特開 2025-7796 車両用熱発電構造

(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】P2025007796

(43)【公開日】2025-01-17

(54)【発明の名称】車両用熱発電構造

(51)【国際特許分類】

   B60R 16/03 20060101AFI20250109BHJP

   B60H 1/00 20060101ALI20250109BHJP

   H02N 11/00 20060101ALI20250109BHJP

【ＦＩ】

B60R16/03 J

B60H1/00 102R

B60H1/00 102S

H02N11/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023109428

(22)【出願日】2023-07-03

(71)【出願人】

【識別番号】000005348

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＢＡＲＵ

(74)【代理人】

【識別番号】100147913

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 義敬

(74)【代理人】

【識別番号】100165423

【弁理士】

【氏名又は名称】大竹 雅久

(74)【代理人】

【識別番号】100091605

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 敬

(74)【代理人】

【識別番号】100197284

【弁理士】

【氏名又は名称】下茂 力

(72)【発明者】

【氏名】下池 昌弥

(72)【発明者】

【氏名】橋本 洋平

【テーマコード（参考）】

3L211

【Ｆターム（参考）】

3L211DA14

(57)【要約】

【課題】従来の車両用熱発電構造では、車両の部材間での温度差が小さく、効率的な熱発電を実現し難いという課題がある。
【解決手段】
本発明の車両用熱発電構造１０では、熱発電素子２５が、車体パネル１２と空調ダクト３３との間に配設される。そして、車両用熱発電構造１０は、車体パネル１２と空調ダクト３３との温度差に応じたゼーベック効果を生じさせて発電を行う。この構造により、車体パネル１２と空調ダクト３３との温度差が大きくなり、熱発電素子２５にて効率的な発電が実現される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両に発生する温度差を利用して熱発電を行う車両用熱発電構造であって、
前記車両の車体パネルと、
少なくともその一部が前記車体パネルに沿って組み付けられる空調ダクトと、
前記車体パネルの車室内側に配設される熱発電素子と、を備え、
前記空調ダクトの前記車体パネルとの対向した面には開口領域が形成され、前記熱発電素子は前記空調ダクトの前記開口領域と対向して配設され、
前記熱発電素子の第１の面は、前記車体パネルと接続すると共に、前記熱発電素子の第２の面は、前記空調ダクトを流れる空調風に晒されることを特徴とする車両用熱発電構造。

【請求項2】

前記空調ダクトの内部には、前記開口領域側へと隆起した突起部が形成されることを特徴とする請求項１に記載の車両用熱発電構造。

【請求項3】

前記開口領域の周囲には、前記車体パネルと前記空調ダクトとの間に断熱材が配設されることを特徴とする請求項２に記載の車両用熱発電構造。

【請求項4】

前記車体パネルは、ルーフパネルであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車両用熱発電構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両用熱発電構造に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の熱電発電機を備えた車両の構造として、例えば、特許文献１に記載の構造が知られている。この熱電発電機では、内燃エンジンの排ガスの高温の熱と冷却水の低温の熱との温度差を利用して、熱電変換素子により熱発電が行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２０１１－５２１１３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述した熱電発電機では、熱電変換素子が、排ガスが流れる排気管と冷却水の流れる冷却管との間に配設される必要があり、排気管と冷却管とは近接して配設される必要があり、車両の配管設計に制限を受け易いという課題がある。また、熱電変換素子を配設する領域によっては、排気管と冷却管との間の温度差が小さくなることで、効率的な熱発電が実現され難いという課題もある。

【0005】

また、近年の排ガス規制等に起因する車両の電動化により、車両から内燃エンジンが省かれることで、その周辺部品も省略される。その結果、電動化された車両では、そもそも内燃機関を利用した熱電発電機を構成することが出来ないという課題がある。

【0006】

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、車両内にて高温側と低温側との温度差が大きくなる領域に熱発電素子を配設し、効率的な熱発電を実現する車両用熱発電構造に関する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一実施形態である車両用熱発電構造では、車両に発生する温度差を利用して熱発電を行う車両用熱発電構造であって、前記車両の車体パネルと、少なくともその一部が前記車体パネルに沿って組み付けられる空調ダクトと、前記車体パネルの車室内側に配設される熱発電素子と、を備え、前記空調ダクトの前記車体パネルとの対向した面には開口領域が形成され、前記熱発電素子は前記空調ダクトの前記開口領域と対向して配設され、前記熱発電素子の第１の面は、前記車体パネルと接続すると共に、前記熱発電素子の第２の面は、前記空調ダクトを流れる空調風に晒されることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明の一実施形態である車両用熱発電構造では、熱発電素子が、車体パネルと空調ダクトとの間に配設される。そして、車両用熱発電構造は、車体パネルと空調ダクトとの温度差に応じたゼーベック効果を生じさせて熱発電を行う。この構造により、車体パネルと空調ダクトとの温度差が大きくなり、熱発電素子にて効率的な熱発電が実現される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施形態である車両用熱発電構造を有する車両を説明する斜視図である。

【図2】本発明の一実施形態である車両用熱発電構造を有する車両を説明するブロック図である。

【図3】本発明の一実施形態である車両用熱発電構造を説明する斜視図である。

【図4】本発明の一実施形態である車両用熱発電構造を説明する断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の一実施形態に係る車両用熱発電構造１０を図面に基づき詳細に説明する。尚、本実施形態の説明の際には、同一の部材には原則として同一の符番を用い、繰り返しの説明は省略する。また、紙面前後方向は車両１１の全長方向を示し、紙面左右方向は車両１１の車幅方向を示し、紙面上下方向は車両１１の高さ方向を示す。

【0011】

図１は、本実施形態の車両用熱発電構造１０が配設される車両１１を説明する斜視図である。図２は、本実施形態の車両用熱発電構造１０が配設される車両１１を説明するブロック図である。図３は、本実施形態の車両用熱発電構造１０が配設される車両１１を説明する斜視図である。図４は、本実施形態の車両用熱発電構造１０を説明する断面図であり、図３に示すＡ－Ａ線方向の断面を示す。

【0012】

図１に示すように、車両１１としては、例えば、ＢＥＶ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、ＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）やＰＨＥＶ（Ｐｌｕｇ－ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）等が採用される。尚、車両１１としては、上記電動車に限定するものではなく、ガソリン等を燃料とした内燃機関により走行する車両１１も含むものである。

【0013】

車両１１は、車体フレーム（図示せず）と、車体フレームに対して組み付けられる車体パネル１２とを有する。車両１１の車室内の天面には、車体パネル１２としてのルーフパネル１２Ａが車体フレームに対して組み付けられる。

【0014】

ルーフパネル１２Ａは、車両１１の意匠面として形成され、外部環境の影響を受け易い部材となる。夏場の晴天時には、直接、直射日光がルーフパネル１２Ａに注がれることで、例えば、ルーフパネル１２Ａの温度は、１００度程度まで上昇する場合がある。一方、ルーフパネル１２Ａの室内側には、内装部品としてのトリム３０（図３参照）が組み付けられる。そして、ルーフパネル１２Ａとトリム３０との間の中空空間４１には、空調装置２７（図２参照）の空調ダクト３３（図４参照）やエアバッグ装置（図示せず）等が配設される。

【0015】

図２に示すように、車両１１は、例えば、車両制御部２１と、受電部２２と、整流回路２３と、バッテリ２４と、熱発電素子２５と、整流回路２６と、空調装置２７と、モータ駆動部２８と、モータ２９と、を備える。

【0016】

車両制御部２１は、ＣＰＵ（ＣＥＮＴＲＡＬ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ ＵＮＩＴ）、ＲＯＭ（ＲＥＡＤ ＯＮＬＹ ＭＥＭＯＲＹ）、ＲＡＭ（ＲＡＮＤＯＭ ＡＣＣＥＳＳ ＭＥＭＯＲＹ）等を有して構成される。そして、車両制御部２１は、モータ２９等の車両１１の駆動装置（図示せず）等を制御するための各種の演算等を実行するための、一または複数のプロセッサを有する電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。

【0017】

また、車両制御部２１は、記憶部（図示せず）を備え、記憶部は、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ－ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の不揮発性メモリにて構成される。そして、記憶部には、車両制御部２１での演算に必要な各種データや上記一または複数のプロセッサによって実行可能な一または複数のプログラムが記憶される。

【0018】

受電部２２は、例えば、受電コイルであり、車両１１の床下空間（図示せず）に配設される。そして、受電部２２は、例えば、電磁誘導方式、磁界共鳴方式や電界結合方式等により、図示しない充電路の給電部から電力の供給を受ける。尚、受電部２２としては、非接触充電システムに限定するものではなく、充電ガンを介した接触充電システムの場合でも良い。

【0019】

整流回路２３には、受電部２２にて発生した電流に基づき交流の入力電圧が供給される。整流回路２３は、ＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ）／ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）変換回路として機能し、交流電圧としての入力電圧を直流電圧に変換し、バッテリ２４へと供給する。

【0020】

バッテリ２４は、整流回路２３を介して受電部２２と接続し、例えば、上記床下空間に配設される。バッテリ２４としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の２次電池や全固体電池等が用いられる。バッテリ２４は、車両１１の駆動源であるモータ２９等に電力を供給する。

【0021】

熱発電素子２５は、例えば、ペルチェ素子が用いられ、車両１１を構成する部材間に発生する温度差に応じたゼーベック効果を生じさせて熱発電を行う。詳細は図４を用いて後述するが、熱発電素子２５の第１の面２５Ａはルーフパネル１２Ａに対して固定され、熱発電素子２５の第２の面２５Ｂは、空調ダクト３３（図４参照）の内部側へと露出した状態となる。そして、熱発電素子２５は、ルーフパネル１２Ａと空調ダクト３３の内部との温度差を利用して熱発電を行う。

【0022】

整流回路２６には、熱発電素子２５にて発生した電流に基づき直流の入力電圧が供給される。整流回路２６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路として機能し、直流電圧を調整し、バッテリ２４へと供給する。

【0023】

空調装置２７は、図示しない送風機、冷却器、加熱器や空調ダクト等を備え、車室内の空気や車外の外気を取り入れ、車室内へと送風する空調風の温度を調整する。そして、空調風は、空調ダクト３３を介して車室内へと送風されることで、車室内の温度を乗員の快適な温度へと調整する。

【0024】

空調ダクト３３は、例えば、多層構造の合成樹脂板を用いて、押出し成形により形成される。この構造により、空調装置２７が冷房運転する場合には、上記冷却器にて冷やされた空調風が、空調ダクト３３内を流れることで、空調ダクト３３自体も冷却される。一方、空調装置２７が暖房運転する場合には、上記加熱器にて温められた空調風が、空調ダクト３３内を流れることで、空調ダクト３３自体も温められる。

【0025】

モータ駆動部２８は、モータ２９を駆動するためのインバータやＤＣ／ＤＣコンバータ等を備える。そして、モータ駆動部２８は、バッテリ２４の電源電圧に基づいてモータ２９を駆動するための交流電流を生成し、モータ２９に供給する。モータ駆動部２８は、交流電流の制御によりモータ２９のトルク制御を行う。

【0026】

モータ２９は、発電機能を備えたモータジェネレータとして構成される。モータ２９は、供給された交流電流に基づいて車両１１の車輪の駆動を行う。

【0027】

図３に示すように、車両１１の車室内において、後部座席３１の後部側の窓部３２の上方のトリム３０には、空調装置２７の吹出口３４が配設される。吹出口３４は、空調装置２７のハウジング（図示せず）から延在した空調ダクト３３の１本の先端部に形成される。上述したように、空調装置２７が冷房運転する場合には、冷やされた空調風が空調ダクト３３内を流れ、空調装置２７が暖房運転する場合には、温められた空調風が空調ダクト３３内を流れる。

【0028】

図４に示すように、空調ダクト３３は、ルーフパネル１２Ａとトリム３０との間の中空空間４１に配設される。空調ダクト３３の一部は、ルーフパネル１２Ａに沿って形成されることで、ルーフパネル１２Ａと空調ダクト３３とは近接して形成される。そして、ルーフパネル１２Ａと近接した空調ダクト３３の領域には、ルーフパネル１２Ａ側へと開口した開口領域３３Ｃが形成される。

【0029】

図示したように、空調ダクト３３には、例えば、円筒形状にルーフパネル１２Ａ側へと突出した開口突出部３３Ａが形成される。そして、開口突出部３３Ａの先端部が、ルーフパネル１２Ａと接触するように、空調ダクト３３は、中空空間４１内に組み付けられる。この構造により、空調ダクト３３の開口突出部３３Ａ先端の開口領域３３Ｃが、ルーフパネル１２Ａにより塞がれ、あるいは、部分的に塞がれることで、空調風が、中空空間４１へと漏れ出すことが防止される。

【0030】

開口突出部３３Ａの内側のルーフパネル１２Ａには、熱発電素子２５が、例えば、ボルト締結等により固定される。具体的には、熱発電素子２５の第１の面２５Ａが、ルーフパネル１２Ａと接触するように、熱発電素子２５はルーフパネル１２Ａに固定される。一方、熱発電素子２５の第２の面２５Ａは、空調ダクト３３の開口突出部３３Ａの内部に露出した状態となる。

【0031】

この構造により、熱発電素子２５の第１の面２５Ａ側には、ルーフパネル１２Ａの熱が伝熱する。一方、熱発電素子２５の第２の面２５Ｂ側には、空調ダクト３３を流れる空調風の熱が伝熱する。

【0032】

ここで、夏場の晴天時のように外気温が高い場合には、熱発電素子２５の第１の面２５Ａ側は高温側として機能し、熱発電素子２５の第２の面２５Ｂ側は低温側として機能する。上述したように、ルーフパネル１２Ａが直射日光に晒されることで、例えば、ルーフパネル１２Ａは１００度程度となる。一方、空調装置２７の冷房運転により空調風が２５度程度に冷却されることで、例えば、空調ダクト３３の内部は２５度程度となる。その結果、熱発電素子２５には、約７５度程度の温度差が加わることでゼーベック効果を生じ、熱発電素子２５では直流電圧を熱発電する。

【0033】

また、冬場の降雪時のように外気温が低い場合には、熱発電素子２５の第１の面２５Ａ側は低温側として機能し、熱発電素子２５の第２の面２５Ｂ側は高温側として機能する。そして、ルーフパネル１２Ａに雪が堆積することで、例えば、ルーフパネル１２Ａは０度程度となる。一方、空調装置２７の暖房運転により空調風が２５度程度に温められることで、例えば、空調ダクト３３の内部は２５度程度となる。その結果、熱発電素子２５には、約２５度程度の温度差が加わることでゼーベック効果を生じ、熱発電素子２５では直流電圧を熱発電する。

【0034】

つまり、本実施形態の車両用熱発電構造１０では、外部環境の影響を受け易いルーフパネル１２Ａと空調風の温度調整が行い易い空調ダクト３３とを用いて、熱発電素子２５による熱発電が実施される。そして、ルーフパネル１２Ａ及び空調ダクト３３を用いることで、特に、夏場の高温時には、車両１１の部材間に発生する温度差を大きくすることが可能となり、効率的な熱発電が実現される。また、空調ダクト３３は、従来から中空空間４１に組み付けられる構造であり、空調ダクト３３に開口突出部３３Ａを追加することで車両用熱発電構造１０が実現され、車両用熱発電構造１０が煩雑化することも防止される。

【0035】

更には、空調ダクト３３には、開口突出部３３Ａの下方側に開口領域３３Ｃ側へと向けて隆起する突起部３３Ｂが形成される。矢印４２は、空調ダクト３３内を流れる空調風を示すが、空調風は、突起部３３Ｂと衝突することで、開口突出部３３Ａ側へとその流れ方向が変更する。その後、空調風は、熱発電素子２５の第２の面２５Ｂと衝突した後、吹出口３４側へと流れる。

【0036】

この構造により、熱発電素子２５の第２の面２５Ｂ側は、空調風と衝突し易くなることで、熱発電素子２５の第２の面２５Ｂ側には、空調風の熱が伝熱し易くなる。そして、空調風は空調装置２７での設定温度に応じて安定した温度となり、熱発電素子２５に加わる上記温度差も安定して確保される。その結果、熱発電素子２５での効率的な熱発電が実現される。

【0037】

更には、中空空間４１の空調ダクト３３とルーフパネル１２Ａとの間には、開口突出部３３Ａの周囲に断熱材３８が配設される。断熱材３８は、例えば、ウレタン等の発泡断熱材である。上述したように、空調風が流れることで、空調ダクト３３自体も冷却され、また温められる。そして、熱発電素子２５の配設領域及びその周辺領域では、空調ダクト３３は、ルーフパネル１２Ａに隣接して配設される。

【0038】

本実施形態では、矢印４３にて示すように、開口突出部３３Ａの周囲に断熱材３８が配設されることで、ルーフパネル１２Ａが、空調ダクト３３からの伝熱により冷やされ、あるいは、温められ難くなる。この構造により、熱発電素子２５の第１の面２５Ａ側には、車両１１の外部環境に応じた熱が伝熱されることで、熱発電素子２５に加わる上記温度差も安定して確保される。その結果、熱発電素子２５での効率的な熱発電が実現される。

【0039】

尚、本実施形態では、車体パネル１２としてルーフパネル１２Ａを用いる場合について説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、車体パネル１２としてドアパネルやピラーパネル等が用いられる場合でも良い。上述したように、直射日光に晒される車体パネル１２とその車体パネル１２の車室内側に空調ダクト３３を配設することで、上記温度差が実現され、車両用熱発電構造１０として、上述した効果と同様の効果が得らえる。

【0040】

また、車両１１が、例えば、ＢＥＶの場合には、エンジン部品が不要となることで、車両１１の前部の房内が、フロント側の収納空間として利用可能となる。そして、フロントフードの下方に外気導入風路を設けることで、上記温度差が実現され、車両用熱発電構造１０として、上述した効果と同様の効果が得られる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲にて種々の変更が可能である。

【符号の説明】

【0041】

１０ 車両用熱発電構造
１１ 車両
１２ 車体パネル
１２Ａ ルーフパネル
２１ 車両制御部
２２ 受電部
２３ 整流回路
２４ バッテリ
２５ 熱発電素子
２５Ａ 第１の面
２５Ｂ 第２の面
２６ 整流回路
２７ 空調装置
２８ モータ駆動部
２９ モータ
３０ トリム
３１ 後部座席
３２ 窓部
３３ 空調ダクト
３３Ａ 開口突出部
３３Ｂ 突起部
３３Ｃ 開口領域
３４ 吹出口
３８ 断熱材
４１ 中空空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】