JP2014209840A - 中空管、及び発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光を光エネルギー源とした光電変換、及び排熱を熱エネルギー源とした熱電変換を行う中空管、及びその中空管を利用した発電装置を提供する。【解決手段】中空管１００は、中空管本体１０と、光電変換シート２０と、熱電変換シート３０とを備える。光電変換シート２０、熱電変換シート３０は、それぞれ可撓性を有するシート状基板を基板として、光電変換素子、熱電変換素子が形成されたものであり、中空管本体１０の外周に取り付けられる。光電変換シート２０、及び熱電変換シート３０で発電された電力は出力回路５０で所定の処理をされて外部へ出力される。中空管１００を電気炉やボイラー装置等の燃焼装置における排気管として用いて屋外に配置すれば、排気管を流れる排気ガス等の熱エネルギーによって発電できると、同時に、太陽光エネルギーによって発電できる。【選択図】 図１

Description

本発明は、光、及び廃熱を利用して発電を行う中空管、及びその中空管を用いた発電装置、並びに燃焼装置の排気管等の内部に熱量を有した流体を流す中空管に取り付ける発電装置に関する。

近年、震災の影響もあって、自然エネルギーを利用した発電の重要性が高まってきている。そのような中、工場、プラントにおいて太陽光により電力を発電する太陽光発電システムが普及してきている。その太陽光発電システムにおける太陽光パネルは、工場、プラントの建物の屋根に設置されることが提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。

特開２０１１−２３３７１５ 特開２０１１−２１６５４４

上記従来の太陽光発電システムにおける太陽光パネルは、装置が大きいため設置箇所が限られる。また、太陽光パネルの設置箇所の補強も必要なことが多々あり、多大なコストを要する。上記従来の太陽光発電システムでは、上記問題点をはじめとする様々な問題点があり、新たな発電システムを構築する必要がある。

そのような中、本願発明者は、特に投入電力の大きい、電気炉等を保有した工場、プラントに注目した。電気炉等から排出される高温ガスなどは、排気管などを介して大気に排出され、その排気管などを通じて熱エネルギーが放出される。また、排気管は屋外に設置されている部分が多く、太陽光エネルギーを受けやすい位置にある。そのような電気炉等を保有した工場、プラントなどは、電気料金の節約から日中はその操業を停止し、その設備の稼働を深夜に実施している場合が多い。したがって、上記工場、プラントなどは、日中は太陽光エネルギー、夜は熱エネルギーと一日中エネルギーを得られる状況にある。

以上のような事情を鑑み、本発明は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換、及び排熱による熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換を行う中空管、及びその中空管を利用した発電装置、並びに燃焼装置の排気管等の内部に熱量を有した流体を流す中空管に取り付ける発電装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の中空管は、中空管本体と、可撓性を有するシート状基板上に少なくとも１つの光電変換素子が形成された少なくとも１つの光電変換シートと、可撓性を有するシート状基板上に少なくとも１つの熱電変換素子が形成された少なくとも１つの熱電変換シートとを具備し、上記光電変換シート、及び上記熱電変換シートは、上記中空管本体の外周に取り付けられたことを特徴とするものである。これにより、光をエネルギー源とした光電変換、及び排熱による熱電変換を効率よく行わせるという作用をもたらす。特に、本発明の中空管を電気炉等の燃焼装置の排気管として屋外に配置すれば、一日中連続的に発電させることができる。

また、本発明の中空管において、上記光電変換シート、及び上記熱電変換シートは、上記中空管本体の同一外周上に取り付けられたことを特徴とする。上記中空管本体の同一外周上において上記光電変換シートを受光しやすい位置のみに配置したり等設置場所を工夫すれば、配線抵抗を減少させることができるため、発電効率向上を実現でき、さらに、単位体積（設置スペース）当たりでの発電量向上も実現させることができる。

また、本発明の中空管において、上記熱電変換シートは、上記光電変換シートよりも内側外周に取り付けられたことを特徴とする。熱電変換シートを光電変換シートよりも中空管本体の外周表面近くに配置させることにより、熱電変換シートに中空管本体の熱を伝導させやすくさせるという作用をもたらす。また、光電変換シートを熱電変換シートよりも外周外側に配置させるため、光電変換シートは光を受けやすくさせるという作用をもたらす。これにより、熱電変換シート、及び光電変換シートの発電効率をより向上させることができる。

また、本発明の中空管において、上記光電変換シート、及び上記熱電変換シートは、断熱材、又は放熱材を介して上記中空管本体の外周に取り付けられたことを特徴とする。これにより、耐熱を超える高温から上記光電変換シート、及び上記熱電変換シートを保護し、効率よく発電させるという作用をもたらす。

また、本発明の中空管において、少なくとも１つの上記光電変換シートにより構成された光電変換回路で発電された電力、並びに少なくとも１つの上記熱電変換シートにより構成された熱電変換回路で発電された電力を外部に出力する少なくとも１つの出力回路をさらに設けたことを特徴とする。また、本発明の中空管において、少なくとも１つの上記光電変換シートにより構成された光電変換回路で発電された電力を外部に出力する光電変換出力回路と、少なくとも１つの上記熱電変換シートにより構成された熱電変換回路で発電された電力を外部に出力する熱電変換出力回路をさらに設けたことを特徴とする。また、本発明の中空管において、少なくとも１つの上記光電変換シートにより構成された光電変換回路で発電された電力、並びに少なくとも１つの上記熱電変換シートにより構成された熱電変換回路で発電された電力を外部に出力する出力回路をさらに設けたことを特徴とする。これにより、光電変換回路、熱電変換回路で発電された電力をそれぞれの回路に対応する別個の出力回路（複数あってもよい）に処理させて出力させたり、それぞれの回路で発電された電力を１つの出力回路に処理させて出力させたりするという作用をもたらす。

また、本発明の発電装置は、中空管本体と、可撓性を有するシート状基板上に少なくとも１つの光電変換素子が形成された少なくとも１つの光電変換シートと、可撓性を有するシート状基板上に少なくとも１つの熱電変換素子が形成された少なくとも１つの熱電変換シートと、上記光電変換シート、及び上記熱電変換シートで発電された電力を外部に出力する少なくとも１つの出力回路とを具備し、上記光電変換シート、及び上記熱電変換シートは、上記中空管本体の外周に取り付けられたことを特徴とするものである。これにより、光をエネルギー源とした光電変換、及び排熱による熱電変換を効率よく行わせるという作用をもたらす。

また、本発明の発電装置は、燃焼装置の排気管としての中空管本体に取り付ける発電装置であって、可撓性を有するシート状基板上に少なくとも１つの光電変換素子が形成された少なくとも１つの光電変換シートと、可撓性を有するシート状基板上に少なくとも１つの熱電変換素子が形成された少なくとも１つの熱電変換シートと、上記光電変換シート、及び上記熱電変換シートで発電された電力を外部に出力する少なくとも１つの出力回路とを具備し、上記光電変換シート、及び上記熱電変換シートは、上記中空管本体の外周に取り付けられたことを特徴とするものである。これにより、光をエネルギー源とした光電変換、及び排熱による熱電変換を効率よく行わせるという作用をもたらす。

また、本発明の発電装置は、内部に熱量を有した流体を流す中空管に取り付ける発電装置であって、可撓性を有するシート状基板上に少なくとも１つの光電変換素子が形成された少なくとも１つの光電変換シートと、可撓性を有するシート状基板上に少なくとも１つの熱電変換素子が形成された少なくとも１つの熱電変換シートと、上記光電変換シート、及び上記熱電変換シートで発電された電力を外部に出力する少なくとも１つの出力回路とを具備し、上記光電変換シート、及び上記熱電変換シートは、上記中空管の外周に取り付けられたことを特徴とするものである。これにより、光をエネルギー源とした光電変換、及び排熱による熱電変換を効率よく行わせるという作用をもたらす。

本発明によれば、光をエネルギー源とした光電変換、及び排熱による熱電変換を効率よく行うことができるという優れた効果を奏し得る。

本発明の実施の形態における中空管１００を示す図である。 本発明の実施の形態における光電変換シート２０に形成された光電変換素子の構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態における熱電変換シート３０に形成された熱電変換素子の構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態における中空管１００を含む発電装置２００を示す図である。

次に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態における中空管１００を示す図である。中空管１００は、図１（ａ）に示すように、中空管本体１０と、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換部材の一態様である光電変換シート２０と、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換部材の一態様である熱電変換シート３０とを備える。中空管本体１０は、例えば円筒形状が想定されるが、これに限るものではなく、その他の形状であってもよい。

光電変換シート２０は、可撓性を有するフレキシブルなシート状基板を基板として、光電変換素子が形成されたものである。光電変換シート２０は、中空管本体１０の外周に少なくとも１つ取り付けられる。光電変換シート２０は、可撓性を有していてフレキシブルであるため、中空管本体１０の形状に沿って取り付けることができる。また、例えば、中空管本体１０の温度が、光電変換シート２０の耐熱温度を超える高温になることが想定される場合、光電変換シート２０は、断熱材４０又は（図示しない）放熱材を介して中空管本体１０の外周に取り付けるようにしてもよい。断熱材４０又は（図示しない）放熱材として、どのような材質のものを用いるかは、光電変換シート２０の耐熱温度や中空管本体１０の温度など様々な要素を考慮して決定する。

また、熱電変換シート３０は、可撓性を有するフレキシブルなシート状基板を基板として、熱電変換素子が形成されたものである。熱電変換シート３０は、中空管本体１０の外周に少なくとも１つ取り付けられる。熱電変換シート３０は、可撓性を有していてフレキシブルであるため、中空管本体１０の形状に沿って取り付けることができる。また、例えば、中空管本体１０の温度が、熱電変換シート３０の耐熱温度を超える高温になることが想定される場合、熱電変換シート３０も、断熱材４０又は（図示しない）放熱材を介して中空管本体１０の外周に取り付けるようにしてもよい。断熱材４０又は（図示しない）放熱材として、どのような材質のものを用いるかは、熱電変換シート３０の耐熱温度や中空管本体１０の温度など様々な要素を考慮して決定する。

光電変換シート２０、及び熱電変換シート３０の中空管本体１０の外周への取り付け態様（以下、中空管本体外周取り付け態様と呼ぶ。）として、例えば、図１（ａ）に示すように、中空管本体１０の外周に沿って、同一外周上においてそれぞれが外周の半分ずつを覆うように取り付ける態様（光電変換シート２０、及び熱電変換シート３０の中空管本体１０の外周を覆う割合が１：１）が一例として挙げられるが、これに限るものではない。なお、上記同一外周上とは、２次元的な同一外周上のみならず、３次元的な同一外周上をも含むものである。光電変換シート２０は、図１（ａ）に示すように、中空管本体１０の外周の中でも照射される光を多く受けられるような位置に配置し、熱電変換シート３０は中空管本体１０を通じて伝導される熱を効率よく受け取れるような位置に配置する。この観点からすれば、中空管本体１０の同一外周上において光電変換シート２０、及び熱電変換シート３０が外周の一部（受光しやすい場所等）のみを覆う態様も本発明に含まれる。このようにすれば、配線抵抗を減少させることができるため、発電効率向上を実現できる。また、上記のようにすれば、単位体積（設置スペース）当たりでの発電量向上も実現させることができる。

その他の中空管本体外周取り付け態様として、光電変換シート２０、及び熱電変換シート３０の中空管本体１０の外周を覆う割合を１：１以外にしてもよい。また、その他の中空管本体外周取り付け態様として、図１（ｂ）の中空管１００の断面図に示すように、中空管本体１０の外周を一周するような態様で熱電変換シート３０を中空管本体１０に取り付け、その熱電変換シート３０の上から光電変換シート２０を中空管本体１０の外周に取り付けるようにしてもよい。なお、必ずしも光電変換シート２０、及び熱電変換シート３０は、中空管本体１０の外周を一周してもしなくても、又、互いに重なり合わなくてもよいが、層状になるようにして取り付ける。また、熱電変換シート３０は、光電変換シート２０よりも内側外周（内側層）に取り付けることが好ましい。これにより、熱電変換シート３０を光電変換シート２０よりも中空管本体１０の外周表面近くに配置させることになり、熱電変換シート３０に中空管本体１０の熱を伝導させやすくなる。また、光電変換シート２０を熱電変換シート３０よりも外周外側に配置させるため、光電変換シート２０は光を受けやすくなる。この場合、光電変換シート２０と、熱電変換シート３０との間に断熱材４０又は（図示しない）放熱材を入れるようにしてもよい。

光電変換シート２０、及び熱電変換シート３０で得られた電力が出力回路５０へ供給されるよう光電変換シート２０、及び熱電変換シート３０と出力回路５０とを接続する。なお、出力回路５０は、光電変換シート２０と、熱電変換シート３０で発電された電力を外部に出力するものである。すわなち、出力回路５０は、光電変換シート２０と、熱電変換シート３０で発電された電力に所定の処理を行なって所定の電力を負荷に供給する。所定の処理として、昇圧したり、又は直流―交流変換を行ったりすることが一例として挙げられるが、これに限るものではなく、その他様々な処理を含ませるようにしてもよい。すなわち、出力回路５０は、昇圧回路のみの態様でもよいし、昇圧回路及びインバータ回路まで含ませるようにしてもよいし、それ以外の回路でもよく、様々な出力回路５０の態様が想定され、そのような全ての態様が本発明に含まれる。

また、本発明においては図１（ｃ）に示すように、光電変換シート２０、及び熱電変換シート３０で得られた電力をそれぞれ別個の出力回路５１及び出力回路５２へ供給されるよう光電変換シート２０、及び熱電変換シート３０と出力回路５１及び出力回路５２とを接続するようにしてもよい。また、光電変換シート２０、及び熱電変換シート３０それぞれに複数の出力箇所を設け、それに対応する出力回路を設けてもよい。すなわち、本発明においては、光電変換シート２０、及び熱電変換シート３０との電気的な接続態様、及び出力態様は様々な態様をも含む。

また、本発明においては中空管１００の構成要素に出力回路５０、又は出力回路５１及び出力回路５２も含めて中空管１００として捉えるようにしてもよい。また、本発明においては中空管１００と出力回路５０、又は出力回路５１及び出力回路５２とを別要素として捉え、中空管１００と出力回路５０、又は出力回路５１及び出力回路５２とで発電装置を構成していると捉えてもよい。

また、内部に熱量を有した流体を流す中空管（例えば、電気炉やボイラー装置等の燃焼装置における排気管）として中空管１００を用いてその中空管１００を屋外に配置すれば、中空管１００を流れる排気ガス等の流体の熱エネルギーを電気エネルギーに変換することができると、同時に、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。なお、本発明において燃焼装置とは、電気炉やボイラー装置のみならず燃焼に伴って熱エネルギーを有する流体を排出する全ての装置を言う。

特に、電気炉等を保有した工場、プラントなどは、電気料金の節約から日中はその操業を停止し、その設備の稼働を深夜に実施していることが多い事情を鑑みると、本発明の中空管１００を用いれば、日中は太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する発電を行い、夜間は廃熱の熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電を容易に行うことができる。この場合、中空管本体外周取り付け態様を図１（ｂ）に示すような態様（断熱材４０がない場合も含む）にすれば、排気ガスの熱エネルギーを電気エネルギーに変換する効率を向上させることができると同時に、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率を向上させることができる。なお、中空管本体１０を内部に熱量を有した流体を流す中空管（例えば、燃焼装置が備えた排気管）と捉えれば、光電変換シート２０と、熱電変換シート３０と、出力回路５０とを内部に熱量を有した流体を流す中空管に取り付ける発電装置として捉えることもできる。

また、光電変換シート２０は拡散光でも発電可能である。したがって、内部に熱量を有した流体を流す中空管（例えば、電気炉やボイラー装置等の燃焼装置における排気管）として中空管１００を用いてその中空管１００を屋内に配置しても、屋内に光があれば光電変換シート２０で発電可能である。これにより、中空管１００を屋内外のいずれに配置しても、排気管を流れる排気ガス等の流体の熱エネルギーを電気エネルギーに変換することができると、同時に、光エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。

図２は、本発明の実施の形態における光電変換シート２０に形成された光電変換素子２１の構成の一例を示す図である。本発明の実施の形態における光電変換シート２０に形成された光電変換素子２１の構成として、図２に示すような基板２２上に正極２３、正孔輸送層２４、光電変換層２５、負極２６が順次設けられた構成が一例として挙げられる。

本発明の実施の形態における光電変換シート２０に形成された光電変換素子において、光が入射すると、光電変換層２５において励起子が生成され、更に、電子と正孔とが発生する。そして、電子は負極２６側へ、正孔は正孔輸送層２４（正極２３）へ移動する。その結果、正極２３、負極２６に接続された（図示しない）外部回路に、電流（光励起電流）が流れる。

基板２２は、可撓性を有するフレキシブルな材質により構成され、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）のような樹脂材料により形成された透明フィルム基板が一例として挙げられるが、これに限るものではない。また、基板２２の材質の選択において、例えば中空管本体１０が電気炉やボイラー装置のような燃焼装置における排気管として利用される場合、耐久温度も考慮され、そのような材質も本発明に含まれる。

光電変換層２５に十分な光を入射させるため、正極２３、負極２６の少なくともいずれか一方は、可視光に対して透明なものを使用する。可視光に対して透明な材料として、公知の材料を用いてもよく、適宜選択して正極２３、負極２６の材料として用いる。可視光に対して透明な材料として、具体的には、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、アンチモンドープ酸化スズ（ＡＴＯ）、アルミドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、ガリウムドープ酸化亜鉛（ＧＺＯ）等の導電性金属酸化物が一例として挙げられるが、これに限るものではない。

正孔輸送層２４は、光電変換層２５で発生した電荷をより効率的に取り出すことを可能にさせる。正孔輸送層を構成する材料としては、例えば、低分子化合物であればＮＴＣＤＡに代表される芳香族環状酸無水物等が一例として挙げられ、高分子化合物であればポリ（３，４−エチレンジオキシ）チオフェン等に代表される公知の導電性高分子等が一例として挙げられるが、これに限るものではない。

光電変換層２５は、ｐ型有機半導体材料とｎ型半導体材料とを含有している。光電変換層２５においてｐ型有機半導体材料とｎ型半導体材料とは、平面的な接合界面を形成させても、三次元的に混合させたバルクへテロ接合を形成させてもよい。ｐ型有機半導体として、ポリチオフェン化合物、ポリフェニレンビニレン化合物、ポリフルオレン化合物、ポリフェニレン化合物等の高分子材料、及び、各種ポルフィリンやフタロシアニン等の低分子材料が一例として挙げられるが、これに限るものではない。また、ｎ型有機半導体として、フラーレン、及び、フラーレン誘導体が一例として挙げられるが、これに限るものではない。また、ｎ型半導体としては有機半導体だけではなく、酸化物半導体を用いてもよく、例えば酸化亜鉛や酸化チタンの無機化合物粒子が一例として挙げられるが、これに限るものではない。

なお、以上の光電変換素子は一例であって、可撓性を有するフレキシブルなシート状基板上に形成させることができれば、全ての公知の光電変換素子も本発明に含まれる。

図３は、本発明の実施の形態における熱電変換シート３０に形成された熱電変換素子の構成の一例を示す図である。図３（ａ）は、熱電変換素子３１の構成を示す図である。本発明の実施の形態における熱電変換シート３０に形成された熱電変換素子３１の構成として、図３（ａ）に示すような基板３２上に熱電変換層３３、電極３４ａ、電極３４ｂが順次設けられた構成が一例として挙げられる。

熱電変換層３３は、例えば、図３（ａ）に示すようにｐ型半導体とｎ型半導体とを接合させた態様が一例として挙げられる。ｐ型半導体とｎ型半導体を接合して、電極３４ａ、電極３４ｂを通じて（図示しない）外部負荷と電気的に接続する。そして、接合部３３ａを高温にするとともに電極３４ａ、電極３４ｂ側を低温にする。これにより、接合部３３ａと電極３４ａ、電極３４ｂ側との間に温度差ができ、その温度差により電極３４ａ、電極３４ｂ間に起電力が生じ、熱電変換素子３１は発電する。

ｐ型半導体及びｎ型半導体は、熱電変換材料として使用可能な全て半導体材料を使用することができ、上記光電変換層の作製に用いられる高分子化合物と低分子化合物の他に、無機系材料を用いることができる。無機系材料として、例えば、ＢｉＴｅ系材料やＰｂＴｅ系材料が一例として挙げられるが、これに限るものではない。電極３４ａ、電極３４ｂは、電極として機能するように十分な導電性を有する材料で形成されればよく、その材質として、例えば、アルミ、銀、白金、銅等が一例として挙げられるが、これに限るものではない。

また、本発明の実施の形態における熱電変換シート３０に形成された別の熱電変換素子３５の構成として、図３（ｂ）に示すような基板３６上にキャリア輸送層３７と、キャリア発生層３８と、電極３９ａ及び電極３９ｂが順次設けられた構成も一例として挙げられる。

キャリア輸送層３７は、高いキャリア移動度を有する真性有機半導体材料により構成さえることが想定される。上記真性有機半導体材料として、例えばペンタセン若しくはその誘導体、アントラセン若しくはその誘導体、テトラセン若しくはその誘導体、ペンタセンの誘導体、ルブレン若しくはその誘導体、フラーレン若しくはその誘導体、グラフェン若しくはその誘導体、ピセン若しくはその誘導体、ポリチオフェン若しくはその誘導体、ポリアニリン若しくはその誘導体、ポリアセチレン若しくはその誘導体、ポリジアセチレン若しくはその誘導体等が一例として挙げられるが、これに限るものではない。

キャリア発生層３８は、キャリア輸送層３７に所定のキャリアを供給するものである。キャリア発生層３８を構成する材質として、例えば、アクセプター型材料としてなら、ジクロロジシアノベンゾキノン（ＤＤＱ）、三酸化モリブデン（ＭｏＯ３）、三酸化タングステン（ＷＯ３）、ドナー型材料としてなら、ジベンゾテトラチアフルバレン（ＤＢ−ＴＴＦ）、ビスエチレンジチオテトラチアフルバレン（ＢＥＤＴ−ＴＴＦ）、ビスシクロペンタジエニルの金属錯体若しくはその誘導体、アクリジンオレンジベース（ＡＯＢ）、炭酸セシウム（ＣｓＣＯ３）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）が一例として挙げられるが、これに限るものではない。

電極３９ａ、電極３９ｂは、電極として機能するように十分な導電性を有する材料で形成されればよく、その材質として、例えば、アルミ、銀、白金、銅等が一例として挙げられるが、これに限るものではない。

なお、以上の熱電変換素子は一例であって、可撓性を有するフレキシブルなシート状基板上に形成させることができれば、全ての公知の熱電変換素子も本発明に含まれる。

図４は、本発明の実施の形態における中空管１００を含む発電装置２００を示す図である。なお、図４において光電変換シート２０、及び熱電変換シート３０には、それぞれ２つの光電変換素子、及び２つの熱電変換素子しか配置していないが、これは一例であって、光電変換シート２０、及び熱電変換シート３０に形成させる光電変換素子、及び熱電変換素子の数、面積等は設計事項であり、それらは適宜様々な要素から決定されるものである。

発電装置２００は、中空管１００と、出力回路１１０とを備える。中空管１００は、図１において説明したように、中空管本体１０と、少なくとも１つの光電変換シート２０と、少なくとも１つの熱電変換シート３０とを備える。

図４において、各々の光電変換シート２０上には、複数の光電変換素子２１が直列に接続されるように形成されている。なお、光電変換シート２０は、複数の光電変換素子２１が並列に接続されるように形成されたものであってもよいし、複数の光電変換素子２１が直列、及び並列が混在して接続されるよう形成されたものであってもよい。必要とする電力の大きさ等様々な要素を考慮して、光電変換シート２０上における光電変換素子２１の接続態様（回路設計）は決定される。

また、それぞれの光電変換素子２１には、図４に示すように、バイパスダイオード６１を並列に接続させるようすることが好ましい。バイパスダイオード６１は、光電変換素子２１に光が当たらなかったり、光電変換素子２１に不具合が生じた場合に電流をバイパスさせるからである。

また、光電変換シート２０は、例えば、図４に示すように、中空管本体１０に沿って複数配置され、それぞれを直列に接続させるようにしてもよい。なお、図４のように複数の光電変換シート２０を接続させて光電変換シート２０の面積を増やす構成以外にも、１つの光電変換シート２０にたくさんの光電変換素子２１を形成させて実現させてもよい。これは、光電変換シート２０をどのように設計するかの設計事項の問題であり、本発明にはそのような設計事項の全てが含まれる。そして、光電変換シート２０の最終出力には逆流防止ダイオード６２を設けることが好ましい。

図４において、各々の熱電変換シート３０上には、複数の熱電変換素子３１が直列に接続されるように形成されている。なお、熱電変換シート３０は、複数の熱電変換素子３１が並列に接続されるように形成されたものであってもよいし、複数の熱電変換素子３１が直列、及び並列が混在して接続されるよう形成されたものであってもよい。必要とする電力の大きさ等様々な要素を考慮して、熱電変換シート３０上における熱電変換素子３１の接続態様（回路設計）は決定される。

また、それぞれの熱電変換素子３１には、バイパスダイオード６３を並列に接続させるようすることが好ましい。バイパスダイオード６３は、熱電変換素子３１に不具合が生じた場合に電流をバイパスさせるからである。

また、熱電変換シート３０は、例えば、図４に示すように、中空管本体１０に沿って複数配置され、それぞれを直列に接続させるようにしてもよい。なお、図４のように複数の熱電変換シート３０を接続させて熱電変換シート３０の面積を増やす構成以外にも、１つの熱電変換シート３０にたくさんの熱電変換素子３１を形成させて実現させてもよい。これは、熱電変換シート３０をどのように設計するかの設計事項の問題であり、本発明にはそのような設計事項の全てが含まれる。そして、熱電変換シート３０の最終出力には逆流防止ダイオード６４を設けることが好ましい。

複数の光電変換シート２０により構成された光電変換回路と、複数の熱電変換シート３０により構成された熱電変換回路とは、例えば、図４に示すように並列に接続させる。なお、場合によっては上記光電変換回路と、上記熱電変換回路とを直列に接続させた構成であってもよい。また、上記光電変換回路と、上記熱電変換回路とを電気的に接続させなくてもよい。すなわち、上記光電変換回路と、上記熱電変換回路との電気的な接続は回路設計の問題であり、様々な態様が想定され、そのような全ての態様が本発明に含まれる。

上記光電変換回路と、上記熱電変換回路とで生成された電力は、出力回路１１０に供給される。出力回路１１０は、光電変換回路と、上記熱電変換回路とで発電された電力を外部に出力するものである。すわなち、出力回路１１０は、光電変換回路と、上記熱電変換回路とから供給された電力に所定の処理を行なって所定の電力を外部負荷に供給する。所定の処理として、昇圧したり、又は直流―交流変換を行ったりすることが一例として挙げられるが、これに限るものではなく、その他様々な処理を含ませるようにしてもよい。すなわち、出力回路１１０は、昇圧回路のみの態様でもよいし、昇圧回路及びインバータ回路まで含ませるようにしてもよいし、それ以外の回路でもよく、様々な出力回路１１０の態様が想定され、そのような全ての態様が本発明に含まれる。

また、光電変換回路と、熱電変換回路とで生成された電力は、図１（ｃ）で示したが、それぞれ（図４では図示しない）別個の出力回路に供給されるように構成してもよい。さらに、複数の出力回路と、複数の光電変換シート２０と、複数の熱電変換シート３０とで様々な回路構成が想定されるが、そのような回路構成も本発明に含まれる。

なお、光電変換シート２０における光電変換素子２１同士の接続態様（回路設計）、及び熱電変換シート３０における熱電変換素子３１同士の接続態様（回路設計）、並びに光電変換シート２０と、熱電変換シート３０との接続態様は、所望する電力量や、日照時間、中空管本体１０の一日を通じての温度変化の態様など様々な要素を考慮して決定されるものであり、そのような様々な要素を考慮して決定された全ての態様が本発明に含まれる。

次に、以下において、本発明の実施例を挙げて、本発明の一例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によりその範囲を限定されるものではない。

＜実施例１＞
実施例１では、光電変換シート２０における光電変換素子を以下のように作製した。まず、膜厚約１５０ｎｍのＩＴＯがパターニングされたＰＥＮフィルムを、有機溶媒、アルカリ洗剤、及び超純水で洗浄し、乾燥させた。そして、フィルジェン製ＵＶオゾンクリーナーＵＶ２５３Ｅを用い、上記ＰＥＮフィルムに紫外線オゾン（ＵＶ−Ｏ３）処理を施した。

次に、ＳＩＧＭＡＳ ＡＬＤＲＩＣＨ社より購入したＰｏｌｙ（３−ｈｅｘｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ−２，５−ｄｉｙｌ）（Ｐ３ＨＴ）と、ＳＩＧＭＡＳ ＡＬＤＲＩＣＨ社より購入したＴｉｔａｎｉｕｍ（ＩＶ）ｉｓｏｐｒｏｐｏｘｉｄｅ９７％のそれぞれをクロロベンゼンの重量に対してそれぞれ０．５重量％、１．０重量％となるように添加し、ＰＥＮフィルム上に発電層（光電変換層）を作製するための塗布溶液を作製した。その塗布溶液中にスターラーチップを投入し、６００ｒｐｍの回転数で攪拌混合を行った。攪拌混合は温度可変機能付きホットスターラー上で行い、設定温度を８０℃とした。その後、ＰＥＮフィルム上に塗布溶液をスピンコートした後、乾燥を行い、ＰＥＮフィルム上に発電層を形成させた。その発電層の膜厚は９０ｎｍであった。膜厚の測定にはアルバック社製ＤｅｋｔａｋＸＴ−Ｅを用いた。

次に、Ｈｅｒａｅｕｓ社より購入したＣＬＥＶＩＯＳ（登録商標）ＳＶ３をバーコーターによりＰＥＮフィルム上に塗布し、乾燥させることにより電極を形成させた。そして、エポキシ樹脂（急速硬化型アラルダイト）を封止材として用いてＰＥＮフィルムを接着することで封止処理を施し、光電変換素子を得た。この光電変換素子の発電面積は５ｍｍ×２０ｍｍであった。光電変換素子をアルミ製の中空管にセメダイン株式会社製無機系充てん剤（品番ＨＪ−１１２）を介してエポキシ樹脂（急速硬化型アラルダイト）を用いて張り付けた。この光電変換素子にソーラシミュレーター（三永電機製作所、商品名：ＸＥＳ−４０Ｓ１、放射照度１００ｍＷ／ｃｍ^２）を用いて一定の光を照射し、発生する電圧を測定した。発電電圧は２７０ｍＶであった。

また、実施例１では、熱電変換シート３０における熱電変換素子及びモジュールを以下のように作製した。まず、ＰＥＮフィルムを、有機溶媒、アルカリ洗剤、及び超純水で洗浄し、乾燥させた。そして、フィルジェン製ＵＶオゾンクリーナーＵＶ２５３Ｅを用い、上記ＰＥＮフィルムに紫外線オゾン（ＵＶ−Ｏ３）処理を施した。

実施例１の熱電変換素子の発電層は、以下に示す組成物１と組成物２とを重量比１：１で混合させることにより作製した。なお、組成物１は、トルエン０．５ｇにＰｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ（ＡＬＤＲＩＣＨ社製、ａｖｅｒａｇｅ ＭＷ〜２８０，０００ Ｂｙ ＧＢＣ）を０．１７ｇ、Ｅｌｉｃａｒｂ社製Ｍｕｌｔｉ−Ｗａｌｌ Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｖｅｓを０．０２ｇを添加し、８０℃で加熱攪拌を行った組成物である。また、組成物２は、クロロベンゼン０．５ｇにＰ３ＨＴを０．０２５ｇ添加し、８０℃で加熱攪拌を行った組成物である。

その後、スキージ法を用いて上記ＰＥＮフィルム上に５ｍｍ×２０ｍｍの発電層を作製し、更に銀ペーストを用いて４直列の熱電変換モジュールを作製した。そして、エポキシ樹脂（急速硬化型アラルダイト）を封止材として用いてＰＥＮフィルムを接着することで封止処理を施し、熱電変換モジュールを得た。

この熱電変換モジュールに水平方向に１５０℃の温度差を与えるため、高温源をＡＳ ＯＮＥ社製ホットスターラーＲＥＸＩＭ ＲＳＨ−１ＤＮ，低温源には金属性ラボジャッキを用い、ＭＡＳＴＥＣＨ社製マルチメーターＭＡＳ８３０Ｌを用いて発電電圧を測定した。発電電圧は９．２ｍＶであった。ワニ口クリップを用いて同様に作製した４直列熱電変換モジュールを５個直列に接続した。このモジュールをアルミ製の中空管に銅箔を介してエポキシ樹脂（急速硬化型アラルダイト）を用いて張り付けた。モジュールの一部をヒートガンにより加熱し、ＭＡＳＴＥＣＨ社製マルチメーターＭＡＳ８３０Ｌを用いて発電電圧を測定した。実施例１の熱電変換モジュールの発電電圧は３１ｍＶであった。したがって、実施例１の光電変換素子と熱電変換モジュールの発電電圧の合計は３０１ｍＶ（２７０ｍＶ＋３１ｍＶ）となった。

＜実施例２＞
実施例２では、４直列熱電変換モジュールの発電層に、組成物１と組成物２を用いず、Ｈｅｒａｅｕｓ社製のＣＬＥＶＩＯＳ（登録商標）ＳＶ３のみを用いた。光電変換素子も含むそれ以外のことは実施例１と同様である。実施例１と同様に熱電変換モジュールの発電電圧を測定した結果、実施例２の熱電変換モジュールの発電電圧は２２ｍＶであった。したがって、実施例２の光電変換素子と熱電変換モジュールの発電電圧の合計は２９２ｍＶ（２７０ｍＶ＋２２ｍＶ）となった。

＜比較＞
実施例１の光電変換素子のみでは、２７０ｍｖの発電電圧であった。そこに、実施例１の熱電変換モジュールが加えると、さらに３１ｍＶの発電電圧が得られ、合計で３０１ｍＶの発電電圧が得られる。実施例２の熱電変換モジュールの場合、さらに２２ｍＶの発電電圧が得られ、合計で２９２ｍＶの発電電圧が得られる。以上より、光電変換素子と熱電変換モジュールを一緒に用いれば、より大きな発電電圧が得られることが明らかとなった。工場、プラントのような設備の中の、特に、高温ガス、高温流体などの排管として屋外で本発明の中空管を用いれば、中空管はたくさんの光エネルギーと熱エネルギーを受けるため、本発明の中空管は、それらのエネルギーを素に無駄なくより大きな出力電圧を生成することができるという優れた効果を奏する。

なお、本発明の実施の形態は本発明を具現化するための一例を示したものであり、これに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形を施すことができる。例えば、本発明の中空管を用いた発電システムや、本発明の中空管を高温ガス、流体などの排管として（屋外に配置して）用いた生産設備、建物等の全ての設備も本発明の範囲に含まれる。

１０ 中空管本体
２０ 光電変換シート
２１ 光電変換素子
２２、３２、３６ 基板
２３ 正極
２４ 正孔輸送層
２５ 光電変換層
２６ 負極
３０ 熱電変換シート
３１、３５ 熱電変換素子
３３ 熱電変換層
３３ａ 接合部
３４ａ、３９ａ 電極
３４ｂ、３９ｂ 電極
３７ キャリア輸送層
３８ キャリア発生層
４０ 断熱材
５０、５１、５２ 出力回路
６１、６３ バイパスダイオード
６２、６４ 逆流防止ダイオード
１００ 中空管
１１０ 出力回路
２００ 発電装置

Claims (8)

1. 中空管本体と、
   可撓性を有するシート状基板上に少なくとも１つの光電変換素子が形成された少なくとも１つの光電変換シートと、
   可撓性を有するシート状基板上に少なくとも１つの熱電変換素子が形成された少なくとも１つの熱電変換シートと
   を具備し、
   前記光電変換シート、及び前記熱電変換シートは、前記中空管本体の外周に取り付けられたことを特徴とする中空管。
2. 前記光電変換シート、及び前記熱電変換シートは、前記中空管本体の同一外周上に取り付けられたことを特徴とする請求項１に記載の中空管。
3. 前記熱電変換シートは、前記光電変換シートよりも内側外周に取り付けられたことを特徴とする請求項１に記載の中空管。
4. 前記光電変換シート、及び前記熱電変換シートは、断熱材、又は放熱材を介して前記中空管本体の外周に取り付けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに１つに記載の中空管。
5. 少なくとも１つの前記光電変換シートにより構成された光電変換回路で発電された電力、並びに少なくとも１つの前記熱電変換シートにより構成された熱電変換回路で発電された電力を外部に出力する少なくとも１つの出力回路をさらに設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに１つに記載の中空管。
6. 中空管本体と、
   可撓性を有するシート状基板上に少なくとも１つの光電変換素子が形成された少なくとも１つの光電変換シートと、
   可撓性を有するシート状基板上に少なくとも１つの熱電変換素子が形成された少なくとも１つの熱電変換シートと、
   前記光電変換シート、及び前記熱電変換シートで発電された電力を外部に出力する少なくとも１つの出力回路と
   を具備し、
   前記光電変換シート、及び前記熱電変換シートは、前記中空管本体の外周に取り付けられたことを特徴とする発電装置。
7. 燃焼装置の排気管としての中空管本体に取り付ける発電装置であって、
   可撓性を有するシート状基板上に少なくとも１つの光電変換素子が形成された少なくとも１つの光電変換シートと、
   可撓性を有するシート状基板上に少なくとも１つの熱電変換素子が形成された少なくとも１つの熱電変換シートと、
   前記光電変換シート、及び前記熱電変換シートで発電された電力を外部に出力する少なくとも１つの出力回路と
   を具備し、
   前記光電変換シート、及び前記熱電変換シートは、前記中空管本体の外周に取り付けられたことを特徴とする発電装置。
8. 内部に熱量を有した流体を流す中空管に取り付ける発電装置であって、
   可撓性を有するシート状基板上に少なくとも１つの光電変換素子が形成された少なくとも１つの光電変換シートと、
   可撓性を有するシート状基板上に少なくとも１つの熱電変換素子が形成された少なくとも１つの熱電変換シートと、
   前記光電変換シート、及び前記熱電変換シートで発電された電力を外部に出力する少なくとも１つの出力回路と
   を具備し、
   前記光電変換シート、及び前記熱電変換シートは、前記中空管の外周に取り付けられたことを特徴とする発電装置。

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