JP2011134741A

JP2011134741A - ゼーベック効果による廃熱（排熱）発電シール（シート）

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Publication number: JP2011134741A
Application number: JP2009289998A
Authority: JP
Inventors: Kiyotaka Mizuno; 清貴水野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2011-07-07

Abstract

【課題】工場、発電所及び焼却炉などの廃熱エネルギーを電気エネルギーに変換して利用する手段は、適用場所が限られ、日常生活に適用されにくい。日常生活での廃熱を弱電気エネルギーに変換して利用することを可能にする熱発電シール（シート）を提示する。
【解決手段】極薄フレキシブル熱伝導プラスチック基板１０２の片面に設置された集積熱電変換素子装置を含む集積回路１０３を絶縁体１０１と熱伝導粘着（接着）剤１００で覆い貼り付けられた熱伝導シール（シート）を日常生活において温度差を発生する場所に貼る、または挟むことにより発電し、その電力を二次電池、キャパシタ（コンデンサ）に蓄電することを可能にする。
【選択図】図３

Description

本発明は廃熱（排熱）をエネルギー源としゼーベック効果による発電を行う熱伝導シール（シート）に関する。本発明ではシートの大きさを大中小とし小さいものをシールとし以後シールと記述する。本発明のシール上に集積ゼーベック素子装置、増幅回路を搭載する厚さ１ｍｍ以下、例えば図１のような市販のセロハンテープを連想させる発電シール３１３を利用範囲での切り取り、または図２のような大型ガラス保護フィルム３１２を連想するような熱伝導粘着（接着）シールであり、図３で示すシール上に集積回路の幅および高さを上回る粘着（接着）部にて形成しシールと熱伝導粘着（接着）部は絶縁体を挟み、集積ゼーベック素子装置の直列、並列接続により発電単位セルの大きさは変わり、複数発電単位セルをさらに直列、並列接続させることでシール面積を拡大させる事を可能とする。形成された単一または複数発電単位セル毎に必要に応じて切り離すことを可能とし利便性を図る。また図１３のように市販文具の三角形ラベル、または四角形等ラベルように利用にあわせた形状にて販売する事で利用度を高め普及の向上が期待できる。

本発明はシール表面上の温度が上昇時、または下降時に異なる電流の流れに対し増幅回路に反転増幅回路を用いることで一方向の電流としても利用できる事を特徴とする。

極薄フレキシブル熱伝導プラスチックを基板とするが、例えばバイオプラスチックなど環境配慮素材を基板とすることで地球温暖化防止に貢献できる。

熱伝導粘着（接着）は廃熱（排熱）をエネルギー源場所への接着と共に衝撃保護の目的も兼ねる。また粘着（接着）力を調整することにより多様な目的に利用でき、粘着力を弱める事によりシールの貼り付け場所も容易に変える事ができる。

本明細書中において集積ゼーベック素子装置とは当業者であれば容易に理解され、本発明は図３で示してはいるがＰ型熱電半導体およびＮ型熱電半導体を配置した熱電変換装置に限定したものではない。また電極と半導体または二つの金属を絶縁膜等でギャップを設けることは（接続電極の一部に１ナノメートル程度のギャップ）当業者であれば容易に理解される。

本明細中において反転増幅回路と記述しているのは増幅の他に、入力される電流の極性が反転しても電流出力方向を常に同一方向に保つ事を目的としており、入力のインピータンスをあえて高くする必要がない事を想定している。

本明細中において集積ゼーベック素子装置とはゼーベック効果による熱電変換素子を示すものであり、熱電半導体を特定したものではなく例えば磁場効果利用するマイクロワイヤーアレイ構造での温度差から発生するエネルギー変換素子も含まれ、また単純に異なる金属でのゼーベック効果も含む。将来においてゼーベック効果による効率的な熱電変換素子を本発明ではシールに搭載させてゆく事を考慮するものである。また、発電シール内の電極の熱発生側に生体膜のエネルギー装置またはイオンの濃度勾配により発電効果を向上させる事も考慮するものである。

エネルギーの大部分は廃熱（排熱）として環境へ放出されている。近年、このような環境へ放出されている熱エネルギーを電力に変換しエネルギーの有効利用を行う事に期待が高まっている。廃熱（排熱）利用発電では変換効率より発電量を求められるが、実用的な範囲では変換効率と発電量は相反しそのため高性能材料により熱損失を減らす事が必要となる。この問題がゼーベック効果による発電が長く研究されているにもかかわらず実用性に欠ける要因のひとつである。本発明はこの改善策として弱発電においても蓄電を行う事で実用的な範囲を広げ変換エネルギーの有効利用度を向上させる。

人間が生存するための体温及び、人間が生活するために発生する様々な熱を直接電気エネルギーに変換することにより、石油をはじめとする化石燃料使用の削減および新エネルギーとしての活用を実現するものである。

具体的なゼーベック素子装置の基礎構成は、特許文献１及び特許文献２に記載されている。特許文献１によれば、集積並列ゼーベック素子装置を多数個同時に生成する回路を搭載している。また、特許文献２によれば、熱電変換エレメントの配列対が複数段に積層された熱電変換装置を搭載している。それらの搭載物は主に製造方法を提供する物であり、ゼーベック効果の半導体Ｎ素子およびＰ素子による実現方法と考えられる。本発明はゼーベック効果による発電の熱電変換装置の普及および有効活用に対する発明である事を特徴とする。

ゼーベック効果による発電の発電量はフェルミ準位によるものだが、この改善策として素材による熱エネルギー差を向上させる方法もある。しかし本発明は熱エネルギー差向上に加え弱発電量も蓄積させる事を可能とすることに着目したものである。弱発電の蓄積は現在ではコンデンサまたはキャパシタにて可能である。大きさの問題は既に厚みμmレベルの超薄型コンデンサが開発されている。さらに将来には極薄フレキシブルキャパシタの開発も見込まれる。素材の向上は技術の進歩に付随するが、廃熱（排熱）エネルギーは日常生活においてもエネルギーロスである。廃熱（排熱）をゼロにできない限り弱電気を蓄積する事が新エネルギーにつながる。ここでの弱電気とは本発明においては摂氏マイナス５０度からプラス１６０度程度で発生する電気量を示す。

本発明の特徴はゼーベック効果による発電処理を粘着シール形状上に搭載することで利便性を高める事と、反転増幅回路を搭載することで常に温度差が発生する場所に対して、例えば金属を使用した家電製品のように稼動時には温度が上昇し、稼動停止により逆に温度が下降する場所においても発電を継続できる事にある。そして耐熱薄型コンデンサ（キャパシタ）を同一基板上に搭載する事で小さな形状のシール単体での発電、蓄電を可能とし利用範囲を高める。またゼーベック素子装置を直列、並列に多数個同時に生成する回路と増幅回路を一つの発電単位セルにすることで必要に応じたシール形状を提供できる。

本発明のシールは、他発電のアシストとしての役割も果たす。例えば太陽光発電の弱点を補う形でアシストとしての搭載も有効である。

本発明の発電シールのキャパシタへの充電において、キャパシタの持つ感電時の大きな電力による危険性については、弱電気を対象とする本発明の発電シールでは直接その危険性に当てはまらない。しかし直列や並列接続ならびに防水時での危険は存在するが、危険回避としてキャパシタの初期化回路を内臓または外部設置する事で容易に解消できる。

本発明の発電シールでの発電は弱電気を蓄電または直接利用する事が可能であるが、非特許文献２によれば、一方を気象大気そのものとし、他方を海水あるいは地中熱との熱交換大気とすれば、温度差は0-10度と僅少であり変換効率は極めて低くなるが、それに見合う量の変換材料を用いることによって、理論的には出力ギガワット級をユニットとする発電が可能であり、ゼーベック効果発電は機械的駆動部分のない単純な構成が特徴である。とある。本発明のシールは変換効率が極めて低い状況下においてもそれに見合う量の変換材料を用いることにより、高い発電出力の可能性を意図する文献である。

本発明の発電シールは構造が単純であるため発電効率の向上と安全性による利便性を将来的にさらに追求できる事を特徴とする。例えばイオンの濃度勾配エネルギーを発電効率の向上に応用できると考える。これは銅版とアルミ板に極薄い紙を挟みゼーベック効果を発生させる再に人間の手が金属に触れる事で発電効率の向上が簡単に体験できる。ゼーベック効果を持ちいらず生物のＡＴＰによる発電だけを考える事もできるが利用範囲が狭まる事が課題になる。そこで手で握るものや人間が手にするものに本発明の発電シールを搭載する事でゼーベック効果に生物のＡＴＰを加えた発電が容易になる。図１４のように握るだけで光る懐中電灯が分かり易い例である。手で握る事でゼーベック効果によるエネルギーと濃度勾配エネルギーだけによる照明が可能になる。

特開２００６−１９４２２号公報特開２００４−１０４０４１号公報特開２００３−１７４１５３号公報

小川吉彦著「熱電変換システム設計のための解析」出版１９９８年エネルギー・資源学会第１５回研究発表会講演６−４（１９９６．４．１６−１７）概要Ｐ．１２１−１２６

解決しようとする問題点は、ゼーベック効果による発電では変換効率より発電量を求められるが、より大きな発電量を求めれば実用的な範囲を狭める。そのため工場や発電所、焼却炉などで排出された大量の廃熱を電気エネルギーに変える対策は実現されているが適用場所が限られる事及び日常生活において適用される応用性に欠ける事が普及の難しさを招き、ひいては開発を躊躇させる原因である。本発明は日常生活内での実用的な範囲を広める事に着目し、日常生活内での廃熱（排熱）を弱電気エネルギーとし蓄電させる事により有効活用させる事が目的である。本発明は廃熱（排熱）エネルギーを源とするゼーベック素子装置による発電シートの作成方法、シートの装着方法、発電された電気の利用方法であり、将来の新エネルギーとしての有効活用方法と普及を問題視した事にある。また太陽光、風力、水力などの気象条件に影響を受ける発電に変わるまたはアシストできる自然発電が今後さらに求められる。

本発明は日常生活内での実用的な範囲を広めるためシール（シート）として提供し、日常生活における様々な弱発電を充電する事により電力の有効活用を提供する。今後技術の進歩により弱電気により稼動する電気製品の開発が急速に推進され、無論軽量化かつ薄さなどさらに製品の形態も変わって行くと容易に考えられる。現在は二次電池の性能向上と軽量化、燃料電池の安全性と低価格化が急速に進められているが、同様に発電の性能向上と軽量化、低価格化も同時に推進されるべきである。なぜなら超小型軽量かつ極薄形状での電源確保を必要とする器具または製品において低価格化が難しいと考えるからである。

本発明の発電シールは極薄フレキシブル熱伝導プラスチックを基板としゼーベック素子装置および極薄増幅回路を搭載し、熱伝導接着剤でゼーベック素子装置および極薄増幅回路を覆うことで商品及び部品の製造工程内で装着または、商品及び部品への後付装着を可能とする事を特徴とする。現在市販のセロハンテープまたはガラスフィルムを連想させる扱いが可能である発電シール（シート）である。発電シートの厚さは商品及び部品により異なるが基本１ｍｍ以内とし曲面でも機能を保ち発電された電気エネルギーは二次電池、キャパシタ（コンデンサ）、高耐熱キャパシタへの充電にて活用する。

そのため、本発明の発電シールは充電手段を用いず発電を直接利用する方法と、図５で示すシール内に超極薄コンデンサ（キャパシタ）等の弱電充電手段を設ける方法、シール外部に二次充電池やキャパシタへの充電手段を設ける方法を可能としている。

本発明はプリント基板を用いず、様々な機能回路を極薄フレキシブル熱伝導プラスチック（フィルム）上に構成し熱伝導粘着（接着）剤で覆うことによって、様々な廃熱（排熱）場所に軽量な高機能回路を搭載する事を実現する。同一基板上に複数の回路を一体化形成することが可能であり、コストも下げられ実装面積を状況に応じて調整できる。フィルム状であるため廃熱（排熱）が発生する製品に内蔵するスペースが確保しやすく、内蔵させなくとも接着力にもよるが貼り付けたり剥がしたりという脱着を可能とできる。同一基板上で複数の回路の接続を可能とするためノイズが重畳しにくい。

気象大気のエンタルピーは自然エネルギーの中でも無限かつ無償のエネルギーである。さらに零下４０度などの低温では動力を伴う熱機関は適応が難しい。また大気と金属、大気と海水、大気と地、大気と生物など物質からの気象大気エンタルピーの電力への変換には温度差付与による発電が有効である。温度差付与による本発明の発電シールでは気象状況に左右されず請求項２に記載の電流方向を同一方向に保つ集積回路により温度差の高低が入れ代わった場合でも発電が可能であるため、太陽光、風力、水力などの気象条件に影響を受ける発電や動力、圧力からのエネルギー変換が困難な条件下での発電に有効である。

ゼーベック効果発電は熱電材料の材質などに依存し温度差が大きいほど効果は大きくなる。金属製造での２００度以上の温度差効果は期待できるが、素子材質も重要視される。コバルト酸化物の活用や熱電材料でビスマスやテルルのような重金属もあるが人体に影響がなく長期間使える寿命の長いものとしてコバルト酸化物も考えられている。しかしコストがかかる点など課題が多い。本発明の発電シールは現在研究開発されている高温度差による高発電の課題のクリアが普及の遅れの原因でもあると考える。従って低温度差による低発電の蓄電と利用に着目したものである。低温度差は物質と体温、大気と体温などを始め日常生活で人体に影響がなく使用者が特別に意識する事がない、または容易に蓄電物を利用できることを特徴とする。

形状については発明を実施するための形状で詳細説明するが、本発明の発電シールは発電単位セルの形状が自由であることにより、従って発電単位セルの形状を三角形にする事で曲面にも適応できる。シールに加えられた廃熱（排熱）を電気に変え増幅しその電力を充電または直接利用させることができる。例えば、自動車のモーター、燃料電池、ボディ、ラジエターのフィン、シート、窓の一部、エンジン上部のボンネット裏など自動車関連に適用する。電気機器関連では冷蔵庫、電子レンジ、パソコン、電球、電気モーフ、電気カーペット、床暖房、エアコン、トイレの暖房便座などに適用する。家具関連では図９のように椅子他にソファー、布団のシーツ、カーテン、お風呂周り、などに適用する。住居関連では屋根、外壁、鋼製建具、木製建具、雨戸、鉄筋、鉄骨、その他工作物などに適応する。衣料関連ではトレーニングウエア、シューズ、帽子、傘、コートなどに適応する。医療介護関連ではベッド、車椅子などに適応する。公共施設では椅子、ソファー、空調関係などに適応する。

極薄フレキシブル熱伝導プラスチック上の一部に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を設け発光ダイオードへの接続により、廃熱（排熱）を照明として利用することも容易である。また、本出願人は特開２００３−１７４１５３に記載の被剥離層に損傷を与えない剥離方法、被剥離層のプロセスに限定を与えない剥離方法を用いる事でゼーベック素子装置、および各素子を含む回路を剥離、及び転写を可能とする。ただし、剥離方法は前述特開２００３−１７４１５３に限定されるものではない。

本発明はゼーベック素子装置に温度差が生じた場合に発生する発電を反転増幅回路によって一方向の電流とし増幅させてから利用する。そのためゼーベック素子装置に対する温度差の方向は問わず、従い本発明の発電シールはシール側と熱伝導粘着（接着）剤のどちらでも高温部または低温部になりえる。つまり弱発電ながらも限りなく常時発電の可能性を持ち合わせ、発電させる度に次々と充電手段に充電させて行く事が可能であり、一方向の電流を保つため充電手段にコンデンサ（キャパシタ）の使用も可能となる。

また、非接触充電（非接触電力伝送）およびキャパシタ等充電手段の技術進歩により、発電から充電までの手段が簡略化され普及効果を増す事になる。尚上記の反転増幅回路に変わり整流手段を有してもよい。

本発明の発電シールは発電単位セルの形状が自由であることを特徴とするが、それにより使用者（製造工程での使用を含む）がシールの大きさを調整できるため、安全性を確保できうる廃熱（排熱）場所に特別な形状制限が少なくなる。

例えば、白熱電球を考えると製造工程において照明機能にある程度支障のない熱発生範囲で本発明の発電シールを装着させる事で、上記の増幅回路に電源回路を追加し白熱電球の電力消費を押さえる事も可能である。これは自動車の廃熱（排熱）から直接二次電池またはキャパシタへの直接充電や、自動車で使用される発光ダイオードへの接続にも可能である。

本発明は弱発電に限ったものではないが、日常生活内での実用的な範囲を広める事を主目的とするため、本発明で足りない電力を補助するための発電手段、例えば発光電装置や圧力発電装置、振動発電装置を本発明シールに搭載または取り付けることは好ましい。また逆に例えば発光電装置や圧力発電装置、振動発電装置の補助をするために本発明シールを活用することも好ましい。

本発明のシールに伝熱効果の高い防水機能を加えれば、例えば図１１のように屋根、壁面等に利用するような現在市販のセロハンテープまたはガラスフィルムよりも比較的広い範囲で利用する場合では制御用の中央処理部を設置し発電単位セルの故障、防水チェック、接続不良等の監視回路を搭載させても良い。また発電効率を高めるために中央処理部を設置させても良い。屋根、壁面等での利用では天候、季節を問わない発電源になりえる。

本発明ではゼーベック効果を基本に置いているが、これはペルティエ効果により数年前発売された冷蔵庫が普及されなかった要因を踏まえての事である。当時ペルティエ効果の冷却能力に課題が多く専門のワインセーラーなど業務用または医療機器として活用されるも家電製品としての普及には至らず、軽量化、作動音がない、湿度を保てるという利点が生かされなかった現実から、ゼーベック効果を弱電気に対応させる事で軽量かつ作動音がせず天候等の自然現象にも適応でき、さらに低コストでの実現が可能である事を特徴とする。

今まで環境へ放出されていた大量の熱エネルギーを、減らす事とは別角度での環境問題への対策アプローチとなり、また将来に向けた新エネルギーの創出効果が期待され、日常生活においては廃熱（排熱）の電力変換を容易にする事で身近な場所での充電による節電意識が浸透される。構造と形態が単純であるため、発電に対する認識が専門分野から一般家庭にまで広がり低コスト実現までに時間をさほど費やさずに費用対効果を特別意識する事なく利用できる。また単位セルまたは複数単位セルにて切り離しを可能とするため利便性が高く、そのため普及するまでに時間をさほど要さない。

図１は発電シールを市販のセロハンテープ状の形態での実施方法を示した説明図である。（発明を実施するための形態）図２は発電シールを市販のガラスフィルム状の形態での実施方法を示した説明図である。（発明を実施するための形態）図３は発電シールの断面を示したものと、熱発電部及び回路部の説明図である。図４はシール内に充電手段を搭載の場合の回路説明図である。図５は発電シールの発電利用方法に対する説明図である。図５は充電手段を持つ場合である。（課題を解決するための手段）図６は発電シールを曲面または球状の熱源に対する実施方法を示した説明図である。（発明を実施するための形態）図７は発電シールを熱源の利用場所に応じた形態での実施方法を示した説明図である。図７は内部に充電手段を持つ場合である。（発明を実施するための形態）図８は発電シールをベッドで利用する場合の実施方法を示した説明図である。（実施例１）図９は発電シールを椅子で利用する場合の実施方法を示した説明図である。（課題を解決するための手段）図１０は発電シールを慢性肩こりに対する微弱電気治療用品の電力源とした実施方法を示した説明図である。（実施例１）図１１は発電シールを屋根に取り付けた実施方法を示した説明図である。（課題を解決するための手段）図１２は発電シールをドアノブに取り付け防犯センサ等での実施方法を示した説明図である。（実施例２）図１３は発電シールの製造工程以外での使用者への提供方法を示した説明図である。図１３は三角形型としての提供例である。（技術分野）図１４は発電シールを握るだけで照明する懐中電灯での実施方法を示した説明図である。（実施例２）図１５は発電シールの形状を立方形とした場合での短面側から見た説明図である。図１６は発電シールの形状を立方形とした場合での長面側から見た説明図である。図１７は発電シールの形状を立方形とした場合での短面側断面を見た説明図である。図１８は発電シールの形状を立方形とした場合での粘着（接着）側を上部から見た説明図である。図１９は発電シールの形状を立方形とした場合での極薄フレキシブル熱伝導プラスチック側を上部から見た説明図である。

本発明の実施するための形態について以下に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されるものではなく、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って本発明は以下に示す実施するための形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

現在市販のセロハンテープまたはガラスフィルムを連想させる厚さ１ｍｍ以下、幅２ｍｍ程度以上、長さ１５ｍｍ程度以上（熱薄型コンデンサ内臓の場合）を想定し、発電単一セルまたは複数発電単位セル毎に切り取り可能とし、発電単一セルまたは複数発電単位セル毎にシール内部の熱薄型コンデンサ（キャパシタ）への充電、またはシールの外部への二次電池、キャパシタ（コンデンサ）への充電を可能とする。尚、前記の厚さ、幅、長さは現在の技術において当業者であれば可能と判断できる範囲を示したものでありサイズを特定したものではない。技術の進歩によりさらに薄型、小型化を進める事が良い。

原理的には平面状の本発明のシールの熱電変換による発電単位セルを増幅条件により直列または並列に接続することで任意の電力量とシールの大きさを得られる事ができる。

本発明のシールの熱電変換による発電単位セルを三角形にする事で複数単位セルにより図６のようなシールにより球面などへの対応も容易であり、また異なる単位セルの形状を接続する事で、例えば屋根瓦などの段差のある場所、ゆがんだ場所、円柱形や円錐形などの場所にも対応できる。

本発明のシールの図７のような複数単位セルに切り取り線等を加え使用者に必要形状を容易に取得させる方法も可能である。また、本発明のシールは集積回路の幅および高さを上回る粘着（接着）部にて形成するが、粘着（接着）部に保護（極薄フレキシブル熱伝導プラスチックや金属）を加える事で粘着（接着）に限定されない形状が可能である。また、本発明のシールに伝熱性の高い防水加工を加える事で野外での必要形状を充たすことができる。

実施例１では本発明のシール発電、蓄電利用に対して記述する。病院、施設において図８のようにベッドに装着することで発電を発光ダイオードなどによるスポット照明や、重症患者または要介護者のベッドからの移動時検知に使用する事もできる。車椅子への装着においては発光ダイオード照明による夜間の自動車等へ乗り降りの際の危険防止に役立つ。日常生活においては本発明の発電シールによる充電を携帯電話への充電または携帯型緊急電池としての活用も有効であり、災害時のために準備する懐中電灯においては発光ダイオードなど使用により本体を握る事で照明可能な図１４で示す懐中電灯も可能である。

自動車関連においてはバッテリーの開発が進んでいるがキャパシタのメリットである急速充電、繰り返し使用、充電効率が高い事を生かしてバッテリーアシストとして既に行われている。本発明の発電シールは廃熱（排熱）からの電気のためキャパシタのアシストとしても活用が可能である。また発光ダイオード等による照明を本発明の発電シールに置き換える事も可能であり、太陽光等の充電にて自動車停止時での電気利用アシストと並び常時弱電気使用箇所への利用も可能である。

電気製品関連においては電気と熱は切り離せず熱による弊害に対して冷却手段が必要となる。本発明の発電シールは発熱に対しても冷却に対しても弱電気ながらも充電が可能である。そのため製品自身からの発電が期待できる。これは熱伝導性が高いまたは反対に保温効果が高い材質に対しても装着を別々に行うことで弱電気ながらも充電が可能になる。これらの充電が電気製品の電源回路のバックアップ機能として利用すれば急な電源ＯＦＦでの対応効果がバックアップ機能向上として特別にスペースをとらずに可能となる。二次電池使用の情報端末の場合では入力途中の電池切れに対する電源回路での電池交換までの電気バックアップ機能として入力中データ消滅を防ぐ効果を向上させる。これは精密機器に対しても有効である。

ガラス関連においては、部屋の暖気の５０％近くが窓ガラスから逃げるとも言われているが、ガラスに本発明の発電シールを視界に障害にならない程度貼ることで発電と蓄電が容易に実現できる。また結露防止にはペアガラスやスプレー、スリガラス状にするシートなどがあるが、反射ガラス製造などでのスパッタリング工程等でのガラス付着物質に対して本発明の発電シールの発電を利用した曇り止めや結露防止など電気制御による対策も可能性がある。

小型船舶においては、大気熱と海水の温度差を利用した発電による蓄電も有効である。遭難時での発電源や搭載発電機や二次電池へのアシスト、特に夜間の照明や緊急時の照明に役立つ。船舶内での調理時に発生する熱に対しても有効である。

介護または幼児関連においては、車椅子での体温での温度差による照明の電力源、低消費電力ＧＰＳの人間装着での位置情報提供時の電力源、平常体温認識回路と体温警告センサの電力源として有効である。

健康関連においては、慢性肩こりに対する微弱電気治療用品の電力源として図１０のような利用も可能である。さらに健康を目的とした電気タバコの電力源としても有効である。

実施例２では本発明のシールの各種センサの電源利用に対して記述する。調理器具においては、シールならびに粘着（接着）部に耐熱素材を用いる事で、集積回路に温度センサと極薄耐熱ブザーを加え異常発熱時にブザー音電源として使用者に警告を促す事が可能である。また本発明の発電シールを鍋やヤカンの蓋の製造工程内で内部熱を外部に放出温度調整させる通気口を取り付け熱センサによる動力源としての利用も可能である。

建築関連においては、屋根、外壁以外に、図１２のように玄関などのドアノブ等を握る事による温度差で握った人物に向けたＬＥＤ照明などによる防犯対策または痴呆症等による外出徘徊警告センサ等の電力源として有効である。また物置の扉の内外気による蓄電を物置の扉を開けるときにＬＥＤ照明などにより内部照明としての電力源として有効である。

介護関連においては、尿漏れ等時に使用者に伝達する温度センサ等の電力源、車椅子での体温での温度差による照明発電として利用できる。

実施例３では本発明のシールの発電をスイッチ利用に対して記述する。例えば病院、施設などの緊急ブザーを押す事なく手を触れただけで発電によるスイッチ機能が実現できる。

握るだけでの通信起動スイッチ利用。電気毛布などの暖房用品の温度差電源ＯＦＦスイッチとして利用。正常時を超える発熱における電力および火力遮断スイッチとして活用できる。

本発明の発電シールにより、自動車や電気製品などの動力における廃熱（排熱）、電球などの照明における廃熱（排熱）、体温などの生命維持における廃熱（排熱）、太陽など自然現象における廃熱（排熱）に対しゼーベック効果廃熱発電シートを産業製品に製造工程内で装着または後付による装着する事で発生する電気を直接使用する、もしくは二次電池、キャパシタ（コンデンサ）または高耐熱キャパシタへ充電させる事で新エネルギーとして利用でき、競技場、映画館、劇場、会議室、講演会旅客機、電車など椅子またはその近辺に装着することでよりまとまった発電が期待でき石油をはじめとする化石燃料使用の削減に貢献する。

本発明の発電シールはシールの表裏温度差による発電を実現するものだが表裏の温度高低が入れ代わっても一方向に発電させる事を特徴とする。この特徴を生かし伝熱かつ防水加工を加えることで、例えば既に建てられている建造物の屋根、外壁などへの後付けが可能となり、太陽光発電とは異なり季節、天候に左右されず、また低コスト化が容易であるため費用対効果をさほど気にせずに普及させる事ができる。また、太陽光発電をアシストする形での普及も可能である。

本発明の発電シールにより、各種センサ使用において電力源確保が困難な箇所、またはコスト的に電力源の準備が普及の妨げになる箇所での電力源として利用する事が可能である。

１００熱伝導粘着（接着）剤
１０１絶縁体
１０２極薄フレキシブル熱伝導プラスチック基板
１０３ゼーベック効果による発電素子及び回路（充電手段搭載可能）
１１０電極（発熱側または吸熱側）
１１１Ｐ型半導体エレメント
１１２Ｎ型半導体エレメント
１１３ゼーベック素子内絶縁体
１１４電極（吸熱側または発熱側）
２０１熱発電部（ゼーベック素子）
２０２逆流防止回路
２０３電源端子へ同一方向の電流を流すおよび増幅のための反転増幅回路
２０４電源端子
２０５充電制御回路
２０６充電手段（耐熱薄型コンデンサ、キャパシタ）
３００熱伝導粘着（接着）剤
３０１絶縁体
３０２極薄フレキシブル熱伝導プラスチック基板
３０３ゼーベック効果による発電素子及び回路（充電手段搭載可能）
３０４立方形ゼーベック効果による廃熱（排熱）発電シール
３０５三角型ゼーベック効果による廃熱（排熱）発電シール
３１０廃熱（排熱）発電シール保護貼り付けシート
３１１廃熱（排熱）発電シール保護貼り付けシート
３１２ガラスフィルム形態の発電シール提供方法例
３１３セロハンテープ形態の発電シール提供方法例
３１４曲面または球面に対する形態の発電シール提供方法例
４００ゼーベック効果による廃熱（排熱）発電シールの装着例
４０１鍋内温度調整装置例（調整弁）
５００立方形ゼーベック効果による充電手段搭載型廃熱（排熱）発電シール郡（複数セル例）
５０１充電手段（耐熱薄型コンデンサ、キャパシタ）
５０２電源端子
５０３電源端子
５１１充電手段（二次電池またはキャパシタ）
６００立方形ゼーベック効果による充電手段を搭載しない廃熱（排熱）発電シール郡（複数セル例）

Claims

極薄フレキシブル熱伝導プラスチックを基板とし、その片面に集積熱電変換素子装置を含む集積回路が絶縁体と熱伝導粘着（接着）剤で覆い貼り付けられた熱発電シール（シート）であり、温度差（熱エネルギー差、フェルミエネルギー差、フェルミ準位差の各表現を含む）の発する場所にシールを貼るまたは挟むことで発電することを特徴とし、その電力を二次電池、キャパシタ（コンデンサ）に蓄電させる事を可能とする熱発電シール（シート）。
請求項１において、集積回路には集積熱電変換素子装置、絶縁体、増幅回路を搭載するが増幅回路に反転増幅回路を用いるまたは増幅回路と極性反転回路（順不同）を組み合わせる事で、極性反転によりシールと粘着（接着）剤の温度差の高低が反対になった場合においても、電流方向を同一方向に保つ集積回路の形成を可能とする熱発電シール。
請求項１乃至請求項２において、充電方法はシール外部の二次電池、キャパシタ（コンデンサ）への充電と、耐熱薄型コンデンサ（キャパシタ）を同一基板上に形成させることで同熱薄型コンデンサ（キャパシタ）への充電を可能とする熱発電シール。
請求項１乃至請求項３において、発電を蓄電に限らず直接電力利用することを可能とする熱発電シール。
請求項１乃至請求項４において、基板、集積回路、絶縁体、熱伝導粘着（接着）剤での発電を単位セルとし、単位セル間を直列、並列に接続させ電力効果を上げ、複数の単位セルを予め準備した範囲で切り離しを可能とした熱発電シール。この単位セルには内部に熱薄型コンデンサ（キャパシタ）を搭載させる事も含まれる。
請求項１乃至請求項５において、発電シールは商品及び部品の製造工程内で装着または、商品及び部品への後付装着が可能である事を特徴とする熱発電シール。
請求項１乃至請求項６において、発電シールは片面に粘着（接着）効果をもつシールであり、使用用途に応じては熱伝導接着剤部に保護シールを貼ることを可能とする熱発電シール。
請求項１乃至請求項７使用用途に応じては熱伝導接着剤部に乾燥時熱伝導プラスチック化する粘着物を使用し利用範囲を広げられる熱発電シール。
請求項１乃至請求項８において、発電シールを熱伝導体とヒートシンクまたはヒートポンプで挟む事で発電量を増加させる事を可能とする熱発電シール。
請求項１乃至請求項９において、各種センサや照明の電力源として利用を可能とする発電シール。
請求項１乃至請求項１０において、熱電変換とは温度差（熱エネルギーの差）によるゼーベック効果による熱電変換であり、熱電半導体素子やマイクロワイヤーアレイ構造素子など素子を限定したものではない。
請求項１乃至請求項１１において、発電をスイッチング回路に利用するまたはスイッチそのものに利用する可能とする発電シール。
請求項１乃至請求項１２において、発電シール内に生体膜のエネルギー装置またはイオンの濃度勾配により発電効果を向上させる事を可能とする発電シール