特開 2022-174818 熱電変換システム、熱電変換モジュールのリフレッシュ方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022174818

(43)【公開日】2022-11-25

(54)【発明の名称】熱電変換システム、熱電変換モジュールのリフレッシュ方法

(51)【国際特許分類】

   H02N 11/00 20060101AFI20221117BHJP

   H01L 35/30 20060101ALI20221117BHJP

   F03G 7/00 20060101ALI20221117BHJP

【ＦＩ】

H02N11/00 A

H01L35/30

F03G7/00 C

F03G7/00 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021080797

(22)【出願日】2021-05-12

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２７年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「未利用熱エネルギーの革新的活用技術研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110002365

【氏名又は名称】特許業務法人サンネクスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田窪 千咲紀

(72)【発明者】

【氏名】早川 純

(57)【要約】

【課題】 出力効率の高い熱電変換システムを提供する。
【解決手段】 熱電変換モジュールは、温熱源と冷熱源とに接して温度差エネルギを電力に変換する熱電変換素子の単数又は複数で構成され、制御機構は、少なくとも温熱源と冷熱源の何れかを構成する液体流に生じた気泡による出力低下に対応し、温熱源及び冷熱源それぞれの温度及び流量を計測する熱源計測部と、熱電変換モジュールの出力値を計測する出力計測部と、制御情報を記憶する記憶部と、発動毎に所定の損失電力を生じながら気泡を除去するリフレッシュ機構と、記憶部に記憶された制御情報を用いた所定の計算結果に基づいてリフレッシュ機構を発動させるタイミングを決定する計算判定部と、を備え、制御情報として、少なくとも、温度及び流量に対する初期出力値と、運転継続に伴って計測される出力電力と、損失電力と、出力低下に係る情報と、を有した。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱電変換モジュールと、制御機構と、を備えた熱電変換システムであって、
前記熱電変換モジュールは、温熱源と冷熱源との間の温度差を電力に変換する熱電変換素子の単数又は複数で構成され、
前記制御機構は、
少なくとも前記温熱源と前記冷熱源の何れかを構成する液体流に生じる気泡による出力低下に対応するものであり、
前記温熱源及び前記冷熱源それぞれの温度及び流量を計測する熱源計測部と、
前記熱電変換モジュールの出力電力を計測する出力計測部と、
発動する毎に所定の損失電力を生じながら前記気泡を除去するリフレッシュ機構と、
記憶部に記憶された制御情報を用いた所定の計算結果に基づいて前記リフレッシュ機構を前記発動させるタイミングを決定する計算判定部と、
前記制御情報として、少なくとも、前記温度及び前記流量に対する前記気泡の無い状態の初期出力値と、運転継続に伴って計測される前記出力電力と、前記損失電力と、前記出力低下に係る情報と、を記憶する前記記憶部と、
を備えた、
熱電変換システム。

【請求項2】

前記計算判定部は、
前記記憶部に記憶された前記制御情報を用いて、出力低下予測曲線を形成可能に数値計算し、
前記出力低下予測曲線から、
時間当たりに、前記出力低下に伴う損失電力と、前記リフレッシュ機構を前記発動することに伴う前記損失電力と、の合計値が最小となるリフレッシュ機構発動時間を算出する、
請求項１に記載の熱電変換システム。

【請求項3】

前記リフレッシュ機構は、前記熱電変換モジュールの伝熱面近傍の流路において、流速を増加させるように前記流路を狭窄化させた、
請求項１に記載の熱電変換システム。

【請求項4】

前記リフレッシュ機構は、熱電変換モジュールの面内出力分布に基づいて、流路内の流れに不均衡を生成するような流路狭窄化の制御を行う、
請求項１に記載の熱電変換システム。

【請求項5】

温熱源の前記リフレッシュ機構は、冷熱源の冷熱により気泡を再溶解させるようにした、
請求項１に記載の熱電変換システム。

【請求項6】

前記制御機構は、前記計算判定部が決定した前記タイミングで前記リフレッシュ機構を前記発動させても前記出力低下が回復しない場合、泡以外の原因による故障が発生したものと判定する判定部を有する、
請求項１に記載の熱電変換システム。

【請求項7】

制御機構による熱電変換モジュールのリフレッシュ方法であって、
温度差エネルギを電力に変換する熱電変換素子の単数又は複数で構成された前記熱電変換モジュールを温熱源と冷熱源とに接し、
前記制御機構は、
前記温熱源及び前記冷熱源それぞれの温度及び流量を計測し、
前記熱電変換モジュールの出力値を計測し、
少なくとも前記温熱源と前記冷熱源の何れかを構成する液体流に生じた気泡による出力低下の有無を判定し、
前記出力低下が有れば、計算されたタイミングでリフレッシュ機構が発動する毎に所定の損失電力を生じながらも前記気泡を除去させ、
制御情報として生成された、少なくとも、気泡の無い状態の前記温度及び前記流量に対する初期出力値と、運転継続に伴って計測される出力電力と、前記損失電力と、前記出力低下に係る情報と、を記憶し、
記憶された前記制御情報を用いて所定の計算した結果に基づいて前記タイミングを決定する、
熱電変換モジュールのリフレッシュ方法。

【請求項8】

前記記憶された前記制御情報を用いて、出力低下予測曲線を形成可能に数値計算し、
前記出力低下予測曲線から、
時間当たりに、前記出力低下に伴う損失電力と、前記リフレッシュ機構を前記発動することに伴う前記損失電力と、の合計値が最小となるリフレッシュ機構発動時間を算出する、
請求項７に記載の熱電変換モジュールのリフレッシュ方法。

【請求項9】

前記リフレッシュ機構は、前記熱電変換モジュールの伝熱面近傍の流路において、流速を増加させるように前記流路を狭窄化させた、
請求項７に記載の熱電変換モジュールのリフレッシュ方法。

【請求項10】

前記リフレッシュ機構は、熱電変換モジュールの面内出力分布に基づいて、流路内の流れに不均衡を生成するような流路狭窄化の制御を行う、
請求項７に記載の熱電変換モジュールのリフレッシュ方法。

【請求項11】

温熱源の前記リフレッシュ機構は、冷熱源の冷熱により気泡を再溶解させるようにした、
請求項７に記載の熱電変換モジュールのリフレッシュ方法。

【請求項12】

計算判定部が決定した前記タイミングで前記リフレッシュ機構を前記発動させても前記出力低下が回復しない場合は、泡以外の原因による故障が発生したものと判定する、
請求項７に記載の熱電変換モジュールのリフレッシュ方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱電変換システム及びそれを構成する熱電変換モジュールのリフレッシュ方法に関する。

【背景技術】

【0002】

熱電変換発電は、環境発電の一つであり、ＩｏＴ用センサ端末用の電源や廃熱利用等への活用方法が検討されている。熱電変換発電に利用されている熱電変換モジュールは、熱電変換素子の複数が電極とともに組み立てられることによって実現されている。この熱電変換モジュールは、温熱源と冷熱源との間の熱経路の温度差に基づいて、環境に蓄えられた熱エネルギの一部を電気エネルギに変換するものである。

【0003】

熱電変換システムを構成する熱経路には、発電に寄与する熱電変換素子と、それ以外の発電に寄与しない部分が存在している。熱電変換の研究分野では、熱電変換素子の材料や熱電変換モジュールの研究成果は多い。しかし、熱源を含む熱経路まで考慮した熱電変換システムの最適化については、改善余地が残されている。

【0004】

温熱源や冷熱源には温水等の液体が使われることも多い。液体には溶存気体や蒸気圧に応じた水蒸気が含まれているため、温度が上昇することで気泡が発生する。この気泡は徐々に流路の壁面に付着して熱絶縁作用をもたらす。この熱絶縁作用により、熱電変換モジュールを通過する熱流が減少することにより、熱電変換出力が低下するという課題がある。

【0005】

これに対し、特許文献１において、流路に傾きを与えることにより、液体に含まれる気泡等の空気を浮力利用で自動的に上部に逃がす構造が開示されている。また、流路の途中に気泡を逃がす孔を形成する構造のほか、除泡装置や消泡装置を常時起動させることで、泡を除去する方法も知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平１１－２４７７５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、液体流に含まれる気泡の一部は、浮力により上部方向へ流れ去るが、流されずに流路の壁面に付着して淀む気泡もある。特に小さな気泡は、浮力も小さく自動的に上部に流れ去らずに壁面に付着して残るものが多い。このような流路に淀む気泡を除去するために、除泡装置や消泡装置を常時起動していると、そのための稼働電力が出力に対する損失として増大する問題もある。

【0008】

これに対し、熱電変換モジュールを有する熱電変換システムにおいて、熱源の液体流に含まれる気泡を取り除くタイミングを最適化することにより、出力効率を最大にすることが望まれている。本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、出力効率の高い熱電変換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】

【0009】

本願発明に係る課題を解決する手段のうち代表的なものを例示すれば、熱電変換モジュールと、制御機構と、を備えた熱電変換システムであって、熱電変換モジュールは、温熱源と冷熱源とに接して温度差エネルギを電力に変換する熱電変換素子の単数又は複数で構成され、制御機構は、少なくとも温熱源と冷熱源の何れかを構成する液体流に生じた気泡による出力低下に対応するものであり、温熱源及び冷熱源それぞれの温度及び流量を計測する熱源計測部と、熱電変換モジュールの出力値を計測する出力計測部と、制御情報を記憶する記憶部と、発動する毎に所定の損失電力を生じながら気泡を除去するリフレッシュ機構と、記憶部に記憶された制御情報を用いた所定の計算結果に基づいてリフレッシュ機構を発動させるタイミングを決定する計算判定部と、を備え、制御情報として、少なくとも、温度及び流量に対する初期出力値と、運転継続に伴って計測される出力値と、損失電力値と、出力低下に係る情報と、を有した。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、出力効率の高い熱電変換システムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施例１に係る熱電変換システム（以下、「本システム」ともいう）の概略構成を示す模式図である。

【図2】図１の本システムにおいて、熱電変換モジュールに入力する熱の流れを示す断面説明図である。

【図3】図１の本システムにおける出力電力（以下、「現在出力電力」、又は単に「出力値」ともいう）の時間変動を説明するグラフである。

【図4】図２の熱電変換モジュールにおける温度差と流量に対する出力値を例示するグラフである。

【図5】図１の本システムのリフレッシュ動作を示すフローチャートである。

【図6】図１の本システムにおける２種類の損失電力を説明するグラフである。

【図7】図１の本システムにおけるリフレッシュのタイミングと出力低下との関係を示すグラフである。

【図8】図１の本システムにおける合計損失電力とリフレッシュ間隔の関係を示すグラフである。

【図9】実施例２に係る熱電変換システム（これも「本システム」という）のリフレッシュ動作を示すフローチャートである。

【図10】実施例２の本システムにおいて、流路狭窄による流速調節を示す断面説明図である。

【図11】図１０の本システムにおける熱電変換モジュールと温熱源及び冷熱源流路を示す斜視説明図である。

【図12】図１１の熱電変換モジュールにおける出力の面内分布と流路選択機構を示す平面説明図である。

【図13】図１１の熱電変換モジュールにおいて、温水流路に冷却水を流す断面構造を示す断面説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。実施例１は、図１～図５を用いて説明する。実施例２は、図６～図９を用いて説明する。実施例３は、図１０を用いて説明する。実施例４は、図１１～図１２を用いて説明する。実施例５は、図１３を用いて説明する。これらの実施例１～５は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略及び簡略化がなされている。

【0013】

本発明は、他の種々の形態でも実施することが可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲等は、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲等を表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲等に限定されない。

【実施例0014】

図１は、本システムの概略構成を示す模式図である。図１に示すように、本システムは、熱電変換モジュール１３と、それをコンピュータ制御する制御機構２１と、により主要構成される。熱電変換モジュール１３は、温熱源１１と冷熱源１２とに接し、温度差で発電する熱電変換素子を備える。

【0015】

制御機構２１は、コンピュータのほか、少なくとも、各種センサ、各種のアクチュエータ等を備え、さらに入出力部、通信部、あるいは表示部等も、あれば便利である。熱電変換モジュール１３は、温熱源１１と冷熱源１２の間に設置され、温熱源１１から熱電変換モジュール１３を経由して冷熱源１２へ流れる熱エネルギの一部を電気エネルギに変換して出力電力が得られる。この熱電変換モジュール１３は、熱電変換材料からなる複数の熱電変換素子を電極で接続して組み立てられている。

【0016】

制御機構２１は、熱源計測部１８と、出力計測部１７と、記憶部１９と、計算判定部２０と、リフレッシュ機構２２と、を備える。熱源計測部１８は、温熱源１１及び冷熱源１２の温度と流量を計測する。出力計測部１７は、熱電変換モジュール１３の出力値を計測する。これらのセンサ出力は、コンピュータ制御に供する制御情報として、記憶部１９に記憶される。

【0017】

記憶部１９は、温度と流量に対する初期出力値と、計測した出力値と、を記憶する。計算判定部２０と、制御機構２１の各部が取得したデータ及び、それらに基づいて生成した数値からリフレッシュのタイミングを決定する。リフレッシュ機構２２は、計算結果に応じたタイミングで気泡１６を除去する電動式の各種のアクチュエータを備える。なお、コンピュータを形成する記憶部１９は、ＣＰＵにより読み出して実行されるプログラムのほか、読み書き更新自在の制御情報も記憶できる。

【0018】

図２は、図１の本システムにおいて、熱電変換モジュールに入力する熱の流れを示す断面説明図である。図２（ａ）のように、熱電変換モジュール１３が温熱源１１及び冷熱源１２に接しているそれぞれの伝熱面１４の全面が熱源に接していると熱流１５が最大に流れる。一方、温熱源１１や冷熱源１２に温水等の液体流が使われた場合、液体には溶存気体や蒸気圧に応じた水蒸気が含まれているため、流れや振動や温度上昇等のきっかけで気泡１６が発生することが多い。

【0019】

この気泡１６は徐々に流路の壁面に付着するが、伝熱面に付着することで熱電変換モジュール１３への熱流１５が減少し、熱電変換出力が低下してしまう。図２（ｂ）は、温熱源１１に温水を利用した場合で、温水に含まれる気泡１６が熱流１５の伝熱面に付着するため熱流１５が減少する場合を示す。図２（ｃ）は、冷熱源１２に水を利用した場合で、熱流１５によって受けた熱エネルギによって発生した気泡１６が伝熱面に付着して、熱流１５が減少する場合を示す。

【0020】

本システムに類似する従来装置では、流路の途中に気泡を自然に逃すための空気孔を形成しても、気泡は十分に取り除くことは困難であり、液体に残った気泡が壁面に付着することを防ぐことはできなかった。本システムは、伝熱面１４にこのような気泡１６が付着した場合、リフレッシュ機構２２を発動し、気泡１６を取り除く（リフレッシュ）ことで、元通りに回復した熱流１５を最大限に流すことができる。

【0021】

リフレッシュ機構２２として、超音波や真空を利用する脱泡／脱気装置のような除泡装置が適用可能である。ただし、どのようなリフレッシュ機構２２であっても、それを常時駆動させると電力消費が増大する。また、間欠動作をする場合でも、除泡のための消費電力（損失電力）に対する出力低下を抑制できた効果の観点で、必要最小限に発動させるようなタイミング、すなわち最適な周期で間欠的に除泡発動することが望ましい。

【0022】

熱源計測部１８では、温熱源１１または冷熱源１２、あるいはその両方が液体流の場合に、その液体、例えば、温水や冷水の温度と流量を測定する。その測定値は後述する記憶部１９に記憶されて、かつ、計算判定部２０で比較判定する値になる。

【0023】

出力計測部１７は、熱電変換モジュール１３で発電された出力電力を計測するセンサである。出力電力は本システムから取り出して外部で発電利用されるので、その経路の途中で出力値が監視されるほか、その出力値は制御情報としてコンピュータ制御に供される。

【0024】

記憶部１９は、コンピュータプログラムのほか、上述したような、熱源計測部１８で測定した熱源の温度及び流量と、出力計測部１７で測定した出力電力と、後述する温度及び流量に対する初期出力値と、制御のために予め設定された閾値と、を書き込み更新自在に記憶する。

【0025】

計算判定部２０は、熱電計測部１８と出力計測部１７から得られた計測値から数値計算し、図３に示して後述するような出力低下予測曲線を描くほか、その出力低下予測曲線と、記憶部１９で記憶したデータと、を比較してリフレッシュのタイミングを判定する機能である。このような機能を有する本システムにおいて、熱電変換モジュール１３をリフレッシュする方法を本方法という。

【0026】

なお、出力低下予測曲線は、本システムの管理者等が画像で常時モニターチェックする必要はなく、タイミングを判定するための出力低下予測曲線を描けるような数値を算出して、閾値等との対応関係を確立できれば足りる。さらに、計算判定部２０によるタイミングの判定方法については後述する。

【0027】

本システムの設定、例えば、熱電変換モジュール１３や、それと熱源との接触機構等が変わらない限り、熱源の条件が一定、すなわち、熱源を形成する液体流の流量や温度が一定の場合、本システムの出力電力も一定である。すなわち、熱電変換モジュール１３を介して温熱源１１から冷熱源１２へ伝わる熱量が一定であれば、熱電変換モジュール１３の出力電力も一定である。つまり、本システムの出力電力は、熱源の温度、温度差及び流量で決まる。

【0028】

図３は、図１の本システムにおける出力電力の時間変動を説明するグラフである。図３に示すように、液体流路の壁面に、気泡１６がない時間０の初期状態から徐々に気泡１６が付着することで、熱電変換発電の出力電力２３は初期出力値２４から時間とともに低下していく。なお、図３では出力低下を直線で記載しているが、気泡１６や壁面の状態により曲線の場合もある。

【0029】

図３において、出力低下が進行し、ある閾値２５に達した時間ｔ１で気泡１６を除去するリフレッシュを行うと、気泡１６が除去されて出力電力は初期出力値まで戻すことができる。このように、出力電力の低下がある程度進んだ時に、リフレッシュすることで電力低下に伴う損失電力Ｐｂｕｂ＿３０を少なくすることができる。

【0030】

図４は、図２の熱電変換モジュール１３における温度差と流量に対する出力値を例示するグラフである。記憶部１９では温熱源１１と冷熱源１２の温度差と流量に対する初期出力値及び閾値を記憶している。図４において、その記憶内容をグラフの上から順に、温度差１～温度差３を例示する。

【0031】

温度差１では、流量に対する初期出力２６－１及び閾値２６－２となる。温度差２では、流量に対する初期出力２７－１及び閾値２７－２となる。温度差３では、流量に対する初期出力２８－１及び閾値２８－２となる。なお、それぞれの閾値を初期出力値のｘ％等に指定しても良い。

【0032】

一方、熱源計測部１８では、指定した時間毎に各熱源の温度と流量を計測する。また、出力計測部１７では熱電変換された出力電力を計測している。これらのデータは、記憶部１９に記憶される。その記憶データから読み取ったデータを比較照合すると、本システムの初期出力が推定できる。

【0033】

すなわち、本システムにおいて、リフレッシュ直後等で、気泡１６が付着する直前に計測した温度差及び流量のデータと、図４に相当するデータと、を記憶部１９から読み取って比較照合すると、あるべき初期出力が得られる。このことを図４で説明する。すなわち、計測した温度差が温度差１であり、流量がｒであったとき、グラフ上には＜黒丸＞印の点になり、その時の初期出力はＰｒで、対応する閾値は＜黒三角＞印の点のＰｔが得られる。

【0034】

図４で推定した初期出力Ｐｒと、閾値Ｐｔと、を図３に反映させると、図３おける初期出力値２４が図４のＰｒであり、図３の閾値２５は図３のＰｔである。図４では温度差を３つしか記載していないが、実際はこれより多く記憶している。計算判定部２０は、記憶部１９で継続的に記憶を更新する出力低下のグラフから、リフレッシュのタイミングを判断して、リフレッシュ機構２２に実行命令する。

【0035】

計算判定部２０には、常時あるいは間欠的に熱源計測部１８と出力計測部１７から計測値が計算判定部２０に入ってくる。この値と記憶部１９の閾値と比較してリフレッシュのタイミングを判定する。具体的には、計算判定部２０はコンピュータに形成され、時間毎に継続して計測値が図３の出力電力曲線に相当するデータを作成し、そのデータ値を閾値判定したタイミングで、リフレッシュ機構２２に該当するアクチュエータに駆動命令する。

【0036】

これにより、出力低下が進みすぎないタイミングでリフレッシュして初期出力値に戻すことができるので、大きな出力低下を防ぐことができるようになる。逆に、あまり出力低下が起きていないにも関わらず、過剰にリフレッシュする無駄も避けられ、リフレッシュに要する電力を必要最小限に削減できる。さらに、このタイミングでリフレッシュしても出力が戻らなかった場合は、出力低下は気泡１６ではない別の要因があると判断することができる。

【0037】

実施例１のリフレッシュ機構２２は、流路の壁面に付着した気泡１６を除去する。その一例として、適宜に発動して流速を変化させる機構がある。通常状態では、ポンプの消費電力を抑えるために流量を抑え、リフレッシュが必要な時だけポンプを動かして流量を増やすことにより、流速を速めて流路の壁面に付着した気泡１６を流して除去する。流路内に設置したスクリュー、又はそれと同等機能部を動かすことで、流速を速めて気泡１６除去する類例もある。

【0038】

さらに、リフレッシュ機構２２の別の例として振動を与える方式がある。超音波振動子で小さい振動を与えても良い。また、それ以外の振動源により打撃のような大きな振動を与えても良い。これらの場合は、気泡１６を除去したい場所に効率よく振動が伝わる位置に、リフレッシュ機構２２を設置する。さらにリフレッシュ機構２２の別の例として、流路の内面に接触するように設置したブラシ等の部材を移動させる消泡手段でも良い。

【0039】

次に、リフレッシュ動作の具体的な手順を説明する。図５は、図１の本システムのリフレッシュ動作を示すフローチャートである。最初に本システムに温熱源１１や冷熱源１２に温水や冷却水を流すことで、熱電変換モジュール１３からの発電が始まる。

【0040】

制御機構２１は、記憶部１９に記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することにより、熱源計測部１８と、出力計測部１７と、計算判定部２０と、を形成する。制御機構２１は、少なくとも温熱源１１と冷熱源１２の何れかを構成する液体流に生じた気泡１６による出力低下Ｐｂｕｂ＿３０に対応する。

【0041】

その出力低下Ｐｂｕｂ＿３０を抑制するため、リフレッシュ機構２２を発動させて気泡１６を除去させる。ただし、リフレッシュ機構２２が発動する毎に所定の損失電力Ｐｒｅｆ＿３２値を生じるので、その損失電力値は、出力低下Ｐｂｕｂ＿３０に対する抑制量よりも、少なくなるように制限されなければ、発電効率の観点から逆効果となる。

【0042】

図５に示すように、その熱源計測部１８は、温熱源１１及び冷熱源１２それぞれの温度及び流量を計測する（Ｓ１０）。また、出力計測部１７は、熱電変換モジュール１３の出力値を計測する（Ｓ１０）。つまり、熱源計測部１８では、それぞれ温水や冷却水の流量と温度を測定する。また、出力計測部１７は、熱電変換モジュール１３で発電された現在出力値を監視する（Ｓ１０）。

【0043】

次に、計算判定部２０でそれらの値と記憶部１９にある同じ流量と温度の差における泡の無い状態の初期出力値と比較する（Ｓ２０）。気泡の無い状態の初期出力値より減少していなければ（Ｓ２０でＮｏ）、Ｓ１０へ戻って再度測定することを繰り返す。一方、初期出力値より減少していれば（Ｓ２０でＹｅｓ）、現在出力値を継続的に記憶し（Ｓ３０）、図３に示す出力低下曲線のデータが得られるように準備しておく。

【0044】

さらに、計算判定部２０では、図３の出力低下予測曲線を計算し（Ｓ３０）、リフレッシュ機構２２を発動するための閾値からリフレッシュするタイミングを算出する（Ｓ４０）。次に、計算判定部２０では、今がリフレッシュするタイミングかどうか判定し（Ｓ５０）、まだ閾値になりそうでない場合（Ｓ５０でＮｏ）は、Ｓ１０へ戻って再度測定することを繰り返す。

【0045】

一方、待たずにリフレッシュすべきと、計算判定部２０が判定した場合（Ｓ５０でＹｅｓ）には、リフレッシュ機構２２がリフレッシュを行い（Ｓ６０）、気泡１６を除去する。このような手順で設定された、適切な周期によるリフレッシュ動作を、間欠的に実行することによって、リフレッシュ機構２２を常時発動することによる無駄な電力損失を抑制できる。

【0046】

また、変形例として、少なくともＳ２０とＳ５０との何れかに示した判定を省略しても良い。その変形例であっても、予め定められた最適なタイミングの一定周期で、リフレッシュ機構２２を必要最小限の発動させることにより、常時発動の無駄な電力損失を抑制できる。

【0047】

なお、熱電変換モジュール１３が真空封止されておらず、熱電変換モジュール１３の出力が温度や湿度等の外気雰囲気に影響を受け易い場合は、外気雰囲気変動も含めた熱電変換モジュール１３の出力電力も記憶部１９に記憶し、タイミングの算出に適用すると、より高精度に出力効率を向上させられる。

【0048】

＜効果＞
実施例１の本システムは、熱源計測部１８、出力計測部１７、記憶部１９、計算判定部２０、及びリフレッシュ機構２２を有する制御機構２１と、熱源の流路に配設された熱電変換モジュール１３と、を備えて構成される。これを、本方法の手順によりリフレッシュタイミングを計算して実行する。

【0049】

このような本システムや本方法によれば、出力低下が閾値に到達した場合にのみ、リフレッシュ機構２２を発動して初期出力値に戻すことができるため、気泡１６付着による出力低下を最小限に押さえることができる。その結果、出力効率を高められる。

【実施例0050】

図６～図９を用いて実施例２を説明する。実施例１に記載したように、時間経過により伝熱面に気泡１６付着がない場合は、温熱源１１と冷熱源１２の流量と温度が変化しなければ熱電変換モジュール１３の発電の出力値は初期出力値のまま減少しないが、気泡１６が付着すると出力２９は時間とともに減少していく。

【0051】

図６は、図１の本システムにおける２種類の損失電力を説明するグラフである。図６（ａ）に示すように、気泡１６付着がない時間０から時間ｔ１までの間に発生した気泡１６付着による損失電力Ｐｂｕｂ＿３０も制御機構２１に把握される。また、時間とともに低下する出力値から、機械学習等で予測できる出力低下を出力低下予測曲線３１とする。

【0052】

一方、リフレッシュ機構２２を発動させるためにも電力が必要である。これを図６（ｂ）のように発動期間をｔ２とし、使用する電力、すなわちリフレッシュ機構２２の発動による損失電力Ｐｒｅｆ＿３２が規定される。実施例２の本方法では、この２種類の損失電力Ｐｂｕｂ＋Ｐｒｅｆの合計値を最小に抑制するように制御する。

【0053】

図７は、図１の本システムにおけるリフレッシュのタイミングと出力低下Ｐｂｕｂ＿３０との関係を示すグラフである。計測している出力値２９は時間とともに低下するが、ｔ１、ｔ２、・・・等のタイミングでリフレッシュすることにより、初期出力値２４に戻る。

【0054】

図７（ａ）は気泡１６付着による電力損失が大きくなる前に速めのタイミングでリフレッシュするため、Ｐｂｕｂ＿３０の合計も大きくない。このとき、リフレッシュの回数は多い。リフレッシュ間隔を図７の（ｂ）や（ｃ）のように長くし、リフレッシュの回数を減らすに従い、Ｐｂｕｂ＿３０合計は増大する。

【0055】

Ｐｂｕｂ＿３０は出力低下予測曲線３１とリフレッシュの間隔から計算できる。一方、リフレッシュするために使用する損失電力Ｐｒｅｆ＿３２はリフレッシュ回数が増えると増大する。

【0056】

図７（ｃ）のように、リフレッシュの周期が長過ぎると、熱電変換モジュール１３の気泡１６淀みが解消されない時間が長引くので、気泡１６付着による出力低下Ｐｂｕｂ＿３０が増大して出力低下する（Ｓ２０）。逆に図７（ａ）のように、リフレッシュの周期が短過ぎると、図６（ｂ）に示すリフレッシュ機構発動による損失電力Ｐｒｅｆ＿３２を浪費して結果的に出力が低下する。

【0057】

したがって、制御機構２１は、損失電力Ｐｒｅｆ＿３２値と出力低下Ｐｂｕｂ＿３０の合計を最小に制御する。換言すると、制御機構２１は、最小限の損失電力Ｐｒｅｆ＿３２値で、出力低下Ｐｂｕｂ＿３０の抑制量を最大限にするように発動の周期を設定する必要がある。本方法は、このような計算により、効率良いリフレッシュの周期を模索して実行する。

【0058】

そのため、制御機構２１は、計算判定部２０に制御情報を用いて所定の計算させた結果に基づいて、リフレッシュ機構を発動させるタイミングを決定する。その計算には記憶部１９に記憶された制御情報を用いる。その制御情報には、少なくとも、温度及び流量に対する初期出力値と、運転継続に伴って計測される出力値と、損失電力Ｐｒｅｆ＿３２値と、出力低下Ｐｂｕｂ＿３０に係る情報と、を用いることが好ましい。

【0059】

計算判定部２０は、図８に示す合計損失電力Ｐｒｅｆ＿３２（Ｐｂｕｂ＋Ｐｒｅｆ）の最低値が得られるように演算処理し、リフレッシュ発動の時間間隔（周期ｔ）を決定する（Ｓ４０）。リフレッシュ機構２２は、計算判定部２０の計算結果に基づく周期で気泡１６除去の動作を繰り返す（Ｓ５０，Ｓ６０）。

【0060】

本方法によれば、温熱源１１あるいは冷熱源１２が液体流を利用した熱電変換モジュール１３において、流路に付着した気泡１６に対し、泡を取り除くタイミングを最適化することで、最大の出力効率が得られる。

【0061】

図８は、図１の本システムにおける合計損失電力とリフレッシュ間隔の関係を示すグラフである。図８に示すように、損失Ｐｂｕｂ＋Ｐｒｅｆの合計を最小値とするような、リフレッシュの時間間隔が見出せる。図８ではｔ’の時間間隔でリフレッシュを行うと損失が最小になる例である。

【0062】

なお、図８を始めとする各グラフは、制御機構２１のコンピュータで算出されたデータをプロットしたものとみなせる。ただし、これらは説明の便宜上の表示に過ぎず、本システムの実際の動作には不要である。

【0063】

このような計算と判定を、何度もリフレッシュをして時間が経過した後に行うのではなく、初期の出力低下から予測した出力低下予測曲線を使って行うのが、実施例２の方法である。温度や流量が変動しても、その都度予測曲線を修正することにより、それに対応する損失電力Ｐｒｅｆ＿３２の最小値を再計算し、その都度もっともよいタイミングでリフレッシュすることができる。

【0064】

次に、実施例２に係る本システムのリフレッシュ動作を図９のフローチャートで説明する。図９に示すように、最初に記憶部１９には温度と流量に対する初期出力値とリフレッシュ機構発動に必要な損失電力Ｐｒｅｆ＿３２を記憶しておく（Ｓ９）。

【0065】

次に本システムに温熱源１１や冷熱源１２に温水や冷却水を流すことで、熱電変換モジュール１３からの発電が始まるので、熱源計測部１８では、それぞれ温水や冷却水の流量と温度を測定し、出力計測部１７では、そのときの熱電変換モジュール１３からの発電の出力値を監視する（Ｓ１０）。

【0066】

次に、計算判定部２０は、現在測定値と記憶部１９にある同じ流量と温度の差における初期出力値と比較する（Ｓ２０）。気泡の無い状態の初期出力値より減少していなければ（Ｓ２０でＮｏ）、後に再度測定することを繰り返す。一方、初期出力値より減少していれば（Ｓ２０でＹｅｓ）、初期出力値と現在出力値から出力低下予測曲線を算出し、それを記憶する（Ｓ３０）。

【0067】

次に、計算判定部２０で、出力低下予測曲線を用いた時間当たりの出力低下Ｐｂｕｂ＿３０とリフレッシュ機構発動のＰｒｅｆ＿３２の合計値が最小となるリフレッシュ機構発動タイミングを算出する（Ｓ４１）。

【0068】

その後、計算判定部２０では、今がリフレッシュするタイミングかどうか判定し（Ｓ５０）、未到達の場合（Ｓ５０でＮｏ）は、また後に再度測定することを繰り返す。一方、今リフレッシュすべきと判定した場合（Ｓ５０でＹｅｓ）には、リフレッシュ機構２２でリフレッシュを行い（Ｓ６０）、気泡１６を除去する。

【0069】

＜効果＞
実施例２の本システムや本方法では、図６に示すように、リフレッシュのタイミングだけでなく、出力低下予測曲線とリフレッシュ機構２２の稼働による損失電力Ｐｒｅｆ＿３２を考慮して過剰リフレッシュを避けるように制御する。したがって、本システムや本方法によれば、最適なタイミングで、必要最小限にリフレッシュのタイミングを指示するため、損失電力Ｐｒｅｆ＿３２を小さく抑えることができる。

【0070】

さらに、本システムや本方法によれば、リフレッシュの都度に、つぎのリフレッシュタイミングを再計算するため、流量や温度は変動しても対応することが可能である。その結果、出力効率を高められる。