CN106340583A - 热电发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的热电发电装置具备：根据环境的温度变化而能与环境发生热交换的导热体(1)、蓄热体(2)、和配置在导热体与蓄热体之间的各一个热电变换单元(3)以及热阻体(6)。热阻体和热电变换单元的一端(3a、6a)彼此接触，热阻体的另一端(6a)与导热体接触，热电变换单元的另一端(6b)与蓄热体(2)接触，并且蓄热体(2)的表面被具有一定热绝缘性的覆盖层(4)覆盖。利用在导热体与蓄热体之间产生的温度差，从热电变换单元中取出电能。

Description

热电发电装置
本申请是申请号为201280064460.X、申请日为2012年12月26日、发明名称为“热电发电装置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及利用外部环境的温度变化并使用热电变换模块而将热能变换成电能由此来进行发电的热电发电装置。
背景技术
近年，能量收集技术逐渐备受瞩目。能量收集技术是将热、振动、光、电磁波等的环境能量变换成电力的技术。
而且，作为该能量收集技术之一，目前为止已提出构成为使用热电变换模块从热能获得电力的热电发电装置的方案(例如，参照专利文献1～3)。
根据现有的热电发电装置，当进行发电之际，需要通过加热向热电变换模块的一端侧供给热，另一方面通过冷却从另一端侧排出热，以使热电变换模块的两侧产生一定大小的温度差。即，在现有的热电发电装置中，因为利用靠近存在的加热源与冷却源之间的温度差来发电，所以热电发电装置的设置场所受到限制。
另一方面，在无线电传感器、远程监控器等的耗电小的电子器件中，在维护关系上作为电源期望利用环境能量而非商用电源、电池。
为此，虽然考虑将热电发电装置组装到这些电子器件的电源部中，但是如上所述由于热电发电装置的设置场所受到限制，所以存在无法将电子器件自由地设置于必要场所的问题。
此外，作为利用环境能量的技术，虽然有将太阳光变换成电的太阳能电池，但是在日落后却无法发电，即便在白天也因日照受天气左右、或者被云遮挡等导致其发电量不稳定，因而存在蓄电装置变得必要、或者辅助其他电源的形式下的利用受到限制的问题。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2004-47635号公报
专利文献2：JP特开2005-347348号公报
专利文献3：JP特开2010-45881号公报
发明内容
发明要解决的课题
因此，本发明的课题在于提供一种为使隔着处于配置有热电发电装置的环境中的热电变换模块的两侧产生温度差，即便不对热电变换模块的一端侧进行加热而对另一端侧进行冷却，也能够稳定地发电的热电发电装置。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，根据本发明，提供一种热电发电装置，其特征在于，配置在反复发生温度升降的环境中、且利用所述环境的温度变化来进行发电，所述热电发电装置通过具备：至少一个导热体，与所述环境接触、且根据所述环境的温度变化而能与所述环境发生热交换；至少一个蓄热体；至少一个热电变换单元，被配置在从由所述导热体和所述蓄热体的配对、以及所述蓄热体的配对所构成的组之中选择出的至少一个配对之间；至少一个热流调节单元，被配置在从由所述导热体和所述蓄热体的配对、以及所述蓄热体的配对、以及所述导热体和所述热电变换单元的配对、以及所述蓄热体和所述热电变换单元的配对所构成的组之中选择出的至少一个配对之间，且控制所述配对之间的热传递；和覆盖层，具有一定的热绝缘性、且覆盖所述蓄热体，由此利用在所述导热体与所述蓄热体之间、或者所述蓄热体之间、或者所述导热体与所述蓄热体之间和所述蓄热体之间这双方产生的温度差，从所述热电变换单元中取出电能。
在此，“反复发生温度升降的环境”包含：在昼夜周期性地发生温度变化的室外的大气中、或者配置于室内且根据运转状态而发生温度变化的机械设备的附近以及表面上等。
此外，虽然覆盖层具有“一定的热绝缘性”、即一定的热阻，但是只要覆盖层的热阻与由导热体、热电变换单元、热流调节单元以及蓄热体所形成的整个热路径的热阻相比较充分大(一个数量级程度)即可。
根据本发明的优选实施例，所述热电发电装置具备一个所述导热体、一个所述蓄热体、和配置在所述导热体与所述蓄热体之间的至少一对所述热电变换单元以及所述热流调节单元。所述热流调节单元由热阻体构成，所述热阻体和对应的所述热电变换单元的一端彼此接触，所述热阻体的另一端或者对应的所述热电变换单元的另一端与所述导热体接触而所述热电变换单元的另一端或者对应的所述热阻体的另一端与所述蓄热体接触。除了与所述热电变换单元或者所述热阻体接触的接触区域之外的所述蓄热体的整体被所述覆盖层覆盖。由此利用在所述导热体与所述蓄热体之间产生的温度差，从所述热电变换单元中取出电能。
在此情况下，作为所述热流调节单元的所述热阻体也可以组入到所述热电变换单元中，也可所述热电变换单元自身具有与所述热阻体的热阻值相当的热阻值。
根据本发明的另一优选实施例，所述热电发电装置具备一个所述导热体、一个所述蓄热体、和配置在所述导热体与所述蓄热体之间的至少一个所述热流调节单元以及至少一个所述热电变换单元。所述热电变换单元的一端与所述导热体接触而另一端与所述蓄热体接触。所述热流调节单元由辅助导热单元构成，该辅助导热单元因热式膨胀以及收缩、或者热式变形，选取与所述导热体以及所述蓄热体接触来使所述导热体和所述蓄热体之间发生热传递的第1位置、和与所述导热体以及所述蓄热体之中的至少一方分离而使所述热传递停止的第2位置。除了与所述热电变换单元以及所述辅助导热单元接触的接触区域之外的所述蓄热体的表面被所述覆盖层覆盖。所述辅助导热单元，当所述导热体的温度接近于所述最高温度之时、或者所述导热体的温度接近于所述最低温度之时选取所述第1位置，由此利用在所述导热体与所述蓄热体之间产生的温度差，从所述热电变换单元取出电能。
根据本发明的进一步的另一优选实施例，所述热电发电装置具备一个所述导热体、一个所述蓄热体、和配置在所述导热体与所述蓄热体之间的至少一个所述热流调节单元以及至少一个所述热电变换单元。所述热电变换单元的一端与所述导热体接触而另一端与所述蓄热体接触。所述热流调节单元由热流开关构成，该热流开关选取与所述导热体以及所述蓄热体接触而使所述导热体和所述蓄热体之间发生热传递的接通状态(ON状态)、和与所述导热体以及所述蓄热体之中的至少一方分离而使所述热传递停止的断开状态(OFF状态)。除了与所述热电变换单元以及所述热流开关接触的接触区域之外的所述蓄热体的表面被所述覆盖层覆盖。所述热电发电装置还具备对所述导热体的温度进行检测的第1温度传感器、对所述蓄热体的温度进行检测的第2温度传感器、和基于所述第1温度传感器以及第2温度传感器的检测值来切换所述热流开关的接通状态和断开状态的热流开关控制部。由此利用在所述导热体与所述蓄热体之间产生的温度差，从所述热电变换单元中取出电能。
根据本发明的进一步的另一优选实施例，所述热电发电装置具备一个所述导热体、一个所述蓄热体、和配置在所述导热体与所述蓄热体之间的至少一对所述热流调节单元以及所述热电变换单元。所述热流调节单元和对应的所述热电变换单元的一端彼此接触，所述热流调节单元的另一端或者对应的所述热电变换单元的另一端与所述导热体接触，而所述热电变换单元的另一端或者对应的所述热流调节单元的另一端与所述蓄热体接触。除了与所述热电变换单元或者所述热流调节单元接触的接触区域之外的所述蓄热体的表面被所述覆盖层覆盖。所述热流调节单元由热流开关构成，该热流开关选取因与所述导热体以及所述热电变换单元接触、或者因与所述热电变换单元以及所述蓄热体接触而使所述导热体和所述蓄热体之间发生热传递的接通状态、和与所述导热体以及所述热电变换单元之中的至少一方分离、或者与所述热电变换单元以及所述蓄热体之中的至少一方分离而使所述热传递停止的断开状态。所述热电发电装置还具备：对所述导热体的温度进行检测的第1温度传感器、对所述蓄热体的温度进行检测的第2温度传感器、和基于所述第1温度传感器以及第2温度传感器的检测值来切换所述热流开关的接通状态和断开状态的热流开关控制部。由此利用在所述导热体与所述蓄热体之间产生的温度差，从所述热电变换单元中取出电能。
根据本发明的进一步的另一实施例，所述导热体、所述热流调节单元以及所述热电变换单元可以从热电发电装置的主体中卸除，这些零件可以与新的零件进行更换。由此，装置的维护变得容易，且也能迅速地适应未来的热电变换单元的改良所带来的性能提高。
根据本发明的进一步的另一优选实施例，所述热电发电装置具备：一个所述导热体；第1所述蓄热体以及第2所述蓄热体；配置在所述第1蓄热体与第2蓄热体之间、一端与所述第1蓄热体接触、且另一端与所述第2蓄热体接触的至少一个所述热电变换单元；和配置在所述第1蓄热体以及第2蓄热体的各个蓄热体与所述导热体之间的至少一个第1热流调节单元以及第2热流调节单元。所述第1热流调节单元由第1热流开关构成，该第1热流开关配置在所述导热体与所述第1蓄热体之间，且选取与所述导热体以及所述第1蓄热体接触而使所述导热体和所述第1蓄热体之间发生热传递的接通状态、和与所述导热体以及所述第1蓄热体之中的至少一方分离而使该热传递停止的断开状态。所述第2热流控制单元由第2热流开关构成，该第2热流开关配置在所述导热体与所述第2蓄热体之间，且选取与所述导热体以及所述第2蓄热体接触而使所述导热体和所述第2蓄热体之间发生热传递的接通状态、和与所述导热体以及所述第2蓄热体之中的至少一方分离而使该热传递停止的断开状态。除了与所述第1热流开关以及所述热电变换单元接触的接触区域之外的所述第1蓄热体的表面、和除了与所述第2热流开关以及所述热电变换单元接触的接触区域之外的所述第2蓄热体的表面被所述覆盖层覆盖。所述热电发电装置还具备：对所述导热体的温度进行检测的第1温度传感器、对所述第1蓄热体的温度进行检测的第2温度传感器、对所述第2蓄热体的温度进行检测的第3温度传感器、和基于所述第1温度传感器～第3温度传感器的检测值来切换所述第1热流开关以及第2热流开关的所述接通状态和所述断开状态的热流开关控制部。由此利用在所述第1蓄热体与第2蓄热体之间产生的温度差，从所述热电变换单元取出电能。
根据本发明的进一步的另一优选实施例，所述热电发电装置具备：配置在所述第1热流开关与所述第1蓄热体之间、一端与所述第1热流开关接触而另一端与所述第1蓄热体接触的第1珀尔贴元件；和配置在所述第2热流开关与所述第2蓄热体之间、一端与所述第2热流开关接触而另一端与所述第2蓄热体接触的第2珀尔贴元件。构成为当所述第1热流开关处于所述接通状态之时，所述第1珀尔贴元件在所述一端吸热而在所述另一端发热，当所述第2热流开关处于所述接通状态之时，所述第2珀尔贴元件在所述一端发热而在所述另一端吸热。
根据本发明的进一步的另一优选实施例，所述导热体覆盖了所述覆盖层的整个表面。
根据本发明的进一步的另一优选实施例，由具有不同的相变温度的多个潜热蓄热材料形成了至少一个所述蓄热体。
根据本发明的进一步的另一优选实施例，所述热电发电装置具备一个所述导热体、和第1所述蓄热体以及第2所述蓄热体，所述第2蓄热体由设置有所述热电发电装置的构造物构成。所述热电发电装置还具备配置在所述导热体与所述第1蓄热体之间、一端与所述导热体接触、且另一端与所述第1蓄热体接触的至少一个所述热流调节单元。所述热流调节单元由热流开关构成，该热流开关选取与所述导热体以及所述第1蓄热体接触而使所述导热体和所述第1蓄热体之间发生热传递的接通状态、和与所述导热体以及所述第1蓄热体之中的至少一方分离而使该热传递停止的断开状态。所述热电发电装置还具备配置在所述第1蓄热体与所述构造物之间、一端与所述第1蓄热体接触、且另一端与所述构造物接触的至少一个热电变换单元。除了与所述热流开关以及所述热电变换单元接触的接触区域之外的所述第1蓄热体的表面被所述覆盖层覆盖。所述热电发电装置还具备：对所述导热体的温度进行检测的第1温度传感器、对所述第1蓄热体的温度进行检测的第2温度传感器、对所述构造物的温度进行检测的第3温度传感器、和基于所述第1温度传感器～第3温度传感器的检测值来切换所述热流开关的所述接通状态和所述断开状态的热流开关控制部。由此利用在所述第1蓄热体与所述构造物之间产生的温度差，从所述热电变换单元中取出电能。
在此情况下，作为构造物，例如列举机械设备、或者建造物、或者配置在海面上、河川以及湖沼的水面上的浮标等的构造物、或者与整年大致具有一定温度的与地热发生热交换的热交换机的一部分。
根据本发明的进一步的另一优选实施例，所述热电发电装置具备：第1追加蓄热体；第2追加蓄热体；配置在所述第1追加蓄热体与第2追加蓄热体之间、一端与所述第1追加蓄热体接触、且另一端与所述第2追加蓄热体接触的至少一个追加热电变换单元；配置在所述第1追加蓄热体与第2追加蓄热体之间、一端与所述第1追加蓄热体接触、且另一端与所述第2追加蓄热体接触的至少一个追加珀尔贴元件；和具有一定的热绝缘性、且将除了与所述追加热电变换单元以及所述追加珀尔贴元件接触的接触区域之外的所述第1追加蓄热体以及第2追加蓄热体的表面覆盖的追加覆盖层。由所述追加珀尔贴元件将除了所述追加热电变换单元之外的所述热电变换单元所输出的电能变换成热能，由此使所述第1追加蓄热体与第2追加蓄热体之间产生温度差，利用所述温度差，从所述追加热电变换单元中取出电能。
在本实施例中，从所述热电发电装置接受电供给的电子器件的工作是间歇性的，对应于此，所述热电发电装置所进行的输电也可以是间歇性的，在此情况下能够省略追加珀尔贴元件，并且也能够由塞贝克元件构成所述追加热电变换单元，当从所述热电发电装置输电之时，使所述追加热电变换单元作为塞贝克元件而发挥功能，另一方面，当从所述热电发电装置不输出电之时，还能使所述追加热电变换单元作为珀尔贴元件而发挥功能。
根据本发明的进一步的另一优选实施例，所述热电发电装置具备：第1追加蓄热体；第2追加蓄热体；配置在所述第1追加蓄热体与第2追加蓄热体之间、一端与所述第1追加蓄热体接触、且另一端与所述第2追加蓄热体接触的至少一个追加热电变换单元；具有一定的热绝缘性、且覆盖除了与所述追加热电变换单元接触的接触区域之外的所述第1追加蓄热体以及第2追加蓄热体的表面的追加覆盖层；和配置成在所述追加覆盖层的内部与所述第1追加蓄热体接触的加热器。由所述加热器将除了所述追加热电变换单元之外的所述热电变换单元所输出的电能变换成热能，由此来加热所述第1追加蓄热体，使所述第1追加蓄热体与第2追加蓄热体之间产生温度差，利用所述温度差，从所述追加热电变换单元中取出电能。
根据本发明的进一步的另一优选实施例，所述热电发电装置具备：第1追加蓄热体；第2追加蓄热体；配置在所述第1追加蓄热体与第2追加蓄热体之间、一端与所述第1追加蓄热体接触、且另一端与所述第2追加蓄热体接触的至少一个追加热电变换单元；和配置在所述第1追加蓄热体与第2追加蓄热体之间、一端与所述第1追加蓄热体接触、且另一端与所述第2追加蓄热体接触的至少一个追加珀尔贴元件。所述第2追加蓄热体由设置有所述热电发电装置的构造物构成。所述热电发电装置还具备：具有一定的热绝缘性、且覆盖除了与所述追加热电变换单元以及所述追加珀尔贴元件接触的接触区域之外的所述第1追加蓄热体的表面的追加覆盖层。由所述追加珀尔贴元件将除了所述追加热电变换单元之外的所述热电变换单元所输出的电能变换成热能，由此使所述第1追加蓄热体与第2追加蓄热体之间产生温度差，利用所述温度差，从所述追加热电变换单元中取出电能。
在本实施例中，从所述热电发电装置接受电供给的电子器件的工作是间歇性的，对应于此，所述热电发电装置所进行的输电也可以是间歇性的，在此情况下能够省略追加珀尔贴元件，并且也能够由塞贝克元件构成所述追加热电变换单元，当从所述热电发电装置输电之时，使所述追加热电变换单元作为塞贝克元件而发挥功能，另一方面，当从所述热电发电装置不输电之时，使所述追加热电变换单元作为珀尔贴元件而发挥功能。
根据本发明的进一步的另一优选实施例，所述热电发电装置具备：第1追加蓄热体；第2追加蓄热体；配置在所述第1蓄热体与第2蓄热体之间、一端与所述第1追加蓄热体接触、且另一端与所述第2追加蓄热体接触的至少一个追加热电变换单元；具有一定的热绝缘性、且将除了与所述追加热电变换单元接触的接触区域之外的所述第1追加蓄热体以及第2追加蓄热体的表面覆盖的追加覆盖层；和被配置成在所述追加覆盖层的内部与所述第1追加蓄热体接触的加热器。所述第2追加蓄热体由设置有所述热电发电装置的构造物构成。由所述加热器将除了所述追加热电变换单元之外的所述热电变换单元所输出的电能变换成热能，由此来加热所述第1追加蓄热体，使所述第1蓄热体与所述构造物之间产生温度差，利用所述温度差，从所述追加热电变换单元中取出电能。
根据本发明的进一步的另一优选实施例，所述环境为室外的大气中，所述热电发电装置具备：第1所述导热体以及第2所述导热体；第1所述蓄热体以及第2所述蓄热体；配置在所述第1导热体与所述第1蓄热体之间的至少一个第1所述热流调节单元；和配置在所述第2导热体与所述第2蓄热体之间的至少一个第2所述热流调节单元。所述第1热流调节单元由第1热流开关构成，该第1热流开关选取与所述第1导热体以及所述第1蓄热体接触而使所述第1导热体和所述第1蓄热体之间发生热传递的接通状态、和与所述第1导热体以及所述第1蓄热体之中的至少一方分离而使所述热传递停止的断开状态。所述第2热流调节单元由第2热流开关构成，该第2热流开关选取与所述第2导热体以及所述第2蓄热体接触而使所述第2导热体和所述第2蓄热体之间发生热传递的接通状态、和与所述第2导热体以及所述第2蓄热体之中的至少一方分离而使所述热传递停止的断开状态。所述热电发电装置还具备：配置在所述第1蓄热体与第2蓄热体之间、一端与所述第1蓄热体接触、且另一端与所述第2蓄热体接触的至少一个热电变换单元。除了与所述第1热流开关以及第2热流开关、以及所述热电变换单元接触的接触区域之外的所述第1蓄热体以及第2蓄热体的表面被所述覆盖层覆盖。此外，在所述第1导热体中的与所述环境的热交换面，让太阳光光谱透过但阻断远红外线的滤光器与该热交换面隔开间隔地配置并覆盖整个该热交换面，在所述第2导热体中的与所述环境的热交换面，让远红外线透过但不让太阳光光谱透过的滤光器，与该热交换面隔开间隔地配置并覆盖整个该热交换面。所述热电发电装置还具备：对所述第1导热体的温度进行检测的第1温度传感器、对所述第1蓄热体的温度进行检测的第2温度传感器、对所述第2导热体的温度进行检测的第3温度传感器、对所述第2蓄热体的温度进行检测的第4温度传感器、和基于所述第1温度传感器～第4温度传感器的检测值来切换所述第1热流开关以及第2热流开关的接通状态和断开状态的热流开关控制部。由此利用在所述第1蓄热体与第2蓄热体之间产生的温度差，从所述热电变换单元中取出电能。
发明效果
根据本发明，与反复发生温度变化的环境接触的导热体和该环境发生热交换，并且在从由导热体和蓄热体的配对、以及蓄热体的配对、以及导热体和热电变换单元的配对、以及蓄热体和热电变换单元的配对构成的组之中选择出的至少一个配对之间配置热流调节单元，并控制该配对之间的热传递，由此能够使导热体与蓄热体之间、或者蓄热体之间自动地产生温度差，从热电变换单元中取出与该温度差成比例的电压。
此外，具备各一个导热体以及蓄热体、和配置在蓄热体与导热体之间的各一个热电变换单元以及热流调节单元，热流调节单元由热阻体构成，热阻体和热电变换单元的一端彼此接触，热阻体的另一端或者热电变换单元的另一端与导热体接触而热电变换单元的另一端或者热阻体的另一端与蓄热体接触，除了与热电变换单元接触的接触区域之外的蓄热体的整体被覆盖层覆盖，在采用这种构成的情况下，基于根据由导热体、热阻体(热流调节单元)、热电变换单元以及蓄热体所形成的热回路整体的热阻、和蓄热体的热容量而决定的热时间常数，将蓄热体的温度确保在与导热体的最高温度和最低温度的中间接近的温度，由此能够使导热体与蓄热体之间自动地产生温度差，从热电变换单元中取出与该温度差成比例的电压。
此外，具备各一个导热体以及蓄热体、和配置在导热体与蓄热体之间的各一个热流调节单元以及热电变换单元，热电变换单元的一端与导热体接触而另一端与蓄热体接触，除了与热电变换单元的接触部之外的蓄热体的整体被覆盖层覆盖，在覆盖层内配置辅助导热单元或者热流开关作为热流调节单元，在采用这种构成的情况下，当导热体的温度接近于最高温度附近或最低温度之时，经由辅助导热单元以及热流开关而在导热体与蓄热体之间发生热传递，当导热体的温度为除此之外的时候，不发生经由辅助导热单元以及热流开关的热传递，由此能够使导热体与蓄热体之间自动地产生大的温度差，从热电变换单元中取出与该温度差成比例的电压。
根据本发明，在具有温度差的导热体与蓄热体之间、或者蓄热体之间、或者这两方配置热电变换单元，基于该温度差而经由热电变换单元使热能朝向热平衡的方向移动，由热电变换单元将该热能的一部分变换成电能，由此来进行发电，但是此时在蓄热体中始终蓄积有一定量的热量，以此状态向蓄热体只蓄积以及释放可获得发电所需的温度差的热量，由此可实现更有效率的发电(所谓放射本能的概念)。
这样，根据本发明，只是将热电发电装置配置于反复发生温度升降的环境中便能取出电能，无需如现有的热电发电装置那样为使隔着处于配置有热电发电装置的环境中的热电变换单元的两侧产生温度差，而对热电变换单元的一端侧进行加热而对另一端侧进行冷却。
附图说明
图1是基于本发明的一个实施例的热电发电装置的纵向剖视图。
图2是例示了将图1所示的热电发电装置配置于室外的大气中的情况下的、导热体和蓄热体的温度变化的图表。
图3是表示基于本发明的另一实施例的热电发电装置的类似于图1的图。
图4是表示将图1所示的热电发电装置作为电子器件的电源来使用的情况下的该电源的构成例的图。
图5(A)是图1所示的热电发电装置的蓄热体的变形例的纵向剖视图，图5(B)是表示了与图5(A)的温度变化相伴的蓄热量(散热量)的变化的图表。
图6是表示基于本发明的进一步的另一实施例的热电发电装置的主要部分的放大纵向剖视图。
图7是图6中的辅助导热单元的安装部的放大图。
图8是图6中的辅助导热单元的安装部的放大图。
图9是表示将图6所示的热电发电装置配置于室外的大气中的情况下的、导热体和蓄热体的温度变化的一例的类似于图2的图表。
图10是表示基于本发明的进一步的另一实施例的热电发电装置的类似于图1的图。
图11是图10所示的热电发电装置的热流开关的安装部的放大图。
图12是图10所示的热电发电装置的热流开关的安装部的放大图。
图13是基于本发明的进一步的另一实施例的热电发电装置的纵向剖视图。
图14是表示将图13所示的热电发电装置配置于室外的大气中的情况下的、导热体和第1以及第2蓄热体的温度变化的一例的类似于图2的图表。
图15是基于本发明的进一步的另一实施例的热电发电装置的纵向剖视图。
图16是基于本发明的进一步的另一实施例的热电发电装置的立体图。
图17是基于本发明的进一步的另一实施例的热电发电装置的纵向剖视图。
图18是基于本发明的进一步的另一实施例的热电发电装置的纵向剖视图。
图19是基于本发明的进一步的另一实施例的热电发电装置的纵向剖视图。
图20是基于本发明的进一步的另一实施例的热电发电装置的纵向剖视图。
图21是基于本发明的进一步的另一实施例的热电发电装置的纵向剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的优选实施例。
本发明的热电发电装置被配置在反复发生温度升降的环境中。在此，“反复发生温度升降的环境”包含：在昼夜周期性地发生温度变化的室外的大气中、或者配置于室内且根据运转状态而发生温度变化的机械设备的附近以及表面上等。
图1是表示本发明的一个实施例的热电发电装置的构成的纵向剖视图。
在图1所示的实施例中，本发明的热电发电装置具备：与环境接触、且根据环境的温度变化而能与环境发生热交换的一个导热体1；一个蓄热体2；配置在导热体1与蓄热体2之间的至少一对(在本实施例中为一对)热电变换单元3以及热流调节单元6。热流调节单元6在本实施例中由热阻体构成。
而且，热阻体6的一端6a和热电变换单元3的一端3a相接触，热阻体6的另一端6b与导热体1相接触，热电变换单元3的另一端3b与蓄热体2相接触。另外，热电变换单元3与热阻体6之间的位置关系并不限定于本实施例，热电变换单元3和热阻体6也可以上下相反地配置。
此外，热阻体6在本实施例中虽然成为与热电变换单元3不同个体的构成要素，但是可以将热阻体6组入到热电变换单元3中，也可热电变换单元3自身具有与热阻体6的热阻值相当的热阻值(在此情况下，不需要热阻体6)。
此外，除了与热电变换单元3接触的接触区域之外的蓄热体2的表面，由具有一定的热绝缘性的覆盖层4来覆盖。
在此，虽然覆盖层4具有一定的热绝缘性、即一定的热阻，但是只要覆盖层4的热阻与由导热体1、热电变换单元3、热阻体6以及蓄热体2所形成的整个热路径的热阻相比较充分大(一个数量级程度)即可。
覆盖层4只要是具有一定的热绝缘性、且覆盖除了与热电变换单元3接触的接触区域之外的蓄热体2的表面的层即可，其形成材料、构造并没有特别限制。在本实施例中，覆盖层4由覆盖除了与热电变换单元3接触的接触区域之外的蓄热体2的表面的公知的恰当的绝热材构成。
被覆盖层4覆盖的蓄热体2优选设为无角且整体带有圆润度、表面积尽量小这样的形状。
作为热电变换单元3，虽然可以使用能将热能变换成电能的任意单元，但是在本实施例中使用的是利用了塞贝克效应(the Seebeck effect)的热电变换模块。另外，在图1中，附图标记5为热电变换模块的一对电极。
导热体1优选具有能以更高的效率来进行与环境的热交换(吸热以及散热)这样的构成。因而，例如在热电发电装置的设置环境为发生温度变化的大气中的情况下，为了确保导热体1的尽量大的表面积，优选导热体1的表面具有凹凸、或者形成为粗糙面(促进传导、对流)，且优选导热体1的表面具有黑色等的浓颜色(促进辐射)。此外，例如在热电发电装置的设置环境为因运转状态而发生温度变化的机械设备的表面的情况下，为使导热体1与机械设备的表面密接，优选具有适合于该表面的形状(促进传导)。
在环境为室外的大气中的情况下，设为能够移动导热体1或者热电发电装置主体这样的构成，如果可以调节成导热体1中的与环境的热交换面朝向太阳，则即便一年四季或者一整天的日照角度发生变化，也能效率良好地受到太阳辐射，所以更为优选。
根据另一优选实施例，构成为反射板或者聚光器(聚光透镜)配置在导热体1的前面，导热体1通过反射板或者聚光器从环境中受热。由此，导热体1受到的热量进一步增加。
蓄热体2也可以由被水等液体注满的、具有防水性的容器构成，在此情况下，容器的壁的至少与热电变换单元接触的接触区域具有热传导性。
注满容器的液体如果是不易腐烂且不易结冰的液体，则可以由任何液体构成，例如能够使用纯水、或者在纯水中混合了防冻溶液的液体、或者在纯水中混合了防腐剂的液体。另外，液体中还包含凝胶状的液体。
蓄热体2也可以由固体状的金属或者非金属构成，在此情况下作为蓄热体2优选使用铝疙瘩、或者塑料疙瘩、或者混凝土疙瘩。
此外，蓄热体2也可以由潜热蓄热材料构成，在此情况下，潜热蓄热材料的相变(相位变换)物质并没有特别限定。潜热蓄热材为醋酸钠水合物、硫酸钠水合物或者石油精制品的石蜡等的、利用相变化温度下的熔化热或者凝固热的材料，上述的比热与由一定的液体或固体构成的蓄热体相比，能够设为具有更大热容量的蓄热体。
在此情况下，蓄热体更优选由具有不同的相变化温度的多种蓄热材构成。在图5中示出了该构成的一例。
参照图5A，在本实施例中，蓄热体2’由具有导热性的壳体47、和收纳在壳体47内且在蓄热体2的工作温度范围内的不同温度下发挥功能的三个潜热蓄热材48a～48c构成。在本实施例中，潜热蓄热材48a～48c为液体状或者凝胶状，分别被填充在专用的容器内。而且，壳体47的内部通过具有导热性的隔壁而隔成三个室，在每个室内收纳不同的潜热蓄热材48a～48c。另外，隔壁是用于使潜热蓄热材48a～48c整体能均匀地发生热交换的隔壁，根据需要而设置。此外，在潜热蓄热材48a～48c为粒状的情况下，潜热蓄热材48a～48c的混合物收纳在壳体47内。
图5B是比较了图5A所示的蓄热体2’、和由比热一定的液体或者固体构成的通常的蓄热体的、与温度变化相伴的蓄热量(或者散热量)的变化的图表。在图表中，直线α表征通常的蓄热体，折线β表征蓄热体2’，T0～T1表征蓄热体的工作温度范围，T2、T3、T4分别表征第1潜热蓄热材48a、第2潜热蓄热材48b以及第3潜热蓄热材48c发挥功能的温度。另外，在折线β中，未考虑到各潜热蓄热材的热阻以及热容量所带来的影响。
现在，例如假设蓄热体在T0＝5℃至T1＝25℃的范围内(温度差20℃)工作，各潜热蓄热材48a～48c的重量为200g，熔化热为200kJ/kg，显热的比热为2kJ/(kg·K)，若忽略壳体47的比热等，则关于蓄热体2’，
潜热的热量＝200(kJ/kg)×0.6(kg)＝120(kJ)、
显热的热量＝2(kJ/(kg·K))×0.6(kg)×20(K)＝24(kJ)、
潜热和显热的合计热量＝120(kJ)+24(kJ)＝144(kJ)。
另一方面，若在由0.6kg水(在自然界中具有最大的比热)构成的通常的蓄热体中发生20℃的温度变化，则为
热量(只有显热)＝4.2(kJ/(kg·K))×0.6(kg)×20(K)
＝50.4(kJ)。
而且，
144(kJ)/50.4(kJ)＝2.86，
获得了具有水的2.86倍的比热的蓄热体2’。由此，可实现更紧凑且发电量大的热电发电装置。
热阻体6在考虑蓄热体2的热容量、和热电变换单元3的发电效率(与热电变换单元3的发电相伴的热传递)的基础上，只要具有能够将蓄热体2的温度确保在导热体1的最高温度与最低温度的中间的温度附近这种程度的热阻即可。
在装置设计上，热阻体6的热阻值被设定成：使作为在外部环境与导热体1之间的热阻、以及导热体1与热阻体6之间的热阻、以及热电变换单元3的热阻、以及热阻体6与热电变换单元3之间的热阻、以及热电变换单元3与蓄热体2之间的热阻的总和上乘以蓄热体2的热容量而获得的值来规定的热时间常数，成为使配置有热电发电装置的环境的温度升降的反复周期(据此为导热体1的温度升降的反复周期)与蓄热体2的温度升降的反复周期之间产生一定程度的延迟，由此使导热体1与蓄热体2之间产生发电所需的温度差这样的恰当的热时间常数。
作为热阻体6，例如可以使用金属制的棒体以及板体、金属纤维的集合体、化学纤维集合体等。
此外，在装置设计上、或构造上，例如即便蓄热体2的整体未被覆盖层4完全覆盖，蓄热体2的一部分与外部的环境接触，也可确保前述的“一定的热绝缘性”，由上述的热阻的总和与蓄热体2的热容量相乘而得到的值来实现恰当的热时间常数即可。
其次，对本发明的热电发电装置的工作进行说明。
当前，考虑将热电发电装置配置于室外的大气中的情况。因为已知日本各地的一天的最高气温和最低气温的温度差平均约为10℃，所以假设即便在配置了本发明的热电发电装置的环境中一天的气温差也约为10℃。
另外，在本实施例中，虽然以位于北纬30～45°且四面环海的日本的气温为前提，但是不论在地球上的哪个地域，白天均会产生太阳的日照所引起的加热，而夜晚均会产生辐射冷却所引起的冷却，昼夜的反复在产生气温变化的方面是不变的，由此本发明的热电发电装置不依赖于地域而工作是不言而喻的。
图2是例示了处于这种环境中的、本发明的热电发电装置的导热体1和蓄热体2的一天的温度变化的图表。在图2的图表中，纵轴表征温度(℃)，横轴表征时刻(时点)，曲线X以及曲线Y分别表示导热体1的温度变化以及蓄热体2的温度变化，另外直线Z表示蓄热体2的平均温度。
如图2A～C的图表的曲线X所示那样，热电发电装置的导热体1的温度大致追随于气温变化，而在约10℃的温度范围内进行升降。
此外，在导热体1与蓄热体2之间发生热传递，由此蓄热体2的温度也发生变化，而在此情况下根据作为在由导热体1、热阻体6、热电变换单元3以及蓄热体2所形成的热回路整体的热阻上乘以蓄热体2的热容量而得到的值来规定的热时间常数，较之于导热体1的温度变化而有所延迟(温度变化的相位发生偏离)。
进而，由于覆盖层4的热阻是有限的，因此从覆盖层4发生热泄漏，且发生与热电变换单元3的发电相伴的热传递。
其结果，蓄热体2的温度在导热体1的最高温度和最低温度的中间温度附近发生变化，导热体1和蓄热体2的温度差以导热体1的最高温度和最低温度之差(约10℃)的一半的约5℃为最大值而在0℃～约5℃的范围内变动。
图2B是设定了由导热体1、热阻体6、热电变换单元3以及蓄热体2所形成的热回路整体的热阻、和蓄热体2的热容量以获得发电所需的导热体1以及蓄热体2的温度差的情况下的图表。
而且，在该图表中，热时间常数被设定成：在假设一天的气温变化(据此为导热体1的温度变化)的图表为具有24小时的周期的正弦波的情况下，蓄热体2的温度变化的相位偏离45度(3小时)。
在此情况下，热时间常数按如下方式决定。即，作为
R＝由导热体1、热阻体6、热电变换单元3以及蓄热体2构成的热回路整体的热阻
C＝蓄热体的热容量
ω＝2πf＝角频率(f：频率)，
因为产生了45度的相位差，所以热阻R和相对于蓄热体2的币弦波交流(变化)的热阻(阻抗)1/ωC的绝对值相等。由此，
R＝1/ωC，
因此热时间常数t＝RC＝1/2πf＝24/2π＝3.82(小时)[由于周期＝24小时，因此f＝1/24]。
在该图表中，由于即便伴随着发电所引起的热传递量的增大而蓄热体2的温度变化量超过导热体1的温度变化量的1/2(约5℃)，也存在蓄热体2的温度变化和导热体1的温度变化的相位差，因而蓄热体2和导热体1的温度差ΔT也不会降低至1/2，维持在80％程度。
这样，通过一整天的气温的变化而实际上可使用于发电的导热体1和蓄热体2的温度差能够确保约5℃。而且，根据该温度差ΔT历经导热体1的升温时和降温时的两次进行发电，其积分值成为一周期(昼夜一周期)的发电电力量。
另一方面，如图2C的图表所示，在设计成蓄热体2具有更小的热容量、或者设计成导热体1与蓄热体2之间的热阻变小的情况下，曲线Y逐渐靠近曲线X，其结果导热体1和蓄热体2的温度差变小，无法实现有效的发电。
此外，如图2A的图表所示，在设计成蓄热体2具有更大的热容量、或者设计成导热体1与蓄热体2之间的热阻变大的情况下，曲线Y在曲线X的最大值和最小值的中间值附近逐渐变平，靠近表示平均温度的直线Z。其结果，导热体1和蓄热体2的温度差变大。虽然这作为发电条件没有问题，但也不见得是现实中的设计。
这样，根据本发明，由于通过一整天能够实现有效的发电，因此热时间常数被预先设定成：在假设一天的温度变化的图表与周期为24小时的正弦波一致的情况下，成为该周期的1/10的2.4小时以上。
其次，在图2B的图表的情况下，预计实际上可获得多大的电力量。
例如，在由被1000mL的水注满的容器构成了蓄热体2的情况下，如果将容器的热容量作为较小的情形而忽略，则基于上述考察，将蓄热体2的温度变化设为2℃，由于水的比热为1cal/g，1cal＝4.2J，因此蓄热体2的热容量如下所示。
热容量＝1×1000×2＝2000(cal)
＝8400(J)＝8400(Ws)＝2.33(Wh)
如果将热量2000cal变换成作为电能单位的焦耳(1J＝1Ws)，则为2.33Wh，但是在通过热电变换单元3将热能变换成电能的情况下，变换效率却存在界限。
如果假设热电变换单元3的发电效率为5％，则发电所得的电力量成为116.7mWh，如果昼夜两次可以发电相同量，则每一天能够获得233mWh的电力量。
这样，一定热量的热能由于具有一定发电效率的热电发电装置的动作而被变换成一定电力量的电能。
虽然1000mL的水可以填充到一边为10cm的立方体的容器内，但是在将所使用的水的量设为1/10的100mL、且填充到2.5cm×4cm×10cm的长方体容器内的蓄热体2的情况下，如果是与之前相同的发电效率，则每一天可获得23.3mWh的电力量。
该电力量是足够使通常的小电力型的电子器件(耗电为几μW程度)动作的大小。例如，使50μW的电子器件工作一天(24小时)所需的电力量为50×24＝1200μWh＝1.2mWh，即便假设热电发电装置的发电效率为5％的进一步的几分之一，也为可充分地供给的量。
此外，在由体积100mL的铝构成了蓄热体2的情况下，将蓄热体2的温度变化设为2℃，由于铝的比热为0.21cal/g，比重为2.7，因此蓄热体2的热容量如下所示。
热容量＝0.21×2.7×100×2＝113.4(cal)
＝476(J)＝476(Ws)＝0.132(Wh)
而且，如果假设热电变换单元3的发电效率为5％，则发电所得的电力量成为6.6mWh，如果昼夜两次可以发电相同量，则每一天能够获得13.2mWh的电力量(水的约0.57倍的电力量)。
在此情况下，虽然铝比水的价格高，但是加工等处理容易，与使用了水的情况相比，能够简化蓄热体2的构造。
这样，在本发明的热电发电装置中，构成为具备：与反复发生温度升降的环境热接触的导热体1、因覆盖层4的作用而不易从该环境受到热影响的蓄热体2、和一端经由热阻体6而与导热体1热式接触且另一端与蓄热体2热式接触的热电变换单元3，使导热体1的温度随着环境的温度变化而升降，另一方面，将蓄热体2的温度确保在导热体1的最高温度和最低温度的中间附近的温度，由此能够从热电变换单元3中取出与在导热体1和蓄热体2之间自动地发生的温度差成比例的电压。
即，根据本发明，只是将热电发电装置配置于反复发生温度升降的环境中便能取出电能，无需如现有的热电发电装置那样为使隔着处于配置有热电发电装置的环境中的热电变换单元的两侧产生温度差，而对热电变换单元的一端侧进行加热且对另一端侧进行冷却。
而且，在将本发明的热电发电装置作为无线电传感器、远程监控器等的电子器件的电源来使用的情况下，可获得无需从商用电源向电子器件的电力供给布线、电池的更换作业的独立电源，并能够将这些电子器件自由地设置于必要场所。
此外，通过将本发明的热电发电装置设置于导热体1能接受直射阳光、散射光的场所，并且将导热体1设为易于受到太阳辐射且夜晚易于被辐射冷却这样的构造，从而如果进一步增大导热体1的最高温度和最低温度之差，则能够进一步增大发电电力。
在此情况下，优选在导热体1的表面不形成凹凸来尽量减小与空气的接触面积。由此，在导热体1因太阳辐射而较之空气温度成为高温之时防止被空气冷却，以及在导热体1因辐射冷却而成为低温之时防止被空气暖和。
另外，在此情况下，为了切断空气的影响，也可以使用玻璃等的透明板，将导热体1与透明板之间变为真空来绝热。透明板优选适当地考虑太阳光线、红外线的透过、反射以及吸收的特性来使用适当材质的板。
在图3中示出了本发明的另一实施例的热电发电装置。另外，在图3中，对于与图1所示的构成要素相同的构成要素赋予同一编号，以下省略它们的详细说明。
参照图3A，在本实施例中，导热体1’覆盖了覆盖层4的整个表面。根据该构成，能够使热电发电装置整体的体积并不那么地增大而是颇为增大导热体1’的表面积，由此能够进一步提高导热体1’与环境的热交换的效率。进而，在由金属等的硬质的材料形成了导热体1’的情况下，能由导热体1’来保护蓄热体2、热阻体6、热电变换单元3以及覆盖层4。
此外，参照图3B，在本实施例中，由被液体7a注满的容器7b构成了蓄热体2。在此情况下，更优选在容器7b的内壁面彼此隔开间隔设置多个热交换用散热片8等、在容器7b内设置用于促进液体7a的热传导、对流的部件。
图4是示出了将本发明的热电发电装置组入到低耗电的电子器件的电源部中的情况下的构成的一例的图。另外，在图4中，对于与图1所示的构成要素相同的构成要素赋予同一编号，以下省略它们的详细说明。
参照图4，在本发明的热电发电装置中，因为设置环境的温度升降而在一对电极5产生交流，所以电源部10除了本发明的热电变换装置之外，还具备与热电发电装置的热电变换单元3的一对电极5连接的极性/电压变换电路11、和连接在极性/电压变换电路11后级的锂离子电池等的二次电池12。
这样，通过暂且将本发明的热电发电装置所发出的发电电力储存在二次电池12中，并从二次电池12向电子器件13供给，由此能够在需要使电子器件13工作之时稳定地供给电力。
在本实施例中，虽然本发明的热电发电装置可内置于电子器件13、或者与电子器件13独立地设置，但是也可以由电子器件的一部分(例如框体)来构成热电发电装置的导热体的整体或一部分。
此外，也能够将电子器件13配置于本发明的热电发电装置的蓄热体内。根据该构成，能够将电子器件13的温度确保在外部环境的最高温度和最低温度的中间温度附近，由此能够保护电子器件13免受温度应力破坏，从而稳定地工作。
图6是表示本发明的进一步的另一优选实施例的热电发电装置的主要部分的放大纵向剖视图。图6的实施例与图1的实施例不同点仅在于，取代作为热流调节单元将热阻体6与热电变换单元3串联地配置，而将辅助导热单元组入到覆盖层4的内部。由此，在图6中，对于与图1所示的构成要素相同的构成要素赋予同一编号，以下省略它们的详细说明。
参照图6，在本实施例中，作为热流调节单元将辅助导热单元14组入到覆盖层4内的导热体1与蓄热体2之间。另外，在本实施例中，虽然组入了单一的辅助导热单元14，但是根据需要也可以组入多个辅助导热单元14。
辅助导热单元14被安装在贯通覆盖层4且伸展至导热体1与蓄热体2之间的开口9内，因热式膨胀以及收缩、或者热式变形，选取与导热体1以及蓄热体2接触而使导热体1与蓄热体2之间发生热传递的第1位置、和与导热体1以及蓄热体2之中的至少一方分离开而使热传递停止的第2位置。
而且，辅助导热单元14按如下方式工作，即，在导热体1的温度处于最高温度附近时、或者导热体1的温度处于最低温度附近时选取第1位置，在除此之外时选取第2位置。
图7以及图8是图6中的辅助导热单元的安装部的放大图，是例示了辅助导热单元14的图。
在图7所示的实施例中，辅助导热单元14由双金属片14a构成。双金属片14a形成为拱形状，在导热体1侧呈凸状的配置下，下端部以接触状态被固定于蓄热体2。而且，双金属片9a在导热体1处于最高温度附近时(导热体1高温时)或者导热体1处于最低温度附近时(导热体1低温时)大幅变形，从而使拱形的顶点区域与导热体1相接触，选取第1位置(参照图7B)，而除此之外的期间在不与导热体1接触的范围内发生变形，选取第2位置(参照图7A)。
在图8所示的实施例中，辅助导热单元14由热收缩材料14b构成。作为热收缩材料14b，例如能够使用在热收缩橡胶中调配了提高热传导性的金属粉所得的材料。热收缩材料14b的上表面以接触状态被固定于导热体1。而且，热收缩材料14b在导热体1处于最高温度附近时(导热体1高温时)大幅膨胀，从而使下表面与蓄热体2接触，选取第1位置(参照图8B)，而除此之外时在不与蓄热体2接触的范围内膨胀/收缩，选取第2位置(参照图8A)。
图9是表示将图6所示的热电发电装置配置于室外的大气中的情况下的、导热体1和蓄热体2的温度变化的一例的类似于图2的图表，在图表中，曲线X表示导热体1的温度变化，曲线Y表示蓄热体2的温度变化。此外，在图9的图表中，附图标记Sh表示辅助导热单元14选取第1位置的时间。
由图9的图表可知，根据图6的实施例，在导热体1高温时蓄热体2的温度上升至导热体1的温度附近，由此可获得导热体1与蓄热体2之间的、接近于导热体1的最高温度和最低温度之差的温度差ΔT。其结果，与不具备辅助导热单元14的情况相比，成为约2倍的温度差，热电变换单元3的输出电压与该温度差成比例地变为约2倍。
在此情况下，因为如果负载电阻一定则所得的电力与电压的平方成比例，所以如果电压为2倍则由热电发电装置所得的电力量变为4倍，即便蓄热体的热容量相同，也可获得更多的电力量。
在图6所示的实施例中，作为热流调节单元，虽然配置了根据导热体1的温度变化(外部环境的温度变化)发生膨胀/收缩或者变形由此来被动地控制热传递的辅助导热单元，但是取而代之，也能够配置主动地控制热传递的热流开关。
在图10中示出了作为热流调节单元而具备热流开关的热电发电装置的构成。另外，在图10中，对于与图6所示的构成要素相同的构成要素赋予同一编号，以下省略它们的详细说明。
在图10所示的实施例中，在覆盖层4内的导热体1与蓄热体2之间配置有下述热流开关15作为热流调节单元，该热流开关15选取与导热体1以及蓄热体2接触而使导热体1和蓄热体2之间发生热传递的接通状态、和与导热体1以及蓄热体2之中的至少一方分离而使所述热传递停止的断开状态。另外，在本实施例中，虽然配置了单一的热流开关15，但是也可根据需要而配置多个热流开关15。
此外，配备对导热体1的温度进行检测的第1温度传感器16、和对蓄热体2的温度进行检测的第2温度传感器17。第1以及第2温度传感器16、17优选配置在尽量远离热流开关15的位置、且分别表示导热体1以及蓄热体2的中心或者平均温度的位置。
还配备热流开关控制部18，构成为基于第1以及第2温度传感器16、17的检测值来切换热流开关15的接通状态和断开状态。
热流开关15的功能基本上与辅助导热单元相同。
例如，在使蓄热体2的温度移位到导热体1的高温侧的情况下，当热流开关控制部18基于第1以及第2温度传感器16、17的检测值而判定出导热体1的温度高于蓄热体2的温度、且其温度差为预先设定的值以上之时，将热流开关15设为接通状态，另一方面，当判定出虽然导热体1的温度高于蓄热体2的温度但是其温度差为预先设定的值以下之时、或者判定出导热体1的温度低于蓄热体2的温度之时，将热流开关15设为断开状态。
另外，使用热电发电装置所输出的电力的一部分来完成热流开关15的动作。
当然，也能够通过热流开关15而使蓄热体2的温度移位到导热体1的低温侧，在此情况下，仅当热流开关控制部18基于第1以及第2温度传感器16、17的检测值而判定出导热体1的温度低于蓄热体的温度、且其温度差为预先设定的温度以上之时，将热流开关15设为接通状态。
图11以及图12是图10中的热流开关的安装部的放大图，是例示了热流开关的图。
在图11所示的实施例中，热流开关15由线性致动器29a、和被连接在线性致动器29a的操作杆的前端的可动导热块29b而构成。而且，当热流开关15处于断开状态之时，如图11A所示，线性致动器29a的操作杆处于缩回的位置，可动导热块29b与导热体1以及蓄热体2分离，但是例如当由热流开关控制部18判定出导热体1的温度高于蓄热体2的温度、且其温度差为预先设定的值以上之时，热流开关15变为接通状态，如图11B所示，线性致动器29a的操作杆突出，可动导热块29b与导热体1以及蓄热体2接触，由此热从导热体1向蓄热体2移动，蓄热体2被加热，蓄热体2的温度移位到导热体1的高温侧。
在图12所示的实施例中，热流开关15由旋转型的致动器29c、和通过该致动器29c而被旋转驱动的可动导热块29d而构成。而且，当热流开关15处于断开状态之时，如图12A所示，可动导热块29d处于与导热体1以及蓄热体2分离的位置，但是例如当由热流开关控制部18判定出导热体1的温度高于蓄热体2的温度、且其温度差为预先设定的值以上之时，热流开关15变为接通状态，如图12B所示，可动导热块29d通过致动器29c而被旋转，从而与导热体1以及蓄热体2接触，由此热从导热体1向蓄热体2移动，蓄热体2被加热，蓄热体2的温度移位到导热体1的高温侧。
虽然未图示，但是上述的致动器均优选是仅在工作时通过棘轮机构或者蜗轮或者制动器机构而被电磁式驱动，在非工作时不消耗电能这样的构成。
在图11以及图12所示的实施例中，热流开关15的可动导热块29b、29d为了提高热传导性，优选具有导热体1与蓄热体2之间的热流开关15接触的面易于密接的形状、且具有弹性，此外为了抑制热泄漏，优选除了该接触面之外的热流开关15的表面被绝热材料覆盖。
虽然未图示，但是根据本发明的另一实施例，热电变换单元3也可作为热流开关15来使用。即，使用从热电发电装置输出的电力的一部分，在基于热流开关控制部18的控制下，向基于塞贝克效应的热电变换单元施加恰当的电压。由此，使热电变换单元发生基于珀耳帖效应的发热(加热)以及吸热(冷却)作用，从而能够产生与热流开关同等的功能。
在此情况下，热流开关15的接通状态是使热电变换单元3根据珀耳帖效应按照导热体1以及蓄热体2之中的温度自高到低的顺序发生热传递的方式工作，由此来实现的；相反地，断开状态是根据珀耳帖效应按照温度自低到高的顺序发生热传递的方式工作，由此来实现的。
此外，虽然未图示，但是根据本发明的进一步的另一实施例，热流开关15配置在导热体1与热电变换单元3的一端3a之间、或者蓄热体2与热电变换单元3的另一端3b之间，且在选取接通状态之时，经由热电变换单元3而与导热体1接触，或者经由热电变换单元3而与蓄热体2接触。
此外，虽然未图示，但是根据本发明的进一步的另一实施例，热流开关15由如下部件构成，即：配置在覆盖层4内的导热体1与蓄热体2之间、具有热传导性的一端面与导热体接触、且具有热传导性的另一端面与蓄热体接触的容器；配置在覆盖层4内或者覆盖层的外面的热传导性流体供给源；连接热传导性流体供给源以及容器的管道；和配置在管道的中途、用于从热传导性流体供给源向容器内供给传导性流体、且将被填充到容器内的热传导性流体回收于热传导性流体供给源的泵。在此情况下，热流开关15的接通状态是通过容器内被热传导性流体注满来实现的，断开状态是通过容器内被放空来实现的。
此外，虽然未图示，但是根据本发明的进一步的另一实施例，在能确保一定程度的热时间常数的情况下，蓄热体中的除了与热电变换单元接触的接触区域之外的表面被镜面抛光，蓄热体的被镜面抛光过的表面形成了覆盖层。在此情况下，蓄热体表面的镜面抛光是通过研磨表面、或者对表面进行金属镀敷来完成的。
图13是本发明的进一步的另一实施例的热电发电装置的纵向剖视图。在图13所示的实施例中，热电发电装置具备：一个导热体1；第1以及第2蓄热体2a、2b；和配置在第1以及第2蓄热体2a、2b之间、一端3a与第1蓄热体2a接触、且另一端3b与第2蓄热体2b热式接触的至少一个(在本实施例中为一个)热电变换单元3(一对电极省略了图示)。
此外，热电发电装置具备配置在第1以及第2蓄热体2a、2b的各个蓄热体与导热体1之间的至少一个(在本实施例中为各一个)第1以及第2热流调节单元15a、15b。
第1热流调节单元15a由下述第1热流开关构成，该第1热流开关选取与导热体1以及第1蓄热体2a接触而使导热体1和第1蓄热体2a之间发生热传递的接通状态、和与导热体1以及第1蓄热体2a之中的至少一方分离而使该热传递停止的断开状态。此外，第2热流调节单元15b由下述第2热流开关构成，该第2热流开关选取与导热体1以及第2蓄热体2b接触而使导热体1和第2蓄热体2b之间发生热传递的接通状态、和与导热体1以及第2蓄热体2b之中的至少一方分离而使该热传递停止的断开状态。
此外，除了与第1热流开关15a以及热电变换单元3接触的接触区域之外的第1蓄热体2a的表面、和除了与第2热流开关15b以及热电变换单元3接触的接触区域之外的第2蓄热体2b的表面，由具有一定的热绝缘性的覆盖层4覆盖。
热电发电装置还具备：对导热体1的温度进行检测的第1温度传感器19；对第1蓄热体2a的温度进行检测的第2温度传感器20；对第2蓄热体2b的温度进行检测的第3温度传感器21；和基于第1～第3温度传感器19～21的检测值来切换第1以及第2热流开关15a、15b的接通状态和断开状态的热流开关控制部22。
在本实施例中构成为，当导热体1处于最高温度附近之际，第1热流开关15a变为接通状态而第2热流开关15b变为断开状态，由此在导热体1与第1蓄热体2a之间发生热传递，第1蓄热体2a的温度被确保在该最高温度附近，当导热体1处于最低温度附近之际，第1热流开关15a变为断开状态而第2热流开关15b变为接通状态，由此在导热体1与第2蓄热体2b之间发生热传递，第2蓄热体2b的温度被确保在该最低温度附近。而且，利用在第1以及第2蓄热体2a、2b之间产生的温度差，热电变换单元3可取出电能。
这样，能够在24小时(温度变化的整个周期)内维持接近于最高温度和最低温度之差的温度差的同时，利用该温度差稳定地获得大的发电电力。在此情况下，通过储存在两个蓄热体2a、2b中的热能可以实现连续的发电，在具备单一蓄热体的热电发电装置中能够省略连续且稳定地进行电力供给所需的二次电池。
虽然未图示，但是在针对接受电源供给的负载装置而间歇性地进行电力供给的情况下、或者针对轻负载而通过二次电池来进行电力供给的情况下，优选通过与热电变换单元3串联地配备第3热流开关，由此来抑制未伴随发电而通过热电变换单元产生的热泄漏，谋求所储存的热的有效利用。这也适用于其他实施例。
图14是表示将图13所示的热电发电装置配置于室外的大气中的情况下的、导热体1和第1以及第2蓄热体2a、2b的温度变化的一例的类似于图2的图表。在图14的图表中，纵轴表征温度(℃)，横轴表征时刻(时点)，曲线X、曲线Y以及曲线Z分别表示导热体1、第1蓄热体2a以及第2蓄热体2b的温度变化。此外，在图14的图表中，附图标记Sh表示第1热流开关15a处于接通状态、且第2热流开关15b处于断开状态的期间，附图标记Si表示第1热流开关15a处于断开状态、且第2热流开关15b处于接通状态的期间。
如图14的图表可知，热电发电装置的导热体1的温度大致追随于气温变化，而在约10℃的温度范围内升降。
另一方面，在覆盖层4的热阻无限大、且没有与热电变换单元3的发电相伴的热传递的理想条件下，第1蓄热体2a的温度被确保在导热体1的最高温度附近，第2蓄热体2b的温度被确保在导热体1的最低温度附近。
然而，由于在现实中覆盖层4的热阻是有限的，因此从覆盖层4发生热泄漏，进而发生与热电变换单元3的发电相伴的热传递，故此第1蓄热体2a的温度Y在比导热体1的最高温度低的温度范围内变化，第2蓄热体2b的温度Z在比导热体1的最低温度高的温度范围内变化。其结果，第1蓄热体2a和第2蓄热体2b的温度差ΔT在比导热体1的最高温度和最低温度之差(约10℃)小的温度范围内变动。
因而，如果在考虑来自覆盖层4的热泄漏、以及与热电变换单元3的发电相伴的热传递的基础上将第1以及第2蓄热体2a、2b的热容量设定为第1以及第2蓄热体2a、2b能在约2℃的范围内发生温度变化这样的大小，则作为通过一整天的气温变化而实际上可使用于发电的第1以及第2蓄热体2a、2b之间的温度差ΔT，能够连续地确保约8℃，以该温度差ΔT来进行发电，其24小时的积分值成为一周期(昼夜一周期)的发电电力量。
与间歇性地进行发电、且具备发电电压随时间一同变化的单一蓄热体的热电发电装置相比，具备两个蓄热体的热电发电装置24小时连续地产生约2倍的发电电压，因此能够产生超过约20倍的发电电力。
在图13所示的热电发电装置中，当刚刚制造出之后、或于一定温度下长期地保管的情况下，第1以及第2蓄热体2a、2b之间无温度差，热电发电装置停止，已停止的热电发电装置的启动法成为问题。
作为此情况下的启动法之一，列举如下方法，即：作为第1热流开关15a而使用在初始状态或者未被控制的状态下始终处于接通状态的形式的开关(电气电路中的b接点)，作为第2热流开关15b而使用在初始状态或者未被控制的状态下始终处于断开状态的形式的开关(电气电路中的a接点)。
根据该方法，从热电发电装置被设置于发生温度变化的环境中的时间点起，第1蓄热体2a的温度追随于导热体1的温度变化，而第2蓄热体2b的温度停留于当初的温度附近。而且，随着环境的温度接近于最高温度，在第1以及第2蓄热体2a、2b之间将产生一定的温度差，由此热电变换单元3产生电压，该电压向热流开关控制部22供给，热流开关控制部22开始工作。
热流开关控制部22，当导热体1的温度处于最高温度附近之时、或者高于第1蓄热体2a的温度之时，将第1热流开关15a控制为接通状态，当导热体1的温度处于最低温度附近之时、或者低于第2蓄热体2b的温度之时，将第2热流开关15b控制为接通状态。其结果，第1蓄热体2a的温度接近于导热体1的最高温度而第2蓄热体2b的温度接近于导热体1的最低温度，热电发电装置自动地开始(启动)工作。
作为另一启动法，列举如下方法，即：在导热体1与第1或者第2蓄热体2a、2b之间配置第3热电变换单元，第1以及第2热流开关15a、15b在初始状态或者未被控制的状态下使用处于断开状态的形式的开关(电气电路中的a接点)。
根据该方法，从热电发电装置配置于发生温度变化的环境中的时间点起，导热体1的温度追随于环境的温度变化而第1以及第2蓄热体2a、2b停留于当初的温度附近。而且，随着时间的经过而导热体1与第1以及第2蓄热体2a、2b之间的温度差不断变大。而且，若变为一定的温度差，则第3热电变换单元产生电压，该电压向热流开关控制部22供给，热流开关控制部22开始工作。然后，经过与上述的第1启动法的情况同样的工作过程，启动热电发电装置。
根据本发明的进一步的另一实施例，在图13所示的构成中还配备：配置于第1热流开关15a与第1蓄热体2a之间、一端与第1热流开关15a接触、且另一端与第1蓄热体2a接触的第1珀尔贴元件；和配置在第2热流开关15b与第2蓄热体2b之间、一端与第2热流开关15b接触、且另一端与第2蓄热体2b接触的第2珀尔贴元件。
根据本实施例，当第1热流开关15a处于接通状态之时，第1珀尔贴元件于一端吸热而于另一端发热，当第2热流开关15b处于接通状态之时，第2珀尔贴元件于一端发热而于另一端吸热。由此，加热具有与导热体1的最高温度接近的温度的第1蓄热体2a以使其温度进一步上升，冷却具有与导热体1的最低温度接近的温度的第2蓄热体2b以使其温度进一步下降，从而能够产生更大的温度差ΔT。
在上述的实施例中，作为热电变换单元，虽然使用的是以在目前市场上可获得的铋、碲等半导体为成分且利用了塞贝克效应的热电变换模块，但是这种热电变换模块的发电效率停留于几％～十几％。为此，在上述的实施例中，将热电变换模块的发电效率假定为约5％。相对于此，在利用了自旋塞贝克效应、被称作扰动(rattling)(笼状结构)的包合物等的新材料的塞贝克效应的热电变换模块中，因为使用的是具有大的热阻的磁性绝缘体、化合物，所以热泄漏少，能期待发电效率的格外的提升。
根据利用了塞贝克效应的热电变换模块，虽然可以实现具有1mWh～几十Wh的发电能力的热电发电装置，但是根据利用了自旋塞贝克效应的热电变换模块，可以实现具有从不足几十mWh至超过几百Wh的发电能力的热电发电装置。
图15是本发明的进一步的另一实施例的热电发电装置的纵向剖视图。参照图15，在本实施例中，热电发电装置具备一个导热体42和第1以及第2蓄热体43a、43b。而且，第2蓄热体43b由设置有热电发电装置的构造物构成。作为构造物43b，例如列举机械设备、或者建造物、或者配置在海面上、河川以及湖沼的水面上的浮标等的构造物、或者与整年大致具有一定温度的地热发生热交换的热交换机的一部分。
此外，热电发电装置具备：配置在导热体42与第1蓄热体43a之间、一端44a与导热体42接触、且另一端44b与第1蓄热体43a接触的至少一个(在本实施例中为一个)热流调节单元44。
热流调节单元44由下述热流开关构成，该热流开关选取与导热体42以及第1蓄热体43a接触而于导热体42和第1蓄热体43a之间发生热传递的接通状态、和与导热体42以及第1蓄热体43a之中的至少一方分离而使该热传递停止的断开状态。
此外，在第1蓄热体43a与构造物43b之间配置至少一个(在本实施例中为一个)热电变换单元45，热电变换单元45的一端45a与第1蓄热体43a接触、且另一端45b与构造物43b接触。
而且，除了与热流开关44以及热电变换单元45接触的接触区域之外的第1蓄热体43a的表面被覆盖层46覆盖。
虽然未图示，但是热电发电装置还具备：对导热体42的温度进行检测的第1温度传感器；对第1蓄热体43a的温度进行检测的第2温度传感器；对构造物43b的温度进行检测的第3温度传感器；和基于第1～第3温度传感器的检测值来切换所述热流开关的所述接通状态和所述断开状态的热流开关控制部。
这样，利用在第1蓄热体43a与构造物43b之间产生的温度差，可从热电变换单元45取出电能。
图16是本发明的进一步的另一实施例的热电发电装置的立体图。本实施例将图1所示的热电发电装置设为市场上出售的干电池的形态。另外，为了明了，在图16中省略了热电发电装置的导热体以及蓄热体以外的构成要素。
在图16中，附图标记23为导热体，附图标记24为蓄热体。电池的+电极25以及-电极26可以是热电变换单元的一对电极(参照图1)，在热电发电装置具备二次电池的情况下也可以是二次电池的输出端子(参照图4)。-电极26也可以作为导热体1的一部分来构成。+电极25通过绝缘部分27而与导热体23在电气上绝缘。
图17是本发明的进一步的另一实施例的热电发电装置的纵向剖视图。参照图17，在本实施例中，热电发电装置除了图1所示的实施例的构成之外，还具备：第1追加蓄热体30；第2追加蓄热体31；配置在第1以及第2追加蓄热体30、31之间、一端32a与第1追加蓄热体30接触、且另一端32b与第2追加蓄热体31接触的追加热电变换单元32(一对电极省略图示)；配置在第1以及第2追加蓄热体30、31之间、一端33a与第1追加蓄热体30接触、且另一端33b与第2追加蓄热体31接触的追加珀尔贴元件33；具有一定的热绝缘性、且将除了与追加热电变换单元32接触的接触区域以及与追加珀尔贴元件33接触的接触区域之外的第1以及第2追加蓄热体30、31的表面覆盖的追加覆盖层4’。
在此情况下，第1以及第2追加蓄热体30、31、追加热电变换单元32、追加珀尔贴元件33、以及追加覆盖层4’，既可以如图17所示那样与热电发电装置的其余部分一体式形成，也可以作为与热电发电装置的其余部分独立的部分来形成。在后者的情况下，两个部分彼此通过电线来连接。
而且，追加热电变换单元32以外的热电变换单元3所输出的电能例如经由极性/电压变换电路28而适用于追加珀尔贴元件33，通过追加珀尔贴元件33来加热第1以及第2追加蓄热体30、31的一方并冷却另一方。这样，使第1以及第2追加蓄热体30、31之间产生温度差，利用该温度差，从追加热电变换单元32中取出电能。
根据本实施例，因为蓄热体2的温度只在环境的温度变化的范围内发生变换，相对于此，第1以及第2追加蓄热体30、31的温度变化的范围并不受此限制，所以能够使第1以及第2蓄热体30、31之间产生更大的温度差以储存更多的热能，当需要时从追加热电变换单元32中取出更大的电能。
在本实施例中，从热电发电装置接受电供给的电子器件的工作是间歇性的，对应于此，热电发电装置所进行的输电也可以是间歇性的，在此情况下能够省略追加珀尔贴元件33。
在此情况下，当从热电发电装置输电之时，由塞贝克元件构成的追加热电变换单元32作为塞贝克元件而发挥功能，从而可取出电能。另一方面，当从热电发电装置不输电之时，从追加热电变换单元32以外的热电变换单元3所输出的电能例如经由极性/电压变换电路28而适用于追加热电变换单元32，追加热电变换单元32作为珀尔贴元件而发挥功能，由此来进行蓄热。
此外，也可间歇性地输电，在此情况下，通过与热电变换单元串联地配置热流开关，从而能够抑制来自蓄热体的不对热电发电作出贡献的不必要的热传递。
图18是基于本发明的进一步的另一实施例的热电发电装置的纵向剖视图。由图18可容易获知，本实施例是在图17所示的实施例中去除珀尔贴元件33，取而代之将加热器40与第1追加蓄热体30接触地配置的实施例。
而且，追加热电变换单元32以外的热电变换单元3所输出的电能，例如经由极性/电压变换电路28而适用于加热器40，由加热器40来加热第1追加蓄热体30。由此，第1追加蓄热体30借助追加覆盖层4’而成为比热电发电装置的其余部分以及环境的温度变化范围的中间附近的温度还高的温度，另一方面，第2追加蓄热体31借助追加覆盖层4’而稳定在环境以及热电发电装置的其余部分的温度变化范围的中间附近的温度。这样，使第1以及第2追加蓄热体30、31之间产生温度差，利用该温度差，从追加热电变换单元32中取出电能。
图19是本发明的进一步的另一实施例的热电发电装置的纵向剖视图。参照图19，在本实施例中，热电发电装置除了图10所示的实施例的构成之外(为了明了，在图19中省略了图10的第1～第3温度传感器以及热流开关控制部。)，还具备：第1追加蓄热体36；第2追加蓄热体37；配置在第1以及第2追加蓄热体36、37之间、一端38a与第1追加蓄热体36接触、且另一端38b与第2追加蓄热体37接触的追加热电变换单元38(一对电极省略图示)；和配置在第1以及第2追加蓄热体36、37之间、一端39a与第1追加蓄热体36接触、且另一端39b与第2追加蓄热体37接触的追加珀尔贴元件39。在此情况下，第2追加蓄热体37由设置有热电发电装置的构造物构成。
热电发电装置还具备：具有一定的热阻、且将除了与追加热电变换单元38之间的接触区域以及与追加珀尔贴元件39之间的接触区域之外的第1追加蓄热体36的表面覆盖的追加覆盖层4’。在此情况下，为了保护追加热电变换单元38的另一端38b以及追加珀尔贴元件39的另一端39b，根据需要而将追加导热体配置在追加热电变换单元38以及追加珀尔贴元件39、与第2追加蓄热体37之间。
而且，除了追加热电变换单元38之外的热电变换单元3所输出的电能，例如经由极性/电压变换电路34而适用于追加珀尔贴元件39，通过追加珀尔贴元件39来加热第1以及第2追加蓄热体36、37的一方并冷却另一方，使第1以及第2追加蓄热体36、37之间产生温度差，利用该温度差，从追加热电变换单元38中取出电能。
由本实施例也可获得与图17的实施例同样的效果。
在图19所示的实施例中，从热电发电装置接受电供给的电子器件的工作是间歇性的，对应于此，热电发电装置所进行的输电也可以是间歇性的，在此情况下能够省略追加珀尔贴元件39。
在此情况下，当从热电发电装置输电之时，由塞贝克元件构成的追加热电变换单元38作为塞贝克元件而发挥功能，从而可取出电能。另一方面，当从热电发电装置不输出电时，从追加热电变换单元38以外的热电变换单元3所输出的电能，例如经由极性/电压变换电路34而适用于追加热电变换单元38，追加热电变换单元38作为珀尔贴元件而发挥功能，由此来进行蓄热。
图20是本发明的进一步的另一实施例的热电发电装置的纵向剖视图。由图20可容易获知，本实施例是在图18所示的实施例中去除珀尔贴元件39，取而代之将加热器41与第1追加蓄热体36接触地配置的实施例。
而且，追加热电变换单元38以外的热电变换单元3所输出的电能，例如经由极性/电压变换电路34而适用于加热器41，由加热器41来加热第1追加蓄热体36。由此，第1追加蓄热体36借助追加覆盖层4’而成为比热电发电装置的其余部分以及环境的温度变化范围的中间附近的温度还高的温度，另一方面，第2追加蓄热体37由于是设置有热电发电装置的构造物、且具有大的热容量，因此稳定在与环境的温度变化范围的中间接近的温度。这样，使第1以及第2追加蓄热体36、37之间产生温度差，利用该温度差，从追加热电变换单元38中取出电能。
根据本发明的进一步的另一实施例，由潜热蓄热材形成了蓄热体之中的至少一个。通过使用潜热蓄热材，从而能够更为紧凑地吸收或者释放大量的热，由此能够实现更为紧凑且发电量更大的热电发电装置。
图21是本发明的进一步的另一实施例的热电发电装置的纵向剖视图。该热电发电装置适于配置在室外的大气中来使用。
参照图21，热电发电装置具备：第1以及第2导热体49a、49b；第1以及第2蓄热体50a、50b；配置在第1导热体49a与第1蓄热体50a之间的至少一个(在本实施例中为一个)第1热流调节单元；和配置在第2导热体49b与第2蓄热体50b之间的至少一个(在本实施例中为一个)第2热流调节单元。
第1热流调节单元由下述第1热流开关51构成，该第1热流开关51选取与第1导热体49a以及第1蓄热体50a接触而使第1导热体49a和第1蓄热体50a之间发生热传递的接通状态、和与第1导热体49a以及第1蓄热体50a之中的至少一方分离而使所述热传递停止的断开状态。此外，第2热流调节单元由下述第2热流开关52构成，该第2热流开关52选取与第2导热体49b以及第2蓄热体50b接触而使第2导热体49b和第2蓄热体50b之间发生热传递的接通状态、和与第2导热体49b以及第2蓄热体50b之中的至少一方分离而使所述热传递停止的断开状态。
此外，热电发电装置具备：配置在第1以及第2蓄热体50a、50b之间、一端53a与第1蓄热体50a接触、且另一端53b与第2蓄热体50b接触的至少一个(在本实施例中为一个)热电变换单元53。而且，除了与第1以及第2热流开关51、52、以及热电变换单元53之间的接触区域之外的第1以及第2蓄热体50a、50b的表面，被具有一定的热绝缘性的覆盖层54所覆盖。
进而，在覆盖层54立设有壁60，该壁60具有一定的热绝缘性、且围住第1导热体49a的周围。壁60的上端面比第1导热体49a突出，在该上端面安装有让太阳光光谱透过但不让远红外线透过的滤光器56。而且，第1导热体49a的整个表面隔着空气层55而被滤光器56覆盖。
此外，在覆盖层54立设有遮光部59，该遮光部59具有一定的热绝缘性、且围住第2导热体49b的周围。遮光部59是为使在白天第2导热体49b不受到太阳光的直射而设置的部件。而且，在遮光部59，与第2导热体49b的表面隔开间隔地安装有让远红外线透过但不让太阳光光谱透过的滤光器58，第2导热体49b的整个表面隔着空气层57而被滤光器58覆盖。
虽然未图示，但是热电发电装置还具备：对第1导热体49a的温度进行检测的第1温度传感器；对第1蓄热体50a的温度进行检测的第2温度传感器；对第2导热体49b的温度进行检测的第3温度传感器；对所述第2蓄热体50b的温度进行检测的第4温度传感器；和基于第1～第4温度传感器的检测值来切换第1以及第2热流开关51、52的接通状态和断开状态的热流开关控制部。
而且，热电发电装置在室外的大气中被配置成：第1导热部49a受到太阳光的直射，而第2导热部49b不受到太阳光的直射。由此，第1导热部49a虽然在白天有效率地吸热但是在夜晚不易被辐射冷却，从而一整天被确保在高温，另一方面，第2导热部49b虽然在白天抑制吸热但是在日落后有效率地被辐射冷却，从而一整天被确保在低温。据此，完成了热流开关控制部所进行的第1以及第2热流开关51、52的控制。
在本实施例中，热电发电装置的运转如下那样完成。
热电发电装置配置于室外的最初，直至第1以及第2蓄热体49a、49b蓄积了一定的热量而在两者之间产生规定的温度差为止，历经数天也不进行发电。而且，在第1以及第2蓄热体49a、49b蓄积了所述一定的热量之后，利用因新取入到第1以及第2蓄热体49a、49b中的热量而在两者之间产生的温度差，可从热电变换单元53取出电能，由此来进行发电。
本发明的热电发电装置不仅能够适用于电子器件的通常的电源，也能适用于其他用途。例如，通过使本发明的热电发电装置大型化、或者排列多个来配置，从而能够作为供应家庭所需的电力的太阳能热发电装置来使用。此外，如果将本发明的热电发电装置安装于人工卫星，将热电发电装置的导热体配置于人工卫星的框体表面，将被覆盖层覆盖的蓄热体配置于框体内部，则伴随着人工卫星的自传运动，导热体会周期性地晒在太阳中，或者进入太阳的背阴处。而且，通过将蓄热体的热时间常数设定得长于人工卫星的自传周期，从而蓄热体的温度被确保为接近于导热体的最高温度和最低温度的中间温度，由此能够稳定地进行发电。
此外，针对本发明的热电发电装置，在机械设备故障时设置于变为高温的部分，在机械设备正常工作时设为待机状态，从而仅在机械设备故障时进行发电，向故障探测传感器供给电力，由此也能够使故障探测传感器工作。在该构成中，无需储存热电发电装置的发电电力，因而不需要二次电池。
此外，将本发明的热电发电装置作为体温计的电源来使用，历经长时间在室温下保管，当需要时使导热体与身体接触来发电，由此也能够使体温计工作。即便在该构成中，也不需要二次电池。
标号说明
1、1’ 导热体
2 蓄热体
3 热电变换单元
3a 一端
3b 另一端
4 覆盖层
4’ 追加覆盖层
4a 开口
5 电极
6 热流调节单元
6a 一端
6b 另一端
7a 液体状的蓄热体
7b 容器
8 热交换用散热片
9 开口
10 电源
11 极性/电压变换电路
12 二次电池
13 电子器件
14 辅助导热单元
14a 双金属片
14b 热收缩性材料
15 热流开关
15a 第1热流开关
15b 第2热流开关
16 第1温度传感器
17 第2温度传感器
18 热流开关控制部
19 第1温度传感器
20 第2温度传感器
21 第3温度传感器
22 热流开关控制部
23 导热体
24 蓄热体
25 +电极
26 -电极
27 绝缘部分
28 极性/电压变换电路
29a 线性致动器
29b 可动导热块
29c 旋转型致动器
29d 可动导热块
30 第1追加蓄热体
31 第2追加蓄热体
32 追加热电变换单元
32a 一端
32b 另一端
33 追加珀尔贴元件
33a 一端
33b 另一端
34 极性/电压变换电路
36 第1追加蓄热体
37 第2追加蓄热体
38 追加热电变换单元
38a 一端
38b 另一端
39 追加珀尔贴元件
39a 一端
39b 另一端
40、41 加热器
42 导热体
43a 第1蓄热体
43b 第2蓄热体
44 热流开关
44a 一端
44b 另一端
45 热电变换单元
45a 一端
45b 另一端
46 覆盖层
47 容器
48a～48c 潜热蓄热材
49a 第1导热体
49b 第2导热体
50a 第1蓄热体
50b 第2蓄热体
51 第1热流开关
52 第2热流开关
53 热电变换单元
53a 一端
53b 另一端
54 覆盖层
55 空气层
56 滤光器
57 空气层
58 滤光器
59 遮光部
60 壁

Claims (2)

1.一种热电发电装置，配置在昼夜周期性温度变化的屋外的大气中，利用该大气的温度变化进行发电，所述热电发电装置的特征在于，
具备：
一个导热体，与所述大气接触、且根据所述大气的温度变化而能与所述大气发生热交换；
一个蓄热体；和
配置在所述导热体以及所述蓄热体间的至少一对热电变换单元以及热阻体，
与所述热阻体对应的所述热电变换单元的一端彼此接触，所述热阻体以及所述对应的所述热电变换单元中的一方的另一端与所述导热体接触，并且所述热阻体以及所述热电变换单元中的另一方的另一端与所述蓄热体接触，除了与所述热电变换单元或者所述热阻体的接触区域以外的所述蓄热体的整体被具有热绝缘性的覆盖层覆盖，
所述热阻体的热阻值被设定为：让作为对由所述导热体、所述热阻体、所述热电变换单元和所述蓄热体形成的热回路整体的热阻乘以所述蓄热体的热容量得到的值而确定的热时间常数，成为使得在所述大气的温度升降的反复周期与所述蓄热体的温度升降的反复周期之间产生延迟并由此在所述导热体以及所述蓄热体间产生发电所需的温度差的热时间常数，利用所述温度差来从所述热电变换单元中取出电能。
2.根据权利要求1所述的热电发电装置，其特征在于，
在设所述大气的一天的温度变化的图表为具有24小时的周期的正弦波的情况下，所述热时间常数被设定为让所述蓄热体的温度变化的相位相对于所述大气的温度变化的相位偏离45度。
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