JP2017034016A - Power generation material, power generation element and power generation system - Google Patents

Power generation material, power generation element and power generation system Download PDF

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周永 金
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周永 金
允護 金
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允護 金
暁 山中
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暁 山中
啓 中島
Hiroshi Nakajima
啓 中島
敬典 加藤
Takanori Kato
敬典 加藤
田中 裕久
Hirohisa Tanaka
裕久 田中
中山 忠親
Tadachika Nakayama
忠親 中山
雅敏 武田
Masatoshi Takeda
雅敏 武田
山田 昇
Noboru Yamada
昇 山田
新原 晧一
Koichi Niihara
晧一 新原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power generation material capable of fully developing power generation performance even in a high temperature range, and to provide a power generation element composed of that power generation material, and a power generation system obtained using that power generation element.SOLUTION: A power generation element is obtained from a power generation material represented by following general formula (1). A power generation system is obtained using that power generation element. (AB)(MnNb)O... (1) (In the formula, A and B are different from each other, and represent at least one element selected from rare earth elements, alkaline-earth metals, alkaline metals, Cd and Bi, x indicates the atomic ratio of numerical range 0<x≤1, and y indicates the atomic ratio of 0.003≤y≤0.1).SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、発電材料、発電素子および発電システムに関し、詳しくは、発電材料、その発電材料からなる発電素子、および、その発電素子を用いて得られる発電システムに関する。   The present invention relates to a power generation material, a power generation element, and a power generation system, and more particularly to a power generation material, a power generation element made of the power generation material, and a power generation system obtained using the power generation element.

従来、自動車エンジンなどの内燃機関や、ボイラー、空調設備などの熱交換器、発電機、モータなどの電動機関、照明などの発光装置などの各種エネルギー利用装置では、例えば、排熱、光などとして、多くの熱エネルギーが放出および損失されている。   Conventionally, in internal combustion engines such as automobile engines, heat exchangers such as boilers and air conditioning equipment, electric engines such as generators and motors, and various energy utilization devices such as light emitting devices such as lighting, for example, as exhaust heat, light, etc. A lot of thermal energy is released and lost.

近年、省エネルギー化の観点から、放出される熱エネルギーを回収し、エネルギー源として再利用することが要求されている。   In recent years, from the viewpoint of energy saving, it has been required to recover the released thermal energy and reuse it as an energy source.

このような方法として、具体的には、例えば、温度が経時的に上下する熱源と、その熱源の温度変化により電気分極する第1デバイス(発電素子)と、第1デバイスから電力を取り出すための第2デバイスとを備える発電システムが提案されており、また、発電素子として、K1/2Na1/2NbOで示されるペロブスカイト型結晶構造を有する発電材料を、成形して得られる発電素子が、提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 As such a method, specifically, for example, a heat source whose temperature rises and falls over time, a first device (electric power generation element) that is electrically polarized by a temperature change of the heat source, and a method for extracting electric power from the first device A power generation system including a second device has been proposed, and a power generation element obtained by molding a power generation material having a perovskite crystal structure represented by K 1/2 Na 1/2 NbO 3 as a power generation element Has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特許文献1に記載の発電素子によれば、高温域において発電性能を十分に発現することができる。   According to the power generation element described in Patent Literature 1, power generation performance can be sufficiently exhibited in a high temperature range.

特開2015−70203号公報JP2015-70203A

一方、特許文献1に記載の発電素子は、内部抵抗が比較的低いため、発電システムに用いたときに漏れ電流を生じ、起電力の低下を惹起する場合がある。そのため、発電システムの発電効率の向上を図るため、漏れ電流を抑制し、起電力の低下を抑制できる発電材料および発電素子が要求されている。   On the other hand, since the power generation element described in Patent Document 1 has a relatively low internal resistance, it may cause a leakage current when used in a power generation system, and may cause a decrease in electromotive force. Therefore, in order to improve the power generation efficiency of the power generation system, a power generation material and a power generation element that can suppress leakage current and suppress a decrease in electromotive force are required.

本発明の目的は、漏れ電流を抑制し、起電力の低下を抑制でき、優れた発電効率を得ることができる発電材料、その発電材料からなる発電素子、および、その発電素子を用いて得られる発電システムを提供することにある。   An object of the present invention is obtained by using a power generation material capable of suppressing leakage current, suppressing a decrease in electromotive force, and obtaining excellent power generation efficiency, a power generation element made of the power generation material, and the power generation element. It is to provide a power generation system.

本発明は、
[1]下記一般式(1)で示されることを特徴とする、発電材料、
(A1−x)NbO (1)
(式中、AおよびBは、互いに相異なって、希土類元素、アルカリ土類金属、アルカリ金属、CdおよびBiから選ばれる少なくとも1つの元素を示し、xは0<x≦1の数値範囲の原子割合を示す。)
[2]前記一般式(1)において、Aが、Kであり、Bが、Naであり、xが、1/2であることを特徴とする、上記[1]に記載の発電材料、
[3]上記[1]または[2]に記載の発電材料からなることを特徴とする、発電素子、
[4]温度が経時的に上下する熱源と、上記[3]に記載の発電素子からなり、前記熱源の温度変化により電気分極する第1デバイスと、前記第1デバイスから電力を取り出すための第2デバイスとを備えることを特徴とする、発電システム
である。
The present invention
[1] A power generation material represented by the following general formula (1):
(A x B 1-x ) NbO 3 (1)
(In the formula, A and B are different from each other and represent at least one element selected from rare earth elements, alkaline earth metals, alkali metals, Cd and Bi, and x is an atom in a numerical range of 0 <x ≦ 1. Indicates percentage.)
[2] The power generation material according to the above [1], wherein in the general formula (1), A is K, B is Na, and x is 1/2.
[3] A power generation element comprising the power generation material according to [1] or [2] above,
[4] A heat source whose temperature rises and falls over time, a first device that is electrically polarized by a temperature change of the heat source, and a first device for taking out electric power from the first device. A power generation system comprising two devices.

本発明の発電材料、および、その発電材料からなる本発明の発電素子は、比較的内部抵抗が高いため、発電システムに用いた場合の漏れ電流を抑制し、起電力の低下を抑制することができる。そのため、本発明の発電素子を備える本発明の発電システムは、発電効率に優れる。   Since the power generation material of the present invention and the power generation element of the present invention made of the power generation material have a relatively high internal resistance, it is possible to suppress leakage current when used in a power generation system and suppress a decrease in electromotive force. it can. Therefore, the power generation system of the present invention including the power generation element of the present invention is excellent in power generation efficiency.

図1は、本発明の発電システムの一実施形態を示す概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a power generation system of the present invention. 図2は、実施例1〜5の発電素子のXRDデータを示す。FIG. 2 shows XRD data of the power generation elements of Examples 1 to 5. 図3は、実施例5、9および比較例1の発電素子の誘電率を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the dielectric constants of the power generation elements of Examples 5 and 9 and Comparative Example 1. 図4は、実施例5、9および比較例1の発電素子の誘電損失を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the dielectric loss of the power generation elements of Examples 5 and 9 and Comparative Example 1. 図5は、実施例8および比較例1の発電素子の内部抵抗を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the internal resistance of the power generation elements of Example 8 and Comparative Example 1.

本発明の発電材料は、下記一般式(1)で示される。   The power generation material of the present invention is represented by the following general formula (1).

(A1−x)(MnNb1−y)O (1)
(式中、AおよびBは、互いに相異なって、希土類元素、アルカリ土類金属、アルカリ金属、CdおよびBiから選ばれる少なくとも1つの元素を示し、xは0<x≦1の数値範囲の原子割合を示し、yは0.003≦y≦0.1の原子割合を示す。)
一般式(1)において、AおよびBは、互いに相異なって、希土類元素、アルカリ土類金属、アルカリ金属、CdおよびBiから選ばれる少なくとも1つの元素を示す。
(A x B 1-x) (Mn y Nb 1-y) O 3 (1)
(In the formula, A and B are different from each other and represent at least one element selected from rare earth elements, alkaline earth metals, alkali metals, Cd and Bi, and x is an atom in a numerical range of 0 <x ≦ 1. And y represents an atomic ratio of 0.003 ≦ y ≦ 0.1.)
In the general formula (1), A and B are different from each other and represent at least one element selected from a rare earth element, an alkaline earth metal, an alkali metal, Cd and Bi.

一般式(1)において、AおよびBで示される希土類元素としては、例えば、La(ランタン)、Ce(セリウム)、Pr(プラセオジム)、Yb(イッテルビウム)、Lu(ルテチウム)が挙げられ、好ましくは、La(ランタン)、Ce(セリウム)が挙げられる。   In the general formula (1), examples of rare earth elements represented by A and B include La (lanthanum), Ce (cerium), Pr (praseodymium), Yb (ytterbium), and Lu (lutetium). , La (lanthanum), and Ce (cerium).

また、AおよびBで示されるアルカリ土類金属としては、例えば、Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)などが挙げられ、好ましくは、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)が挙げられる。   Examples of the alkaline earth metal represented by A and B include Be (beryllium), Mg (magnesium), Ca (calcium), Sr (strontium), Ba (barium), and preferably Ca. (Calcium), Sr (strontium), Ba (barium).

また、AおよびBで示されるアルカリ金属としては、例えば、Li(リチウム)、Na(ナトリウム)、K(カリウム)、Rb(ルビジウム)、Cs(セシウム)などが挙げられる。   Moreover, as an alkali metal shown by A and B, Li (lithium), Na (sodium), K (potassium), Rb (rubidium), Cs (cesium) etc. are mentioned, for example.

これらは、単独で用いてもよく、また、2種以上併用してもよい。   These may be used alone or in combination of two or more.

AおよびBとして、好ましくは、それらのいずれもがアルカリ金属であり、より好ましくは、AがKであり、BがNaである。   As A and B, preferably both of them are alkali metals, more preferably A is K and B is Na.

また、一般式(1)において、xは、Aの原子割合であって、0<x≦1の数値範囲を示し、好ましくは、1/3≦x≦1の数値範囲を示す。換言すれば、Aは、必須成分であり、その原子割合は、0を超過、好ましくは、1/3以上であり、1以下である。   In the general formula (1), x is an atomic ratio of A and represents a numerical range of 0 <x ≦ 1, and preferably represents a numerical range of 1/3 ≦ x ≦ 1. In other words, A is an essential component, and its atomic ratio exceeds 0, preferably 1/3 or more and 1 or less.

一方、Bの原子割合は、1−x、つまり、1からAの原子割合(0<x≦1)を差し引いた残余の原子割合となる。すなわち、上記一般式(1)において、Bは、任意成分であり、含まれていてもよいし、含まれていなくてもよい。   On the other hand, the atomic ratio of B is 1-x, that is, the atomic ratio of the remainder obtained by subtracting the atomic ratio of A from 1 (0 <x ≦ 1). That is, in the general formula (1), B is an optional component and may or may not be included.

また、一般式(1)において、yは、マンガン(Mn)の原子割合であって、0.003≦y≦0.1の数値範囲を示し、発電性能の向上を図る観点から、好ましくは、0.003<y<0.1の数値範囲を示し、より好ましくは、0.03≦y≦0.05の数値範囲を示す。換言すれば、マンガン(Mn)は、必須成分であり、その原子割合は、0.003以上、好ましくは、0.003を超過、より好ましくは、0.03以上であり、0.1以下、好ましくは、0.1未満、より好ましくは、0.05以下である。   In the general formula (1), y is an atomic ratio of manganese (Mn), and represents a numerical range of 0.003 ≦ y ≦ 0.1. From the viewpoint of improving power generation performance, A numerical range of 0.003 <y <0.1 is shown, and a numerical range of 0.03 ≦ y ≦ 0.05 is more preferable. In other words, manganese (Mn) is an essential component, and the atomic ratio is 0.003 or more, preferably more than 0.003, more preferably 0.03 or more, 0.1 or less, Preferably, it is less than 0.1, more preferably 0.05 or less.

一方、ニオブ(Nb)の原子割合は、1−y、つまり、1からマンガン(Mn)の原子割合(0.003≦y≦0.1)を差し引いた残余の原子割合となる。換言すれば、ニオブ(Nb)は、必須成分であり、その原子割合は、0.9以上、発電性能の向上を図る観点から、好ましくは、0.9を超過、より好ましくは、0.95以上であり、0.997以下、好ましくは、0.997未満、より好ましくは、0.97以下である。   On the other hand, the atomic ratio of niobium (Nb) is 1-y, that is, the residual atomic ratio obtained by subtracting the atomic ratio of manganese (Mn) (0.003 ≦ y ≦ 0.1) from 1. In other words, niobium (Nb) is an essential component, and its atomic ratio is 0.9 or more, and preferably exceeds 0.9, more preferably 0.95 from the viewpoint of improving power generation performance. Or more, 0.997 or less, preferably less than 0.997, more preferably 0.97 or less.

このような一般式(1)で示される発電材料として、具体的には、例えば、La(Nb97/100Mn3/100)O、Li(Nb97/100Mn3/100)O、K(Nb97/100Mn3/100)O、K(Nb997/1000Mn3/1000)O、Mg(Nb97/100Mn3/100)O、Ca(Nb97/100Mn3/100)O、(K1/2Na1/2)(Nb97/100Mn3/100)O、(Bi1/21/4Na1/4)(Nb97/100Mn3/100)O、(Sr1/100(K1/2Na1/299/100)(Nb97/100Mn3/100)O、(Ba1/100(K1/2Na1/299/100)(Nb97/100Mn3/100)O、(Li1/10(K1/2Na1/29/10)(Nb97/100Mn3/100)Oなどが挙げられる。 Specific examples of the power generation material represented by the general formula (1) include La (Nb 97/100 Mn 3/100 ) O 3 , Li (Nb 97/100 Mn 3/100 ) O 3 , K (Nb 97/100 Mn 3/100 ) O 3 , K (Nb 997/1000 Mn 3/1000 ) O 3 , Mg (Nb 97/100 Mn 3/100 ) O 3 , Ca (Nb 97/100 Mn 3 / 100 ) O 3 , (K 1/2 Na 1/2 ) (Nb 97/100 Mn 3/100 ) O 3 , (Bi 1/2 K 1/4 Na 1/4 ) (Nb 97/100 Mn 3 / 100 ) O 3 , (Sr 1/100 (K 1/2 Na 1/2 ) 99/100 ) (Nb 97/100 Mn 3/100 ) O 3 , (Ba 1/100 (K 1/2 Na 1 / 2) 99/100) Nb 97/100 Mn 3/100) O 3, and the like (Li 1/10 (K 1/2 Na 1/2 ) 9/10) (Nb 97/100 Mn 3/100) O 3.

このような発電材料として、好ましくは、上記一般式(1)において、AおよびBのいずれもがアルカリ金属である発電材料が挙げられる。とりわけ好ましくは、上記一般式(1)において、AがKであり、BがNaであり、xが、1/2であり、yが3/100または3/1000である発電材料、すなわち、(K1/2Na1/2)(Nb97/100Mn3/100)O、K(Nb997/1000Mn3/1000)Oが挙げられ、より好ましくは、(K1/2Na1/2)(Nb97/100Mn3/100)Oが挙げられる。(K1/2Na1/2)(Nb97/100Mn3/100)O、によれば、優れた発電効率を得ることができる。 As such a power generation material, a power generation material in which both A and B are alkali metals in the general formula (1) is preferable. Particularly preferably, in the above general formula (1), A is K, B is Na, x is 1/2, and y is 3/100 or 3/1000, that is, ( K 1/2 Na 1/2 ) (Nb 97/100 Mn 3/100 ) O 3 , K (Nb 997/1000 Mn 3/1000 ) O 3 , more preferably (K 1/2 Na 1 / 2 ) (Nb 97/100 Mn 3/100 ) O 3 . According to (K 1/2 Na 1/2 ) (Nb 97/100 Mn 3/100 ) O 3 , excellent power generation efficiency can be obtained.

そして、このような発電材料は、公知の方法により製造することができ、また、得られた発電材料から、発電素子を製造することができる。   And such an electric power generation material can be manufactured by a well-known method, and an electric power generation element can be manufactured from the obtained electric power generation material.

より具体的には、例えば、まず、上記の化学量論比となるように、各原子の炭酸塩や酸化物など(例えば、(K1/2Na1/2)(Nb97/100Mn3/100)O、を製造する場合には、KCO、NaCO、Nb、MnO(またはMnO)など)を、例えば、K、Na、NbおよびMnのモル比が、K:Na:Nb:Mn=0.5:0.5:0.97:0.03となるように混合し、前駆体粉末を調製する。混合方法は、特に制限されず、例えば、公知の湿式混合法などを採用することができる。 More specifically, for example, first, so as to obtain the above stoichiometric ratio, carbonates or oxides of each atom (for example, (K 1/2 Na 1/2 ) (Nb 97/100 Mn 3 / 100 ) O 3 , K 2 CO 3 , Na 2 CO 3 , Nb 2 O 5 , MnO (or MnO 2 ), etc.), for example, molar ratio of K, Na, Nb and Mn Are mixed so that K: Na: Nb: Mn = 0.5: 0.5: 0.97: 0.03 to prepare a precursor powder. The mixing method is not particularly limited, and for example, a known wet mixing method can be employed.

次いで、得られた前駆体粉末を、熱処理する。熱処理では、例えば、常温から一定の昇温速度で加熱し、所定の到達温度にて、所定時間保持する。   Next, the obtained precursor powder is heat-treated. In the heat treatment, for example, heating is performed from room temperature at a constant rate of temperature rise, and the temperature is maintained at a predetermined temperature for a predetermined time.

昇温速度は、例えば、2℃/分以上、好ましくは、4℃/分以上であり、例えば、10℃/分以下、好ましくは、8℃/分以下である。   The rate of temperature rise is, for example, 2 ° C./min or more, preferably 4 ° C./min or more, for example, 10 ° C./min or less, preferably 8 ° C./min or less.

また、到達温度は、例えば、700℃以上、好ましくは、800℃以上、より好ましくは、850℃以上、さらに好ましくは、870℃以上であり、例えば、1100℃以下、好ましくは、1000℃以下、より好ましくは、900℃以下である。また、その到達温度における保持時間が、例えば、1時間以上、好ましくは、2時間以上、より好ましくは、4時間以上であり、例えば、24時間以下、好ましくは、12時間以下、より好ましくは、6時間以下である。   The ultimate temperature is, for example, 700 ° C. or higher, preferably 800 ° C. or higher, more preferably 850 ° C. or higher, and further preferably 870 ° C. or higher, for example, 1100 ° C. or lower, preferably 1000 ° C. or lower, More preferably, it is 900 degrees C or less. Further, the holding time at the reached temperature is, for example, 1 hour or more, preferably 2 hours or more, more preferably 4 hours or more, for example, 24 hours or less, preferably 12 hours or less, more preferably 6 hours or less.

その後、必要に応じて、熱処理後の前駆体粉末を公知の方法により乾式混合し、粉砕する。   Thereafter, if necessary, the precursor powder after heat treatment is dry-mixed by a known method and pulverized.

また、この方法では、必要により、熱処理後の粉末にバインダーを混合することができる。   In this method, if necessary, a binder can be mixed into the heat-treated powder.

バインダーとしては、特に制限されないが、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリビニルアセテート、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルエーテル、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フルオロオレフィン共重合体架橋ポリマー、フルオロオレフィンビニルエーテル共重合体架橋ポリマー、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリビニルブチラール(PVB)などが挙げられ、好ましくは、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール(PVB)が挙げられる。   The binder is not particularly limited. For example, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl acetate, polyethylene oxide, polyvinyl ether, polyvinylidene fluoride (PVdF), fluoroolefin copolymer crosslinked polymer, fluoroolefin vinyl ether copolymer crosslinked. A polymer, polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, polyvinyl butyral (PVB), etc. are mentioned, Preferably, polyvinyl alcohol and polyvinyl butyral (PVB) are mentioned.

これらバインダーは、単独使用または2種類以上併用することができる。   These binders can be used alone or in combination of two or more.

バインダーの配合割合は、上記の熱処理後の粉末とバインダーとの総量100質量部に対して、例えば、0.01質量部以上、好ましくは、0.04質量部以上であり、例えば、0.9質量部以下、好ましくは、0.1質量部以下である。   The blending ratio of the binder is, for example, 0.01 parts by mass or more, preferably 0.04 parts by mass or more, for example, 0.9 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of the powder and the binder after the heat treatment. It is not more than part by mass, preferably not more than 0.1 part by mass.

次いで、得られた粉末(必要に応じて、粉末とバインダーとの混合物)を、任意の形状に圧縮成形および焼結する。   Subsequently, the obtained powder (a mixture of a powder and a binder, if necessary) is compression-molded and sintered into an arbitrary shape.

圧縮成形および焼結においては、例えば、ホットプレス法、パルス通電焼結法(PECS:Pulse Electric Current Sintering)などが採用される。   In the compression molding and sintering, for example, a hot pressing method, a pulse electric current sintering method (PECS) is employed.

例えば、ホットプレス法が採用される場合、処理条件としては、成形圧力が、例えば、10MPa以上、好ましくは、30MPa以上であり、例えば、200MPa以下、好ましくは、100MPa以下である。また、焼結温度が、例えば、950℃以上、好ましくは、1050℃以上であり、例えば、1150℃以下、好ましくは、1125℃以下である。また、その温度における保持時間が、例えば、1時間以上、好ましくは、2時間以上であり、例えば、12時間以下、好ましくは、8時間以下である。   For example, when the hot press method is employed, as the processing conditions, the molding pressure is, for example, 10 MPa or more, preferably 30 MPa or more, for example, 200 MPa or less, preferably 100 MPa or less. The sintering temperature is, for example, 950 ° C. or higher, preferably 1050 ° C. or higher, for example, 1150 ° C. or lower, preferably 1125 ° C. or lower. The holding time at that temperature is, for example, 1 hour or more, preferably 2 hours or more, for example, 12 hours or less, preferably 8 hours or less.

また、パルス通電焼結法が採用される場合、処理条件としては、成形圧力が、例えば、10MPa以上、好ましくは、30MPa以上であり、例えば、200MPa以下、好ましくは、100MPa以下である。また、焼結温度が、例えば、900℃以上であり、例えば、1150℃以下、好ましくは、1100℃以下、より好ましくは、1000℃以下、さらに好ましくは、950℃以下である。また、その温度における保持時間が、例えば、1分以上、好ましくは、3分以上であり、例えば、1時間以下、好ましくは、30分以下である。   Further, when the pulse current sintering method is adopted, as the processing conditions, the molding pressure is, for example, 10 MPa or more, preferably 30 MPa or more, for example, 200 MPa or less, preferably 100 MPa or less. The sintering temperature is, for example, 900 ° C. or higher, for example, 1150 ° C. or lower, preferably 1100 ° C. or lower, more preferably 1000 ° C. or lower, and further preferably 950 ° C. or lower. The holding time at that temperature is, for example, 1 minute or more, preferably 3 minutes or more, for example, 1 hour or less, preferably 30 minutes or less.

このような方法により、前駆体粉末を圧縮成形すると同時に焼結することができる。   By such a method, the precursor powder can be sintered simultaneously with compression molding.

また、上記の方法の他、例えば、まず、前駆体粉末を圧縮成形し、その後、別途焼結することもできる。   In addition to the above method, for example, the precursor powder can be first compression molded and then separately sintered.

圧縮成形における成形条件は、特に制限されないが、成形圧力が、例えば、10MPa以上、好ましくは、30MPa以上であり、例えば、200MPa以下、好ましくは、100MPa以下である。また、成形時間が、例えば、1分以上、好ましくは、3分以上であり、例えば、10分以下、好ましくは、5分以下である。   The molding conditions in the compression molding are not particularly limited, but the molding pressure is, for example, 10 MPa or more, preferably 30 MPa or more, for example, 200 MPa or less, preferably 100 MPa or less. The molding time is, for example, 1 minute or more, preferably 3 minutes or more, for example, 10 minutes or less, preferably 5 minutes or less.

また、圧縮成形においては、例えば、単軸プレス成形機、CIP成形機(冷間静水等方圧プレス機)など、公知の成形機を用いることができ、また、これらを併用することもできる。   In compression molding, for example, a known molding machine such as a uniaxial press molding machine or a CIP molding machine (cold isostatic pressing machine) can be used, and these can be used in combination.

好ましくは、まず、熱処理後の粉末を、単軸プレス成形機によって、例えば、10MPa以上、好ましくは、30MPa以上、例えば、100MPa以下、好ましくは、50MPa以下で、例えば、1分以上、好ましくは、3分以上、例えば、10分以下、好ましくは、5分以下、圧縮成形する。その後、さらに、CIP成形機によって、例えば、30MPa以上、好ましくは、50MPa以上、例えば、200MPa以下、好ましくは、100MPa以下で、例えば、1分以上、好ましくは、3分以上、例えば、10分以下、好ましくは、5分以下、圧縮成形する。   Preferably, the powder after the heat treatment is first subjected to, for example, 10 MPa or more, preferably 30 MPa or more, such as 100 MPa or less, preferably 50 MPa or less, for example, 1 minute or more, preferably by a single-axis press molding machine. Compression molding is performed for 3 minutes or more, for example, 10 minutes or less, preferably 5 minutes or less. Thereafter, further by a CIP molding machine, for example, 30 MPa or more, preferably 50 MPa or more, for example, 200 MPa or less, preferably 100 MPa or less, for example, 1 minute or more, preferably 3 minutes or more, for example, 10 minutes or less. The compression molding is preferably performed for 5 minutes or less.

その後、この方法では、得られた成形体を、公知の焼結装置により焼結する。   Thereafter, in this method, the obtained molded body is sintered by a known sintering apparatus.

焼結条件としては、焼結温度が、例えば、900℃以上であり、例えば、1150℃以下、好ましくは、1100℃以下、より好ましくは、1000℃以下、さらに好ましくは、950℃以下である。また、その温度における保持時間が、例えば、1時間以上、好ましくは、2時間以上であり、例えば、48時間以下、好ましくは、24時間以下である。   As sintering conditions, the sintering temperature is, for example, 900 ° C. or higher, for example, 1150 ° C. or lower, preferably 1100 ° C. or lower, more preferably 1000 ° C. or lower, and further preferably 950 ° C. or lower. The holding time at that temperature is, for example, 1 hour or more, preferably 2 hours or more, for example, 48 hours or less, preferably 24 hours or less.

このような方法によっても、前駆体粉末を圧縮成形し、焼結することができる。   Also by such a method, the precursor powder can be compression-molded and sintered.

そして、これにより、上記一般式(1)で示される発電材料を得るとともに、その発電材料からなる発電素子を得ることができる。   And thereby, while obtaining the electric power generation material shown by the said General formula (1), the electric power generation element which consists of the electric power generation material can be obtained.

さらに、この方法では、得られた発電材料(発電素子)を、アニール処理することもできる。アニール処理では、例えば、発電材料(発電素子)を、所定温度にて、所定時間保持する。   Further, in this method, the obtained power generation material (power generation element) can be annealed. In the annealing treatment, for example, the power generation material (power generation element) is held at a predetermined temperature for a predetermined time.

また、アニール処理における温度条件は、例えば、800℃以上、好ましくは、900℃以上であり、例えば、1100℃以下、好ましくは、1000℃以下である。また、その温度における保持時間が、例えば、1時間以上、好ましくは、2時間以上であり、例えば、24時間以下、好ましくは、12時間以下である。   Moreover, the temperature conditions in annealing treatment are 800 degreeC or more, for example, Preferably, it is 900 degreeC or more, for example, is 1100 degrees C or less, Preferably, it is 1000 degrees C or less. The holding time at that temperature is, for example, 1 hour or more, preferably 2 hours or more, for example, 24 hours or less, preferably 12 hours or less.

このようなアニール処理によって、発電材料(発電素子)の純度を向上させ、また、物理的安定性および化学的安定性の向上を図ることができる。   By such annealing treatment, the purity of the power generation material (power generation element) can be improved, and the physical stability and chemical stability can be improved.

なお、発電素子は、本発明の優れた効果を阻害しない範囲において、上記一般式(1)で示される発電材料の他の発電材料や、酸化物(例えば、Nb)などを含有することができる。 The power generation element contains other power generation materials represented by the general formula (1), oxides (for example, Nb 2 O 5 ), and the like as long as the excellent effects of the present invention are not impaired. be able to.

また、発電素子の形状は、特に制限されず、例えば、薄膜状(シート状)、円盤状など、種々の形状を選択することができる。   Further, the shape of the power generation element is not particularly limited, and various shapes such as a thin film shape (sheet shape) and a disk shape can be selected.

また、発電素子のサイズは、特に制限されないが、例えば、発電素子を略矩形の薄膜状に形成する場合には、その一辺長さは、例えば、0.5mm以上、好ましくは、10mm以上であり、例えば、30mm以下、好ましくは、15mm以下である。また、厚みが、例えば、0.1mm以上、好ましくは、0.2mm以上であり、例えば、5mm以下、好ましくは、1mm以下である。   Further, the size of the power generation element is not particularly limited. For example, when the power generation element is formed in a substantially rectangular thin film, the length of one side is, for example, 0.5 mm or more, preferably 10 mm or more. For example, it is 30 mm or less, preferably 15 mm or less. Moreover, thickness is 0.1 mm or more, for example, Preferably, it is 0.2 mm or more, for example, is 5 mm or less, Preferably, it is 1 mm or less.

また、発電素子を円盤状に形成する場合には、その直径長さは、例えば、5mm以上、好ましくは、10mm以上であり、例えば、50mm以下、好ましくは、30mm以下である。また、厚みが、例えば、0.1mm以上、好ましくは、0.2mm以上であり、例えば、5mm以下、好ましくは、1mm以下である。   When the power generating element is formed in a disk shape, the diameter length is, for example, 5 mm or more, preferably 10 mm or more, for example, 50 mm or less, preferably 30 mm or less. Moreover, thickness is 0.1 mm or more, for example, Preferably, it is 0.2 mm or more, for example, is 5 mm or less, Preferably, it is 1 mm or less.

このような発電材料の密度は、例えば、3.5g/cm以上、好ましくは、4.0g/cm以上、より好ましくは、4.3g/cm以上であり、例えば、4.8g/cm以下、好ましくは、4.6g/cm以下である。 The density of such a power generation material is, for example, 3.5 g / cm 3 or more, preferably 4.0 g / cm 3 or more, more preferably 4.3 g / cm 3 or more, for example, 4.8 g / cm 3. cm 3 or less, preferably 4.6 g / cm 3 or less.

また、このような発電材料の比誘電率は、例えば、500以上、好ましくは、1000以上であり、例えば、25000以下、好ましくは、20000以下である。   The relative dielectric constant of such a power generation material is, for example, 500 or more, preferably 1000 or more, for example, 25000 or less, preferably 20000 or less.

また、発電材料のキュリー点(誘電率が急激に変化する温度)は、例えば、150℃以上、好ましくは、200℃以上であり、例えば、500℃以下、好ましくは、450℃以下である。   The Curie point (temperature at which the dielectric constant changes rapidly) of the power generation material is, for example, 150 ° C. or higher, preferably 200 ° C. or higher, for example, 500 ° C. or lower, preferably 450 ° C. or lower.

また、上記した発電材料は、複数(2つ以上)のキュリー点を有する場合がある。   Moreover, the above-described power generation material may have a plurality (two or more) of Curie points.

このように、キュリー点が複数存在する場合、その最高キュリー点は、例えば、350℃以上、好ましくは、400℃以上であり、例えば、500℃以下、好ましくは、450℃以下である。   Thus, when there are a plurality of Curie points, the highest Curie point is, for example, 350 ° C. or higher, preferably 400 ° C. or higher, for example, 500 ° C. or lower, preferably 450 ° C. or lower.

また、最低キュリー点は、例えば、150℃以上、好ましくは、200℃以上であり、例えば、300℃以下、好ましくは、250℃以下である。   The lowest Curie point is, for example, 150 ° C. or higher, preferably 200 ° C. or higher, for example, 300 ° C. or lower, preferably 250 ° C. or lower.

そして、上記の発電材料、および、その発電材料からなる上記の発電素子は、比較的内部抵抗が高いため、発電システムに用いた場合の漏れ電流を抑制し、起電力の低下を抑制することができる。   And since said electric power generation material and said electric power generation element which consists of the electric power generation material have comparatively high internal resistance, they suppress the leakage current at the time of using it for an electric power generation system, and can suppress the fall of an electromotive force. it can.

そのため、上記の発電素子は、ピエゾ素子や焦電素子などとして、発電システムに用いることができる。   Therefore, the above power generation element can be used in a power generation system as a piezoelectric element, a pyroelectric element, or the like.

図1は、本発明の発電システムの一実施形態を示す概略構成図である。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a power generation system of the present invention.

図1において、発電システム1は、温度が経時的に上下する熱源2と、熱源2の温度変化により温度が経時的に上下され、電気分極する第1デバイス3と、第1デバイス3から電力を取り出すための第2デバイス4と、第1デバイス3の温度を検知する検知手段としての温度センサ8と、第1デバイス3に電圧を印加する電圧印加手段としての電圧印加装置9と、その電圧印加装置9を作動および停止させるための制御ユニット10とを備えている。   In FIG. 1, a power generation system 1 includes a heat source 2 whose temperature rises and falls over time, a first device 3 whose temperature rises and falls over time due to a temperature change of the heat source 2, and electric power from the first device 3. A second device 4 for taking out, a temperature sensor 8 as a detecting means for detecting the temperature of the first device 3, a voltage applying device 9 as a voltage applying means for applying a voltage to the first device 3, and its voltage application And a control unit 10 for actuating and stopping the device 9.

熱源2としては、温度が経時的に上下する熱源、具体的には、経時により周期的に温度変化する熱源であれば、特に制限されないが、例えば、内燃機関、発光装置などの各種エネルギー利用装置が挙げられる。   The heat source 2 is not particularly limited as long as it is a heat source whose temperature rises and falls over time, specifically, a heat source whose temperature changes periodically over time. For example, various energy utilization devices such as an internal combustion engine and a light emitting device Is mentioned.

内燃機関は、例えば、車両などの動力を出力する装置であって、例えば、単気筒型または多気筒型が採用されるとともに、その各気筒において、多サイクル方式(例えば、2サイクル方式、4サイクル方式、6サイクル方式など)が採用される。   An internal combustion engine is a device that outputs power, for example, for a vehicle. For example, a single cylinder type or a multi-cylinder type is adopted, and a multi-cycle type (for example, a 2-cycle type, a 4-cycle type) is used in each cylinder. System, 6-cycle system, etc.) are employed.

このような内燃機関では、各気筒において、ピストンの昇降運動が繰り返されており、これにより、例えば、4サイクル方式では、吸気工程、圧縮工程、爆発工程、排気工程などが順次実施され、燃料が燃焼され、動力が出力されている。   In such an internal combustion engine, pistons are repeatedly moved up and down in each cylinder. For example, in a 4-cycle system, an intake process, a compression process, an explosion process, an exhaust process, and the like are sequentially performed, and fuel is discharged. It is burned and power is output.

このような内燃機関において、排気工程では、高温の排気ガスが、排気ガス管を介して排気され、その排気ガスを熱媒体として熱エネルギーが伝達され、排気ガス管の内部温度が上昇する。   In such an internal combustion engine, in the exhaust process, high-temperature exhaust gas is exhausted through an exhaust gas pipe, heat energy is transmitted using the exhaust gas as a heat medium, and the internal temperature of the exhaust gas pipe rises.

一方、その他の工程(排気工程を除く工程)では、排気ガス管中の排気ガス量が低減されるため、排気ガス管の内部温度は、排気工程に比べて、下降する。   On the other hand, in the other steps (steps excluding the exhaust step), the amount of exhaust gas in the exhaust gas pipe is reduced, so that the internal temperature of the exhaust gas pipe decreases compared to the exhaust process.

このように、内燃機関の温度は、排気工程において上昇し、吸気工程、圧縮工程および爆発工程において下降し、つまり、経時的に上下する。   As described above, the temperature of the internal combustion engine rises in the exhaust process and falls in the intake process, the compression process, and the explosion process, that is, rises and falls over time.

とりわけ、上記の各工程は、ピストンサイクルに応じて、周期的に順次繰り返されるため、内燃機関における各気筒の排気ガス管の内部は、上記の各工程の繰り返しの周期に伴って、周期的に温度変化、より具体的には、高温状態と低温状態とが、周期的に繰り返される。   In particular, since each of the above steps is periodically and sequentially repeated according to the piston cycle, the inside of the exhaust gas pipe of each cylinder in the internal combustion engine is periodically cycled with the repetition cycle of each of the above steps. A temperature change, more specifically, a high temperature state and a low temperature state are periodically repeated.

発光装置は、点灯(発光)時には、例えば、赤外線、可視光などの光を熱媒体として、その熱エネルギーにより温度上昇し、一方、消灯時には温度低下する。そのため、発光装置は、経時的に、点灯(発光)および消灯することにより、その温度が経時的に上下する。   When the light emitting device is turned on (emission light), for example, light such as infrared rays and visible light is used as a heat medium, and the temperature rises due to the heat energy. Therefore, the temperature of the light emitting device increases and decreases over time by turning on (emitting) and turning off over time.

とりわけ、例えば、発光装置が、経時的に照明の点灯および消灯が断続的に繰り返される発光装置(明滅(点滅)式の発光装置)である場合には、その発光装置は、点灯(発光)時における光の熱エネルギーにより、周期的に温度変化、より具体的には、高温状態と低温状態とが、周期的に繰り返される。   In particular, for example, when the light-emitting device is a light-emitting device (blinking (flashing) type light-emitting device) in which lighting is turned on and off intermittently over time, the light-emitting device is turned on (light-emitting). Due to the thermal energy of the light, a temperature change periodically, more specifically, a high temperature state and a low temperature state are periodically repeated.

また、熱源2としては、さらに、例えば、複数の熱源を備え、それら複数の熱源間の切り替えにより、温度変化を生じることもできる。   Moreover, as the heat source 2, for example, a plurality of heat sources can be provided, and a temperature change can be caused by switching between the plurality of heat sources.

より具体的には、例えば、熱源として、低温熱源(冷却材など)と、その低温熱源より温度の高い高温熱源(例えば、加熱材など)との2つの熱源を用意し、経時的に、それら低温熱源および高温熱源を、交互に切り替えて用いる形態が挙げられる。   More specifically, for example, two heat sources, a low-temperature heat source (such as a coolant) and a high-temperature heat source (eg, a heating material) having a higher temperature than the low-temperature heat source, are prepared as the heat source. A mode in which a low-temperature heat source and a high-temperature heat source are alternately switched is used.

これにより、熱源としての温度を、経時的に上下させることができ、とりわけ、低温熱源および高温熱源の切り替えを、周期的に繰り返すことにより、周期的に温度変化させることができる。   Thereby, the temperature as a heat source can be raised or lowered with time, and in particular, the temperature can be periodically changed by periodically switching the low-temperature heat source and the high-temperature heat source.

切り替え可能な複数の熱源を備える熱源2としては、特に制限されないが、例えば、燃焼用低温空気供給系、蓄熱式熱交換器、高温ガス排気系、および、供給/排気切替弁を備えた高温空気燃焼炉(例えば、再公表96−5474号公報に記載される高温気体発生装置)、例えば、高温熱源、低温熱源および水素吸蔵合金を用いた海水交換装置(水素吸蔵合金アクチュエータ式海水交換装置)などが挙げられる。   Although it does not restrict | limit especially as the heat source 2 provided with the several heat source which can be switched, For example, the high temperature air provided with the low temperature air supply system for combustion, the thermal storage heat exchanger, the high temperature gas exhaust system, and the supply / exhaust switching valve Combustion furnace (for example, a high-temperature gas generator described in Republished No. 96-5474), for example, a seawater exchange device (hydrogen storage alloy actuator-type seawater exchange device) using a high-temperature heat source, a low-temperature heat source, and a hydrogen storage alloy Is mentioned.

これら熱源2としては、上記熱源を単独使用または2種類以上併用することができる。   As these heat sources 2, the said heat source can be used individually or in combination with 2 or more types.

また、熱源2として、好ましくは、内燃機関が挙げられる。   The heat source 2 is preferably an internal combustion engine.

第1デバイス3は、熱源2の温度変化に応じて電気分極するデバイスである。   The first device 3 is a device that is electrically polarized in accordance with a temperature change of the heat source 2.

ここでいう電気分極とは、結晶の歪みにともなう正負イオンの変位により誘電分極し電位差が生じる現象、例えばピエゾ効果、および/または、温度変化により誘電率が変化し電位差が生じる現象、例えば焦電効果などのように、材料に起電力が発生する現象と定義する。   The electric polarization referred to here is a phenomenon in which a potential difference occurs due to dielectric polarization due to displacement of positive and negative ions due to crystal distortion, such as a piezo effect and / or a phenomenon in which a dielectric constant changes due to a temperature change and a potential difference occurs, such as pyroelectricity. It is defined as a phenomenon in which an electromotive force is generated in a material, such as an effect.

このような第1デバイス3として、より具体的には、例えば、ピエゾ効果により電気分極するデバイス、焦電効果により電気分極するデバイスなどが挙げられる。   More specifically, examples of the first device 3 include a device that is electrically polarized by a piezo effect, a device that is electrically polarized by a pyroelectric effect, and the like.

ピエゾ効果は、応力または歪みが加えられたときに、その応力または歪みの大きさに応じて電気分極する効果(現象)である。   The piezo effect is an effect (phenomenon) in which when a stress or strain is applied, it is electrically polarized according to the magnitude of the stress or strain.

そして、この発電システム1では、ピエゾ効果により電気分極する第1デバイス3(以下、ピエゾ素子(圧電素子))として、上記した発電素子を用いることができる。   And in this electric power generation system 1, the above-mentioned electric power generation element can be used as the 1st device 3 (henceforth a piezo element (piezoelectric element)) electrically polarized by the piezo effect.

第1デバイス3としてピエゾ素子が用いられる場合には、ピエゾ素子は、例えば、その周囲が固定部材により固定され、体積膨張が抑制された状態において、熱源2に接触するか、または、熱源2の熱を伝達する熱媒体(上記した排気ガス、光など)に接触(曝露)されるように配置される。   When a piezo element is used as the first device 3, the piezo element is in contact with the heat source 2 in a state where the periphery is fixed by a fixing member and volume expansion is suppressed, or It arrange | positions so that it may contact (exposure) to the heat medium (exhaust gas mentioned above, light, etc.) which transfers heat.

固定部材としては、特に制限されず、例えば、後述する第2デバイス4(例えば、金電極、銀電極など)を用いることもできる。   It does not restrict | limit especially as a fixing member, For example, the 2nd device 4 (For example, a gold electrode, a silver electrode, etc.) mentioned later can also be used.

そして、このような場合には、ピエゾ素子は、熱源2の経時的な温度変化により、(場合により熱媒体(上記した排気ガス、光など)を介して)加熱または冷却され、これにより、膨張または収縮する。   In such a case, the piezo element is heated or cooled (possibly via a heat medium (exhaust gas, light, etc.) as described above) due to a change in temperature of the heat source 2 with time, thereby expanding. Or shrink.

このとき、ピエゾ素子は、固定部材により体積膨張が抑制されているため、ピエゾ素子は、固定部材に押圧され、ピエゾ効果(圧電効果)、または、キュリー点付近での相変態により、電気分極する。これにより、詳しくは後述するが、第2デバイス4を介して、ピエゾ素子から電力が取り出される。   At this time, since the volume expansion of the piezo element is suppressed by the fixing member, the piezo element is pressed by the fixing member and is electrically polarized by the piezo effect (piezoelectric effect) or phase transformation near the Curie point. . Thereby, as will be described in detail later, power is extracted from the piezo element via the second device 4.

また、このようなピエゾ素子は、通常、加熱状態または冷却状態が維持され、その温度が一定(すなわち、体積一定)になると、電気分極が中和され、その後、冷却または加熱されることにより、再度、電気分極する。   In addition, such a piezo element is normally maintained in a heated state or a cooled state, and when its temperature becomes constant (that is, a constant volume), the electric polarization is neutralized, and then cooled or heated, Again, it is electrically polarized.

そのため、上記したように熱源2が周期的に温度変化し、高温状態と低温状態とが周期的に繰り返される場合などには、ピエゾ素子が周期的に繰り返し加熱および冷却されるため、ピエゾ素子の電気分極およびその中和が、周期的に繰り返される。   Therefore, as described above, when the temperature of the heat source 2 periodically changes and the high temperature state and the low temperature state are periodically repeated, the piezo element is periodically heated and cooled. Electrical polarization and its neutralization are repeated periodically.

その結果、後述する第2デバイス4により、電力が、周期的に変動する波形(例えば、交流、脈流など)として取り出される。   As a result, electric power is extracted as a waveform (for example, alternating current, pulsating flow, etc.) that fluctuates periodically by the second device 4 described later.

焦電効果は、例えば、絶縁体(誘電体)などを加熱および冷却する時に、その温度変化に応じて絶縁体が電気分極する効果(現象)であって、第1効果および第2効果を含んでいる。   The pyroelectric effect is, for example, an effect (phenomenon) in which the insulator is electrically polarized in accordance with a change in temperature when the insulator (dielectric) is heated and cooled, and includes the first effect and the second effect. It is out.

第1効果は、絶縁体の加熱時および冷却時において、その温度変化により自発分極し、絶縁体の表面に、電荷を生じる効果とされている。   The first effect is an effect in which, when the insulator is heated and cooled, it spontaneously polarizes due to the temperature change and generates a charge on the surface of the insulator.

また、第2効果は、絶縁体の加熱時および冷却時において、その温度変化により結晶構造に圧力変形が生じ、結晶構造に加えられる応力または歪みにより、圧電分極を生じる効果(ピエゾ効果、圧電効果)とされている。   In addition, the second effect is an effect that pressure deformation occurs in the crystal structure due to temperature changes during heating and cooling of the insulator, and piezoelectric polarization occurs due to stress or strain applied to the crystal structure (piezo effect, piezoelectric effect). ).

そして、この発電システム1では、焦電効果により電気分極する第1デバイス3(以下、焦電素子)として、上記した発電素子を用いることができる。   And in this electric power generation system 1, the above-mentioned electric power generation element can be used as the 1st device 3 (henceforth a pyroelectric element) electrically polarized by the pyroelectric effect.

第1デバイス3として焦電素子が用いられる場合には、焦電素子は、熱源2に接触するか、または、熱源2の熱を伝達する熱媒体(上記した排気ガス、光など)に接触(曝露)されるように配置される。   When a pyroelectric element is used as the first device 3, the pyroelectric element is in contact with the heat source 2 or in contact with a heat medium (exhaust gas, light, or the like described above) that transmits the heat of the heat source 2 ( To be exposed).

このような場合において、焦電素子は、熱源2の経時的な温度変化により、(場合により熱媒体(上記した排気ガス、光など)を介して)加熱または冷却され、その焦電効果(第1効果および第2効果を含む)により、電気分極する。これにより、詳しくは後述するが、第2デバイス4を介して、焦電素子から電力が取り出される。   In such a case, the pyroelectric element is heated or cooled (possibly via a heat medium (exhaust gas, light, etc.) described above) due to a change in temperature of the heat source 2 with time, and the pyroelectric effect (first The electric polarization is caused by the first effect and the second effect. Thereby, although mentioned later in detail, electric power is taken out from the pyroelectric element via the second device 4.

また、このような焦電素子は、通常、加熱状態または冷却状態が維持され、その温度が一定になると、電気分極が中和され、その後、冷却または加熱されることにより、再度、電気分極する。   Also, such pyroelectric elements are usually maintained in a heated state or a cooled state, and when the temperature becomes constant, the electric polarization is neutralized, and then cooled or heated again to be electrically polarized again. .

そのため、上記したように熱源2が周期的に温度変化し、高温状態と低温状態とが周期的に繰り返される場合などには、焦電素子が周期的に繰り返し加熱および冷却されるため、焦電素子の電気分極およびその中和が、周期的に繰り返される。   Therefore, when the temperature of the heat source 2 is periodically changed as described above and the high temperature state and the low temperature state are periodically repeated, the pyroelectric element is periodically heated and cooled. The electrical polarization of the element and its neutralization are repeated periodically.

その結果、後述する第2デバイス4により、電力が、周期的に変動する波形(例えば、交流、脈流など)として取り出される。   As a result, electric power is extracted as a waveform (for example, alternating current, pulsating flow, etc.) that varies periodically by the second device 4 described later.

これら第1デバイス3は、単独使用または2種類以上併用することができる。   These first devices 3 can be used alone or in combination of two or more.

なお、第1デバイス3(絶縁体(誘電体))は、熱源2の温度変化によって電気分極するが、その電気分極は、電子分極、イオン分極および配向分極のいずれでもよい。   The first device 3 (insulator (dielectric)) is electrically polarized by the temperature change of the heat source 2, and the electrical polarization may be any of electronic polarization, ionic polarization, and orientation polarization.

例えば、配向分極によって分極が発現する材料(例えば、液晶材料など)では、その分子構造を変化させることにより、発電効率の向上を図ることができるものと期待されている。   For example, it is expected that a material that exhibits polarization by orientation polarization (for example, a liquid crystal material) can improve power generation efficiency by changing its molecular structure.

図1において、第2デバイス4は、第1デバイス3から電力を取り出すために設けられる。   In FIG. 1, the second device 4 is provided to extract power from the first device 3.

このような第2デバイス4は、より具体的には、特に制限されないが、例えば、上記の第1デバイス3を挟んで対向配置される2つの電極(例えば、金電極、銀電極など)、例えば、それら電極に接続される導線などを備えており、第1デバイス3に電気的に接続されている。   More specifically, the second device 4 is not particularly limited, but, for example, two electrodes (for example, a gold electrode, a silver electrode, and the like) disposed to face each other with the first device 3 interposed therebetween, for example, ., And the like, and are electrically connected to the first device 3.

温度センサ8は、第1デバイス3の温度を検知するため、第1デバイス3に近接または接触して設けられる。温度センサ8は、第1デバイス3の温度として、第1デバイス3の表面温度を直接検知するか、または、第1デバイス3の周囲の雰囲気温度を検知し、例えば、赤外放射温度計や、熱電対温度計などの公知の温度センサが用いられる。   The temperature sensor 8 is provided close to or in contact with the first device 3 in order to detect the temperature of the first device 3. The temperature sensor 8 directly detects the surface temperature of the first device 3 as the temperature of the first device 3, or detects the ambient temperature around the first device 3, for example, an infrared radiation thermometer, A known temperature sensor such as a thermocouple thermometer is used.

電圧印加装置9は、第1デバイス3に電圧を印加するため、第1デバイス3に直接または近接して設けられる。具体的には、電圧印加装置9は、例えば、上記した第2デバイス4とは別途、上記の第1デバイス3を挟んで対向配置される2つの電極(例えば、銅電極、銀電極など)、電圧印加電源V、およびそれらに接続される導線などを備えており、電極間に第1デバイス3および第2デバイス4を介在させるように、配置されている。   The voltage application device 9 is provided directly or close to the first device 3 in order to apply a voltage to the first device 3. Specifically, the voltage application device 9 includes, for example, two electrodes (for example, a copper electrode, a silver electrode, and the like) that are arranged to face each other with the first device 3 interposed therebetween, separately from the second device 4 described above. A voltage application power source V and a conductive wire connected thereto are provided, and the first device 3 and the second device 4 are disposed between the electrodes.

制御ユニット10は、発電システム1における電気的な制御を実行するユニット(例えば、ECU:Electronic Control Unit)であり、CPU、ROMおよびRAMなどを備えるマイクロコンピュータで構成されている。   The control unit 10 is a unit (for example, ECU: Electronic Control Unit) that performs electrical control in the power generation system 1, and is configured by a microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like.

この制御ユニット10は、温度センサ8および電圧印加装置9に電気的に接続されており、後述するように、上記した温度センサ8による検知温度に応じて、電圧印加装置9を作動および停止させる。   The control unit 10 is electrically connected to the temperature sensor 8 and the voltage application device 9 and operates and stops the voltage application device 9 according to the temperature detected by the temperature sensor 8 as described later.

また、図1に示す発電システム1では、その第2デバイス4が、昇圧器5、交流/直流変換器(AC−DCコンバーター)6およびバッテリー7に、順次、電気的に接続されている。   In the power generation system 1 shown in FIG. 1, the second device 4 is electrically connected to a booster 5, an AC / DC converter (AC-DC converter) 6, and a battery 7 in order.

このような発電システム1により発電するには、例えば、まず、熱源2の温度を経時的に上下、具体的には、周期的に温度変化させ、その熱源2により、第1デバイス3を、加熱および/または冷却する。   In order to generate electric power using such a power generation system 1, for example, first, the temperature of the heat source 2 is increased and decreased over time, specifically, periodically, and the first device 3 is heated by the heat source 2. And / or cool.

このような発電システム1において、熱源2の温度は、高温状態における温度が、例えば、100〜1200℃、好ましくは、700〜900℃であり、低温状態における温度が、上記の高温状態における温度未満、より具体的には、例えば、50〜800℃、好ましくは、200〜500℃であり、高温状態と低温状態との温度差が、例えば、10〜600℃、好ましくは、20〜500℃である。   In such a power generation system 1, the temperature of the heat source 2 is, for example, 100 to 1200 ° C., preferably 700 to 900 ° C. in the high temperature state, and the temperature in the low temperature state is lower than the temperature in the above high temperature state. More specifically, for example, 50 to 800 ° C, preferably 200 to 500 ° C, and the temperature difference between the high temperature state and the low temperature state is, for example, 10 to 600 ° C, preferably 20 to 500 ° C. is there.

また、それら高温状態と低温状態との繰り返し周期は、例えば、10〜400サイクル/秒、好ましくは、30〜100サイクル/秒である。   Moreover, the repetition period of these high temperature states and low temperature states is, for example, 10 to 400 cycles / second, preferably 30 to 100 cycles / second.

そして、このような温度変化に応じて、上記した第1デバイス3を、周期的に電気分極させる。その後、第2デバイス4を介することにより、電力を、第1デバイス3の周期的な電気分極に応じて周期的に変動する波形(例えば、交流、脈流など)として、取り出すことができる。   And according to such a temperature change, the above-mentioned 1st device 3 is electrically polarized periodically. Thereafter, via the second device 4, the electric power can be taken out as a waveform (for example, alternating current, pulsating current) that periodically varies according to the periodic electrical polarization of the first device 3.

また、この発電システム1では、取り出された電力を、第2デバイス4に接続される昇圧器5において、周期的に変動する波形(例えば、交流、脈流など)の状態で昇圧する。昇圧器5としては、交流電圧を、例えば、コイル、コンデンサなどを用いた簡易な構成により、優れた効率で昇圧できる昇圧器が、用いられる。次いで、昇圧器5において昇圧された電力を、交流/直流変換器6において直流電圧に変換した後、バッテリー7に蓄電する。   In the power generation system 1, the extracted power is boosted in a state of a waveform that fluctuates periodically (for example, alternating current, pulsating current) in the booster 5 connected to the second device 4. As the booster 5, a booster capable of boosting AC voltage with excellent efficiency by a simple configuration using, for example, a coil and a capacitor is used. Next, the electric power boosted by the booster 5 is converted into a DC voltage by the AC / DC converter 6 and then stored in the battery 7.

このようにして、発電システム1では、第1デバイス3から電力を取り出すことができる。   In this way, the power generation system 1 can extract power from the first device 3.

また、このような発電システム1では、より効率的に発電するため、第1デバイス3の温度状態に応じて、第1デバイス3に電圧を印加することができる。   In such a power generation system 1, a voltage can be applied to the first device 3 in accordance with the temperature state of the first device 3 in order to generate power more efficiently.

すなわち、この発電システム1では、上記した熱源2による加熱および/または冷却とともに、上記した温度センサ8により第1デバイス3の温度を検知し、その温度の検知に基づいて、電圧印加装置9を作動および停止させる。   That is, in the power generation system 1, the temperature of the first device 3 is detected by the temperature sensor 8 as well as the heating and / or cooling by the heat source 2, and the voltage application device 9 is operated based on the detection of the temperature. And stop.

より具体的には、この発電システム1では、上記した熱源2による加熱および/または冷却とともに、温度センサ8によって、第1デバイス3の温度を連続的に測定し、第1デバイス3が昇温状態であるか、降温状態であるかを検知する。例えば、温度センサ8によって検知される第1デバイス3の温度が、予め設定された所定の値(例えば、0.2℃/sなど)以上上昇したときに、昇温状態であると検知され、また、第1デバイス3の温度が、予め設定された所定の値(例えば、0.2℃/sなど)以上下降したときに、降温状態であると検知される。   More specifically, in the power generation system 1, the temperature of the first device 3 is continuously measured by the temperature sensor 8 together with the heating and / or cooling by the heat source 2 described above, and the first device 3 is in a temperature rising state. Or whether the temperature is in the lowered state. For example, when the temperature of the first device 3 detected by the temperature sensor 8 is increased by a predetermined value (for example, 0.2 ° C./s), it is detected that the temperature has risen. Further, when the temperature of the first device 3 is lowered by a predetermined value (for example, 0.2 ° C./s), it is detected that the temperature is in the lowered state.

そして、この発電システム1では、第1デバイス3が昇温状態であると検知されたときには、電圧印加装置9を作動させ、第1デバイス3に所定の電圧を印加する。なお、電圧の大きさは、目的および用途に応じて、適宜設定される。電圧を印加する時間は、第1デバイス3が降温状態に至るまでであり、具体的には、昇温状態中である。   In the power generation system 1, when it is detected that the first device 3 is in the temperature rising state, the voltage applying device 9 is operated to apply a predetermined voltage to the first device 3. In addition, the magnitude | size of a voltage is suitably set according to the objective and a use. The time for applying the voltage is until the first device 3 reaches the temperature-decreasing state, and specifically, the temperature-rising state.

そして、第1デバイス3が降温状態であると検知されたときには、制御ユニット10によって制御回路21を切り替え、電圧印加装置9を停止させ、第1デバイス3に対する電圧の印加を停止する。電圧の印加を停止する時間は、第1デバイス3が昇温状態に至るまでであり、具体的には、降温状態中である。   When it is detected that the first device 3 is in the temperature-decreasing state, the control unit 21 switches the control circuit 21 to stop the voltage application device 9 and stops the application of voltage to the first device 3. The time for stopping the application of the voltage is until the first device 3 reaches the temperature rising state, specifically, the temperature falling state.

このように、上記の発電システム1では、第1デバイス3の昇温が検知されたときには、電圧印加装置9が作動され、第1デバイス3に電圧が印加される。一方、第1デバイス3の降温が検知されたときには、電圧印加装置9が停止され、電圧の印加が停止される。   As described above, in the power generation system 1 described above, when the temperature rise of the first device 3 is detected, the voltage applying device 9 is activated and a voltage is applied to the first device 3. On the other hand, when the temperature drop of the first device 3 is detected, the voltage application device 9 is stopped and the application of the voltage is stopped.

このように電圧印加装置9を作動させ、第1デバイス3に電圧を印加することにより、第1デバイス3から効率的に電力を取り出すことができる。   Thus, by operating the voltage application device 9 and applying a voltage to the first device 3, it is possible to efficiently extract power from the first device 3.

そして、この発電システム1では、上記したように、取り出された電力を、第2デバイス4に接続される昇圧器5において、周期的に変動する波形(例えば、交流、脈流など)の状態で昇圧する。昇圧器5としては、交流電圧を、例えば、コイル、コンデンサなどを用いた簡易な構成により、優れた効率で昇圧できる昇圧器が、用いられる。次いで、昇圧器5において昇圧された電力を、交流/直流変換器6において直流電圧に変換した後、バッテリー7に蓄電する。   And in this electric power generation system 1, as above-mentioned, in the booster 5 connected to the 2nd device 4, the taken-out electric power is in the state of the waveform (for example, alternating current, pulsating flow, etc.) which fluctuates periodically. Boost the pressure. As the booster 5, a booster capable of boosting AC voltage with excellent efficiency by a simple configuration using, for example, a coil and a capacitor is used. Next, the electric power boosted by the booster 5 is converted into a DC voltage by the AC / DC converter 6 and then stored in the battery 7.

このような発電システム1によれば、温度が経時的に上下する熱源2を用いるため、変動する電圧(例えば、交流電圧)を取り出すことができ、その結果、一定電圧(直流電圧)として取り出す場合に比べて、簡易な構成により、優れた効率で昇圧して、蓄電することができる。また、熱源2が、周期的に温度変化する熱源であれば、電力を、周期的に変動する波形として取り出すことができ、その結果、簡易な構成により、より優れた効率で昇圧して、蓄電することができる。   According to such a power generation system 1, since the heat source 2 whose temperature rises and falls with time is used, a fluctuating voltage (for example, an AC voltage) can be extracted, and as a result, a constant voltage (DC voltage) is extracted. Compared to the above, it is possible to store the electric power by boosting with excellent efficiency by a simple configuration. In addition, if the heat source 2 is a heat source that periodically changes in temperature, electric power can be extracted as a waveform that varies periodically. As a result, the electric power can be boosted with higher efficiency and stored with a simple configuration. can do.

とりわけ、このような発電システム1は、上記の発電素子を備えるため、発電効率に優れる。   In particular, since such a power generation system 1 includes the power generation element described above, the power generation efficiency is excellent.

次に、本発明を、実施例および比較例に基づいて説明するが、本発明は、下記の実施例によって限定されるものではない。なお、「部」および「%」は、特に言及がない限り、質量基準である。また、以下の記載において用いられる配合割合(含有割合)、物性値、パラメータなどの具体的数値は、上記の「発明を実施するための形態」において記載されている、それらに対応する配合割合(含有割合)、物性値、パラメータなど該当記載の上限値(「以下」、「未満」として定義されている数値)または下限値(「以上」、「超過」として定義されている数値)に代替することができる。   Next, although this invention is demonstrated based on an Example and a comparative example, this invention is not limited by the following Example. “Part” and “%” are based on mass unless otherwise specified. In addition, specific numerical values such as a blending ratio (content ratio), physical property values, and parameters used in the following description are described in the above-mentioned “Mode for Carrying Out the Invention”, and a blending ratio corresponding to them ( Substituting the upper limit value (numerical value defined as “less than” or “less than”) or the lower limit value (number defined as “greater than” or “exceeded”) such as content ratio), physical property values, parameters, etc. be able to.

<熱処理条件の検討>
実施例1〜5
COの粉末と、NaCOの粉末と、Nbの粉末と、MnOの粉末とを、K、Na、NbおよびMnのモル比が、K:Na:Nb:Mn=0.5:0.5:0.997:0.003となるように配合し、イオン交換水とともに、ジルコニアボールを用いた湿式ボールミル(ニッカトー社製)によって24時間撹拌混合し、乾燥させた。
<Examination of heat treatment conditions>
Examples 1-5
The molar ratio of K, Na, Nb, and Mn in the K 2 CO 3 powder, Na 2 CO 3 powder, Nb 2 O 5 powder, and MnO powder is K: Na: Nb: Mn = 0.5: 0.5: 0.997: 0.003, and the mixture was stirred and mixed for 24 hours by a wet ball mill (made by Nikkato Co., Ltd.) using zirconia balls together with ion-exchanged water and dried.

次いで、得られた粉末を、空気中において5℃/分の昇温速度で加熱し、表1に示す温度において表1に示す時間熱処理した後、ジルコニアボールを用いた乾式ボールミル(ニッカトー社製)によって12時間混合し、粉砕した。   Next, the obtained powder was heated in air at a heating rate of 5 ° C./min, heat-treated for the time shown in Table 1 at the temperature shown in Table 1, and then a dry ball mill using zirconia balls (manufactured by Nikkato). For 12 hours and milled.

次いで、バインダーとしてポリビニルアルコールを、熱処理後の粉末とポリビニルアルコールとの総量100質量部に対して、0.04質量部となるように添加し、湿式ボールミルによって、2時間撹拌混合した。   Subsequently, polyvinyl alcohol was added as a binder so that it might become 0.04 mass part with respect to 100 mass parts of total of the powder and polyvinyl alcohol after heat processing, and was stirred and mixed by the wet ball mill for 2 hours.

次いで、得られた混合物を金型に充填し、放電プラズマ焼結機(SPSシンテックス株式会社製)を用い、パルス通電焼結法を採用して、50MPaで900℃において5分間加熱することにより、直径20mmの成形体を得た。   Next, the obtained mixture is filled into a mold, and a pulse plasma sintering method is employed using a discharge plasma sintering machine (manufactured by SPS Shintex Co., Ltd.) and heated at 900 ° C. for 5 minutes at 50 MPa. A molded body having a diameter of 20 mm was obtained.

その後、得られた成形体を、空気中において900℃において2時間加熱し、アニール処理した。これにより、(K1/2Na1/2)(Nb0.997Mn0.003)Oからなる発電材料、および、その発電材料からなる発電素子を得た。 Thereafter, the obtained molded body was heated in air at 900 ° C. for 2 hours and annealed. As a result, a power generation material composed of (K 1/2 Na 1/2 ) (Nb 0.997 Mn 0.003 ) O 3 and a power generation element composed of the power generation material were obtained.

評価(X線回折)
実施例1〜5により得られた発電素子を、X線回折(X−Ray Diffraction:XRD)装置を用いて測定した。得られたXRDデータを、(K0.5Na0.5)NbOのJCPDSカードデータと共に図2に示す。
Evaluation (X-ray diffraction)
The electric power generation element obtained by Examples 1-5 was measured using the X-ray diffraction (X-Ray Diffraction: XRD) apparatus. The obtained XRD data is shown in FIG. 2 together with JCPDS card data of (K 0.5 Na 0.5 ) NbO 3 .

考察
成形および焼結前において、880℃で6時間熱処理した実施例5の発電素子は、XRDデータ上のピークが明確であり、優れた結晶構造を有するものと推察される。
Discussion The power generation element of Example 5 that was heat-treated at 880 ° C. for 6 hours before molding and sintering had a clear peak on the XRD data, and is presumed to have an excellent crystal structure.

<アニール条件の検討>
実施例6〜7
成形および焼結前における熱処理条件を、880℃および6時間とし、かつ、アニール処理の条件を表1に記載の通りとした以外は、実施例5と同じ操作によって、(K1/2Na1/2)(Nb0.997Mn0.003)Oからなる発電材料、および、その発電材料からなる発電素子を得た。
<Examination of annealing conditions>
Examples 6-7
(K 1/2 Na 1) By the same operation as in Example 5, except that the heat treatment conditions before molding and sintering were 880 ° C. and 6 hours and the annealing conditions were as shown in Table 1. / 2 ) A power generation material composed of (Nb 0.997 Mn 0.003 ) O 3 and a power generation element composed of the power generation material were obtained.

評価(外観)
実施例5〜7により得られた発電素子の外観を目視で観察したところ、900℃において2時間アニール処理した実施例5の発電素子は、均一にアニール処理されており、かつ、材料の劣化も確認されなかった。一方、実施例6〜7の発電素子は、アニール処理が不均一であり、また、材料にやや劣化が確認された。
Evaluation (appearance)
When the external appearance of the power generation element obtained in Examples 5 to 7 was visually observed, the power generation element of Example 5 that was annealed at 900 ° C. for 2 hours was uniformly annealed, and the material was also deteriorated. It was not confirmed. On the other hand, the power generation elements of Examples 6 to 7 were not uniformly annealed, and the material was slightly deteriorated.

Figure 2017034016
Figure 2017034016

<Mn量の検討>
実施例8
MnOの粉末に代えて、MnOの粉末を用い、また、各原料粉末の配合割合を、K、Na、NbおよびMnのモル比が、K:Na:Nb:Mn=0.5:0.5:0.997:0.003となるように、調整した以外は、実施例5と同じ操作によって、(K1/2Na1/2)(Nb0.997Mn0.003)Oからなる発電材料、および、その発電材料からなる発電素子を得た。
<Examination of Mn content>
Example 8
Instead of MnO powder, MnO 2 powder was used, and the mixing ratio of each raw material powder was such that the molar ratio of K, Na, Nb and Mn was K: Na: Nb: Mn = 0.5: 0. 5: 0.997: 0.003 (K 1/2 Na 1/2 ) (Nb 0.997 Mn 0.003 ) O 3 A power generation material and a power generation element made of the power generation material were obtained.

実施例9
MnOの粉末の配合量を変更し、各原料粉末の配合割合を、K、Na、NbおよびMnのモル比が、K:Na:Nb:Mn=0.5:0.5:0.97:0.03となるように、調整した以外は、実施例5と同じ操作によって、(K1/2Na1/2)(Nb0.97Mn0.03)Oからなる発電材料、および、その発電材料からなる発電素子を得た。
Example 9
The blending amount of the MnO powder was changed, and the blending ratio of each raw material powder was such that the molar ratio of K, Na, Nb and Mn was K: Na: Nb: Mn = 0.5: 0.5: 0.97: A power generation material composed of (K 1/2 Na 1/2 ) (Nb 0.97 Mn 0.03 ) O 3 by the same operation as in Example 5 except that adjustment was made to be 0.03 , and A power generation element made of the power generation material was obtained.

比較例1
MnOの粉末を配合せず、各原料粉末の配合割合を、K、Na、NbおよびMnのモル比が、K:Na:Nb:Mn=0.5:0.5:1:0となるように、調整した以外は、実施例1と同じ操作によって、(K1/2Na1/2)NbOからなる発電材料、および、その発電材料からなる発電素子を得た。
Comparative Example 1
MnO powder is not blended, and the blending ratio of each raw material powder is such that the molar ratio of K, Na, Nb and Mn is K: Na: Nb: Mn = 0.5: 0.5: 1: 0. In addition, a power generation material composed of (K 1/2 Na 1/2 ) NbO 3 and a power generation element composed of the power generation material were obtained by the same operation as in Example 1 except for the adjustment.

Figure 2017034016
Figure 2017034016

評価
(1)誘電率
実施例5、9および比較例1で得られた発電素子の誘電率を、インピーダンスアナライザ(型番ZGA5920、エヌエフ回路設計ブロック社製)により、測定周波数0.1mHzから15MHzまで、昇温速度2℃/min、測定温度域 室温から450℃までの条件にて測定した。
Evaluation (1) Dielectric constant The dielectric constants of the power generation elements obtained in Examples 5 and 9 and Comparative Example 1 were measured with an impedance analyzer (model number ZGA5920, manufactured by NF Circuit Design Block) from a measurement frequency of 0.1 mHz to 15 MHz. Temperature rising rate 2 ° C./min, measurement temperature range Measurement was performed under conditions from room temperature to 450 ° C.

その結果を、図3に示す。   The result is shown in FIG.

(2)誘電損失
実施例5、9および比較例1で得られた発電素子の誘電損失を、インピーダンスアナライザ(型番ZGA5920、エヌエフ回路設計ブロック社製)により、測定周波数0.1mHzから15MHzまで、昇温速度2℃/min、測定温度域 室温から450℃までの条件にて測定した。
(2) Dielectric loss The dielectric loss of the power generation elements obtained in Examples 5 and 9 and Comparative Example 1 was increased from a measurement frequency of 0.1 mHz to 15 MHz by an impedance analyzer (model number ZGA5920, manufactured by NF Circuit Design Block). Temperature rate 2 ° C./min, measurement temperature range Measurement was performed under conditions from room temperature to 450 ° C.

その結果を、図4に示す。   The result is shown in FIG.

(3)内部抵抗
実施例8および比較例1で得られた発電素子の内部抵抗を、エレクトロメータ(型番6517B型/J、KEITHLEY社製)により、サンプリング速度0.5s、1200プロット、測定温度100℃、120℃、160℃、200℃、250℃、300℃の条件にて測定した。
(3) Internal resistance The internal resistance of the power generation element obtained in Example 8 and Comparative Example 1 was measured with an electrometer (model number 6517B / J, manufactured by KEITHLEY) at a sampling rate of 0.5 s, 1200 plot, and a measurement temperature of 100. The measurement was performed under the conditions of ° C, 120 ° C, 160 ° C, 200 ° C, 250 ° C, and 300 ° C.

その結果を、図5に示す。   The result is shown in FIG.

(4)発電性能
実施例8〜9および比較例1で得られた発電素子を第1デバイス(ピエゾ素子)とし、厚みを1.2mmサイズに研削した。次いで、その表面および裏面に、金スパッタを用いて金イオンを約10分間蒸着させ、金電極(第2デバイス)を形成した。
(4) Power generation performance The power generation elements obtained in Examples 8 to 9 and Comparative Example 1 were used as the first device (piezo element), and the thickness was ground to 1.2 mm. Next, gold ions were vapor-deposited on the front and back surfaces for about 10 minutes using gold sputtering to form a gold electrode (second device).

その後、20mm×20mmのアルミテープを用いて、2つの導線(リード線)の一方側を各金電極上に貼着させるとともに、他方側をデジタルマルチメータに接続した。   Then, using the aluminum tape of 20 mm x 20 mm, while sticking one side of two conducting wires (lead wire) on each gold electrode, the other side was connected to the digital multimeter.

熱源としてヒートガンを用い、その噴射口を発電素子に向けるとともに、噴射口が発電素子から3cm離間するように、ヒートガンおよび発電素子を、それぞれ配置した。   A heat gun was used as a heat source, the spray port was directed to the power generation element, and the heat gun and the power generation element were arranged so that the spray port was 3 cm away from the power generation element.

ヒートガンから熱風を噴き出し、経時的にヒートガンのON/OFFを切り替えることにより、ヒートガンおよび熱風の温度を経時的に上下させ、この温度変化により、発電素子の温度を経時的に上下させるとともに電気分極させ、電極および導線を介して、発電電圧(電力)を取り出した。   By blowing hot air from the heat gun and switching the heat gun on and off over time, the temperature of the heat gun and hot air is raised and lowered over time, and this temperature change raises and lowers the temperature of the power generation element over time and electrically polarizes it. The generated voltage (electric power) was taken out through the electrode and the conductive wire.

なお、発電素子の温度を赤外線放射温度計により測定し、その最高到達温度が、100℃となり、最低温度が60℃となり、また、その温度変化量が約40℃となるように、熱風温度を調整した。また、加熱と放冷とは、加熱/放冷=10s/10s周期で切り替えた。   The temperature of the power generation element is measured with an infrared radiation thermometer. It was adjusted. Further, heating and cooling were switched at a cycle of heating / cooling = 10 s / 10 s.

そして、発電素子から取り出された電力の電圧変化を電圧計により観測した。   And the voltage change of the electric power taken out from the electric power generation element was observed with the voltmeter.

加熱/放冷の5周期において、発電素子により得られた電力の平均値は、実施例8では9.22μW、実施例9では3.88μW、比較例1では3.12μWであった。   In the five heating / cooling cycles, the average power obtained by the power generation element was 9.22 μW in Example 8, 3.88 μW in Example 9, and 3.12 μW in Comparative Example 1.

その結果を表3に示す。   The results are shown in Table 3.

Figure 2017034016
Figure 2017034016

1 発電システム
2 熱源
3 第1デバイス
4 第2デバイス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power generation system 2 Heat source 3 1st device 4 2nd device

Claims (4)

下記一般式(1)で示されることを特徴とする、発電材料。
(A1−x)(MnNb1−y)O (1)
(式中、AおよびBは、互いに相異なって、希土類元素、アルカリ土類金属、アルカリ金属、CdおよびBiから選ばれる少なくとも1つの元素を示し、xは0<x≦1の数値範囲の原子割合を示し、yは0.003≦y≦0.1の原子割合を示す。)
It is shown by following General formula (1), The electric power generation material characterized by the above-mentioned.
(A x B 1-x) (Mn y Nb 1-y) O 3 (1)
(In the formula, A and B are different from each other and represent at least one element selected from rare earth elements, alkaline earth metals, alkali metals, Cd and Bi, and x is an atom in a numerical range of 0 <x ≦ 1. And y represents an atomic ratio of 0.003 ≦ y ≦ 0.1.)
前記一般式(1)において、
Aが、Kであり、
Bが、Naであり、
xが、1/2であることを特徴とする、請求項1に記載の発電材料。
In the general formula (1),
A is K,
B is Na,
The power generating material according to claim 1, wherein x is ½.
請求項1または2に記載の発電材料からなることを特徴とする、発電素子。   A power generation element comprising the power generation material according to claim 1. 温度が経時的に上下する熱源と、
請求項3に記載の発電素子からなり、前記熱源の温度変化により電気分極する第1デバイスと、
前記第1デバイスから電力を取り出すための第2デバイスと
を備えることを特徴とする、発電システム。
A heat source whose temperature rises and falls over time;
A first device comprising the power generating element according to claim 3, wherein the first device is electrically polarized by a temperature change of the heat source,
A power generation system comprising: a second device for extracting power from the first device.
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