装置。

【請求項4】

高温熱源と低温熱源との間の温度差である熱源温度差により発電する熱電変換素子を含む熱電発電モジュールと、
前記熱電発電モジュールから出力される電流の大きさである出力電流値及び／又は電圧の大きさである出力電圧値を変化させる出力調整装置と、
前記出力調整装置を制御して前記出力電流値及び／又は前記出力電圧値を制御する制御部と、
を備える熱電発電装置であって、
前記高温熱源、前記低温熱源、及び前記熱電発電モジュールの何れかに含まれる少なくとも１つの箇所である測温点の温度である測温点温度を検出する温度検出装置を更に備え、
前記制御部は、少なくとも前記測温点温度に基づいて前記熱電変換素子の前記高温熱源側の界面である高温側界面の温度である高温側界面温度が所定の上限温度よりも高いと判断された場合に前記出力調整装置を制御して前記出力電流値を増大させるか又は前記出力電圧値を減少させるように構成されており、
前記熱電発電モジュールから出力される電力の大きさである出力電力値と、前記熱電発電モジュールから出力される電流の大きさである出力電流値及び／又は電圧の大きさである出力電圧値と、からなる複数の検出値の組である出力関連値を検出する出力検出装置を更に備え、
前記制御部は、
前記熱源温度差と前記出力関連値との関係を表すデータである第１特性データを予め格納しており、
前記出力検出装置によって検出された前記出力関連値から前記第１特性データに基づいて特定される前記熱源温度差、前記熱源温度差が生じている領域の熱伝導率及び熱通過面積、並びに前記熱電発電モジュールを経由して前記高温熱源から前記低温熱源へと移動する熱量の流れ方向である熱流方向における前記熱源温度差が生じている領域の長さに基づいて、前記貫通熱量を特定し、
前記高温側界面温度が前記上限温度に等しい場合における前記測温点温度と前記高温側界面温度との差、前記熱流方向における前記測温点と前記高温側界面との間の領域の熱伝導率及び熱通過面積、並びに前記熱流方向における前記測温点と前記高温側界面との距離に基づいて、前記高温側界面温度が前記上限温度に等しい場合において前記測温点から前記高温側界面へと移動する熱量の大きさである上限貫通熱量を特定し、
前記測温点が前記高温側界面よりも前記高温熱源に近い場合は前記貫通熱量が前記上限貫通熱量よりも小さいときに前記高温側界面温度が前記上限温度よりも高いと判断し、前記測温点が前記高温側界面よりも前記低温熱源に近い場合は前記貫通熱量が前記上限貫通熱量よりも大きいときに前記高温側界面温度が前記上限温度よりも高いと判断する、
ように構成されている、
熱電発電装置。

【請求項5】

高温熱源と低温熱源との間の温度差である熱源温度差により発電する熱電変換素子を含む熱電発電モジュールと、
前記熱電発電モジュールから出力される電流の大きさである出力電流値及び／又は電圧の大きさである出力電圧値を変化させる出力調整装置と、
前記出力調整装置を制御して前記出力電流値及び／又は前記出力電圧値を制御する制御部と、
を備える熱電発電装置であって、
前記高温熱源、前記低温熱源、及び前記熱電発電モジュールの何れかに含まれる少なくとも１つの箇所である測温点の温度である測温点温度を検出する温度検出装置を更に備え、
前記制御部は、少なくとも前記測温点温度に基づいて前記熱電変換素子の前記高温熱源側の界面である高温側界面の温度である高温側界面温度が所定の上限温度よりも高いと判断された場合に前記出力調整装置を制御して前記出力電流値を増大させるか又は前記出力電圧値を減少させるように構成されており、
前記低温熱源に含まれる少なくとも１つの箇所である低温側測温点の温度である低温側測温点温度が一定の温度に維持されており、
前記熱電発電モジュールから出力される電力の大きさである出力電力値と、前記熱電発電モジュールから出力される電流の大きさである出力電流値及び／又は電圧の大きさである出力電圧値と、からなる複数の検出値の組である出力関連値を検出する出力検出装置を更に備え、
前記制御部は、
前記熱源温度差と前記出力関連値との関係を表すデータである第１特性データを予め格納しており、
前記出力検出装置によって検出された前記出力関連値から前記第１特性データに基づいて前記熱源温度差を特定し、
前記高温側界面温度が前記上限温度に等しい場合における前記測温点温度と前記高温側界面温度との差、前記熱電発電モジュールを経由して前記高温熱源から前記低温熱源へと移動する熱量の流れ方向である熱流方向における前記測温点と前記高温側界面との間の領域の熱伝導率及び熱通過面積、並びに前記熱流方向における前記測温点と前記高温側界面との距離に基づいて、前記高温側界面温度が前記上限温度に等しい場合において前記測温点から前記高温側界面へと移動する熱量の大きさである上限貫通熱量を特定し、
前記上限貫通熱量、前記熱源温度差が生じている領域の熱伝導率及び熱通過面積、並びに前記熱源温度差が生じている領域の前記熱流方向における長さに基づいて、前記高温側界面温度が前記上限温度に等しい場合における前記高温熱源と前記低温熱源との間の温度差である上限熱源温度差を特定し、
前記熱源温度差が前記上限熱源温度差よりも大きい場合、前記高温側界面温度が前記上限温度よりも高いと判断する、
ように構成されている、
熱電発電装置。

【請求項6】

高温熱源と低温熱源との間の温度差である熱源温度差により発電する熱電変換素子を含む熱電発電モジュールと、
前記熱電発電モジュールから出力される電流の大きさである出力電流値及び／又は電圧の大きさである出力電圧値を変化させる出力調整装置と、
前記出力調整装置を制御して前記出力電流値及び／又は前記出力電圧値を制御する制御部と、
を備える熱電発電装置であって、
前記高温熱源、前記低温熱源、及び前記熱電発電モジュールの何れかに含まれる少なくとも１つの箇所である測温点の温度である測温点温度を検出する温度検出装置を更に備え、
前記制御部は、少なくとも前記測温点温度に基づいて前記熱電変換素子の前記高温熱源側の界面である高温側界面の温度である高温側界面温度が所定の上限温度よりも高いと判断された場合に前記出力調整装置を制御して前記出力電流値を増大させるか又は前記出力電圧値を減少させるように構成されており、
前記低温熱源に含まれる少なくとも１つの箇所である低温側測温点の温度である低温側測温点温度が一定の温度に維持されており、
前記熱電発電モジュールから出力される電力の大きさである出力電力値と、前記熱電発電モジュールから出力される電流の大きさである出力電流値及び／又は電圧の大きさである出力電圧値と、からなる複数の検出値の組である出力関連値を検出する出力検出装置を更に備え、
前記制御部は、
前記熱源温度差と前記出力関連値との関係を表すデータである第１特性データを予め格納しており、
前記高温側界面温度が前記上限温度に等しい場合における前記測温点温度と前記高温側界面温度との差、前記熱電発電モジュールを経由して前記高温熱源から前記低温熱源へと移動する熱量の流れ方向である熱流方向における前記測温点と前記高温側界面との間の領域の熱伝導率及び熱通過面積、並びに前記熱流方向における前記測温点と前記高温側界面との距離に基づいて、前記高温側界面温度が前記上限温度に等しい場合において前記測温点から前記高温側界面へと移動する熱量の大きさである上限貫通熱量を特定し、
前記上限貫通熱量、前記熱源温度差が生じている領域の熱伝導率及び熱通過面積、並びに前記熱源温度差が生じている領域の前記熱流方向における長さに基づいて、前記高温側界面温度が前記上限温度に等しい場合における前記高温熱源と前記低温熱源との間の温度差である上限熱源温度差を特定し、
前記熱源温度差が前記上限熱源温度差に等しく且つ前記出力電流値及び／又は前記出力電圧値が前記出力検出装置によって検出された前記出力電流値及び／又は前記出力電圧値に等しい場合において前記熱電発電モジュールから出力される電力の大きさである上限出力電力値を前記第１特性データに基づいて特定し、
前記出力検出装置によって検出された前記出力電力値が前記上限出力電力値よりも大きい場合、前記高温側界面温度が前記上限温度よりも高いと判断する、
ように構成されている、
熱電発電装置。

【請求項7】

高温熱源と低温熱源との間の温度差である熱源温度差により発電する熱電変換素子を含む熱電発電モジュールと、
前記熱電発電モジュールから出力される電流の大きさである出力電流値及び／又は電圧の大きさである出力電圧値を変化させる出力調整装置と、
前記出力調整装置を制御して前記出力電流値及び／又は前記出力電圧値を制御する制御部と、
を備える熱電発電装置であって、
前記高温熱源、前記低温熱源、及び前記熱電発電モジュールの何れかに含まれる少なくとも１つの箇所である測温点の温度である測温点温度を検出する温度検出装置を更に備え、
前記制御部は、少なくとも前記測温点温度に基づいて前記熱電変換素子の前記高温熱源側の界面である高温側界面の温度である高温側界面温度が所定の上限温度よりも高いと判断された場合に前記出力調整装置を制御して前記出力電流値を増大させるか又は前記出力電圧値を減少させるように構成されており、
前記低温熱源に含まれる少なくとも１つの箇所である低温側測温点の温度である低温側測温点温度が一定の温度に維持されており、
前記熱電発電モジュールから出力される電力の大きさである出力電力値と、前記熱電発電モジュールから出力される電流の大きさである出力電流値及び／又は電圧の大きさである出力電圧値と、からなる複数の検出値の組である出力関連値を検出する出力検出装置を更に備え、
前記制御部は、
前記熱源温度差と前記出力関連値との関係を表すデータである第１特性データを予め格納しており、
前記高温側界面温度が前記上限温度に等しい場合における前記測温点温度と前記高温側界面温度との差、前記熱電発電モジュールを経由して前記高温熱源から前記低温熱源へと移動する熱量の流れ方向である熱流方向における前記測温点と前記高温側界面との間の領域の熱伝導率及び熱通過面積、並びに前記熱流方向における前記測温点と前記高温側界面との距離に基づいて、前記高温側界面温度が前記上限温度に等しい場合において前記測温点から前記高温側界面へと移動する熱量の大きさである上限貫通熱量を特定し、
前記上限貫通熱量、前記熱源温度差が生じている領域の熱伝導率及び熱通過面積、並びに前記熱源温度差が生じている領域の前記熱流方向における長さに基づいて、前記高温側界面温度が前記上限温度に等しい場合における前記高温熱源と前記低温熱源との間の温度差である上限熱源温度差を特定し、
前記熱源温度差が前記上限熱源温度差に等しく且つ前記出力電力値が前記出力検出装置によって検出された前記出力電力値に等しい場合において前記熱電発電モジュールから出力される出力電流及び／又は出力電圧である上限出力関連値が前記第１特性データに基づいて特定されない場合、或いは、前記上限出力関連値が前記第１特性データに基づいて特定され且つ前記出力検出装置によって検出された前記出力電流値及び／又は前記出力電圧値が前記上限出力関連値の何れよりも大きいか若しくは小さい場合、前記高温側界面温度が前記上限温度よりも高いと判断する、
ように構成されている、
熱電発電装置。

【請求項8】

請求項３乃至請求項７の何れか１項に記載された熱電発電装置であって、
前記制御部は、
前記高温側界面温度が前記上限温度以下であると判断された場合は、前記出力電力値が最大となるように前記出力調整装置を制御して前記出力電流値及び／又は前記出力電圧値を変更する制御である出力最大化制御を実行するように構成されており、
前記出力最大化制御の実行時における前記熱源温度差と、前記出力関連値に含まれる前記複数の検出値の組のうちの少なくとも１つの検出値である指標検出値と、の関係を表すデータである第２特性データを前記第１特性データとして格納しており、
前記出力検出装置によって検出された前記指標検出値から前記第２特性データに基づいて前記熱源温度差を特定し、
前記高温側界面温度が前記上限温度よりも高いと判断された場合は、前記出力最大化制御の実行を停止し、前記出力調整装置を制御して前記出力電流値を増大させるか又は前記出力電圧値を減少させるように構成されている、
熱電発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱電発電装置に関する。より具体的には、本発明は、熱電変換素子の破損を防止しつつ高い発電効率にて稼働することが可能な熱電発電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば温度調節及び排熱利用等の技術分野において、例えばペルチェ効果を利用して電気エネルギを熱エネルギに変換するペルチェ素子及びゼーベック効果を利用して熱エネルギを電気エネルギに変換するゼーベック素子等の熱電変換素子の活用が期待されている。特に、省エネルギの観点から、熱電変換素子を利用して例えば内燃機関等の熱源からの排熱を電気へと変換する熱電発電装置等が盛んに開発されている。

【0003】

熱電変換素子は異なる種類の金属又は半導体の接合体によって構成され、電気エネルギと熱エネルギとの間でのエネルギ変換を行うものである。典型的には、ｐ型熱電半導体とｎ型熱電半導体との組み合わせが熱電変換素子として用いられ、高温熱源１０Ｈと低温熱源１０Ｃとの間の温度差である熱源温度差ΔＴｓの大きさに対応した大きさ（出力電力値Ｐ）の電力を出力する（発電する）。

【0004】

熱電変換素子は、一般に、異なる２種類の熱電半導体の組み合わせと、互いに対向し且つ当該組み合わせを挟持する２枚の支持基板と、これら２枚の支持基板の対向する表面に形成され且つ当該組み合わせを電気的に接続する電極と、を含む所謂「熱電発電モジュール」として構成される。熱電発電モジュールにおいては、より大きい出力電力を得ることを目的として、例えば、上記２枚の支持基板の間において異なる２種類の熱電変換素子を格子状に配置し且つ交互に直列に電気的に接続することにより、複数の熱電変換素子を直列に電気的に接続してもよい。また、更により大きい出力電力を得ることを目的として、例えば、複数の熱電発電モジュールが電気的に直列に接続された構成を有する所謂「熱電発電ユニット」等もまた熱電発電装置において広く採用されている。

【0005】

上述したような構成を有する熱電発電装置は、高温熱源と低温熱源との間の温度差（熱源温度差）の大きさに対応した電力を発生する。例えば熱電変換素子の破損等の問題が生じない限りにおいて、一般的には、例えば図１のグラフに示すように、熱源温度差ΔＴｓが大きくなるほど熱電発電モジュールからの出力電力値Ｐが大きくなる。

【0006】

また、一定の熱源温度差ΔＴｓにおける熱電発電モジュールからの出力電力値Ｐは熱電発電モジュールからの出力電流値Ｉによって変化する。具体的には、例えば図２のグラフに示すように、熱電発電モジュールからの出力電力値Ｐは、特定の出力電流値Ｉｐにおいて最大値（最大出力電力値Ｐｐ）となる。換言すれば、この特定の出力電流値Ｉｐ未満の領域においては出力電流値Ｉが大きくなるほど出力電力値Ｐが大きくなり、この特定の出力電流値Ｉｐ以上の領域においては出力電流値Ｉが大きくなるほど出力電力値Ｐが小さくなる。

【0007】

更に、上記のような出力電流値Ｉと出力電力値Ｐとの関係は熱源温度差ΔＴｓの大きさによって変化し、最大出力電力値Ｐｐが得られる特定の出力電流値Ｉｐ及び当該特定の出力電流値Ｉｐにおいて得られる最大出力電力値Ｐｐも熱源温度差ΔＴｓの大きさによって異なる。一般的には、例えば図３のグラフに示すように、熱源温度差ΔＴｓがΔＴｓ１、ΔＴｓ２、ΔＴｓ３と大きくなるほど、特定の出力電流値ＩｐはＩｐ１、Ｉｐ２、Ｉｐ３と大きくなり、最大出力電力値ＰｐはＰｐ１、Ｐｐ２、Ｐｐ３と大きくなる。従って、熱電発電装置において最大出力電力値Ｐｐを常に得るためには、その時々の熱源温度差ΔＴｓの大きさに応じて出力電流値Ｉを調整する必要がある（例えば、特許文献１を参照。）。

【0008】

上記と同様に、一定の熱源温度差ΔＴｓにおける熱電発電モジュールからの出力電力値Ｐは熱電発電モジュールからの出力電圧値Ｖによっても変化する。具体的には、例えば図４のグラフに示すように、熱電発電モジュールからの出力電力値Ｐは、特定の出力電圧値Ｖｐにおいて最大値（最大出力電力値Ｐｐ）となる。換言すれば、この特定の出力電圧値Ｖｐ未満の領域においては出力電圧値Ｖが大きくなるほど出力電力値Ｐが大きくなり、この特定の出力電流値Ｖｐ以上の領域においては出力電圧値Ｖが大きくなるほど出力電力値Ｐが小さくなる。

【0009】

更に、上記のような出力電圧値Ｖと出力電力値Ｐとの関係は熱源温度差ΔＴｓの大きさによって変化し、最大出力電力値Ｐｐが得られる特定の出力電圧値Ｖｐ及び当該特定の出力電圧値Ｖｐにおいて得られる最大出力電力値Ｐｐも熱源温度差ΔＴｓの大きさによって異なる。一般的には、例えば図５のグラフに示すように、熱源温度差ΔＴｓがΔＴｓ１、ΔＴｓ２、ΔＴｓ３と大きくなるほど、特定の出力電圧値ＶｐはＶｐ１、Ｖｐ２、Ｖｐ３と小さくなり、最大出力電力値ＰｐはＰｐ１、Ｐｐ２、Ｐｐ３と大きくなる。従って、熱電発電装置において最大出力電力値Ｐｐを常に得るためには、その時々の熱源温度差ΔＴｓの大きさに応じて出力電圧値Ｖを調整する必要がある。

【0010】

加えて、当該技術分野においては、例えば太陽電池等の発電モジュールからの出力電流又は出力電圧をチャージコントローラ又はパワーコンディショナ（コンバータ）等によって調整して最大電力を取り出す制御方法が知られている。このような制御手法の具体例としては、「最大電力点追従制御」（ＭＰＰＴ：Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）を挙げることができる。

【0011】

最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ）は、例えば、コントローラの電流制御により発電モジュールからの出力電流値Ｉを徐々に増やし、これに伴って出力電力値Ｐが増えれば更に出力電流値Ｉを増やし、逆に出力電力値Ｐが減れば出力電流値Ｉを減らすことにより、出力電力値Ｐを最大化する方法である。このようなＭＰＰＴを熱電発電装置に適用すれば、結果として、特許文献１に記載された発明のように、熱源温度差ΔＴｓの大きさに応じて出力電流値Ｉを調整して最大出力電力値Ｐｐを熱電発電モジュールから常に得ることができる。

【0012】

ところで、図１のグラフを参照しながら説明したように、高温熱源１０Ｈと低温熱源１０Ｃとの間の温度差である熱源温度差ΔＴｓが大きくなるほど、熱電発電モジュールからの出力電力値Ｐが大きくなる。従って、発電効率を高めるためには、例えば熱電変換素子の耐熱限界等によって定まる上限（上限温度Ｔｍａｘ）を熱電変換素子の高温熱源側の界面である高温側界面Ｂｈの温度である高温側界面温度Ｔｂｈが超えない範疇において、できるだけ大きい熱源温度差ΔＴｓにて熱電発電装置を稼働させることが好ましい。典型的には、熱電変換素子の高温側界面温度Ｔｂｈを上限温度Ｔｍａｘの近傍に維持しつつ熱電発電装置を稼働させることが好ましい。しかしながら、例えば、高温熱源の供給源及び／又は熱電発電装置の稼働状態によっては、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高くなり、例えば熱電変換素子の破損等の問題に繋がる虞がある。

【0013】

上記のような問題に対しては、以下のような対策が考えられる。
対策１：高温側界面温度Ｔｂｈを上限温度Ｔｍａｘよりも所定の温度幅だけ低い温度に常に維持して稼働させる。
対策２：高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高くなりそうなときに放熱によって熱電変換素子の高温熱源側の界面である高温側界面Ｂｈを冷却する。

【0014】

しかしながら、上記対策１によれば、高温側界面温度Ｔｂｈが常に上限温度Ｔｍａｘよりも所定の温度幅だけ低くなるので、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しいときに得られる最大出力電力値Ｐｐである「臨界出力電力値Ｐｍａｘ」を得ることができない。一方、上記対策２によれば、放熱のための手段（例えば、冷却装置等）の追加が必須であり、熱電発電装置の複雑化、大型化及びコストの増大を招く虞がある。また、放熱により熱電変換素子が保持している熱量が減少するため、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも十分に低くなったときに再び加熱して高温側界面温度Ｔｂｈを上限温度Ｔｍａｘに近付けて出力電力値Ｐを増大させるのに要する時間が長くなる。

【0015】

以上のように、当該技術分野においては、熱電変換素子の破損を防止しつつ高い発電効率にて稼働することが可能な熱電発電装置が求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0016】

【特許文献1】特開平０６−２２５７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0017】

上述したように、当該技術分野においては、熱電変換素子の破損を防止しつつ高い発電効率にて稼働することが可能な熱電発電装置が求められている。

【課題を解決するための手段】

【0018】

上記課題に鑑み、本発明者は、鋭意研究の結果、熱電変換素子に流れる電流を増大させると熱電変換素子の熱伝導率が大きくなり熱電変換素子の高温熱源側の界面から低温熱源側の界面への熱の移動が促進される現象を利用することにより熱電変換素子の高温側界面温度を迅速且つ効果的に下げることができることを見出した。

【0019】

そこで、本発明に係る熱電発電装置（以降、「本発明装置」と称呼される場合がある。）は、熱電発電モジュール１０Ｍと、出力調整装置３０と、制御部Ｕｃと、を備える熱電発電装置である。熱電発電モジュール１０Ｍは、高温熱源１０Ｈと低温熱源１０Ｃとの間の温度差である熱源温度差ΔＴｓにより発電する熱電変換素子１０Ｅを含む。出力調整装置３０は、熱電発電モジュール１０Ｍから出力される電流の大きさである出力電流値Ｉ及び／又は電圧の大きさである出力電圧値Ｖを変化させる。制御部Ｕｃは、出力調整装置３０を制御して出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖを制御する。

【0020】

また、本発明装置は、高温熱源１０Ｈ、低温熱源１０Ｃ、及び熱電発電モジュール１０Ｍの何れかに含まれる少なくとも１つの箇所である測温点Ｄｍの温度である測温点温度Ｔｍを検出する温度検出装置４０を更に備える。更に、本発明装置においては、少なくとも測温点温度Ｔｍに基づいて高温側界面温度Ｔｂｈが所定の上限温度Ｔｍａｘよりも高いと判断された場合に出力調整装置３０を制御して出力電流値Ｉを増大させるか又は出力電圧値Ｖを減少させるように制御部Ｕｃが構成されている。高温側界面温度Ｔｂｈとは、熱電変換素子１０Ｅの高温熱源１０Ｈ側の界面である高温側界面Ｂｈの温度である。

【0021】

詳しくは後述するように、少なくとも測温点温度Ｔｍに基づく高温側界面温度Ｔｂｈが所定の上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かの判断は種々の手法により行うことができる。例えば、測温点Ｄｍの温度（測温点温度Ｔｍ）と他の箇所の温度との差、これら２つの箇所の間の領域の熱伝導率λｍ及び熱通過面積Ａｍ、並びにこれら２つの箇所の間の距離Ｌｍに基づいて特定される貫通熱量Ｗと、測温点Ｄｍと高温側界面Ｂｈとの間の領域の熱伝導率λｂｈｍ及び熱通過面積Ａｂｈｍと、測温点温度Ｔｍと、測温点Ｄｍと高温側界面Ｂｈとの距離Ｌｂｈｍとに基づいて、高温側界面温度Ｔｂｈを特定することができる。上記「他の箇所の温度」としては、例えば、もう１つの測温点の温度又は低温熱源１０Ｃの温度等を採用することができる。

【0022】

或いは、本発明装置は出力検出装置２０を更に備えることができる。出力検出装置２０は、熱電発電モジュール１０Ｍから出力される電力の大きさである出力電力値Ｐと、熱電発電モジュールから出力される電流の大きさである出力電流値Ｉ及び／又は電圧の大きさである出力電圧値Ｖと、からなる複数の検出値の組である出力関連値Ｍｏｕｔを検出する。この場合、制御部Ｕｃは、熱源温度差ΔＴｓと出力関連値Ｍｏｕｔとの関係を表すデータである第１特性データを予め格納することができる。そして、制御部は、出力検出装置２０によって検出された出力関連値Ｍｏｕｔと上記第１特性データとに基づいて高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かを判断するように構成され得る。当該判断もまた、詳しくは後述するように、種々の手法によって行うことができる。

【0023】

更に、本発明装置においては、高温側界面温度Ｔｂｈが所定の上限温度Ｔｍａｘ以下であると判断された場合は、出力電力値Ｐが最大となるように出力調整装置３０を制御して出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖを変更する制御である出力最大化制御を実行するように制御部Ｕｃが構成され得る。この場合、詳しくは後述するように、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かを判断するための演算処理負荷を軽減することができる。

【発明の効果】

【0024】

本発明装置においては、上述したように、高温側界面温度Ｔｂｈが所定の上限温度Ｔｍａｘよりも高いと判断された場合に出力調整装置３０を制御して出力電流値Ｉを増大させるか又は出力電圧値Ｖを減少させるように制御部Ｕｃが構成されている。これにより、熱電変換素子１０Ｅの高温熱源側界面温度Ｔｂｈを迅速且つ効果的に下げることができるので、熱電変換素子１０Ｅの破損を防止しつつ高い発電効率にて熱電発電装置を稼働させることができる。

【0025】

本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】熱電発電モジュールからの出力電力値Ｐと熱源温度差ΔＴｓとの関係を示す模式的なグラフである。

【図2】熱源温度差ΔＴｓが一定である場合における熱電発電モジュールからの出力電力値Ｐと出力電流値Ｉとの関係を示す模式的なグラフである。

【図3】熱電発電モジュールからの出力電流値Ｉと出力電力値Ｐとの関係が熱源温度差ΔＴｓの大きさによって変化することを示す模式的なグラフである。

【図4】熱源温度差ΔＴｓが一定である場合における熱電発電モジュールからの出力電力値Ｐと出力電圧値Ｖとの関係を示す模式的なグラフである。

【図5】熱電発電モジュールからの出力電圧値Ｖと出力電力値Ｐとの関係が熱源温度差ΔＴｓの大きさによって変化することを示す模式的なグラフである。

【図6】本発明の第１実施形態に係る熱電発電装置（第１装置）の構成の一例を示す模式図である。

【図7】第１装置を構成する高温熱源、低温熱源、及び熱電発電モジュールの模式的な部分断面図である。

【図8】熱電発電モジュールからの出力電流値Ｉの増大に伴って熱電変換素子の高温熱源側界面温度Ｔｂｈが低下する様子を示す模式的なグラフである。

【図9】本発明の第１実施形態に係る熱電発電装置（第１装置）において実行される高温側界面温度制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。

【図10】熱電発電モジュールからの出力電流値Ｉと出力電力値Ｐとの関係が熱源温度差ΔＴｓの大きさによって変化することを示す模式的なグラフである。

【図11】低温熱源温度Ｔｃが一定の温度に維持されている場合において熱源温度差ΔＴｓが上限熱源温度差ΔＴｍａｘに等しいとき（即ち、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しいとき）の出力電力値Ｐと出力電流値Ｉとの関係を表す基準曲線ＣＳに対して様々な状態における出力関連値Ｍｏｕｔに対応するプロットが存在し得る位置を示す模式的なグラフである。

【図12】本発明の第７実施形態に係る熱電発電装置（第７装置）において、ある時点における出力電流値Ｉから第１特性データに基づいて上限出力電力値Ｐｍａｘを特定する様子を説明する模式的なグラフである。

【図13】本発明の第８実施形態に係る熱電発電装置（第８装置）において、ある時点における出力電力値Ｐから第１特性データに基づいて上限出力関連値Ｍｍａｘを特定する様子を説明する模式的なグラフである。

【図14】本発明装置の１つの具体例としての熱電発電装置（実施例装置１０１）の構成を示す模式図である。

【図15】図１４において破線によって囲まれている部分Ａの模式的な拡大図であり、低温熱源における２つの熱電対の配設箇所付近を示している。

【図16】本発明装置のもう１つの具体例としての熱電発電装置（実施例装置１０２）において実行される高温側界面温度Ｔｂｈの制御における出力電流値Ｉ及び出力電力値Ｐの変化を説明する模式的なグラフである。

【図17】実施例装置１０２において実行される高温側界面温度Ｔｂｈの制御における実施例装置１０２の各部位の温度の変化を説明する模式的なタイムチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0027】

《第１実施形態》
以下、本発明の第１実施形態に係る熱電発電装置（以降、「第１装置」と称呼される場合がある。）について説明する。

【0028】

〈構成〉
第１装置は、熱電発電モジュールと、出力調整装置と、制御部と、を備える熱電発電装置である。図６は、第１装置の構成の一例を示す模式図である。第１装置１００は、熱電発電モジュール１０Ｍ、出力調整装置３０及び制御部Ｕｃを備える。熱電発電モジュール１０Ｍは、高温熱源１０Ｈと低温熱源１０Ｃとの間に介装されて高温熱源１０Ｈと低温熱源１０Ｃとの間の温度差である熱源温度差ΔＴｓにより発電する熱電変換素子を含む。

【0029】

熱源温度差ΔＴｓは、高温熱源１０Ｈと低温熱源１０Ｃとの間の温度差であり、より具体的には、高温熱源１０Ｈ内の任意の箇所における温度と低温熱源１０Ｃ内の任意の箇所における温度との差である。典型的には、熱源温度差ΔＴｓは、高温熱源１０Ｈの熱電発電モジュール側の界面における温度と低温熱源１０Ｃの熱電発電モジュール側の界面における温度との差である。

【0030】

熱電発電モジュール１０Ｍの構成は、高温熱源１０Ｈと低温熱源１０Ｃとの間の温度差である熱源温度差ΔＴｓにより発電することが可能である限り、特に限定されない。典型的には、熱電発電モジュール１０Ｍは、互いに対向する一対の支持基板と、当該一対の支持基板の対向する面の所定箇所にそれぞれ形成された電極と、異なる２種の熱電半導体と、２つの電極部材と、を含む。

【0031】

上記支持基板の形状及び大きさは、例えば、第１装置１００の用途等に応じて、適宜定めることができる。また、上記電極は、良導体（例えば、銅等）によって構成され、例えば、はんだ付けによって熱電半導体と接合される。典型的には、上記一対の支持基板は所謂「配線基板」の一種である。

【0032】

異なる２種の熱電半導体の材質及び構成もまた、例えば、第１装置１００の用途において求められる熱電効果の大きさ等に応じて適宜選択することができる。具体的には、ｐ型熱電半導体（例えば、Ｂｉ_１．５Ｓｂ_０．５Ｔｅ_３等）及びｎ型熱電半導体（例えば、Ｂｉ_２Ｔｅ_３等）の組み合わせを使用することができる。

【0033】

熱電発電モジュール１０Ｍに組み込まれる熱電半導体１０Ｐ及び１０Ｎの数は、例えば、第１装置１００の用途において求められる熱電効果の大きさ等に応じて適宜定められる。熱電発電モジュールは、より大きい熱電効果の達成等を目的として、複数組の異なる２種の熱電半導体を含むのが一般的である。これら複数の異なる２種の熱電半導体は、上記電極によって交互に直列に電気的に接続されて直列電気回路を形成する。

【0034】

具体的には、例えば図７に示すように、一対の支持基板１１Ｈ及び１１Ｃの一方の基板１１Ｈに形成された電極１２Ｈを介して電気的に接続された異なる２種の熱電半導体１０Ｐ及び１０Ｎによって１つの熱電変換素子１０Ｅが構成される。即ち、当該熱電変換素子１０Ｅは、所謂「π型」の構造を有する。そして、このようにして構成された複数の熱電変換素子１０Ｅが、一対の基板の他方の基板１１Ｃに形成された電極１２Ｃを介して同じ向きに導通（電気的に接続）される。即ち、複数の異なる２種の熱電半導体１０Ｐ及び１０Ｎは、上記電極１２Ｈ及び１２Ｃによって交互に直列に電気的に接続されて直列電気回路を形成する。

【0035】

尚、第１装置１００の軽量化及び／又は小型化の観点からは、より小さい支持基板１１Ｈ及び１１Ｃの間に、より多くの熱電半導体１０Ｐ及び１０Ｎを密に（即ち、できる限り小さい間隙にて）配置することが望ましい。従って、熱電発電モジュール１０Ｍにおいては、複数の異なる２種の熱電半導体１０Ｐ及び１０Ｎが一対の支持基板１１Ｈ及び１１Ｃの間に挟持され且つ格子状配列となるように配置されるのが一般的である。

【0036】

また、熱電発電モジュール１０Ｍは、更により大きい熱電効果の達成等を目的として、直列に電気的に接続された複数の熱電発電モジュール１０Ｍを含む熱電発電ユニットとして構成することもできる。

【0037】

更に、上記のように形成される直列電気回路の両端と外部とを導通させるように、２つの電極部材（図示せず）が構成される。ここで言う「外部」とは、例えば、熱電発電モジュール１０Ｍによって出力される電力を供給される他の装置、熱電発電モジュール１０Ｍを含む熱電発電ユニットを構成する他の熱電発電モジュール、及び熱電発電モジュール１０Ｍを含む熱電発電ユニットによって出力される電力を供給される他の装置等、熱電発電モジュール１０Ｍ以外の装置等を指す。

【0038】

ここで再び図６を参照すると、出力調整装置３０は、熱電発電モジュール１０Ｍから出力される電流の大きさである出力電流値Ｉ及び／又は電圧の大きさである出力電圧値Ｖを変化させる。出力調整装置３０の構成は、出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖを変化させることが可能である限り、特に限定されない。このような出力調整装置３０の具体例としては、例えば、熱電発電モジュール１０Ｍからの出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖを調整することが可能なＤＣ−ＤＣコンバータ等の装置を挙げることができる。例えば、二次電池を充電するための充電装置として第１装置１００を使用する場合、熱電発電モジュール１０Ｍからの出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖを調整する機能を有するチャージコントローラ又はパワーコンディショナ等の装置を出力調整装置３０として使用することができる。

【0039】

制御部Ｕｃは、出力調整装置３０を制御して出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖを制御する。制御部Ｕｃの構成は、出力調整装置３０を制御して出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖを制御することが可能である限り、特に限定されない。このような制御部Ｕｃの具体例としては、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びインタフェース等を含むマイクロコンピュータを主要構成部品として有する電子制御回路（ＥＣＵ）等を挙げることができる。ＣＰＵは、メモリ（ＲＯＭ）に格納されたインストラクション（ルーチン）を実行することにより、出力調整装置を制御して出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖを制御する。

【0040】

尚、制御部Ｕｃは、第１装置１００を構成する他の構成要素とは別個の独立した構成要素として実装されていてもよく、或いは、第１装置１００を構成する他の構成要素が備えるＥＣＵ等において制御部Ｕｃとしての機能が実現されていてもよい。更に、制御部Ｕｃとしての機能は必ずしも１つの構成要素において実現される必要は無く、複数の構成要素において実行される処理により、全体として制御部Ｕｃとしての機能が実現されていてもよい。図６に示す例においては、出力調整装置３０が備えるＥＣＵによって制御部Ｕｃとしての機能が実現されている。

【0041】

上記のような構成により、第１装置１００は、熱電発電モジュール１０Ｍからの出力電力を、例えば二次電池及び電子機器等の負荷に対して安定的に供給することができる。図６に示す例においては、このような負荷としての電力供給先２００が出力調整装置３０の出力側に接続されている。しかしながら、上述したように、例えば、高温熱源１０Ｈの供給源及び／又は熱電発電装置の稼働状態によっては、高温側界面温度Ｔｂｈが所定の上限温度Ｔｍａｘよりも高くなり、例えば熱電変換素子１０Ｅの破損等の問題に繋がる虞が高まる場合がある。

【0042】

上記のような場合、上述した対策２のように、放熱によって熱電変換素子１０Ｅの高温熱源１０Ｈ側の界面である高温側界面Ｂｈ（図７において太い実線によって示されている部分）を冷却することが考えられる。しかしながら、このような対策を実施するためには放熱のための手段（放熱手段）の追加が必須であり、第１装置１００の複雑化、大型化及びコストの増大を招く虞がある。また、放熱により熱電変換素子１０Ｅが保持している熱量が減少するため、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも十分に低くなったときに再び加熱して高温側界面温度Ｔｂｈを上限温度Ｔｍａｘに近付けて出力電力値Ｐを増大させるのに要する時間が長くなる。

【0043】

ところが、上述したように、熱電変換素子１０Ｅに流れる電流を増大させると熱電変換素子１０Ｅの熱伝導率が大きくなり、高温熱源１０Ｈから低温熱源１０Ｃへの熱の移動が促進され、熱電変換素子１０Ｅの高温熱源側界面温度Ｔｂｈを迅速且つ効果的に下げることができる。具体的には、例えば図８に示すように時間の経過と共に出力電流値Ｉを段階的に増大させると、それに伴って熱電変換素子１０Ｅの高温側界面温度Ｔｂｈが低下する（グラフ中の矢印を参照。）。

【0044】

そこで、第１装置１００は、図６に示すように、高温熱源１０Ｈ、低温熱源１０Ｃ、及び熱電発電モジュール１０Ｍの何れかに含まれる少なくとも１つの箇所である測温点Ｄｍの温度である測温点温度Ｔｍを検出する温度検出装置４０を更に備える。温度検出装置４０としては、例えば、測温点Ｄｍに配設された熱電対等、測温点Ｄｍの温度を直接的に測定する温度センサ等を採用することができる。但し、例えば、測温点温度Ｔｍを直接検出可能な位置に温度検出装置４０を配設することが困難な場合等においては、測温点温度Ｔｍに相関を有する温度を検出可能な位置に温度検出装置４０を配設し、その検出結果から測温点温度Ｔｍを算出又は推定するようにしてもよい。或いは、例えば、赤外線を用いるサーモビューア等、測温点温度Ｔｍを間接的に測定するセンサ等を採用してもよい。

【0045】

測温点Ｄｍの位置は、熱電発電モジュール１０Ｍとしての機能を実質的に損ねることが無い限り特に限定されず、例えば、高温熱源１０Ｈ内の任意の箇所、低温熱源１０Ｃ内の任意の箇所、及び熱電発電モジュール１０Ｍ内の任意の箇所とすることができる。但し、現実的には熱電発電モジュール１０Ｍ内に測温点Ｄｍを設けることは困難である場合が多いので、高温熱源１０Ｈ内又は低温熱源１０Ｃ内の任意の箇所に測温点Ｄｍを設けることが好ましい。典型的には、図６に示すように、測温点Ｄｍは高温熱源１０Ｈ内の任意の箇所に設けられる。

【0046】

更に、第１装置１００においては、少なくとも測温点温度Ｔｍに基づいて熱電変換素子１０Ｅの高温熱源側の界面である高温側界面Ｂｈの温度である高温側界面温度Ｔｂｈが所定の上限温度Ｔｍａｘよりも高いと判断された場合に出力調整装置３０を制御して出力電流値Ｉを増大させるか又は出力電圧値Ｖを減少させるように制御部Ｕｃが構成されている。

【0047】

上記「上限温度Ｔｍａｘ」は、例えば、過度に高い高温側界面温度Ｔｂｈに起因して熱電変換素子１０Ｅの破損等の問題が生じない限りにおける最高の高温側界面温度Ｔｂｈに基づいて定めることができる。第１装置１００の実際の稼働時には、例えば、内燃機関からの排気等の高温熱源の温度（高温熱源温度Ｔｈ）の突発的な変動等も想定されるため、このような熱源の温度の変動幅を考慮して、上記最高の高温側界面温度Ｔｂｈよりも若干低い温度を上限温度Ｔｍａｘとして定めることが望ましい。このようにして定められる上限温度Ｔｍａｘは、制御部Ｕｃが備えるメモリ（ＲＯＭ）等の記憶装置にデータとして格納しておき、必要に応じてＣＰＵに参照させることができる。

【0048】

また、少なくとも測温点温度Ｔｍに基づいて高温側界面温度Ｔｂｈが所定の上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かを判断するための具体的な手法としては、例えば、第１装置１００において検出される「高温側界面温度Ｔｂｈに相関を有する種々の検出値」に基づく様々な手法を挙げることができる。或いは、高温側界面温度Ｔｂｈに相関を有する状態量の値を検出する何らかの検出手段を更に設け、当該検出手段による検出結果に基づいて当該判断を行うこともできる。当該判断を行うための具体的な手法については、後述する本発明の他の実施形態についての説明において詳しく説明する。

【0049】

上述したように、制御部Ｕｃは、少なくとも測温点温度Ｔｍに基づいて高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いと判断された場合に出力調整装置３０を制御して出力電流値Ｉを増大させるか又は出力電圧値Ｖを減少させるように構成されている。具体的には、制御部Ｕｃは、出力電流値Ｉを増大させるか又は出力電圧値Ｖを減少させるための指示信号を、例えば、出力調整装置３０としてのＤＣ−ＤＣコンバータに対して入力することにより、熱電発電モジュール１０Ｍからの出力電流値Ｉを増大させたり或いは出力電圧値Ｖを減少させたりすることができる。

【0050】

尚、上記のように高温側界面温度Ｔｂｈが所定の上限温度Ｔｍａｘよりも高いと判断された場合における熱電発電モジュール１０Ｍからの出力電流値Ｉの増大幅ΔＩ及び出力電圧値Ｖの減少幅ΔＶは、予め定められた固定値であってもよい。或いは、高温側界面温度Ｔｂｈと上限温度Ｔｍａｘとの差の大きさに応じて当該増大幅ΔＩ及び減少幅ΔＶを変化させてもよい。この場合、具体的には、例えば、高温側界面温度Ｔｂｈと上限温度Ｔｍａｘとの差が大きいほど、当該増大幅ΔＩ及び減少幅ΔＶが大きくなるようにしてもよい。

【0051】

〈作動〉
制御部Ｕｃによって実行される制御に伴う第１装置１００の作動につき、以下に詳しく説明する。図９は、第１装置１００において制御部によって実行される制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。例えば、制御部を構成するＣＰＵは、メモリ（ＲＯＭ）に格納された当該制御ルーチンに対応するインストラクションを十分に短い所定の時間間隔にて繰り返し実行するように構成されている。

【0052】

図９に示す高温側界面温度制御ルーチンが一旦開始されると、ＣＰＵは、ステップＳ１０において、高温側界面温度Ｔｂｈが所定の上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かについての判断を行うために必要な検出値を取得する。具体的には、高温熱源１０Ｈ、低温熱源１０Ｃ、及び熱電発電モジュールの何れかに含まれる少なくとも１つの箇所である測温点Ｄｍの温度である測温点温度Ｔｍを温度検出装置４０から取得する。但し、後述する本発明の他の実施形態についての説明において詳しく説明するように、測温点Ｄｍの温度（測温点温度Ｔｍ）に加えて、他の箇所の温度（例えば、もう１つの測温点の温度又は低温熱源１０Ｃの温度等）を取得してもよい。或いは、熱電発電モジュールから出力される電力の大きさである出力電力値Ｐと、熱電発電モジュールから出力される電流の大きさである出力電流値Ｉ及び／又は電圧の大きさである出力電圧値Ｖと、からなる複数の検出値の組である出力関連値Ｍｏｕｔを取得してもよい。

【0053】

次に、ＣＰＵは、ステップＳ２０に進み、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かについて判断する。当該判断を行うための具体的な手法は、上述したように、上記ステップＳ１０において取得される検出値に応じて適宜選択される。例えば、前述したように、測温点Ｄｍの温度（測温点温度Ｔｍ）と他の箇所の温度との差、これら２つの箇所の間の領域の熱伝導率λｍ及び熱通過面積Ａｍ、並びにこれら２つの箇所の間の距離Ｌｍに基づいて特定される貫通熱量Ｗと、測温点Ｄｍと高温側界面Ｂｈとの間の領域の熱伝導率λｂｈｍ及び熱通過面積Ａｂｈｍと、測温点温度Ｔｍと、測温点Ｄｍと高温側界面Ｂｈとの距離Ｌｂｈｍとに基づいて、高温側界面温度Ｔｂｈを特定することができる。

【0054】

或いは、熱電発電モジュールから出力される電力の大きさである出力電力値Ｐと熱電発電モジュールから出力される電流の大きさである出力電流値Ｉ及び／又は電圧の大きさである出力電圧値Ｖとからなる複数の検出値の組である出力関連値Ｍｏｕｔを検出し、当該出力関連値Ｍｏｕｔから特定される熱源温度差ΔＴｓに基づいて、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かを判断することもできる。このような判断を行うための手法の具体例の詳細については、後述する本発明の他の実施形態についての説明において詳しく説明する。

【0055】

高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘ以下である場合、ＣＰＵは、上記ステップＳ２０において「Ｎｏ」と判断し、次のステップＳ９０に進み、通常時に実行される制御ルーチン（以降、「通常制御ルーチン」と称呼される場合がある。）に従って出力調整装置３０を制御し、出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖを制御する。この「通常制御ルーチン」の具体例としては、例えば、前述した最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ）等、その時々の熱源温度差ΔＴｓに応じて出力電力値Ｐを最大化するための制御ルーチンである「出力最大化制御ルーチン」等を挙げることができる。

【0056】

一方、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高い場合、ＣＰＵは、上記ステップＳ２０において「Ｙｅｓ」と判断し、次のステップＳ３０に進む。そして、ＣＰＵは、出力電流値Ｉを増大させるか又は出力電圧値Ｖを減少させることにより熱電変換素子１０Ｅの高温側界面温度Ｔｂｈを下げる制御ルーチン（以降、「冷却制御ルーチン」と称呼される場合がある。）を実行する。具体的には、ＣＰＵは、例えば、出力電流値Ｉを増大させるか又は出力電圧値Ｖを減少させるための指示信号を生成し、当該指示信号を出力調整装置３０へと送出する。そして、当該指示信号を受け取った出力調整装置３０（例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ等）は、熱電発電モジュール１０Ｍからの出力電流値Ｉを増大させるか又は出力電圧値Ｖを減少させる。その結果、図８のグラフを参照しながら説明したように、熱電変換素子１０Ｅの高温側界面温度Ｔｂｈが低下する。

【0057】

〈効果〉
以上のように、第１装置１００は、少なくとも測温点温度Ｔｍに基づいて高温側界面温度Ｔｂｈが所定の上限温度Ｔｍａｘよりも高いと判断された場合、熱電発電モジュール１０Ｍからの出力電流値Ｉを増大させるか又は出力電圧値Ｖを減少させることにより熱電変換素子１０Ｅに流れる電流を増大させる。その結果、熱電変換素子１０Ｅの熱伝導率が大きくなり、高温熱源１０Ｈから低温熱源１０Ｃへと移動する熱量が増大し、熱電変換素子１０Ｅの高温熱源側の界面である高温側界面Ｂｈの温度が低下する。即ち、第１装置１００によれば、高温側界面温度Ｔｂｈが所定の上限温度Ｔｍａｘよりも高いと判断された場合、熱電発電モジュール１０Ｍからの出力電流値Ｉを増大させるか又は出力電圧値Ｖを減少させることにより、熱電変換素子１０Ｅの高温側界面温度Ｔｂｈを迅速且つ効果的に下げることができる。これにより、例えば、高温側界面温度Ｔｂｈの過剰な上昇に起因する熱電変換素子１０Ｅの破損等の問題を回避することができる。

【0058】

加えて、第１装置１００によれば、前述したように熱電変換素子１０Ｅを放熱手段によって冷却する場合のように熱電発電装置の複雑化、大型化及びコストの増大を招く虞が無い。また、上記のように出力電流値Ｉの増大又は出力電圧値Ｖの減少により熱電変換素子の高温側界面温度Ｔｂｈを下げている期間中も高温熱源１０Ｈから熱電発電モジュールへと熱が供給され続けるので、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも十分に低くなった場合に通常制御ルーチンに切り替えたときに高温側界面温度Ｔｂｈを上限温度Ｔｍａｘに迅速に近付けて出力電力値Ｐを迅速に増大させることができる。

【0059】

但し、熱電変換素子１０Ｅを冷却するための放熱手段を備える第１装置１００において上述した冷却制御ルーチンを実行してもよい。放熱手段による熱電変換素子１０Ｅの冷却にはある程度の期間を要するため、放熱手段による熱電変換素子の冷却効率が十分に高まるまでの期間において冷却制御ルーチンを実行することにより、熱電変換素子１０Ｅの高温熱源側の界面（高温側界面Ｂｈ）を迅速に冷却することができる。

【0060】

即ち、第１装置１００によれば、熱電変換素子１０Ｅの高温側界面温度Ｔｂｈを迅速且つ効果的に下げることができるので、熱電変換素子１０Ｅの破損を防止しつつ高い発電効率にて熱電発電装置を稼働させることができる。

【0061】

《第２実施形態》
以下、本発明の第２実施形態に係る熱電発電装置（以降、「第２装置」と称呼される場合がある。）について説明する。

【0062】

〈構成〉
上述したように、少なくとも測温点温度Ｔｍに基づく高温側界面温度Ｔｂｈが所定の上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かの判断は、測温点Ｄｍの温度（測温点温度Ｔｍ）と他の箇所の温度とに基づいて行うことができる。そこで、第２装置は、以下の（ａ）乃至（ｄ）に記載された点を除き、上述した第１装置１００と同様の構成を有する。

【0063】

（ａ）温度検出装置４０は、熱電発電モジュール１０Ｍを経由して高温熱源１０Ｈから低温熱源１０Ｃへと移動する熱量の流れ方向である熱流方向において所定の間隔だけ離れて位置する２つの測温点である第１測温点Ｄｍ１及び第２測温点Ｄｍ２の温度である第１測温点温度Ｔｍ１及び第２測温点温度Ｔｍ２をそれぞれ検出するように構成されている。

【0064】

（ｂ）制御部Ｕｃは、第１測温点温度Ｔｍ１と第２測温点温度Ｔｍ２との差、熱流方向における第１測温点Ｄｍ１と第２測温点Ｄｍ２との間の領域の熱伝導率λｍ１２及び熱通過面積Ａｍ１２、並びに熱流方向における第１測温点Ｄｍ１と第２測温点Ｄｍ２との距離Ｌｍ１２に基づいて、熱電発電モジュール１０Ｍを経由して高温熱源１０Ｈから低温熱源１０Ｃへと移動する熱量の大きさである貫通熱量Ｗを特定するように構成されている。

【0065】

（ｃ）制御部Ｕｃは、第１測温点温度Ｔｍ１及び／又は第２測温点温度Ｔｍ２、熱流方向における第１測温点Ｄｍ１及び／又は第２測温点Ｄｍ２と高温側界面Ｂｈとの間の領域の熱伝導率（λｂｈｍ１及び／又はλｂｈｍ２）及び熱通過面積（Ａｂｈｍ１及び／又はＡｂｈｍ２）、貫通熱量Ｗ、並びに熱流方向における第１測温点Ｄｍ１及び／又は第２測温点Ｄｍ２と高温側界面Ｂｈとの距離（Ｌｂｈｍ１及び／又はＬｂｈｍ２）に基づいて、高温側界面温度Ｔｂｈを特定するように構成されている。

【0066】

（ｄ）制御部Ｕｃは、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かを判断するように構成されている。

【0067】

上記（ａ）に記載されているように、第２装置が備える温度検出装置４０は、第１測温点Ｄｍ１及び第２測温点Ｄｍ２の温度である第１測温点温度Ｔｍ１及び第２測温点温度Ｔｍ２をそれぞれ検出するように構成されている。上記のように、第１測温点温度Ｔｍ１及び第２測温点温度Ｔｍ２は、それぞれ、熱電発電モジュール１０Ｍを経由して高温熱源１０Ｈから低温熱源１０Ｃへと移動する熱量の流れ方向である熱流方向において所定の間隔だけ離れて位置する２つの測温点である第１測温点Ｄｍ１及び第２測温点Ｄｍ２の温度である。

【0068】

第１測温点Ｄｍ１及び第２測温点Ｄｍ２の具体的な位置は、熱電発電モジュールとしての機能を実質的に損ねることが無い限り特に限定されず、例えば、高温熱源１０Ｈ内の任意の箇所、低温熱源１０Ｃ内の任意の箇所、及び熱電発電モジュール１０Ｍ内の任意の箇所とすることができる。但し、現実的には熱電発電モジュール１０Ｍ内に測温点Ｄｍを設けることは困難である場合が多いので、高温熱源１０Ｈ内又は低温熱源１０Ｃ内の任意の箇所に第１測温点Ｄｍ１及び第２測温点Ｄｍ２を設けることが好ましい。典型的には、第１測温点Ｄｍ１及び第２測温点Ｄｍ２は低温熱源１０Ｃ内の任意の２つの箇所に設けられる。

【0069】

制御部Ｕｃは、上記（ｂ）に記載されているように、第１測温点温度Ｔｍ１と第２測温点温度Ｔｍ２との差（ΔＴｍ１２＝Ｔｍ１−Ｔｍ２）、熱流方向における第１測温点Ｄｍ１と第２測温点Ｄｍ２との間の領域の熱伝導率λｍ１２及び熱通過面積Ａｍ１２、及び熱流方向における第１測温点と第２測温点との距離Ｌｍ１２（即ち、上記「所定の間隔」）に基づいて、熱電発電モジュール１０Ｍを経由して高温熱源１０Ｈから低温熱源１０Ｃへと移動する熱量の大きさである貫通熱量Ｗを特定するように構成されている。具体的には、貫通熱量Ｗは以下に示す式（１）によって算出することができる。式（１）において、第１測温点温度Ｔｍ１及び第２測温点温度Ｔｍ２は温度検出装置４０から取得することができ、熱伝導率λｍ１２、熱通過面積Ａｍ１２及び距離Ｌｍ１２は第２装置の設計仕様によって定まる既知の値である。

【0070】

【数1】

【0071】

更に、制御部Ｕｃは、上記（ｃ）に記載されているように、第１測温点温度Ｔｍ１及び／又は第２測温点温度Ｔｍ２、熱流方向における第１測温点Ｄｍ１及び／又は第２測温点Ｄｍ２と高温側界面Ｂｈとの間の領域の熱伝導率（λｂｈｍ１及び／又はλｂｈｍ２）及び熱通過面積（Ａｂｈｍ１及び／又はＡｂｈｍ２）、貫通熱量Ｗ、並びに熱流方向における第１測温点Ｄｍ１及び／又は第２測温点Ｄｍ２と高温側界面Ｂｈとの距離（Ｌｂｈｍ１及び／又はＬｂｈｍ２）に基づいて、高温側界面温度Ｔｂｈを特定するように構成されている。

【0072】

具体的には、高温側界面温度Ｔｂｈは以下に示す式（２）及び／又は式（３）によって算出することができる。式（２）及び式（３）において、第１測温点温度Ｔｍ１及び第２測温点温度Ｔｍ２は温度検出装置４０から取得することができ、熱伝導率λｂｈｍ１及びλｂｈｍ２、熱通過面積Ａｂｈｍ１及びＡｂｈｍ２、並びに距離Ｌｂｈｍ１及びＬｂｈｍ２は第２装置の設計仕様によって定まる既知の値である。

【0073】

【数2】

【0074】

【数3】

【0075】

式（２）に示すように、第１測温点Ｄｍ１が高温側界面Ｂｈよりも低温熱源側に位置する場合（即ち、Ｔｂｈ＞Ｔｍ１）、式（２）の右辺の第二項の前の符号はプラス（＋）となる。一方、第１測温点Ｄｍ１が高温側界面Ｂｈよりも高温熱源側に位置する場合（即ち、Ｔｂｈ＜Ｔｍ１）、式（２）の右辺の第二項の前の符号はマイナス（−）となる。また、式（３）に示すように、第２測温点Ｄｍ２が高温側界面Ｂｈよりも低温熱源側に位置する場合（即ち、Ｔｂｈ＞Ｔｍ２）、式（３）の右辺の第二項の前の符号はプラス（＋）となる。一方、第２測温点Ｄｍ２が高温側界面Ｂｈよりも高温熱源側に位置する場合（即ち、Ｔｂｈ＜Ｔｍ２）、式（３）の右辺の第二項の前の符号はマイナス（−）となる。

【0076】

尚、式（２）及び式（３）の何れか一方のみを使用して高温側界面温度Ｔｂｈを算出してもよく、或いは、例えば、式（２）によって算出される高温側界面温度Ｔｂｈと式（３）によって算出される高温側界面温度Ｔｂｈとの平均値等を高温側界面温度Ｔｂｈとして採用してもよい。

【0077】

ところで、前述したように、第１装置及び第２装置を初めとする本発明装置においては、高温熱源１０Ｈと熱電発電モジュール１０Ｍと低温熱源１０Ｃとが直列に繋がっている１本の熱回路に沿って、熱電発電モジュール１０Ｍを経由して高温熱源１０Ｈから低温熱源１０Ｃへと熱量が流れる。従って、本発明装置における熱回路の何れの箇所においても貫通熱量Ｗは同じ大きさである。また、高温熱源１０Ｈと熱電発電モジュール１０Ｍとの界面から低温熱源１０Ｃと熱電発電モジュール１０Ｍとの界面へと熱量が移動する。更に、本発明装置は、一般に、高温熱源１０Ｈと低温熱源１０Ｃとの間に介装された板状の熱電発電モジュール１０Ｍによって構成される。従って、この場合、本発明装置における熱回路の何れの箇所においても熱通過面積Ａは同じ大きさであるとみなすことができる。即ち、本発明装置における熱回路の何れの箇所においても熱通過面積Ａｍ１２、Ａｂｈｍ１及びＡｂｈｍ２を始めとする全ての熱通過面積は同じ大きさであるとみなすことができる。

【0078】

加えて、制御部Ｕｃは、上記（ｄ）に記載されているように、上記（ｃ）に記載されているようにして特定される高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かを判断するように構成されている。

【0079】

〈効果〉
以上のように、第２装置は、第１測温点温度Ｔｍ１及び第２測温点温度Ｔｍ２に基づいて特定される高温側界面温度Ｔｂｈが所定の上限温度Ｔｍａｘよりも高いと判断された場合、熱電発電モジュール１０Ｍからの出力電流値Ｉを増大させるか又は出力電圧値Ｖを減少させることにより熱電変換素子１０Ｅに流れる電流を増大させる。従って、上述した第１装置１００と同様の効果をより確実に達成することができる。即ち、第２装置によれば、熱電変換素子１０Ｅの高温側界面温度Ｔｂｈをより迅速且つ効果的に下げることができるので、熱電変換素子１０Ｅの破損を防止しつつ高い発電効率にて熱電発電装置を稼働させることができる。

【0080】

《第３実施形態》
以下、本発明の第３実施形態に係る熱電発電装置（以降、「第３装置」と称呼される場合がある。）について説明する。

【0081】

〈構成〉
前述したように、高温熱源温度Ｔｈは、例えば、高温熱源１０Ｃの供給源（例えば、内燃機関等）の稼働状態等によって変動する可能性が高い。一方、低温熱源温度Ｔｃは、例えば熱電発電装置の設計仕様等により、一定の温度に維持されている場合がある。この場合、測温点Ｄｍの温度（測温点温度Ｔｍ）と低温熱源１０Ｃ内の（低温熱源温度Ｔｃに対応する一定の温度が維持されている）任意の箇所の温度との差に基づいて、高温側界面温度Ｔｂｈを特定することができる。

【0082】

そこで、第３装置は、以下の（ｅ）乃至（ｇ）及び（ｄ）に記載された点を除き、上述した第１装置と同様の構成を有する。尚、以下の（ｄ）は、上述した第２装置における（ｄ）と同じである。

【0083】

（ｅ）低温熱源１０Ｃに含まれる少なくとも１つの箇所である低温側測温点Ｄｍｃの温度である低温側測温点温度Ｔｍｃが一定の温度に維持されている。

【0084】

（ｆ）制御部Ｕｃは、測温点温度Ｔｍと低温側測温点温度Ｔｍｃとの差、熱電発電モジュール１０Ｍを経由して高温熱源１０Ｈから低温熱源１０Ｃへと移動する熱量の流れ方向である熱流方向における測温点Ｄｍと低温側測温点Ｄｍｃとの間の領域の熱伝導率λｍｍｃ及び熱通過面積Ａｍｍｃ、並びに熱流方向における測温点Ｄｍと低温側測温点Ｄｍｃとの距離Ｌｍｍｃに基づいて、熱電発電モジュール１０Ｍを経由して高温熱源１０Ｈから低温熱源１０Ｃへと移動する熱量の大きさである貫通熱量Ｗを特定するように構成されている。

【0085】

（ｇ）制御部Ｕｃは、測温点温度Ｔｍ、熱流方向における測温点Ｄｍ及び／又は低温側測温点Ｄｍｃと高温側界面Ｂｈとの間の領域の熱伝導率（λｂｈｍ及び／又はλｂｈｍｃ）及び熱通過面積（Ａｂｈｍ及び／又はＡｂｈｍｃ）、貫通熱量Ｗ、並びに熱流方向における測温点Ｄｍ及び／又は低温側測温点Ｄｍｃと高温側界面Ｂｈとの距離（Ｌｂｈｍ及び／又はＬｂｈｍｃ）に基づいて、高温側界面温度Ｔｂｈを特定するように構成されている。

【0086】

（ｄ）制御部Ｕｃは、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かを判断するように構成されている。

【0087】

第３装置は、上記（ｅ）に記載されているように、低温熱源１０Ｃに含まれる少なくとも１つの箇所である低温側測温点Ｄｍｃの温度である低温側測温点温度Ｔｍｃが一定の温度に維持されている熱電発電装置である。低温側測温点Ｄｍｃの具体的な位置は、熱電発電モジュールとしての機能を実質的に損ねることが無い限り特に限定されず、例えば低温熱源１０Ｃ内の（低温熱源温度Ｔｃに対応する一定の温度が維持されている）任意の箇所とすることができる。

【0088】

上記のように第３装置においては低温熱源温度Ｔｃが一定の温度に維持されているので、低温側測温点温度Ｔｍｃは低温熱源温度Ｔｃに対応する一定の温度に維持されている。従って、第３装置においては低温側測温点温度Ｔｍｃを実際に検出すること無く、測温点温度Ｔｍ及び低温側測温点温度Ｔｍｃ等に基づいて貫通熱量Ｗを特定することができ、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かを判断することができる。そのため、低温側測温点温度Ｔｍｃを検出するための構成を追加する必要が無いので、例えば第３装置の複雑化、大型化及びコストの増大等の問題を回避することができる。

【0089】

尚、例えば低温熱源温度Ｔｃを一定の温度に維持すること等を目的として第３装置が備える温度検出装置４０が低温熱源温度Ｔｃを検出するように構成されており且つ低温熱源温度Ｔｃを検出する測温点Ｄｃが熱電発電モジュール１０Ｍを経由して高温熱源１０Ｈから低温熱源１０Ｃへと熱量が流れる熱回路に含まれる場合は、低温熱源温度Ｔｃを低温側測温点温度Ｔｍｃとして、測温点Ｄｃを低温側測温点Ｄｍｃとして、それぞれ採用することができる。この場合もまた低温側測温点温度Ｔｍｃを検出するための構成を追加する必要が無いので、例えば第３装置の複雑化、大型化及びコストの増大等の問題を回避することができる。

【0090】

制御部Ｕｃは、上記（ｆ）に記載されているように、測温点温度Ｔｍと低温側測温点温度Ｔｍｃとの差（ΔＴｍｍｃ＝Ｔｍ−Ｔｍｃ）、熱電発電モジュール１０Ｍを経由して高温熱源１０Ｈから低温熱源１０Ｃへと移動する熱量の流れ方向である熱流方向における測温点Ｄｍと低温側測温点Ｄｍｃとの間の領域の熱伝導率λｍｍｃ及び熱通過面積Ａｍｍｃ、並びに熱流方向における測温点Ｄｍと低温側測温点Ｄｍｃとの距離Ｌｍｍｃに基づいて、熱電発電モジュール１０Ｍを経由して高温熱源１０Ｈから低温熱源１０Ｃへと移動する熱量の大きさである貫通熱量Ｗを特定するように構成されている。具体的には、貫通熱量Ｗは以下に示す式（４）によって算出することができる。式（４）において、測温点温度Ｔｍは温度検出装置４０から取得することができ、低温側測温点温度Ｔｍｃ、熱伝導率λｍｍｃ、熱通過面積Ａｍｍｃ、及び距離Ｌｍｍｃは第３装置の設計仕様によって定まる既知の値である。

【0091】

【数4】

【0092】

更に、制御部Ｕｃは、上記（ｇ）に記載されているように、測温点温度Ｔｍ、熱流方向における測温点Ｄｍ及び／又は低温側測温点Ｄｍｃと高温側界面Ｂｈとの間の領域の熱伝導率（λｂｈｍ及び／又はλｂｈｍｃ）及び熱通過面積（Ａｂｈｍ及び／又はＡｂｈｍｃ）、貫通熱量Ｗ、並びに熱流方向における測温点Ｄｍ及び／又は低温側測温点Ｄｍｃと高温側界面Ｂｈとの距離（Ｌｂｈｍ及び／又はＬｂｈｍｃ）に基づいて、高温側界面温度Ｔｂｈを特定するように構成されている。具体的には、高温側界面温度Ｔｂｈは以下に示す式（５）及び／又は式（６）によって算出することができる。式（５）及び式（６）において、測温点温度Ｔｍは温度検出装置４０から取得することができ、低温側測温点温度Ｔｍｃ、熱伝導率λｂｈｍ及びλｂｈｍｃ、熱通過面積Ａｂｈｍ及びＡｂｈｍｃ、並びに距離Ｌｂｈｍ及びＬｂｈｍｃは第３装置の設計仕様によって定まる既知の値である。

【0093】

【数5】

【0094】

【数6】

【0095】

式（５）に示すように、高温側界面Ｂｈが測温点Ｄｍよりも高温熱源側に位置する場合（即ち、Ｔｂｈ＞Ｔｍ）、式（５）の右辺の第二項の前の符号はプラス（＋）となる。一方、高温側界面Ｂｈが測温点Ｄｍよりも低温熱源側に位置する場合（即ち、Ｔｂｈ＜Ｔｍ）、式（５）の右辺の第二項の前の符号はマイナス（−）となる。また、式（６）に示すように、高温側界面Ｂｈが低温側測温点Ｄｍｃよりも高温熱源側に位置する場合（即ち、Ｔｂｈ＞Ｔｍｃ）、式（６）の右辺の第二項の前の符号はプラス（＋）となる。一方、高温側界面Ｂｈが低温側測温点Ｄｍｃよりも低温熱源側に位置する場合（即ち、Ｔｂｈ＜Ｔｍｃ）、式（６）の右辺の第二項の前の符号はマイナス（−）となる。

【0096】

尚、式（５）及び式（６）の何れか一方のみを使用して高温側界面温度Ｔｂｈを算出してもよく、或いは、例えば、式（５）によって算出される高温側界面温度Ｔｂｈと式（６）によって算出される高温側界面温度Ｔｂｈとの平均値等を高温側界面温度Ｔｂｈとして採用してもよい。

【0097】

ところで、前述したように、第１装置乃至第３装置を初めとする本発明装置における熱回路の何れの箇所においても貫通熱量Ｗは同じ大きさである。また、本発明装置における熱回路の何れの箇所においても熱通過面積Ａは同じ大きさであるとみなすことができる。即ち、本発明装置における熱回路の何れの箇所においても通過面積Ａｍｍｃ、Ａｂｈｍ及びＡｂｈｍｃを始めとする全ての熱通過面積は同じ大きさであるとみなすことができる。

【0098】

加えて、制御部Ｕｃは、上記（ｄ）に記載されているように、上記（ｇ）に記載されているようにして特定される高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かを判断するように構成されている。

【0099】

〈効果〉
以上のように、第３装置は、測温点温度Ｔｍ及び低温側測温点温度Ｔｍｃに基づいて特定される高温側界面温度Ｔｂｈが所定の上限温度Ｔｍａｘよりも高いと判断された場合、熱電発電モジュール１０Ｍからの出力電流値Ｉを増大させるか又は出力電圧値Ｖを減少させることにより熱電変換素子１０Ｅに流れる電流を増大させる。従って、上述した第１装置と同様の効果をより確実に達成することができる。即ち、第３装置によれば、熱電変換素子１０Ｅの高温側界面温度Ｔｂｈをより迅速且つ効果的に下げることができるので、熱電変換素子１０Ｅの破損を防止しつつ高い発電効率にて熱電発電装置を稼働させることができる。

【0100】

《第４実施形態》
以下、本発明の第４実施形態に係る熱電発電装置（以降、「第４装置」と称呼される場合がある。）について説明する。

【0101】

〈構成〉
図３及び図５のグラフを参照しながら説明したように、熱電発電モジュール１０Ｍからの出力電流値Ｉと出力電力値Ｐとの関係及び出力電圧値Ｖと出力電力値Ｐとの関係は、熱源温度差ΔＴｓの大きさによって、それぞれ変化する。また、最大出力電力値Ｐｐが得られる特定の出力電流値Ｉｐ及び当該特定の出力電流値Ｉｐにおいて得られる最大出力電力値Ｐｐの大きさも熱源温度差ΔＴｓの大きさによって異なる。同様に、最大出力電力値Ｐｐが得られる特定の出力電圧値Ｖｐ及び当該特定の出力電圧値Ｖｐにおいて得られる最大出力電力値Ｐｐの大きさも熱源温度差ΔＴｓの大きさによって異なる。

【0102】

従って、熱電発電モジュール１０Ｍにおける熱源温度差ΔＴｓと出力電力値Ｐ並びに出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖとの関係を、例えば熱電発電モジュール１０Ｍを用いる事前の実験等によって予め求めておくことにより、熱電発電モジュール１０Ｍの稼働時における出力電力値Ｐ並びに出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖから当該関係に基づいて熱源温度差ΔＴｓを特定することができる。このようにして特定された熱源温度差ΔＴｓ並びに熱電発電モジュール１０Ｍの対応する領域の熱伝導率λｓ等に基づいて貫通熱量Ｗを特定することができる。このようにして貫通熱量Ｗが特定されれば、例えば上述した第３装置と同様の手法により、高温側界面温度Ｔｂｈを特定することができる。

【0103】

そこで、第４装置は、以下の（ｈ）乃至（ｌ）及び（ｄ）に記載された点を除き、上述した第１装置と同様の構成を有する。尚、以下の（ｄ）は、上述した第２装置及び第３装置における（ｄ）と同じである。

【0104】

（ｈ）第４装置は、熱電発電モジュール１０Ｍから出力される電力の大きさである出力電力値Ｐと、熱電発電モジュール１０Ｍから出力される電流の大きさである出力電流値Ｉ及び／又は電圧の大きさである出力電圧値Ｖと、からなる複数の検出値の組である出力関連値Ｍｏｕｔを検出する出力検出装置２０を更に備える。

【0105】

（ｉ）制御部Ｕｃは、熱源温度差ΔＴｓと出力関連値Ｍｏｕｔとの関係を表すデータである第１特性データを予め格納している。

【0106】

（ｊ）制御部Ｕｃは、出力検出装置２０によって検出された出力関連値Ｍｏｕｔから第１特性データに基づいて熱源温度差ΔＴｓを特定するように構成されている。

【0107】

（ｋ）制御部Ｕｃは、熱源温度差ΔＴｓ、熱源温度差ΔＴｓが生じている領域の熱伝導率λｓ及び熱通過面積Ａｓ、並びに熱電発電モジュール１０Ｍを経由して高温熱源１０Ｈから低温熱源１０Ｃへと移動する熱量の流れ方向である熱流方向における熱源温度差ΔＴｓが生じている領域の長さＬｓに基づいて、貫通熱量Ｗを特定するように構成されている。

【0108】

（ｌ）制御部Ｕｃは、測温点温度Ｔｍ、熱流方向における測温点Ｄｍと高温側界面Ｂｈとの間の領域の熱伝導率λｂｈｍ及び熱通過面積Ａｂｈｍ、貫通熱量Ｗ、及び熱流方向における測温点Ｄｍと高温側界面Ｂｈとの距離Ｌｂｈｍに基づいて、高温側界面温度Ｔｂｈを特定するように構成されている。

【0109】

（ｄ）制御部Ｕｃは、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かを判断するように構成されている。

【0110】

第４装置は、上記（ｈ）に記載されているように、出力関連値Ｍｏｕｔを検出する出力検出装置２０を更に備える。出力関連値Ｍｏｕｔとは、熱電発電モジュール１０Ｍから出力される電力の大きさである出力電力値Ｐと、熱電発電モジュール１０Ｍから出力される電流の大きさである出力電流値Ｉ及び／又は電圧の大きさである出力電圧値Ｖと、からなる複数の検出値の組である。出力関連値Ｍｏｕｔは、出力電力値Ｐと出力電流値Ｉとからなる２つの検出値の組であってもよく、出力電力値Ｐと出力電圧値Ｖとからなる２つの検出値の組であってもよく、或いは出力電力値Ｐと出力電流値Ｉと出力電圧値Ｖとからなる３つの検出値の組であってもよい。

【0111】

出力検出装置２０の構成は、出力電力値Ｐと、出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖとを検出することが可能である限り、特に限定されない。このような出力検出装置２０の具体例としては、例えば、電流センサ及び電圧センサ等を挙げることができる。しかしながら、例えば、前述した出力調整装置３０等、熱電発電モジュール１０Ｍから出力される電力が供給される他の装置が備える電流センサ及び電圧センサ等を出力検出装置２０として利用してもよい。

【0112】

制御部Ｕｃは、上記（ｉ）に記載されているように、熱源温度差ΔＴｓと出力関連値Ｍｏｕｔとの関係を表すデータである第１特性データを予め格納している。第１特性データは、上述したように、例えば第４装置を用いる事前の実験等により、熱電発電モジュール１０Ｍにおける熱源温度差ΔＴｓと出力電力値Ｐ並びに出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖとの関係を予め求めることによって得ることができる。また、第１特性データは、当該関係を表す電子データとして、制御部が備えるメモリ（ＲＯＭ）等の記憶装置に格納しておくことができる。

【0113】

第１特性データは、熱源温度差ΔＴｓと出力関連値Ｍｏｕｔとの関係を表すデータである限り、特に限定されない。例えば、第１特性データは、様々な熱源温度差ΔＴｓ毎に纏められた出力電力値Ｐと出力電流値Ｉ又は出力電圧値Ｖとの関係を表す複数のデータテーブル又はデータマップであってもよい。或いは、第１特性データは、熱源温度差ΔＴｓと出力電力値Ｐと出力電流値Ｉ又は出力電圧値Ｖとの関係を表す１つのデータテーブル又はデータマップであってもよい。更に、第１特性データは、例えば、様々な熱源温度差ΔＴｓ毎に纏められた出力電力値Ｐと出力電流値Ｉ又は出力電圧値Ｖとの関係を表す関数であってもよい。或いは、第１特性データは、熱源温度差ΔＴｓと出力電力と出力電流値Ｉ又は出力電圧値Ｖとの関係を表す１つの関数であってもよい。

【0114】

そして、出力検出装置２０によって検出された出力関連値Ｍｏｕｔと第１特性データとに基づいて、以下のようにして、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かを判断することができる。

【0115】

上記（ｊ）に記載されているように、制御部Ｕｃは、先ず、出力検出装置２０によって検出された出力関連値Ｍｏｕｔから第１特性データに基づいて、その時点における熱源温度差ΔＴｓを特定するように構成されている。例えば、ある時点において熱電発電モジュール１０Ｍから出力される出力電力値Ｐａ及び出力電流値Ｉａが、出力関連値Ｍｏｕｔとして、出力検出装置２０によって検出された場合を想定する。また、第１特性データは、様々な熱源温度差ΔＴｓ毎に纏められた出力電力値Ｐと出力電流値Ｉとの関係を表す複数のデータテーブル又はデータマップであるものとする。この場合、第１特性データは、例えば、図１０に示すグラフによって表すことができる。図１０のグラフにおける各々の曲線は、異なる熱源温度差ΔＴｓ（＝ΔＴｓ１，ΔＴｓ２，ΔＴｓ３…）における出力電力値Ｐと出力電流値Ｉとの関係を表す。図１０において黒い丸印によって示すように、出力検出装置２０によって検出された出力電力値Ｐａと出力電流値Ｉａとの組み合わせに一致し得るのは熱源温度差ΔＴｓがΔＴｓ２であるときの曲線のみである。このようにして、この時点における熱源温度差ΔＴｓがΔＴｓ２に等しいということを特定することができる。

【0116】

更に、制御部Ｕｃは、上記（ｋ）に記載されているように、熱源温度差ΔＴｓ、熱源温度差ΔＴｓが生じている領域の熱伝導率λｓ及び熱通過面積Ａｓ、並びに熱電発電モジュール１０Ｍを経由して高温熱源１０Ｈから低温熱源１０Ｃへと移動する熱量の流れ方向である熱流方向における熱源温度差ΔＴｓが生じている領域の長さＬｓに基づいて、貫通熱量Ｗを特定するように構成されている。この「熱源温度差ΔＴｓが生じている領域」とは、例えば、高温熱源１０Ｈ内の測温点Ｄｈにおいて検出される温度である高温熱源温度Ｔｈと低温熱源１０Ｃ内の測温点Ｄｃにおいて検出される温度である低温熱源温度Ｔｃの差として熱源温度差ΔＴｓが定義される場合、熱流方向において測温点Ｄｈと測温点Ｄｃとの間に位置する第４装置（高温熱源１０Ｈ、熱電発電モジュール１０Ｍ、及び低温熱源１０Ｃ）の領域を指す。

【0117】

貫通熱量Ｗは、例えば、以下に示す式（７）によって算出することができる。式（７）において、熱源温度差ΔＴｓは上記（ｊ）に記載されているようにして特定することができ、熱伝導率λｓ、熱通過面積Ａｓ、及び距離（長さ）Ｌｓは第４装置の設計仕様によって定まる既知の値である。

【0118】

【数7】

【0119】

更に、制御部Ｕｃは、上記（ｌ）に記載されているように、測温点温度Ｔｍ、熱流方向における測温点Ｄｍと高温側界面Ｂｈとの間の領域の熱伝導率λｂｈｍ及び熱通過面積Ａｂｈｍ、貫通熱量Ｗ、及び熱流方向における測温点Ｄｍと高温側界面Ｂｈとの距離Ｌｂｈｍに基づいて、高温側界面温度Ｔｂｈを特定するように構成されている。具体的には、高温側界面温度Ｔｂｈは以下に示す式（８）によって算出することができる。式（８）において、測温点温度Ｔｍは温度検出装置４０から取得することができ、熱伝導率λｂｈｍ、熱通過面積Ａｂｈｍ、及び距離Ｌｂｈｍは第４装置の設計仕様によって定まる既知の値である。

【0120】

【数8】

【0121】

式（８）に示すように、測温点Ｄｍが高温側界面Ｂｈよりも低温熱源側に位置する場合（即ち、Ｔｂｈ＞Ｔｍ）、式（８）の右辺の第二項の前の符号はプラス（＋）となる。一方、測温点Ｄｍが高温側界面Ｂｈよりも高温熱源側に位置する場合（即ち、Ｔｂｈ＜Ｔｍ）、式（８）の右辺の第二項の前の符号はマイナス（−）となる。

【0122】

ところで、前述したように、第１装置乃至第４装置を初めとする本発明装置における熱回路の何れの箇所においても貫通熱量Ｗは同じ大きさである。また、本発明装置内の何れの箇所においても熱通過面積Ａは同じ大きさであるとみなすことができる。即ち、本発明装置における熱回路の何れの箇所においても熱通過面積Ａｓ及びＡｂｈｍを始めとする全ての熱通過面積は同じ大きさであるとみなすことができる。

【0123】

加えて、制御部Ｕｃは、上記（ｄ）に記載されているように、上記（ｌ）に記載されているようにして特定される高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かを判断するように構成されている。

【0124】

〈効果〉
以上のように、第４装置は、出力関連値Ｍｏｕｔ、第１特性データ、及び測温点温度Ｔｍに基づいて特定される高温側界面温度Ｔｂｈが所定の上限温度Ｔｍａｘよりも高いと判断された場合、熱電発電モジュール１０Ｍからの出力電流値Ｉを増大させるか又は出力電圧値Ｖを減少させることにより熱電変換素子１０Ｅに流れる電流を増大させる。従って、上述した第１装置と同様の効果をより確実に達成することができる。即ち、第４装置によれば、熱電変換素子１０Ｅの高温側界面温度Ｔｂｈをより迅速且つ効果的に下げることができるので、熱電変換素子１０Ｅの破損を防止しつつ高い発電効率にて熱電発電装置を稼働させることができる。

【0125】

《第５実施形態》
以下、本発明の第５実施形態に係る熱電発電装置（以降、「第５装置」と称呼される場合がある。）について説明する。

【0126】

〈構成〉
前述したように、第１装置を始めとする本発明に係る熱電発電装置（本発明装置）においては、少なくとも測温点温度Ｔｍに基づいて高温側界面温度Ｔｂｈが所定の上限温度Ｔｍａｘよりも高いと判断された場合に出力調整装置３０を制御して出力電流値Ｉを増大させるか又は出力電圧値Ｖを減少させるように制御部が構成されている。これらの本発明装置のうち、上述した第２装置乃至第４装置においては、少なくとも測温点温度Ｔｍに基づいて高温側界面温度Ｔｂｈを特定して上記判断を実施している。しかしながら、上記判断を実施するために、必ずしも高温側界面温度Ｔｂｈそのものを特定する必要は無い。

【0127】

そこで、第５装置は、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい場合における貫通熱量である上限貫通熱量Ｗｍａｘを算出すると共に、上述した第４装置と同様にしてその時点における貫通熱量Ｗを特定し、これらを比較することにより、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かを判断する。

【0128】

具体的には、第５装置は、以下の（ｈ）乃至（ｋ）並びに（ｍ）及び（ｎ）に記載された点を除き、上述した第１装置と同様の構成を有する。尚、以下の（ｈ）乃至（ｋ）は上述した第４装置における（ｈ）乃至（ｋ）と同じである。

【0129】

（ｈ）第５装置は、熱電発電モジュール１０Ｍから出力される電力の大きさである出力電力値Ｐと、熱電発電モジュール１０Ｍから出力される電流の大きさである出力電流値Ｉ及び／又は電圧の大きさである出力電圧値Ｖと、からなる複数の検出値の組である出力関連値Ｍｏｕｔを検出する出力検出装置２０を更に備える。

【0130】

（ｉ）制御部Ｕｃは、熱源温度差ΔＴｓと出力関連値Ｍｏｕｔとの関係を表すデータである第１特性データを予め格納している。

【0131】

（ｊ）制御部Ｕｃは、出力検出装置２０によって検出された出力関連値Ｍｏｕｔから第１特性データに基づいて熱源温度差ΔＴｓを特定するように構成されている。

【0132】

（ｋ）制御部Ｕｃは、熱源温度差ΔＴｓ、熱源温度差ΔＴｓが生じている領域の熱伝導率λｓ及び熱通過面積Ａｓ、並びに熱電発電モジュール１０Ｍを経由して高温熱源１０Ｈから低温熱源１０Ｃへと移動する熱量の流れ方向である熱流方向における熱源温度差ΔＴｓが生じている領域の長さＬｓに基づいて、貫通熱量Ｗを特定するように構成されている。

【0133】

（ｍ）制御部Ｕｃは、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい場合における測温点温度Ｔｍと高温側界面温度Ｔｂｈとの差、熱流方向における測温点Ｄｍと高温側界面Ｂｈとの間の領域の熱伝導率λｂｈｍ及び熱通過面積Ａｂｈｍ、並びに熱流方向における測温点Ｄｍと高温側界面Ｂｈとの距離Ｌｂｈｍに基づいて、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい場合において測温点Ｄｍから高温側界面Ｂｈへと移動する熱量の大きさである上限貫通熱量Ｗｍａｘを特定するように構成されている。

【0134】

（ｎ）制御部Ｕｃは、測温点Ｄｍが高温側界面Ｂｈよりも高温熱源１０Ｈに近い場合は貫通熱量Ｗが上限貫通熱量Ｗｍａｘよりも小さいときに高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いと判断し、測温点Ｄｍが高温側界面Ｂｈよりも低温熱源１０Ｃに近い場合は貫通熱量Ｗが上限貫通熱量Ｗｍａｘよりも大きいときに高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いと判断するように構成されている。

【0135】

上述したように、上記（ｈ）乃至（ｋ）については、第４装置における（ｈ）乃至（ｋ）と同じであるので、ここでの改めての説明は割愛するが、上述した（ｊ）に記載されているようにして熱源温度差ΔＴｓを特定し、上述した（ｋ）に記載されているようにして貫通熱量Ｗを算出することができる。

【0136】

更に、制御部Ｕｃは、上記（ｍ）に記載されているように、上限貫通熱量Ｗｍａｘを特定するように構成されている。上限貫通熱量Ｗｍａｘとは、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい場合において測温点Ｄｍから高温側界面Ｂｈへと移動する熱量の大きさである。上限貫通熱量Ｗｍａｘは、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい場合における測温点温度Ｔｍと高温側界面温度Ｔｂｈとの差（ΔＴｂｈｍｍａｘ＝｜Ｔｍ−Ｔｍａｘ｜）、熱流方向における測温点Ｄｍと高温側界面Ｂｈとの間の領域の熱伝導率λｂｈｍ及び熱通過面積Ａｂｈｍ、並びに熱流方向における測温点Ｄｍと高温側界面Ｂｈとの距離Ｌｂｈｍに基づいて特定することができる。

【0137】

上限貫通熱量Ｗｍａｘは、例えば、以下に示す式（９）によって算出することができる。式（９）において、測温点温度Ｔｍは温度検出装置４０から取得することができ、上限温度Ｔｍａｘ、熱伝導率λｂｈｍ、熱通過面積Ａｂｈｍ、及び距離（長さ）Ｌｂｈｍは第５装置の設計仕様によって定まる既知の値である。即ち、上限貫通熱量Ｗｍａｘの値は測温点温度Ｔｍによって一意に定まる。

【0138】

【数9】

【0139】

ところで、上述したように、測温点Ｄｍの位置は、熱電発電モジュール１０Ｍとしての機能を実質的に損ねることが無い限り特に限定されず、例えば、高温熱源１０Ｈ内の任意の箇所、低温熱源１０Ｃ内の任意の箇所及び熱電発電モジュール１０Ｍ内の任意の箇所とすることができる。従って、測温点Ｄｍは、高温側界面Ｂｈよりも高温熱源側に位置する場合があり、逆に高温側界面Ｂｈよりも低温熱源側に位置する場合もある。

【0140】

前者の場合、上限貫通熱量Ｗｍａｘは、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい場合に測温点Ｄｍから高温側界面Ｂｈへと移動する熱量の大きさである。高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい（Ｔｂｈ＝Ｔｍａｘ）とき、（例えば、上述した式（７）によって）算出される貫通熱量Ｗは上限貫通熱量Ｗｍａｘに等しい筈である。また、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも低い（Ｔｂｈ＜Ｔｍａｘ）ときは、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい（Ｔｂｈ＝Ｔｍａｘ）ときに比べて、測温点温度Ｔｍと高温側界面温度Ｔｂｈとの差（ΔＴｂｈｍｍａｘ＝｜Ｔｍ−Ｔｍａｘ｜）が大きくなる。従って、このときに（例えば、上述した式（７）によって）算出される貫通熱量Ｗは上限貫通熱量Ｗｍａｘよりも大きい筈である。逆に、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高い（Ｔｂｈ＞Ｔｍａｘ）ときは、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい（Ｔｂｈ＝Ｔｍａｘ）ときに比べて、測温点温度Ｔｍと高温側界面温度Ｔｂｈとの差（ΔＴｂｈｍｍａｘ＝｜Ｔｍ−Ｔｍａｘ｜）が小さくなる。従って、このときに（例えば、上述した式（７）によって）算出される貫通熱量Ｗは上限貫通熱量Ｗｍａｘよりも小さい筈である。

【0141】

一方、後者の場合、上限貫通熱量Ｗｍａｘは、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい場合に高温側界面Ｂｈから測温点Ｄｍへと移動する熱量の大きさである。この場合も、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい（Ｔｂｈ＝Ｔｍａｘ）とき、（例えば、上述した式（７）によって）算出される貫通熱量Ｗは上限貫通熱量Ｗｍａｘに等しい筈である。また、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも低い（Ｔｂｈ＜Ｔｍａｘ）ときは、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい（Ｔｂｈ＝Ｔｍａｘ）ときに比べて、測温点温度Ｔｍと高温側界面温度Ｔｂｈとの差（ΔＴｂｈｍｍａｘ＝｜Ｔｍ−Ｔｍａｘ｜）が小さくなる。従って、このときに（例えば、上述した式（７）によって）算出される貫通熱量Ｗは上限貫通熱量Ｗｍａｘよりも小さい筈である。逆に、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高い（Ｔｂｈ＞Ｔｍａｘ）ときは、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい（Ｔｂｈ＝Ｔｍａｘ）ときに比べて、測温点温度Ｔｍと高温側界面温度Ｔｂｈとの差（ΔＴｂｈｍｍａｘ＝｜Ｔｍ−Ｔｍａｘ｜）が大きくなる。従って、このときに（例えば、上述した式（７）によって）算出される貫通熱量Ｗは上限貫通熱量Ｗｍａｘよりも大きい筈である。

【0142】

そこで、制御部Ｕｃは、上記（ｎ）に記載されているように、測温点Ｄｍが高温側界面Ｂｈよりも高温熱源１０Ｈに近い場合は貫通熱量Ｗが上限貫通熱量Ｗｍａｘよりも小さいときに高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いと判断し、測温点Ｄｍが高温側界面Ｂｈよりも低温熱源１０Ｃに近い場合は貫通熱量Ｗが上限貫通熱量Ｗｍａｘよりも大きいときに高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いと判断するように構成されている。

【0143】

〈効果〉
以上のように、第５装置は、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい場合における貫通熱量である上限貫通熱量Ｗｍａｘを算出すると共に、上述した第４装置と同様にしてその時点における貫通熱量Ｗを特定し、これらを比較することにより、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かを判断する。従って、第５装置においては、高温側界面温度Ｔｂｈそのものを特定すること無く上記判断が実施される。即ち、第５装置によれば、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かを判断するために必要とされる演算処理負荷を軽減することができる。

【0144】

《第６実施形態》
以下、本発明の第６実施形態に係る熱電発電装置（以降、「第６装置」と称呼される場合がある。）について説明する。

【0145】

〈構成〉
上述したように、第５装置は、ある時点における出力関連値Ｍｏｕｔから特定される熱源温度差ΔＴｓに基づいて貫通熱量Ｗを特定し、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい場合における貫通熱量である上限貫通熱量Ｗｍａｘと比較することにより、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かを判断する。しかしながら、低温熱源温度Ｔｃが一定の温度に維持されている場合は、貫通熱量Ｗを特定すること無く、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かを判断することができる。

【0146】

そこで、第６装置は、低温熱源温度Ｔｃが一定の温度に維持されていることを前提として、ある時点における出力関連値Ｍｏｕｔから熱源温度差ΔＴｓを特定し、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい場合における熱源温度差である上限熱源温度差ΔＴｍａｘと比較することにより、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かを判断する。

【0147】

具体的には、第６装置は、以下の（ｅ）、（ｈ）乃至（ｊ）、（ｍ）、並びに（ｏ）及び（ｐ）に記載された点を除き、上述した第１装置と同様の構成を有する。尚、以下の（ｅ）は上述した第３装置における（ｅ）と同じであり、以下の（ｈ）乃至（ｊ）は上述した第４装置及び第５装置における（ｈ）乃至（ｊ）と同じであり、以下の（ｍ）は上述した第５装置における（ｍ）と同じである。

【0148】

（ｅ）低温熱源１０Ｃに含まれる少なくとも１つの箇所である低温側測温点Ｄｍｃの温度である低温側測温点温度Ｔｍｃが一定の温度に維持されている。

【0149】

（ｈ）第６装置は、熱電発電モジュール１０Ｍから出力される電力の大きさである出力電力値Ｐと、熱電発電モジュール１０Ｍから出力される電流の大きさである出力電流値Ｉ及び／又は電圧の大きさである出力電圧値Ｖと、からなる複数の検出値の組である出力関連値Ｍｏｕｔを検出する出力検出装置２０を更に備える。

【0150】

（ｉ）制御部Ｕｃは、熱源温度差ΔＴｓと出力関連値Ｍｏｕｔとの関係を表すデータである第１特性データを予め格納している。

【0151】

（ｊ）制御部Ｕｃは、出力検出装置２０によって検出された出力関連値Ｍｏｕｔから第１特性データに基づいて熱源温度差ΔＴｓを特定するように構成されている。

【0152】

（ｍ）制御部Ｕｃは、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい場合における測温点温度Ｔｍと高温側界面温度Ｔｂｈとの差、（熱電発電モジュール１０Ｍを経由して高温熱源１０Ｈから低温熱源１０Ｃへと移動する熱量の流れ方向である）熱流方向における測温点Ｄｍと高温側界面Ｂｈとの間の領域の熱伝導率λｂｈｍ及び熱通過面積Ａｂｈｍ、並びに熱流方向における測温点Ｄｍと高温側界面Ｂｈとの距離Ｌｂｈｍに基づいて、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい場合において測温点Ｄｍから高温側界面Ｂｈへと移動する熱量の大きさである上限貫通熱量Ｗｍａｘを特定するように構成されている。

【0153】

（ｏ）制御部Ｕｃは、上限貫通熱量Ｗｍａｘ、熱源温度差ΔＴｓが生じている領域の熱伝導率λｓ及び熱通過面積Ａｓ、並びに熱源温度差ΔＴｓが生じている領域の熱流方向における長さＬｓに基づいて、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい場合における高温熱源１０Ｈと低温熱源１０Ｃとの間の温度差である上限熱源温度差ΔＴｍａｘを特定するように構成されている。

【0154】

（ｐ）制御部Ｕｃは、熱源温度差ΔＴｓが上限熱源温度差ΔＴｍａｘよりも大きい場合、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いと判断するように構成されている。

【0155】

上述したように、上記（ｅ）については第３装置における（ｅ）と同じであり、上記（ｈ）乃至（ｊ）については第４装置及び第５装置における（ｈ）乃至（ｊ）と同じであるので、ここでの改めての説明は割愛するが、上述した（ｊ）に記載されているようにして熱源温度差ΔＴｓを特定することができる。また、上記（ｍ）については第５装置における（ｍ）と同じであるので、ここでの改めての説明は割愛するが、上述した（ｍ）に記載されているようにして上限貫通熱量Ｗｍａｘを特定することができる。

【0156】

更に、制御部Ｕｃは、上記（ｏ）に記載されているように、上限熱源温度差ΔＴｍａｘを特定するように構成されている。上限熱源温度差ΔＴｍａｘとは、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい場合における高温熱源１０Ｈと低温熱源１０Ｃとの間の温度差である。上限熱源温度差ΔＴｍａｘは、上限貫通熱量Ｗｍａｘ、熱源温度差ΔＴｓが生じている領域の熱伝導率λｓ及び熱通過面積Ａｓ、並びに前記熱源温度差が生じている領域の前記熱流方向における長さに基づいて特定することができる。

【0157】

上限熱源温度差ΔＴｍａｘは、例えば、以下に示す式（１０）によって算出することができる。式（１０）において、上限貫通熱量Ｗｍａｘは上記（ｍ）に記載されているようにして特定することができ、熱伝導率λｓ、熱通過面積Ａｓ、及び距離（長さ）Ｌｓは第６装置の設計仕様によって定まる既知の値である。

【0158】

【数10】

【0159】

上記のように、上限熱源温度差ΔＴｍａｘは、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい場合における高温熱源１０Ｈと低温熱源１０Ｃとの間の温度差である。しかも、第６装置においては、上記（ｅ）に記載されているように、低温熱源１０Ｃに含まれる少なくとも１つの箇所である低温側測温点Ｄｍｃの温度である低温側測温点温度Ｔｍｃが一定の温度に維持されている。換言すれば、低温熱源１０Ｃの温度（低温熱源温度Ｔｃ）が一定の温度に維持されている。

【0160】

従って、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい（Ｔｂｈ＝Ｔｍａｘ）とき、上記（ｊ）に記載されているように出力検出装置２０によって検出された出力関連値Ｍｏｕｔから第１特性データに基づいて特定される熱源温度差ΔＴｓは上限熱源温度差ΔＴｍａｘに等しい筈である。また、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも低い（Ｔｂｈ＜Ｔｍａｘ）ときは、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい（Ｔｂｈ＝Ｔｍａｘ）ときに比べて熱源温度差ΔＴｓが小さくなる。従って、このときに上記のようにして特定される熱源温度差ΔＴｓは上限熱源温度差ΔＴｍａｘよりも小さい筈である。逆に、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高い（Ｔｂｈ＞Ｔｍａｘ）ときは、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい（Ｔｂｈ＝Ｔｍａｘ）ときに比べて熱源温度差ΔＴｓが大きくなる。従って、このときに上記のようにして特定される熱源温度差ΔＴｓは上限熱源温度差ΔＴｍａｘよりも大きい筈である。

【0161】

そこで、制御部Ｕｃは、上記（ｐ）に記載されているように、熱源温度差ΔＴｓが上限熱源温度差ΔＴｍａｘよりも大きい場合、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いと判断するように構成されている。

【0162】

〈効果〉
以上のように、第６装置においては低温熱源温度Ｔｃが一定の温度に維持されている。そこで、第６装置は、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい場合における高温熱源１０Ｈと低温熱源１０Ｃとの間の温度差である上限熱源温度差ΔＴｍａｘを算出すると共に、上述した第４装置及び第５装置と同様にしてその時点における熱源温度差ΔＴｓを特定し、これらを比較することにより、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かを判断する。従って、第６装置においては、高温側界面温度Ｔｂｈそのものを特定すること無く上記判断が実施される。即ち、第６装置によれば、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かを判断するために必要とされる演算処理負荷を軽減することができる。

【0163】

《第７実施形態》
以下、本発明の第７実施形態に係る熱電発電装置（以降、「第７装置」と称呼される場合がある。）について説明する。

【0164】

〈構成〉
上述したように、第６装置は、低温熱源温度Ｔｃが一定の温度に維持されていることを前提として、ある時点における出力関連値Ｍｏｕｔから熱源温度差ΔＴｓを特定し、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい場合における熱源温度差である上限熱源温度差ΔＴｍａｘと比較することにより、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かを判断する。即ち、第６装置においては、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かを判断するための指標として、出力関連値Ｍｏｕｔから特定される熱源温度差ΔＴｓが採用されている。

【0165】

ところで、例えば図２及び図４のグラフに示したように、ある時点において検出される出力関連値Ｍｏｕｔ（即ち、出力電力値Ｐと出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖ）は、その時点における熱源温度差ΔＴｓに応じた曲線上のプロットに対応する値を有する。また、例えば図３及び図５のグラフに示したように、出力電力値Ｐと出力電流値Ｉとの関係を表す曲線及び出力電力値Ｐと出力電圧値Ｖとの関係を表す曲線は、熱源温度差ΔＴｓが大きくなるほど出力電力値Ｐが大きくなる方向にシフトする。

【0166】

従って、低温熱源温度Ｔｃが一定の温度に維持されている場合、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いときの出力関連値Ｍｏｕｔに対応するプロットは、熱源温度差ΔＴｓが上限熱源温度差ΔＴｍａｘに等しいときの曲線に対して出力電力値Ｐがより大きい側（当該曲線の外側）に位置する筈である。一方、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも低いときの出力関連値Ｍｏｕｔに対応するプロットは、熱源温度差ΔＴｓが上限熱源温度差ΔＴｍａｘに等しいときの曲線に対して出力電力値Ｐがより小さい側（当該曲線の内側）に位置する筈である。

【0167】

例えば、図１１のグラフにおいて実線によって描かれている曲線は、熱源温度差ΔＴｓが上限熱源温度差ΔＴｍａｘに等しいとき（即ち、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しいとき）の出力電力値Ｐと出力電流値Ｉとの関係を表す曲線（基準曲線ＣＳ）である。低温熱源温度Ｔｃが一定の温度に維持されている場合、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも低いときは、熱源温度差ΔＴｓが上限熱源温度差ΔＴｍａｘよりも小さい。従って、この時点における出力電力値Ｐと出力電流値Ｉとの関係を表す曲線は、破線によって描かれている曲線ＣＬのように、基準曲線ＣＳに対して出力電力値Ｐがより小さい側（基準曲線ＣＳの内側）に存在する。即ち、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも低いときの出力関連値Ｍｏｕｔに対応するプロットは、基準曲線ＣＳの内側（斜線部）に存在する筈である。

【0168】

一方、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いときは、熱源温度差ΔＴｓが上限熱源温度差ΔＴｍａｘよりも大きい。従って、この時点における出力電力値Ｐと出力電流値Ｉとの関係を表す曲線は、一点鎖線によって描かれている曲線ＣＨのように、基準曲線ＣＳに対して出力電力値Ｐがより大きい側（基準曲線ＣＳの外側）に存在する。即ち、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いときの出力関連値Ｍｏｕｔに対応するプロットは、基準曲線ＣＳの外側（斜線部よりも出力電力値Ｐがより大きい側）に存在する筈である。

【0169】

上記のように、ある時点における熱源温度差ΔＴｓが特定の温度差よりも大きいか否かは、その時点における出力関連値Ｍｏｕｔに対応するプロットが、熱源温度差ΔＴｓが上限熱源温度差ΔＴｍａｘに等しいときの出力電力値Ｐと出力電流値Ｉとの関係を表す曲線又は出力電力値Ｐと出力電圧値Ｖとの関係を表す曲線（基準曲線）に対して、外側（出力電力値Ｐがより大きい側）にあるか或いは内側（出力電力値Ｐがより小さい側）にあるかによって判断することができる。即ち、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かを判断するための指標として、出力関連値Ｍｏｕｔ（即ち、出力電力値Ｐ並びに出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖ）を構成する何れかの検出値を採用してもよい。

【0170】

そこで、第７装置は、低温熱源温度Ｔｃが一定の温度に維持されていることを前提として、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい場合における出力電力値である上限出力電力値Ｐｍａｘを特定し、その時点における出力電力値Ｐと比較することにより、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かを判断する。

【0171】

具体的には、第７装置は、以下の（ｅ）、（ｈ）及び（ｉ）、（ｍ）及び（ｏ）、並びに（ｑ）及び（ｒ）に記載された点を除き、上述した第１装置と同様の構成を有する。尚、以下の（ｅ）は上述した第３装置及び第６装置における（ｅ）と同じであり、以下の（ｈ）及び（ｉ）は上述した第４装置乃至第６装置における（ｈ）及び（ｉ）と同じであり、以下の（ｍ）は上述した第５装置及び第６装置における（ｍ）と同じであり、以下の（ｏ）は上述した第６装置における（ｏ）と同じである。

【0172】

（ｅ）低温熱源１０Ｃに含まれる少なくとも１つの箇所である低温側測温点Ｄｍｃの温度である低温側測温点温度Ｔｍｃが一定の温度に維持されている。

【0173】

（ｈ）第７装置は、熱電発電モジュール１０Ｍから出力される電力の大きさである出力電力値Ｐと、熱電発電モジュール１０Ｍから出力される電流の大きさである出力電流値Ｉ及び／又は電圧の大きさである出力電圧値Ｖと、からなる複数の検出値の組である出力関連値Ｍｏｕｔを検出する出力検出装置２０を更に備える。

【0174】

（ｉ）制御部Ｕｃは、熱源温度差ΔＴｓと出力関連値Ｍｏｕｔとの関係を表すデータである第１特性データを予め格納している。

【0175】

（ｍ）制御部Ｕｃは、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい場合における測温点温度Ｔｍと高温側界面温度Ｔｂｈとの差、（熱電発電モジュール１０Ｍを経由して高温熱源１０Ｈから低温熱源１０Ｃへと移動する熱量の流れ方向である）熱流方向における測温点Ｄｍと高温側界面Ｂｈとの間の領域の熱伝導率λｂｈｍ及び熱通過面積Ａｂｈｍ、並びに熱流方向における測温点Ｄｍと高温側界面Ｂｈとの距離Ｌｂｈｍに基づいて、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい場合において測温点Ｄｍから高温側界面Ｂｈへと移動する熱量の大きさである上限貫通熱量Ｗｍａｘを特定するように構成されている。

【0176】

（ｏ）制御部Ｕｃは、上限貫通熱量Ｗｍａｘ、熱源温度差ΔＴｓが生じている領域の熱伝導率λｓ及び熱通過面積Ａｓ、並びに熱源温度差ΔＴｓが生じている領域の熱流方向における長さＬｓに基づいて、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい場合における高温熱源１０Ｈと低温熱源１０Ｃとの間の温度差である上限熱源温度差ΔＴｍａｘを特定するように構成されている。

【0177】

（ｑ）制御部Ｕｃは、熱源温度差ΔＴｓが上限熱源温度差ΔＴｍａｘに等しく且つ出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖが出力検出装置２０によって検出された出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖに等しい場合において熱電発電モジュール１０Ｍから出力される電力の大きさである上限出力電力値Ｐｍａｘを第１特性データに基づいて特定するように構成されている。

【0178】

（ｒ）制御部Ｕｃは、出力検出装置２０によって検出された出力電力値Ｐが上限出力電力値Ｐｍａｘよりも大きい場合、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いと判断するように構成されている。

【0179】

上述したように、上記（ｅ）については第３装置及び第６装置における（ｅ）と同じであり、上記（ｈ）及び（ｉ）については第４装置乃至第６装置における（ｈ）及び（ｉ）と同じであり、上記（ｍ）については第５装置及び第６装置における（ｍ）と同じであり、上記（ｏ）については第６装置における（ｏ）と同じであるので、ここでの改めての説明は割愛するが、上述した（ｏ）に記載されているようにして上限熱源温度差ΔＴｍａｘを特定することができる。

【0180】

更に、制御部Ｕｃは、上述した（ｑ）に記載されているように、上限出力電力値Ｐｍａｘを特定するように構成されている。上限出力電力値Ｐｍａｘとは、熱源温度差ΔＴｓが上限熱源温度差ΔＴｍａｘに等しく且つ出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖが出力検出装置２０によって検出された出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖに等しい場合において熱電発電モジュール１０Ｍから出力される電力の大きさである。また、上限熱源温度差ΔＴｍａｘとは、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい場合における高温熱源１０Ｈと低温熱源１０Ｃとの間の温度差である。即ち、上限出力電力値Ｐｍａｘとは、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい場合において、出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖが出力検出装置２０によって検出された出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖに等しいときに熱電発電モジュール１０Ｍから出力されるであろう出力電力値である。換言すれば、上限出力電力値Ｐｍａｘは、出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖが出力検出装置２０によって検出された出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖに等しい場合において、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しいときに熱電発電モジュール１０Ｍから出力される筈の出力電力値である。

【0181】

上限出力電力値Ｐｍａｘは、例えば、以下のようにして特定される。先ず、制御部Ｕｃ（が備えるＣＰＵ）は、上述した（ｏ）に記載されているようにして特定される上限熱源温度差ΔＴｍａｘに熱源温度差ΔＴが等しい場合における出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖと出力電力値Ｐとの関係を第１特性データから抽出する。具体的には、例えば、図１２に示した基準曲線ＣＳによって表される出力電流値Ｉと出力電力値Ｐとの関係が当該関係に該当する。

【0182】

そして、上記のようにして抽出された出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖと出力電力値Ｐとの関係に基づいて、出力検出装置２０によって検出された出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖに対応する出力電力値Ｐを上限出力電力値Ｐｍａｘとして特定することができる。具体的には、例えば、図１２に示したように、その時点において出力検出装置２０によって検出された出力電流値Ｉａから、基準曲線ＣＳによって表される出力電流値Ｉと出力電力値Ｐとの関係に基づいて、出力電流値Ｉａに対応する出力電力値Ｐａを上限出力電力値Ｐｍａｘとして特定する。

【0183】

上記のように、上限出力電力値Ｐｍａｘは、出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖが出力検出装置２０によって検出された出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖに等しい場合において、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しいときに熱電発電モジュール１０Ｍから出力される筈の出力電力値である。しかも、第７装置においては、上記（ｅ）に記載されているように、低温熱源１０Ｃに含まれる少なくとも１つの箇所である低温側測温点Ｄｍｃの温度である低温側測温点温度Ｔｍｃが一定の温度に維持されている。換言すれば、低温熱源１０Ｃの温度（低温熱源温度Ｔｃ）が一定の温度に維持されている。

【0184】

従って、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい（Ｔｂｈ＝Ｔｍａｘ）とき、出力検出装置２０によって検出される出力電力値Ｐは上限出力電力値Ｐｍａｘに等しい筈である。また、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも低い（Ｔｂｈ＜Ｔｍａｘ）ときは、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい（Ｔｂｈ＝Ｔｍａｘ）ときに比べて熱源温度差ΔＴｓが小さくなる。従って、このときに出力検出装置２０によって検出される出力電力値Ｐは上限出力電力値Ｐｍａｘよりも小さい筈である（対応する出力関連値Ｍｏｕｔのプロットは基準曲線ＣＳの内側に存在する筈である）。逆に、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高い（Ｔｂｈ＞Ｔｍａｘ）ときは、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい（Ｔｂｈ＝Ｔｍａｘ）ときに比べて熱源温度差ΔＴｓが大きくなる。従って、このときに出力検出装置２０によって検出される出力電力値Ｐは上限出力電力値Ｐｍａｘよりも大きい筈である（対応する出力関連値Ｍｏｕｔのプロットは基準曲線ＣＳの外側に存在する筈である）（例えば、図１２における白抜きの丸印を参照）。

【0185】

そこで、制御部Ｕｃは、上記（ｒ）に記載されているように、出力検出装置２０によって検出された出力電力値Ｐが上限出力電力値Ｐｍａｘよりも大きい場合、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いと判断するように構成されている。

【0186】

〈効果〉
以上のように、第７装置においては低温熱源温度Ｔｃが一定の温度に維持されている。そこで、第７装置は、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい場合において出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖが出力検出装置２０によって検出された出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖに等しいときに熱電発電モジュール１０Ｍから出力されるであろう出力電力値である上限出力電力値Ｐｍａｘを特定すると共に、上述した第４装置乃至第６装置と同様にしてその時点において熱電発電モジュール１０Ｍから実際に出力されている出力電力値Ｐを出力検出装置２０によって検出し、これらを比較することにより、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かを判断する。従って、第７装置においては、高温側界面温度Ｔｂｈそのものを特定すること無く上記判断が実施される。即ち、第７装置によれば、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かを判断するために必要とされる演算処理負荷を軽減することができる。

【0187】

《第８実施形態》
以下、本発明の第８実施形態に係る熱電発電装置（以降、「第８装置」と称呼される場合がある。）について説明する。

【0188】

〈構成〉
上述したように、第７装置は、低温熱源温度Ｔｃが一定の温度に維持されていることを前提として、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい場合における出力電力値である上限出力電力値Ｐｍａｘを特定すると共に、その時点における出力電力値Ｐを検出し、これらを比較することにより、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かを判断する。即ち、第７装置においては、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かを判断するための指標として、出力関連値Ｍｏｕｔを構成する１つの検出値である出力電力値Ｐが採用されている。しかしながら、出力関連値Ｍｏｕｔを構成する他の検出値（即ち、出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖ）を当該指標として採用してもよい。

【0189】

そこで、第８装置は、低温熱源温度Ｔｃが一定の温度に維持されていることを前提として、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい場合における出力電流値及び／又は出力電圧値である上限出力関連値Ｍｍａｘを特定し、その時点における対応する出力関連値Ｍｏｕｔと比較することにより、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かを判断する。

【0190】

具体的には、第８装置は、以下の（ｅ）、（ｈ）及び（ｉ）、（ｍ）及び（ｏ）、並びに（ｓ）に記載された点を除き、上述した第１装置と同様の構成を有する。尚、以下の（ｅ）は上述した第３装置、第６装置及び第７装置における（ｅ）と同じであり、以下の（ｈ）及び（ｉ）は上述した第４装置乃至第７装置における（ｈ）及び（ｉ）と同じであり、以下の（ｍ）は上述した第５装置乃至第７装置における（ｍ）と同じであり、以下の（ｏ）は上述した第６装置及び第７装置における（ｏ）と同じである。即ち、第８装置は、上述した（ｑ）及び（ｒ）に代えて以下の（ｓ）に記載された技術的特徴を備える点を除き、上述した第７装置と同様の構成を有する。

【0191】

（ｅ）低温熱源１０Ｃに含まれる少なくとも１つの箇所である低温側測温点Ｄｍｃの温度である低温側測温点温度Ｔｍｃが一定の温度に維持されている。

【0192】

（ｈ）第７装置は、熱電発電モジュール１０Ｍから出力される電力の大きさである出力電力値Ｐと、熱電発電モジュール１０Ｍから出力される電流の大きさである出力電流値Ｉ及び／又は電圧の大きさである出力電圧値Ｖと、からなる複数の検出値の組である出力関連値Ｍｏｕｔを検出する出力検出装置２０を更に備える。

【0193】

（ｉ）制御部Ｕｃは、熱源温度差ΔＴｓと出力関連値Ｍｏｕｔとの関係を表すデータである第１特性データを予め格納している。

【0194】

（ｍ）制御部Ｕｃは、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい場合における測温点温度Ｔｍと高温側界面温度Ｔｂｈとの差、（熱電発電モジュール１０Ｍを経由して高温熱源１０Ｈから低温熱源１０Ｃへと移動する熱量の流れ方向である）熱流方向における測温点Ｄｍと高温側界面Ｂｈとの間の領域の熱伝導率λｂｈｍ及び熱通過面積Ａｂｈｍ、並びに熱流方向における測温点Ｄｍと高温側界面Ｂｈとの距離Ｌｂｈｍに基づいて、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい場合において測温点Ｄｍから高温側界面Ｂｈへと移動する熱量の大きさである上限貫通熱量Ｗｍａｘを特定するように構成されている。

【0195】

（ｏ）制御部Ｕｃは、上限貫通熱量Ｗｍａｘ、熱源温度差ΔＴｓが生じている領域の熱伝導率λｓ及び熱通過面積Ａｓ、並びに熱源温度差ΔＴｓが生じている領域の熱流方向における長さＬｓに基づいて、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい場合における高温熱源１０Ｈと低温熱源１０Ｃとの間の温度差である上限熱源温度差ΔＴｍａｘを特定するように構成されている。

【0196】

（ｓ）制御部Ｕｃは、熱源温度差ΔＴｓが上限熱源温度差ΔＴｍａｘに等しく且つ出力電力値Ｐが出力検出装置によって検出された出力電力値Ｐに等しい場合において熱電発電モジュール１０Ｍから出力される出力電流Ｉ及び／又は出力電圧Ｖである上限出力関連値Ｍｍａｘが第１特性データに基づいて特定されない場合、或いは、上限出力関連値Ｍｍａｘが第１特性データに基づいて特定され且つ出力検出装置２０によって検出された出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖが上限出力関連値Ｍｍａｘの何れよりも大きいか若しくは小さい場合、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いと判断するように構成されている。

【0197】

上述したように、上記（ｅ）については第３装置、第６装置及び第７装置における（ｅ）と同じであり、上記（ｈ）及び（ｉ）については第４装置乃至第７装置における（ｈ）及び（ｉ）と同じであり、上記（ｍ）については第５装置乃至第７装置における（ｍ）と同じであり、上記（ｏ）については第６装置及び第７装置における（ｏ）と同じであるので、ここでの改めての説明は割愛するが、上述した（ｏ）に記載されているようにして上限熱源温度差ΔＴｍａｘを特定することができる。

【0198】

更に、制御部Ｕｃは、上述した（ｓ）に記載されているように、上限出力関連値Ｍｍａｘが第１特性データに基づいて特定されない場合、或いは、上限出力関連値Ｍｍａｘが第１特性データに基づいて特定され且つ出力検出装置２０によって検出された出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖが上限出力関連値Ｍｍａｘの何れよりも大きいか若しくは小さい場合、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いと判断するように構成されている。

【0199】

上限出力関連値Ｍｍａｘとは、熱源温度差ΔＴｓが上限熱源温度差ΔＴｍａｘに等しく且つ出力電力値Ｐが出力検出装置２０によって検出された出力電力値Ｐに等しい場合において熱電発電モジュール１０Ｍから出力されるであろう出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖである。

【0200】

例えば、図１３に示すように、ある時点において出力検出装置２０によって検出された出力電力値Ｐａが、熱源温度差ΔＴｓが上限熱源温度差ΔＴｍａｘに等しいときの最大出力電力値Ｐｐ（即ち、臨界出力電力値Ｐｍａｘ）に等しい場合（白抜きの丸印を参照）、熱電発電モジュール１０Ｍから出力されるであろう出力電流値Ｉａ及び／又は出力電圧値Ｖａ（図示せず）は１つだけ存在する。第７装置に関して図１１を参照しながら説明したように、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いときの出力関連値Ｍｏｕｔのプロットは基準曲線ＣＳの外側に存在する。従って、この時点における高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高い場合、上記のようにして特定される１つの上限出力関連値Ｍｍａｘ（即ち、１つの出力電流値Ｉａ及び／又は出力電圧値Ｖａ）よりも大きいか又は小さい出力関連値Ｍｏｕｔが出力検出装置２０によって検出される。換言すれば、上記のようにして特定される１つの上限出力関連値Ｍｍａｘよりも大きいか又は小さい出力関連値Ｍｏｕｔが出力検出装置２０によって検出される場合、この時点における高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いと判断することができる。

【0201】

一方、ある時点において出力検出装置２０によって検出された出力電力値Ｐｂが臨界出力電力値Ｐｍａｘよりも小さい場合（黒塗りの丸印を参照）、熱電発電モジュール１０Ｍから出力されるであろう出力電流値Ｉｂ及び／又は出力電圧値Ｖｂ（図示せず）は２つ存在する。上記のように、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いときの出力関連値Ｍｏｕｔのプロットは基準曲線ＣＳの外側に存在する。従って、この時点における高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高い場合、上記のようにして特定される２つの上限出力関連値Ｍｍａｘ（即ち、２つの出力電流値Ｉａ及び／又は出力電圧値Ｖａ）の何れよりも大きいか又は小さい出力関連値Ｍｏｕｔが出力検出装置２０によって検出される。換言すれば、上記のようにして特定される２つの上限出力関連値Ｍｍａｘの何れよりも大きいか又は小さい出力関連値Ｍｏｕｔが出力検出装置２０によって検出される場合、この時点における高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いと判断することができる。

【0202】

更に、ある時点において出力検出装置２０によって検出された出力電力値Ｐｃが臨界出力電力値Ｐｍａｘよりも大きい場合、熱電発電モジュール１０Ｍから出力されるであろう出力電流値及び／又は出力電圧値を第１特性データに基づいて特定することはできない（基準曲線ＣＳ上に該当する点は存在しない）。この場合もまた、この時点における高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いと判断することができる。

【0203】

従って、第８装置が備える制御部Ｕｃは、上述したように、以下の２つの場合に、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いと判断するように構成されている。
（Ｉ）熱源温度差ΔＴｓが上限熱源温度差ΔＴｍａｘに等しく且つ出力電力値Ｐが出力検出装置によって検出された出力電力値Ｐに等しい場合において熱電発電モジュール１０Ｍから出力される出力電流Ｉ及び／又は出力電圧Ｖである上限出力関連値Ｍｍａｘが第１特性データに基づいて特定されない場合、或いは
（II）上限出力関連値Ｍｍａｘが第１特性データに基づいて特定され且つ出力検出装置２０によって検出された出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖが上限出力関連値Ｍｍａｘの何れよりも大きいか若しくは小さい場合。

【0204】

〈効果〉
以上のように、第８装置においては低温熱源温度Ｔｃが一定の温度に維持されている。そこで、第８装置は、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しい場合において出力電力値Ｐが出力検出装置２０によって検出された出力電力値Ｐに等しいときに熱電発電モジュール１０Ｍから出力されるであろう出力電流Ｉ及び／又は出力電圧Ｖである上限出力関連値Ｍｍａｘに基づき、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かを判断する。従って、第８装置においては、高温側界面温度Ｔｂｈそのものを特定すること無く上記判断が実施される。即ち、第８装置によれば、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かを判断するために必要とされる演算処理負荷を軽減することができる。

【0205】

《第９実施形態》
以下、本発明の第９実施形態に係る熱電発電装置（以降、「第９装置」と称呼される場合がある。）について説明する。

【0206】

〈構成〉
前述したように、本発明に係る熱電発電装置（本発明装置）においては、高温側界面温度Ｔｂｈが所定の上限温度Ｔｍａｘ以下であると判断された場合は、出力電力値Ｐが最大となるように出力調整装置３０を制御して出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖを変更する制御である出力最大化制御を実行するように制御部Ｕｃを構成してもよい。この場合、詳しくは後述するように、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かを判断するための演算処理負荷を更に軽減することができる。

【0207】

そこで、第９装置は、これまで説明してきた第１装置乃至第８装置を始めとする種々の本発明装置の何れか１つの熱電発電装置であって、以下の（ｔ）乃至（ｗ）に記載された特徴を更に備える。

【0208】

（ｔ）制御部Ｕｃは、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘ以下であると判断された場合は、出力電力値Ｐが最大となるように出力調整装置３０を制御して出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖを変更する制御である出力最大化制御を実行するように構成されている。

【0209】

出力最大化制御の具体例としては、上述した「最大電力点追従制御」（ＭＰＰＴ）を挙げることができる。最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ）は、例えば、コントローラの電流制御により発電モジュールからの出力電流値Ｉを徐々に増やし、これに伴って出力電力値Ｐが増えれば更に出力電流値Ｉを増やし、逆に出力電力値Ｐが減れば出力電流値Ｉを減らすことにより、出力電力値Ｐを最大化する方法である。

【0210】

（ｕ）制御部Ｕｃは、出力最大化制御の実行時における熱源温度差ΔＴｓと、出力関連値Ｍｏｕｔに含まれる複数の検出値の組のうちの少なくとも１つの検出値である指標検出値Ｍｉｎｄｅｘと、の関係を表すデータである第２特性データを第１特性データとして格納している。

【0211】

第２特性データもまた、上述した第１特性データと同様に、第９装置を用いる事前の実験等によって予め求めることができる。また、第２特性データもまた、第１特性データと同様に、制御部が備えるメモリ（ＲＯＭ）等の記憶装置に格納しておくことができる。

【0212】

第２特性データは、熱源温度差ΔＴｓと指標検出値Ｍｉｎｄｅｘとの関係を表すデータである限り、特に限定されない。例えば、第２特性データは、熱源温度差ΔＴｓと最大出力電力値Ｐｐと対応する特定の出力電流値Ｉｐ又は出力電圧値Ｖｐとの関係を表す１つのデータテーブル又はデータマップであってもよい。或いは、第２特性データは、熱源温度差ΔＴｓと最大出力電力値Ｐｐと対応する特定の出力電流値Ｉｐ又は出力電圧値Ｖｐとの関係を表す１つの関数であってもよい。

【0213】

何れにせよ、出力最大化制御の実行に伴い、それぞれの熱源温度差ΔＴｓに対応する出力電力値Ｐ、出力電流値Ｉ及び出力電圧値Ｖが一意に定まる。従って、それぞれの熱源温度差ΔＴｓにおいて出力電力値Ｐ、出力電流値Ｉ及び出力電圧値Ｖが変化する第１特性データに比べて、第２特性データの情報量が少なく、第２特性データを格納するための記憶媒体の容量を低減することができる。また、熱源温度差ΔＴｓ及び／又は上限熱源温度差ΔＴｍａｘを特定するために必要とされる演算処理を簡素化することができる。

【0214】

（ｖ）制御部Ｕｃは、出力検出装置２０によって検出された指標検出値Ｍｉｎｄｅｘから第２特性データに基づいて熱源温度差ΔＴｓを特定するように構成されている。

【0215】

上記のように第９装置においては、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘ以下であると判断された場合、出力最大化制御が実行され、その時々の熱源温度差ΔＴｓに応じて出力電力値Ｐが最大となるように出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖが制御される。換言すれば、それぞれの熱源温度差ΔＴｓに応じて、図２に示した特定の出力電流値Ｉｐ（及び特定の出力電圧値Ｖｐ）となるように出力調整装置３０が制御され、対応する最大出力電力値Ｐｐが達成される。即ち、それぞれの熱源温度差ΔＴｓに対応する出力電力値Ｐ、出力電流値Ｉ及び出力電圧値Ｖが一意に定まる。

【0216】

従って、第９装置においては、熱電発電モジュール１０Ｍにおける熱源温度差ΔＴｓと出力電力値Ｐ並びに出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖとの関係を表す第１特性データを参照するまでもなく、出力関連値Ｍｏｕｔに含まれる複数の検出値の組のうちの少なくとも１つの検出値である指標検出値Ｍｉｎｄｅｘによって熱源温度差ΔＴｓ及び／又は上限熱源温度差ΔＴｍａｘを特定することができる。

【0217】

（ｗ）制御部Ｕｃは、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いと判断された場合は、出力最大化制御の実行を停止し、出力調整装置３０を制御して出力電流値Ｉを増大させるか又は出力電圧値Ｖを減少させるように構成されている。即ち、制御部Ｕｃは、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いと判断された場合は、上述したように出力電流値Ｉを増大させるか又は出力電圧値Ｖを減少させることにより熱電変換素子１０Ｅの高温側界面温度Ｔｂｈを下げる制御ルーチン（冷却制御ルーチン）を実行するように構成されている。

【0218】

〈効果〉
第９装置によれば、上述した種々の本発明装置と同様に、熱電変換素子１０Ｅの高温熱源側界面温度Ｔｂｈを迅速且つ効果的に下げることができるので、熱電変換素子１０Ｅの破損を防止しつつ高い発電効率にて熱電発電装置を稼働させることができる。加えて、第９装置においては、上述したように第１特性データに比べて少ないデータ容量を有する第２特性データを用いて冷却制御ルーチンを実行することができる。従って、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かを判断するための演算処理負荷を更に軽減することができる。

【実施例1】

【0219】

ここで、本発明の実施例１に係る熱電発電装置の１つの具体例（以降、「実施例装置１０１」と称呼される場合がある。）について、図１４及び図１５等を参照しつつ、以下に詳しく説明する。

【0220】

図１４は、本発明装置の１つの具体例としての熱電発電装置（実施例装置１０１）の構成を示す模式図である。実施例装置１０１は、熱電発電モジュール１０Ｍと、出力検出装置２０と、出力調整装置３０と、温度検出装置４０と、制御部５０と、を備える。

【0221】

熱電発電モジュール１０Ｍは、高温熱源１０Ｈと低温熱源１０Ｃとの間の温度差である熱源温度差ΔＴｓにより発電する熱電変換素子（図示せず）を含む。熱電変換素子は、前述したように、交互に直列に電気的に接続された複数の異なる２種の熱電半導体によって形成された直列電気回路によって構成され（何れも図示せず）、高温熱源１０Ｈと低温熱源１０Ｃとによって挟持されている。

【0222】

出力検出装置２０は、熱電発電モジュール１０Ｍから出力される電力である出力電力の大きさである出力電力値Ｐと、熱電発電モジュール１０Ｍから出力される電流の大きさである出力電流値Ｉ及び／又は電圧の大きさである出力電圧値Ｖと、を検出する。出力調整装置３０は、出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖを変化させる。温度検出装置４０は、高温側界面温度Ｔｂｈに相関を有する状態量の値を検出する。制御部５０は、出力調整装置３０を制御して出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖを制御する。

【0223】

実施例装置１０１においては、出力調整装置３０としてのＤＣ−ＤＣコンバータ（以降、「ＤＣ−ＤＣコンバータ３０」と称呼される。）が熱電発電モジュール１０Ｍに接続されている。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、出力検出装置２０及び温度検出装置４０をも含み、熱電発電モジュール１０Ｍからの出力電力を昇圧及び平滑化して、バッテリ等の電力供給先（負荷）２００に電力を供給する。更に、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は制御部５０としても機能する。

【0224】

低温熱源１０Ｃには２つの熱電対４０ｘ及び４０ｙが配設されており、これら２つの熱電対４０ｘ及び４０ｙはＤＣ−ＤＣコンバータ３０に含まれる温度検出装置４０に接続されている。

【0225】

図１５は、図１４において破線によって囲まれている部分Ａの拡大図であり、低温熱源１０Ｃにおける２つの熱電対４０ｘ及び４０ｙの配設箇所（即ち、測温点Ｄｍ１及びＤｍ２）付近を示している。一方の熱電対４０ｘに対し他方の熱電対４０ｙは高温熱源１０Ｈと低温熱源１０Ｃとが熱電発電モジュール１０Ｍを挟持している方向（即ち、これらの積層方向）に所定の距離だけ離れて配置されている。即ち、温度センサとしての熱電対４０ｘ及び４０ｙを備える温度検出装置４０は、熱電発電モジュール１０Ｍを経由して高温熱源１０Ｈから低温熱源１０Ｃへと移動する熱量の流れ方向である熱流方向において所定の間隔Ｌｍ１２だけ離れて位置する２つの測温点である第１測温点Ｄｍ１及び第２測温点Ｄｍ２の温度である第１測温点温度Ｔｍ１及び第２測温点温度Ｔｍ２をそれぞれ検出するように構成されている。

【0226】

また、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０が備える記憶装置（図示せず）には、熱電発電モジュール１０Ｍの様々な熱源温度差ΔＴｓ毎の出力電力値ＶＰと出力電流値Ｉとの関係を示すデータが格納されている。このデータは、前述した熱電発電モジュール１０Ｍにおける熱源温度差ΔＴｓと出力電力値Ｐと出力電流値Ｉ及び／又は出力電圧値Ｖとの関係を表すデータである第１特性データに対応する。

【0227】

制御部５０としても機能するＤＣ−ＤＣコンバータ３０が備える電子制御回路（ＥＣＵ）を構成するＣＰＵは、メモリ（ＲＯＭ）に格納されたインストラクション（ルーチン）を実行することにより、以下に説明する処理を実行する。

【0228】

制御部５０は、温度センサとしての熱電対４０ｘ及び４０ｙによって検出された２つの測温点Ｄｍ１及びＤｍ２の温度（第１測温点温度Ｔｍ１及び第２測温点温度Ｔｍ２）の差、熱流方向における第１測温点Ｄｍ１と第２測温点Ｄｍ２との間の領域の熱伝導率λｍ１２及び熱通過面積Ａｍ１２、並びに熱流方向における第１測温点Ｄｍ１と第２測温点Ｄｍ２との距離Ｌｍ１２から、前述した式（１）に基づいて、熱電発電モジュール１０Ｍを経由して高温熱源１０Ｈから低温熱源１０Ｃへと移動する熱量の大きさである貫通熱量Ｗを算出する。そして、制御部５０は、第１測温点温度Ｔｍ１及び／又は第２測温点温度Ｔｍ２、熱流方向における第１測温点Ｄｍ１及び／又は第２測温点Ｄｍ２と高温側界面Ｂｈとの間の領域の熱伝導率（λｂｈｍ１及び／又はλｂｈｍ２）及び熱通過面積（Ａｂｈｍ１及び／又はＡｂｈｍ２）、貫通熱量Ｗ、並びに熱流方向における第１測温点Ｄｍ１及び／又は第２測温点Ｄｍ２と高温側界面Ｂｈとの距離（Ｌｂｈｍ１及び／又はＬｂｈｍ２）に基づいて、高温側界面温度Ｔｂｈを特定する。以上の処理は、上述した図９のフローチャートにおけるステップＳ１０に対応する。

【0229】

次に、上記のようにして特定された高温側界面温度Ｔｂｈが所定の上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かを判断する。この処理は、上述した図９のフローチャートにおけるステップＳ２０に対応する。

【0230】

高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘ以下である場合、制御部５０は、上述したように、通常時に実行される制御ルーチン（通常制御ルーチン）に従って出力調整装置３０を制御し、出力電流値Ｉを制御する。この処理は、上述した図９のフローチャートにおけるステップＳ９０に対応する。一方、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高い場合、制御部５０は、出力電流値Ｉを増大させることにより熱電変換素子１０Ｅの高温側界面温度Ｔｂｈを下げる制御ルーチン（冷却制御ルーチン）を実行する。この処理は、上述した図９のフローチャートにおけるステップＳ３０に対応する。

【0231】

実施例装置１０１によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０が備える電子制御回路（ＥＣＵ）を構成するＣＰＵが上記ルーチンを所定の時間間隔にて繰り返し実行することにより、高温側界面温度Ｔｂｈを上限温度Ｔｍａｘ以下に維持して熱電発電素子１０Ｅの破損を防止しつつ高い発電効率にて熱電発電モジュール１０Ｍを稼働させることができる。

【実施例2】

【0232】

ここで、本発明の実施例に係る熱電発電装置のもう１つの具体例（以降、「実施例装置１０２」と称呼される場合がある。）について、図１６及び図１７を参照しつつ、以下に詳しく説明する。実施例装置１０２は、基本的には、上述した実施例装置１０１と同様の構成を有する熱電発電装置である。

【0233】

但し、実施例装置１０１においては、上述したように、温度検出装置４０を構成する温度センサとして熱電対４０ｘ及び４０ｙによって検出された低温熱源１０Ｃ内の測温点Ｄｍ１及びＤｍ２の温度等に基づいて算出される高温側界面温度Ｔｂｈと上限温度Ｔｍａｘとの比較により、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かを判断する。しかしながら、実施例装置１０２においては、出力検出装置２０によって検出される出力電力値Ｐ等に基づいて、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かを判断する。

【0234】

図１のグラフを参照しながら説明したように、実施例装置１０２においても、例えば熱電変換素子１０Ｅの破損等の問題が生じない限り、熱源温度差ΔＴｓが大きくなるほど熱電発電モジュール１０Ｍからの出力電力値Ｐが大きくなる。更に、図２のグラフを参照しながら説明したように、実施例装置１０２においても、熱電発電モジュール１０Ｍからの出力電力値Ｐは、特定の電流値Ｉｐにおいて最大値（最大出力電力値Ｐｐ）となる。換言すれば、この特定の出力電流Ｉｐ未満の領域においては出力電流値Ｉが大きくなるほど出力電力値Ｐが大きくなり、この特定の出力電流Ｉｐ以上の領域においては出力電流値Ｉが大きくなるほど出力電力値Ｐが小さくなる。加えて、図８のグラフを参照しながら説明したように、実施例装置１０２においても、出力電流値Ｉを増大させると、それに伴って熱電発電モジュール１０Ｍを構成する熱電変換素子１０Ｅの高温熱源１０Ｈ側の界面の温度（高温側界面温度Ｔｂｈ）が低下する。

【0235】

上記のような熱電発電モジュール１０Ｍの特性及び高温側界面温度Ｔｂｈの上限（上限温度Ｔｍａｘ）は、熱電発電モジュール１０Ｍを構成する熱電半導体（１０Ｎ及び１０Ｐ）の材料及び当該熱電半導体によって形成される熱電変換素子１０Ｅの構成等によって異なる。尚、実施例装置１０２においては、熱電発電モジュール１０Ｍの上限温度Ｔｍａｘは２８０℃であり、高温側界面温度Ｔｂｈが２８０℃以下である場合、前述した最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ）を通常制御ルーチンとして実行するように制御部５０が構成されているものとする。また、以下の説明においては、熱電発電モジュール１０Ｍを構成する熱電変換素子１０Ｅの低温熱源１０Ｃの温度（低温熱源温度Ｔｃ）は常に３０℃において一定の温度に維持されているものとする。

【0236】

ここで、図１６及び図１７のグラフを参照しながら、実施例装置１０２において実行される高温側界面温度Ｔｂｈの制御について詳しく説明する。図１６における実線の曲線は、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘ（２８０℃）に等しい状態（状態ａ）における出力電流値Ｉと出力電力値Ｐとの関係を示す。上述したように低温熱源温度Ｔｃは３０℃において一定であるので、このときの熱源温度差ΔＴｓは２５０℃ある。実施例装置１０２においては、上述したように高温側界面温度Ｔｂｈが２８０℃以下である場合、通常制御ルーチンとしてＭＰＰＴが実行される。その結果、出力電流値Ｉが約３．３Ａ（Ｉｍａｘ）となるように調整され、約２４Ｗ（臨界出力電力値Ｐｍａｘ）の出力電力Ｐａが出力される。この状態ａは、図１７のグラフ（タイムチャート）における点Ａに該当する。

【0237】

一方、図１６における破線の曲線は、例えば高温熱源１０Ｈとしての内燃機関からの排気の温度（即ち、高温熱源温度Ｔｈ）が高負荷運転等の原因により上昇し、図１６のグラフにおける矢印Ｆ１によって示すように、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘ（２８０℃）よりも高い温度に到達した状態（状態ｂ）における出力電流値Ｉと出力電力値Ｐとの関係を示す。高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高い温度へと上昇したことに伴い界面温度差ΔＴｓが増大する。その結果、このときの出力電流値Ｉは上記状態ａにおける出力電流Ｉに等しい（＝Ｉｍａｘ）にもかかわらず、出力電力値ＰがＰａ（即ち、Ｐｍａｘ＝約２４Ｗ）からＰｂ（約３２．５Ｗ）へと増大している。このように、出力電流値Ｉが変動しなくとも高温側界面温度Ｔｂｈが変動することにより出力電力値Ｐは変動する。

【0238】

即ち、上記状態ｂにおける出力電力Ｐｂは臨界出力電力値Ｐｍａｘよりも大きい。臨界出力電力値Ｐｍａｘは、前述したように、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘに等しいときに得られる最大電力Ｐｐである。従って、ある時点における出力電力値Ｐが臨界出電力値Ｐｍａｘよりも大きいということは、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘよりも高いことを意味する。

【0239】

そこで、出力調整装置３０及び制御部５０としてのＤＣ−ＤＣコンバータは、上述した冷却制御ルーチンに従い、熱電発電モジュール１０Ｍからの出力電流値Ｉを増大させる。この例においては、図１６のグラフにおける矢印Ｆ２によって示すように、出力電流Ｉを約３．３Ａから約７Ａへと増大させる（状態ｃ）。

【0240】

上記により、熱電発電モジュール１０Ｍを構成する熱電変換素子１０Ｅの熱伝導率が大きくなり、高温熱源側の界面（高温側界面Ｂｈ）から低温熱源側の界面（低温側界面Ｂｃ）への熱の移動が促進される。その結果、図１７のタイムチャートにおける点Ｃに示すように、高温側界面温度Ｔｂｈが低下し、低温側界面温度Ｔｂｃが上昇する。即ち、界面温度差ΔＴｂが小さくなるので、熱電発電モジュール１０Ｍからの出力電力値ＰはＰｃ（約２２．５Ｗ）へと低下する。但し、図１７に示すように、高温側界面温度Ｔｂｈ及び低温側界面温度Ｔｂｃの上記変化は熱電変換素子１０Ｅの高温側界面Ｂｈと低温側界面Ｂｃとの間における熱の移動に起因するものであり、高温熱源温度Ｔｈ及び低温熱源温度Ｔｃには実質的に影響しない。即ち、熱源温度差ΔＴｓは実質的に変化しない。

【0241】

その後、例えば内燃機関の運転負荷の低下等に起因して排気の温度が低下する等して、高温熱源１０Ｈの温度Ｔｈが低下しても、出力電流値Ｉは状態ｃにおける大きい値のまま変化せず、熱電変換素子１０Ｅの熱伝導率もまた大きいままである。従って、高温熱源側の界面Ｂｈから低温熱源側の界面Ｂｃへと移動する熱量も大きいままであるので、図１７のタイムチャートにおける点Ｄに示すように、高温側界面温度Ｔｂｈが低下し、やがて上限温度Ｔｍａｘ（２８０℃）よりも低い温度に到達する。その結果、界面温度差ΔＴｂが更に小さくなり、出力電力値Ｐも更に小さくなる。

【0242】

上記のようにして高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘ未満にまで低下したら、制御部５０としてのＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、通常制御ルーチンに従って出力調整装置３０を制御し、出力電流値Ｉを制御する。具体的には、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、出力電力値Ｐが最大となるように出力調整装置としてのＤＣ−ＤＣコンバータ３０を制御して出力電流値Ｉを変更する制御である出力最大化制御（この例においては、最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ））を実行するように構成されている。その結果、図１７のタイムチャートにおける点Ｅに示すように、やがて高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘの近傍へと戻り、これに合わせて、図１６のグラフにおける矢印Ｆ３によって示すように、出力電流値ＩがＩｍａｘへと戻り、出力電力値ＰがＰａ（＝Ｐｍａｘ）へと戻る。即ち、状態ｃから状態ａへと戻る。

【0243】

以上のように、実施例装置１０２によれば、出力検出装置２０によって検出される熱電発電モジュール１０Ｍからの出力電流値Ｉ及び出力電力値Ｐと制御部５０が備える記憶装置に格納された第１特性データとに基づき、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘより高いと判断された場合は、出力調整装置３０によって出力電流値Ｉを増大させて熱電発電モジュール１０Ｍの高温熱源１０Ｈ側の界面の温度（高温側界面温度Ｔｂｈ）を低下させる冷却制御を実行する。一方、高温側界面温度Ｔｂｈが上限温度Ｔｍａｘ以下であると判断された場合は、出力電力値Ｐが最大となるように出力調整装置３０を制御して出力電流値Ｉを変更する制御である出力最大化制御（この例においては、ＭＰＰＴ）を実行する。

【0244】

上記により、実施例装置１０２においても、高温側界面温度Ｔｂｈを上限温度Ｔｍａｘ以下に維持して熱電発電素子１０Ｅの破損を防止しつつ高い発電効率にて熱電発電モジュール１０Ｍを稼働させることができる。

【0245】

以上、本発明を説明することを目的として、特定の構成を有する幾つかの実施形態及び実施例につき、時に添付図面を参照しながら説明してきたが、本発明の範囲は、これらの例示的な実施形態及び実施例に限定されると解釈されるべきではなく、特許請求の範囲及び明細書に記載された事項の範囲内で、適宜修正を加えることが可能であることは言うまでも無い。

【符号の説明】

【0246】

１０Ｍ…熱電発電モジュール、１０Ｅ…熱電変換素子、１０Ｎ及び１０Ｐ…熱電半導体、１０Ｈ…高温熱源、１０Ｃ…低温熱源、１１Ｈ…支持基板（高温熱源側）、１１Ｃ…支持基板（低温熱源側）、１２Ｈ…電極（高温熱源側）、１２Ｃ…電極（低温熱源側）、２０…出力検出装置、３０…出力調整装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）、４０…温度検出装置、４０ｘ及び４０ｙ…熱電対、５０…制御部、１００…熱電発電装置（第１装置）、１０１及び１０２…熱電発電装置（実施例装置）、並びに２００…電力供給先（負荷）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】