JP5742174B2 - 熱電発電装置、熱電発電方法及び電気信号検出方法 - Google Patents

熱電発電装置、熱電発電方法及び電気信号検出方法 Download PDF

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Description

本発明は、熱電発電装置、熱電発電方法、電気信号検出装置及び電気信号検出方法に関する。
従来、温度差を利用した熱電発電装置は、受熱部、放熱部、並びに、受熱部と放熱部との間に配置された熱電変換素子から構成されている。そして、このような熱電発電装置を応用した機器として、例えば、携帯通信機器（特開２００４−０５６８６６参照）や腕時計（特開２０００−１４７１６１参照）が知られている。
特開２００４−０５６８６６ 特開２０００−１４７１６１
ところで、従来の熱電発電装置にあっては、受熱部と放熱部との間に温度差が存在することが必須である。従って、例えば、受熱部の熱が熱電変換素子の熱伝導によって放熱部に流入し、受熱部と放熱部との間に温度差が無くなった場合、熱電発電はできなくなる。また、そもそも、発熱源から受熱部に熱が流入しない場合、発電ができない。それ故、従来の熱電発電装置を、例えば通常の生活環境下に放置した場合、即ち、例えば室内に熱電発電装置を放置した場合、熱電発電を行うことは困難である。また、従来の熱電発電装置によって、常時、熱電発電を行うことができる状況は限られており、特に、常温域での常時熱電発電は困難である。
通常、センシング装置はエネルギーを必要とし、このエネルギーは、一般に、電池や商用電源から給電される。そのため、電池の交換や充電とされるし、結線されている場合、利用に制約を受けるという問題がある。また、体温で発電する発電装置を搭載したものもあるが、センシング装置と発電デ装置を、別途、設ける必要があり、装置のサイズが大きなものとなり、あるいは又、複雑化してしまう。
従って、本発明の目的は、特に発熱源が存在しなくとも熱電発電を行うことを可能とする熱電発電装置及び熱電発電方法、電気信号検出装置及び電気信号検出方法を提供することにある。
上記の目的を達成するための本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係る熱電発電装置は、
（Ａ）第１支持部材、
（Ｂ）第１支持部材と対向して配置された第２支持部材、
（Ｃ）第１支持部材と第２支持部材との間に配置された熱電変換素子、並びに、
（Ｄ）熱電変換素子に接続された第１出力部及び第２出力部、
を備えており、
熱電変換素子は、
（Ｃ−１）第１支持部材と第２支持部材との間に配置された第１熱電変換部材、及び、
（Ｃ−２）第１支持部材と第２支持部材との間に配置され、第１熱電変換部材を構成する材料とは異なる材料から構成され、第１熱電変換部材と電気的に直列に接続された第２熱電変換部材、
から成り、
第１出力部は、第１熱電変換部材の第１支持部材側の端部に接続されており、
第２出力部は、第２熱電変換部材の第１支持部材側の端部に接続されている熱電発電装置である。
そして、本発明の第１の態様に係る熱電発電装置においては、第１支持部材と接する第１熱電変換部材の第１面の面積をＳ11、第２支持部材と接する第１熱電変換部材の第２面の面積をＳ12（但し、Ｓ11＞Ｓ12）、第１支持部材と接する第２熱電変換部材の第１面の面積をＳ21、第２支持部材と接する第２熱電変換部材の第２面の面積をＳ22（但し、Ｓ21＞Ｓ22）、第１支持部材の熱応答時定数をτSM1、第２支持部材の熱応答時定数をτSM2としたとき、
τSM1＞τSM2
Ｓ12 ≠Ｓ22
である。
また、本発明の第２の態様に係る熱電発電装置においては、第１熱電変換部材の体積をＶＬ1、第２熱電変換部材の体積をＶＬ2、第１支持部材の熱応答時定数をτSM1、第２支持部材の熱応答時定数をτSM2としたとき、
τSM1＞τSM2
ＶＬ1≠ＶＬ2
である。
上記の目的を達成するための本発明の第３の態様に係る熱電発電装置は、
（Ａ）第１支持部材、
（Ｂ）第１支持部材と対向して配置された第２支持部材、
（Ｃ）第１支持部材と第２支持部材との間に配置された第１熱電変換素子、
（Ｄ）第１支持部材と第２支持部材との間に配置された第２熱電変換素子、並びに、
（Ｅ）第１出力部及び第２出力部、
を備えており、
第１熱電変換素子は、第２支持部材と接する第１Ａ熱電変換部材と、第１支持部材と接する第１Ｂ熱電変換部材とが、接して配置されて成り、
第２熱電変換素子は、第１支持部材と接する第２Ａ熱電変換部材と、第２支持部材と接する第２Ｂ熱電変換部材とが、接して配置されて成り、
第１熱電変換素子と第２熱電変換素子とは電気的に直列に接続されており、
第１出力部は、第１Ｂ熱電変換部材の端部に接続されており、
第２出力部は、第２Ａ熱電変換部材の端部に接続されており、
第１支持部材の熱応答時定数をτSM1、第２支持部材の熱応答時定数をτSM2としたとき、
τSM1≠τSM2
である。
上記の目的を達成するための本発明の第４の態様に係る熱電発電装置は、
（Ａ）第１支持部材、
（Ｂ）第１支持部材と対向して配置された第２支持部材、
（Ｃ）第１支持部材と第２支持部材との間に配置された第１熱電変換素子、
（Ｄ）第１支持部材と第２支持部材との間に配置された第２熱電変換素子、並びに、
（Ｅ）第１出力部、第２出力部、第３出力部、及び、第４出力部、
を備えており、
第１熱電変換素子は、
（Ｃ−１）第１支持部材と第２支持部材との間に配置された第１熱電変換部材、及び、
（Ｃ−２）第１支持部材と第２支持部材との間に配置され、第１熱電変換部材を構成する材料とは異なる材料から構成され、第１熱電変換部材と電気的に直列に接続された第２熱電変換部材、
から成り、
第２熱電変換素子は、
（Ｄ−１）第１支持部材と第２支持部材との間に配置された第３熱電変換部材、及び、
（Ｄ−２）第１支持部材と第２支持部材との間に配置され、第３熱電変換部材を構成する材料とは異なる材料から構成され、第３熱電変換部材と電気的に直列に接続された第４熱電変換部材、
から成り、
第１出力部は、第１熱電変換部材に接続されており、
第２出力部は、第２熱電変換部材に接続されており、
第３出力部は、第３熱電変換部材に接続されており、
第４出力部は、第４熱電変換部材に接続されており、
第１支持部材の熱応答時定数をτSM1、第２支持部材の熱応答時定数をτSM2としたとき、
τSM1≠τSM2
である。
上記の目的を達成するための本発明の第５の態様に係る熱電発電装置は、
（Ａ）第１支持部材、
（Ｂ）第１支持部材と対向して配置された第２支持部材、
（Ｃ）第１支持部材と第２支持部材との間に配置された第１熱電変換素子、
（Ｄ）第１支持部材と第２支持部材との間に配置された第２熱電変換素子、
（Ｅ）第１支持部材と第２支持部材との間に配置された第３熱電変換素子、
（Ｆ）第１支持部材と第２支持部材との間に配置された第４熱電変換素子、並びに、
（Ｇ）第１出力部、第２出力部、第３出力部、及び、第４出力部、
を備えており、
第１熱電変換素子は、第２支持部材と接する第１Ａ熱電変換部材と、第１支持部材と接する第１Ｂ熱電変換部材とが、接して配置されて成り、
第２熱電変換素子は、第１支持部材と接する第２Ａ熱電変換部材と、第２支持部材と接する第２Ｂ熱電変換部材とが、接して配置されて成り、
第３熱電変換素子は、第２支持部材と接する第３Ａ熱電変換部材と、第１支持部材と接する第３Ｂ熱電変換部材とが、接して配置されて成り、
第４熱電変換素子は、第１支持部材と接する第４Ａ熱電変換部材と、第２支持部材と接する第４Ｂ熱電変換部材とが、接して配置されて成り、
第１熱電変換素子と第２熱電変換素子とは電気的に直列に接続されており、
第３熱電変換素子と第４熱電変換素子とは電気的に直列に接続されており、
第１出力部は、第１熱電変換素子に接続されており、
第２出力部は、第２熱電変換素子に接続されており、
第３出力部は、第３熱電変換素子に接続されており、
第４出力部は、第４熱電変換素子に接続されており、
第１支持部材の熱応答時定数をτSM1、第２支持部材の熱応答時定数をτSM2としたとき、
τSM1≠τSM2
である。
上記の目的を達成するための本発明の第１の態様に係る熱電発電方法は、上述した本発明の第１の態様に係る熱電発電装置を用いた熱電発電方法であり、上記の目的を達成するための本発明の第２の態様に係る熱電発電方法は、上述した本発明の第２の態様に係る熱電発電装置を用いた熱電発電方法であり、上記の目的を達成するための本発明の第３の態様に係る熱電発電方法は、上述した本発明の第３の態様に係る熱電発電装置を用いた熱電発電方法であり、
温度が変化する雰囲気に熱電発電装置を配し、
第２支持部材の温度が第１支持部材の温度よりも高いとき、第１支持部材と第２支持部材との温度差に起因して生成し、第２熱電変換部材から第１熱電変換部材へと流れる電流を、第１出力部を正極、第２出力部を負極として、外部に取り出し（本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係る熱電発電方法）、あるいは又、第２熱電変換素子から第１熱電変換素子へと流れる電流を、第１出力部を正極、第２出力部を負極として、外部に取り出す（本発明の第３の態様に係る熱電発電方法）。
上記の目的を達成するための本発明の第４Ａの態様に係る熱電発電方法は、上述した本発明の第４の態様に係る熱電発電装置を用いた熱電発電方法であり、
温度が変化する雰囲気に熱電発電装置を配し、
第２支持部材の温度が第１支持部材の温度よりも高いとき、第１支持部材と第２支持部材との温度差に起因して生成し、第２熱電変換部材から第１熱電変換部材へと流れる電流を、第１出力部を正極、第２出力部を負極として、外部に取り出し、
第１支持部材の温度が第２支持部材の温度よりも高いとき、第１支持部材と第２支持部材との温度差に起因して生成し、第４熱電変換部材から第３熱電変換部材へと流れる電流を、第３出力部を正極、第４出力部を負極として、外部に取り出す。
上記の目的を達成するための本発明の第４Ｂの態様に係る熱電発電方法は、上述した本発明の第４Ａの態様に係る熱電発電方法において、第２支持部材の温度が第１支持部材の温度よりも高いとき、第１支持部材と第２支持部材との温度差に起因して生成し、第２熱電変換部材から第１熱電変換部材へと流れる電流を、第１出力部を正極、第２出力部を負極として、外部に取り出し、第１支持部材の温度が第２支持部材の温度よりも高いとき、第１支持部材と第２支持部材との温度差に起因して生成し、第４熱電変換部材から第３熱電変換部材へと流れる電流を、第３出力部を正極、第４出力部を負極として、外部に取り出す代わりに、
第２支持部材の温度が第１支持部材の温度よりも高いとき、第１支持部材と第２支持部材との温度差に起因して生成し、第２熱電変換部材から第１熱電変換部材へと流れる電流を、第１出力部を正極、第２出力部を負極として、外部に取り出し、且つ、第４熱電変換部材から第３熱電変換部材へと流れる電流を、第３出力部を正極、第４出力部を負極として、外部に取り出す。
上記の目的を達成するための本発明の第５Ａの態様に係る熱電発電方法は、上述した本発明の第５の態様に係る熱電発電装置を用いた熱電発電方法であり、
温度が変化する雰囲気に熱電発電装置を配し、
第２支持部材の温度が第１支持部材の温度よりも高いとき、第１支持部材と第２支持部材との温度差に起因して生成し、第２熱電変換素子から第１熱電変換素子へと流れる電流を、第１出力部を正極、第２出力部を負極として、外部に取り出し、
第１支持部材の温度が第２支持部材の温度よりも高いとき、第１支持部材と第２支持部材との温度差に起因して生成し、第３熱電変換素子から第４熱電変換素子へと流れる電流を、第４出力部を正極、第３出力部を負極として、外部に取り出す。
上記の目的を達成するための本発明の第５Ｂの態様に係る熱電発電方法は、上述した本発明の第５Ａの態様に係る熱電発電方法において、第２支持部材の温度が第１支持部材の温度よりも高いとき、第１支持部材と第２支持部材との温度差に起因して生成し、第２熱電変換素子から第１熱電変換素子へと流れる電流を、第１出力部を正極、第２出力部を負極として、外部に取り出し、第１支持部材の温度が第２支持部材の温度よりも高いとき、第１支持部材と第２支持部材との温度差に起因して生成し、第３熱電変換素子から第４熱電変換素子へと流れる電流を、第４出力部を正極、第３出力部を負極として、外部に取り出す代わりに、
第２支持部材の温度が第１支持部材の温度よりも高いとき、第１支持部材と第２支持部材との温度差に起因して生成し、第２熱電変換素子から第１熱電変換素子へと流れる電流を、第１出力部を正極、第２出力部を負極として、外部に取り出し、且つ、第４熱電変換素子から第３熱電変換素子へと流れる電流を、第３出力部を正極、第４出力部を負極として、外部に取り出す。
上記の目的を達成するための本発明の第１の態様に係る電気信号検出方法は、上述した本発明の第１の態様に係る熱電発電装置を用いた電気信号検出方法であり、上記の目的を達成するための本発明の第２の態様に係る電気信号検出方法は、上述した本発明の第２の態様に係る熱電発電装置を用いた電気信号検出方法であり、上記の目的を達成するための本発明の第３の態様に係る電気信号検出方法は、上述した本発明の第３の態様に係る熱電発電装置を用いた電気信号検出方法であり、
温度が変化する雰囲気に熱電発電装置を配し、
第２支持部材の温度が第１支持部材の温度よりも高いとき、第１支持部材と第２支持部材との温度差に起因して生成し、第２熱電変換部材から第１熱電変換部材へと流れる電流を、電気信号として、第１出力部を正極、第２出力部を負極として、外部に取り出し（本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係る電気信号検出方法）、あるいは又、第２熱電変換素子から第１熱電変換素子へと流れる電流を、電気信号として、第１出力部を正極、第２出力部を負極として、外部に取り出し（本発明の第３の態様に係る電気信号検出方法）、該電気信号から複数種の電気信号を得る。
上記の目的を達成するための本発明の第４Ａの態様に係る電気信号検出方法は、上述した本発明の第４の態様に係る熱電発電装置を用いた電気信号検出方法であり、
温度が変化する雰囲気に熱電発電装置を配し、
第２支持部材の温度が第１支持部材の温度よりも高いとき、第１支持部材と第２支持部材との温度差に起因して生成し、第２熱電変換部材から第１熱電変換部材へと流れる電流を、電気信号として、第１出力部を正極、第２出力部を負極として、外部に取り出し、
第１支持部材の温度が第２支持部材の温度よりも高いとき、第１支持部材と第２支持部材との温度差に起因して生成し、第４熱電変換部材から第３熱電変換部材へと流れる電流を、電気信号として、第３出力部を正極、第４出力部を負極として、外部に取り出し、
該電気信号から複数種の電気信号を得る。
上記の目的を達成するための本発明の第４Ｂの態様に係る電気信号検出方法は、上述した本発明の第４Ａの態様に係る電気信号検出方法において、第２支持部材の温度が第１支持部材の温度よりも高いとき、第１支持部材と第２支持部材との温度差に起因して生成し、第２熱電変換部材から第１熱電変換部材へと流れる電流を、第１出力部を正極、第２出力部を負極として、外部に取り出し、第１支持部材の温度が第２支持部材の温度よりも高いとき、第１支持部材と第２支持部材との温度差に起因して生成し、第４熱電変換部材から第３熱電変換部材へと流れる電流を、第３出力部を正極、第４出力部を負極として、外部に取り出す代わりに、
第２支持部材の温度が第１支持部材の温度よりも高いとき、第１支持部材と第２支持部材との温度差に起因して生成し、第２熱電変換部材から第１熱電変換部材へと流れる電流を、電気信号として、第１出力部を正極、第２出力部を負極として、外部に取り出し、且つ、第４熱電変換部材から第３熱電変換部材へと流れる電流を、電気信号として、第３出力部を正極、第４出力部を負極として、外部に取り出し、
該電気信号から複数種の電気信号を得る。
上記の目的を達成するための本発明の第５Ａの態様に係る電気信号検出方法は、上述した本発明の第５の態様に係る熱電発電装置を用いた電気信号検出方法であり、
温度が変化する雰囲気に熱電発電装置を配し、
第２支持部材の温度が第１支持部材の温度よりも高いとき、第１支持部材と第２支持部材との温度差に起因して生成し、第２熱電変換素子から第１熱電変換素子へと流れる電流を、電気信号として、第１出力部を正極、第２出力部を負極として、外部に取り出し、
第１支持部材の温度が第２支持部材の温度よりも高いとき、第１支持部材と第２支持部材との温度差に起因して生成し、第３熱電変換素子から第４熱電変換素子へと流れる電流を、電気信号として、第４出力部を正極、第３出力部を負極として、外部に取り出し、
該電気信号から複数種の電気信号を得る。
上記の目的を達成するための本発明の第５Ｂの態様に係る電気信号検出方法は、上述した本発明の第５Ａの態様に係る電気信号検出方法において、第２支持部材の温度が第１支持部材の温度よりも高いとき、第１支持部材と第２支持部材との温度差に起因して生成し、第２熱電変換素子から第１熱電変換素子へと流れる電流を、第１出力部を正極、第２出力部を負極として、外部に取り出し、第１支持部材の温度が第２支持部材の温度よりも高いとき、第１支持部材と第２支持部材との温度差に起因して生成し、第３熱電変換素子から第４熱電変換素子へと流れる電流を、第４出力部を正極、第３出力部を負極として、外部に取り出す代わりに、
第２支持部材の温度が第１支持部材の温度よりも高いとき、第１支持部材と第２支持部材との温度差に起因して生成し、第２熱電変換素子から第１熱電変換素子へと流れる電流を、電気信号として、第１出力部を正極、第２出力部を負極として、外部に取り出し、且つ、第４熱電変換素子から第３熱電変換素子へと流れる電流を、電気信号として、第３出力部を正極、第４出力部を負極として、外部に取り出し、
該電気信号から複数種の電気信号を得る。
上記の目的を達成するための本発明の電気信号検出装置は、本発明の第１の態様〜第５の態様に係る熱電発電装置を少なくとも２つ備えており、各熱電発電装置から得られる電流を電気信号として得る。具体的には、本発明の電気信号検出装置は、
（０１）本発明の第１の態様に係る熱電発電装置を少なくとも１つ、本発明の第２の態様に係る熱電発電装置を少なくとも１つ備えている形態
（０２）本発明の第１の態様に係る熱電発電装置を少なくとも１つ、本発明の第３の態様に係る熱電発電装置を少なくとも１つ備えている形態
（０３）本発明の第１の態様に係る熱電発電装置を少なくとも１つ、本発明の第４の態様に係る熱電発電装置を少なくとも１つ備えている形態
（０４）本発明の第１の態様に係る熱電発電装置を少なくとも１つ、本発明の第５の態様に係る熱電発電装置を少なくとも１つ備えている形態
（０５）本発明の第２の態様に係る熱電発電装置を少なくとも１つ、本発明の第３の態様に係る熱電発電装置を少なくとも１つ備えている形態
（０６）本発明の第２の態様に係る熱電発電装置を少なくとも１つ、本発明の第４の態様に係る熱電発電装置を少なくとも１つ備えている形態
（０７）本発明の第２の態様に係る熱電発電装置を少なくとも１つ、本発明の第５の態様に係る熱電発電装置を少なくとも１つ備えている形態
（０８）本発明の第３の態様に係る熱電発電装置を少なくとも１つ、本発明の第４の態様に係る熱電発電装置を少なくとも１つ備えている形態
（０９）本発明の第３の態様に係る熱電発電装置を少なくとも１つ、本発明の第５の態様に係る熱電発電装置を少なくとも１つ備えている形態
（１０）本発明の第４の態様に係る熱電発電装置を少なくとも１つ、本発明の第５の態様に係る熱電発電装置を少なくとも１つ備えている形態
の１０通りの形態を挙げることができるし、（第１の態様，第２の態様，第３の態様，第４の態様，第５の態様）に係る熱電発電装置から、３種類、例えば、３つの熱電発電装置を選ぶ１０通りの組合せ、４種類、例えば、４つの熱電発電装置を選ぶ５通りの組合せ、５種類、例えば、５つの熱電発電装置を選ぶ１通りの組合せを挙げることができる。
本発明の第１の態様〜第５の態様に係る熱電発電装置、本発明の第１の態様〜第５Ｂの態様に係る熱電発電方法にて使用する熱電発電装置、本発明の第１の態様〜第５の態様に係る電気信号検出方法、本発明の電気信号検出装置にあっては、第１支持部材の熱応答時定数τSM1と第２支持部材の熱応答時定数τSM2とが異なっている。従って、温度が変化する雰囲気に熱電発電装置を配したとき、第１支持部材の温度と第２支持部材の温度との間に温度差が生じ得る。その結果、熱電変換素子、第１熱電変換素子あるいは第２熱電変換素子において熱電発電が生じる。即ち、特に発熱源が存在しなくとも、熱電発電装置を配した環境や雰囲気に温度変化や温度の揺らぎが存在すれば、熱電発電を行うことが可能となり、あるいは又、電気信号の生成が可能となる。それ故、遠隔地におけるリモートモニタリングやリモートセンシング等が可能となるし、一旦設置した後には発電装置の取付けが困難な場所、物理的な配線や結線が困難な場所へ発電装置を予め取り付けておくことができる。また、発電装置の設計やレイアウトの自由度を高めることができる。
しかも、本発明の第１の態様〜第５の態様に係る電気信号検出方法にあっては、１種類の電気信号から複数種の電気信号を得る。また、本発明の電気信号検出装置にあっては、１つの電気信号検出装置にて複数種の電気信号を得る。また、電気信号検出装置、それ自体が、発電装置を兼ねている。従って、電気信号検出装置の小型化、簡素化を図ることができるし、常時、モニタリング行うことが可能である。更には、システム全体の省電力化を図ることができる。
図１の（Ａ）は、実施例１の熱電発電装置の模式的な一部断面図であり、図１の（Ｂ）は、第１支持部材の温度（ＴA）と第２支持部材の温度（ＴB）、これらの温度の温度差（ΔＴ＝ＴB−ＴA）の変化、及び、第１出力部と第２出力部との間の電圧Ｖ1-2の変化を模式的に示す図である。 図２の（Ａ）は、実施例２の熱電発電装置の模式的な一部断面図であり、図２の（Ｂ）は、第１支持部材の温度（ＴA）と第２支持部材の温度（ＴB）、これらの温度の温度差（ΔＴ＝ＴB−ＴA）の変化、及び、第１出力部と第２出力部との間の電圧Ｖ1-2の変化を模式的に示す図である。 図３の（Ａ）は、実施例３の熱電発電装置の模式的な一部断面図であり、図３の（Ｂ）は、第１支持部材の温度（ＴA）と第２支持部材の温度（ＴB）、これらの温度の温度差（ΔＴ＝ＴB−ＴA）の変化、及び、第１出力部と第２出力部との間の電圧Ｖ1-2の変化を模式的に示す図である。 図４は、実施例４の熱電発電装置の模式的な一部平面図である。 図５の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）は、それぞれ、図４に示した実施例４の熱電発電装置の矢印Ａ−Ａ、矢印Ｂ−Ｂ、矢印Ｃ−Ｃ、矢印Ｄ−Ｄに沿った模式的な一部断面図である。 図６の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例５の熱電発電装置の模式的な一部断面図である。 図７は、実施例５における第１支持部材の温度（ＴA）と第２支持部材の温度（ＴB）、これらの温度の温度差（ΔＴ＝ＴB−ＴA）の変化、第１出力部と第２出力部との間の電圧Ｖ1-2の変化、及び、第３出力部と第４出力部との間の電圧Ｖ3-4の変化を模式的に示す図である。 図８の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例６の熱電発電装置の模式的な一部断面図である。 図９は、実施例６における第１支持部材の温度（ＴA）と第２支持部材の温度（ＴB）、これらの温度の温度差（ΔＴ＝ＴB−ＴA）の変化、第１出力部と第２出力部との間の電圧Ｖ1-2の変化、及び、第３出力部と第４出力部との間の電圧Ｖ3-4の変化を模式的に示す図である。 図１０の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例７の熱電発電装置の模式的な一部断面図である。 図１１は、実施例７における第１支持部材の温度（ＴA）と第２支持部材の温度（ＴB）、これらの温度の温度差（ΔＴ＝ＴB−ＴA）の変化、第１出力部と第２出力部との間の電圧Ｖ1-2の変化、及び、第３出力部と第４出力部との間の電圧Ｖ3-4の変化を模式的に示す図である。 図１２の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例８の熱電発電装置の模式的な一部断面図である。 図１３は、実施例８における第１支持部材の温度（ＴA）と第２支持部材の温度（ＴB）、これらの温度の温度差（ΔＴ＝ＴB−ＴA）の変化、第１出力部と第２出力部との間の電圧Ｖ1-2の変化、及び、第３出力部と第４出力部との間の電圧Ｖ3-4の変化を模式的に示す図である。 図１４の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例９の熱電発電装置の模式的な一部断面図である。 図１５は、実施例９における第１支持部材の温度（ＴA）と第２支持部材の温度（ＴB）、これらの温度の温度差（ΔＴ＝ＴB−ＴA）の変化、第１出力部と第２出力部との間の電圧Ｖ1-2の変化、及び、第３出力部と第４出力部との間の電圧Ｖ3-4の変化を模式的に示す図である。 図１６の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例１０の熱電発電装置の模式的な一部断面図である。 図１７の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ、整流回路の一例を示す回路図であり、図１７の（Ｄ）は、本発明の熱電発電装置の応用例の一例を示す概念図である。 図１８は、雰囲気の温度変化を正弦波状と仮定したとき、このような温度変化に対応して、第２支持部材の温度ＴBと第１支持部材の温度ＴAとの温度差ΔＴ（＝ＴB−ＴA）がどのように変化するかをシミュレーションした結果を示すグラフである。 図１９は、τ2＝０．１、一定とし、ωをパラメータとして種々、変化させたとき、τ1の値によってどのような値のΔＴが得られるかをシミュレーションした結果を示すグラフである。
以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明するが、本発明は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
１．本発明の熱電発電装置及び熱電発電方法、全般に関する説明
２．実施例１（本発明の第１の態様に係る熱電発電装置及び熱電発電方法）
３．実施例２（本発明の第２の態様に係る熱電発電方法及び本発明の第１の態様に係る熱電発電装置）
４．実施例３（本発明の第３の態様に係る熱電発電装置及び熱電発電方法）
５．実施例４（実施例３の変形）
６．実施例５（本発明の第４Ａの態様に係る熱電発電方法）
７．実施例６（本発明の第４Ｂの態様に係る熱電発電方法及び本発明の第４の態様に係る熱電発電装置）
８．実施例７（実施例６の変形）
９．実施例８（本発明の第５Ａの態様に係る熱電発電方法）
１０．実施例９（本発明の第５Ｂの態様に係る熱電発電方法及び本発明の第５の態様に係る熱電発電装置）
１１．実施例１０（実施例９の変形）
１２．実施例１１（実施例２の変形）
１３．実施例１２（本発明の第１の態様に係る電気信号検出方法、本発明の電気信号検出装置）
１４．実施例１３（本発明の第２の態様に係る電気信号検出方法）
１５．実施例１４（本発明の第３の態様に係る電気信号検出方法）
１６．実施例１５（本発明の第４Ａの態様に係る電気信号検出方法）
１７．実施例１６（本発明の第４Ｂの態様に係る電気信号検出方法）
１８．実施例１７（本発明の第５Ａの態様に係る電気信号検出方法）
１９．実施例１８（本発明の第５Ｂの態様に係る電気信号検出方法）、その他
［本発明の熱電発電装置及び熱電発電方法、全般に関する説明］
本発明の第４Ａの態様に係る熱電発電方法又は本発明の第４Ａの態様に係る電気信号検出方法における熱電発電装置、若しくは、本発明の第４の態様に係る熱電発電装置、本発明の第４の態様に係る熱電発電装置を適用した本発明の電気信号検出装置（以下、これらを総称して、『第４Ａの態様等に係る発明』と呼ぶ場合がある）にあっては、熱電発電装置において、
第１出力部は、第１熱電変換部材の第１支持部材側の端部に接続されており、
第２出力部は、第２熱電変換部材の第１支持部材側の端部に接続されており、
第３出力部は、第３熱電変換部材の第２支持部材側の端部に接続されており、
第４出力部は、第４熱電変換部材の第２支持部材側の端部に接続されている構成とすることができる。
本発明の第４Ｂの態様に係る熱電発電方法又は本発明の第４Ｂの態様に係る電気信号検出方法における熱電発電装置、若しくは、本発明の第４の態様に係る熱電発電装置、本発明の第４の態様に係る熱電発電装置を適用した本発明の電気信号検出装置（以下、これらを総称して、『第４Ｂの態様等に係る発明』と呼ぶ場合がある）にあっては、熱電発電装置において、
第１出力部は、第１熱電変換部材の第１支持部材側の端部に接続されており、
第２出力部は、第２熱電変換部材の第１支持部材側の端部に接続されており、
第３出力部は、第３熱電変換部材の第１支持部材側の端部に接続されており、
第４出力部は、第４熱電変換部材の第１支持部材側の端部に接続されている構成とすることができる。
そして、このような好ましい構成を含む第４Ｂの態様に係る発明等にあっては、熱電発電装置において、第１熱電変換素子の熱応答時定数をτTE1、第２熱電変換素子の熱応答時定数をτTE2としたとき、τTE1≠τTE2であることが好ましい。そして、この場合、
第１熱電変換部材は、面積Ｓ11の第１面、及び、面積Ｓ12（但し、Ｓ11＞Ｓ12）の第２面を有し、
第２熱電変換部材は、面積Ｓ21の第１面、及び、面積Ｓ22（但し、Ｓ21＞Ｓ22）の第２面を有し、
第３熱電変換部材は、面積Ｓ31の第１面、及び、面積Ｓ32（但し、Ｓ31＜Ｓ32）の第２面を有し、
第４熱電変換部材は、面積Ｓ41の第１面、及び、面積Ｓ42（但し、Ｓ41＜Ｓ42）の第２面を有し、
第１熱電変換部材及び第２熱電変換部材の第１面は第１支持部材と接しており、
第１熱電変換部材及び第２熱電変換部材の第２面は第２支持部材と接しており、
第３熱電変換部材及び第４熱電変換部材の第１面は第１支持部材と接しており、
第３熱電変換部材及び第４熱電変換部材の第２面は第２支持部材と接している構成とすることができる。このような構成における第１熱電変換部材、第２熱電変換部材、第３熱電変換部材及び第４熱電変換部材の具体的な形状として、切頭錐形状、より具体的には、切頭三角錐形状、切頭四角錐形状、切頭六角錐形状、切頭円錐形状を例示することができる。あるいは又、この場合、第１熱電変換部材の体積をＶＬ1、第２熱電変換部材の体積をＶＬ2、第３熱電変換部材の体積をＶＬ3、第４熱電変換部材の体積をＶＬ4としたとき、
ＶＬ1≠ＶＬ3
ＶＬ2≠ＶＬ4
である構成とすることができる。このような構成における第１熱電変換部材、第２熱電変換部材、第３熱電変換部材及び第４熱電変換部材の具体的な形状として、柱状、より具体的には、三角柱状、四角柱状、六角柱状、円柱状を例示することができる。尚、
ＶＬ1≠ＶＬ2
ＶＬ3≠ＶＬ4
であることがより好ましい。
本発明の第５Ａの態様に係る熱電発電方法又は本発明の第５Ａの態様に係る電気信号検出方法における熱電発電装置、若しくは、本発明の第５の態様に係る熱電発電装置、本発明の第５の態様に係る熱電発電装置を適用した本発明の電気信号検出装置（以下、これらを総称して、『第５Ａの態様等に係る発明』と呼ぶ場合がある）にあっては、熱電発電装置において、
第１出力部は、第１Ｂ熱電変換部材の端部に接続されており、
第２出力部は、第２Ａ熱電変換部材の端部に接続されており、
第３出力部は、第３Ａ熱電変換部材の端部に接続されており、
第４出力部は、第４Ｂ熱電変換部材の端部に接続されている構成とすることができる。
あるいは又、本発明の第５Ｂの態様に係る熱電発電方法又は本発明の第５Ｂの態様に係る電気信号検出方法における熱電発電装置、若しくは、本発明の第５の態様に係る熱電発電装置、本発明の第５の態様に係る熱電発電装置を適用した本発明の電気信号検出装置（以下、これらを総称して、『第５Ｂの態様等に係る発明』と呼ぶ場合がある）にあっては、熱電発電装置において、
第１出力部は、第１Ｂ熱電変換部材の端部に接続されており、
第２出力部は、第２Ａ熱電変換部材の端部に接続されており、
第３出力部は、第３Ｂ熱電変換部材の端部に接続されており、
第４出力部は、第４Ａ熱電変換部材の端部に接続されている構成とすることができる。
そして、このような好ましい構成を含む第５Ｂの態様等に係る発明にあっては、熱電発電装置において、第１熱電変換素子の熱応答時定数をτTE1、第２熱電変換素子の熱応答時定数をτTE2、第３熱電変換素子の熱応答時定数をτTE3、第４熱電変換素子の熱応答時定数をτTE4としたとき、
τTE1≠τTE3
τTE2≠τTE4
であることが好ましい。そして、この場合、第１熱電変換素子の体積をＶＬ1、第２熱電変換素子の体積をＶＬ2、第３熱電変換素子の体積をＶＬ3、第４熱電変換素子の体積をＶＬ4としたとき、
ＶＬ1≠ＶＬ3
ＶＬ2≠ＶＬ4
である構成とすることができる。あるいは又、第２支持部材と接する第１Ａ熱電変換部材の部分の面積をＳ12、第１支持部材と接する第２Ｂ熱電変換部材の部分の面積をＳ21、第２支持部材と接する第３Ａ熱電変換部材の部分の面積をＳ32、第１支持部材と接する第４Ｂ熱電変換部材の部分の面積をＳ41としたとき、
Ｓ12≠Ｓ32
Ｓ21≠Ｓ41
である構成とすることができ、更には、
Ｓ12≠Ｓ21
Ｓ32≠Ｓ41
である構成とすることができる。
以上に説明した種々の好ましい構成を含む、本発明の第１の態様〜第５Ｂの態様に係る熱電発電方法、本発明の第１の態様〜第５Ｂの態様に係る電気信号検出方法、あるいは本発明の第１の態様〜第５の態様に係る熱電発電装置、本発明の電気信号検出装置（以下、これらを総称して、単に、『本発明』と呼ぶ場合がある）において、熱電発電装置を構成する熱電変換素子の数は、本質的に任意であり、熱電発電装置に要求される熱発電量に基づき熱電変換素子の数を決定すればよい。
熱応答時定数τは、支持部材や熱電変換素子、熱電変換部材を構成する材料の密度ρ、比熱ｃ、熱伝達率ｈ、支持部材や熱電変換素子、熱電変換部材の体積ＶＬ、面積Ｓにより決まる。密度が大きく、比熱が大きく、熱伝達率が小さい材料を用い、体積が大きく、面積が小さければ、熱応答時定数の値は大きくなる。ここで、熱応答時定数τは、以下の式（１）で求めることができる。
τ＝（ρ・ｃ／ｈ）×（Ｖ／Ｓ） （１）
本発明においては、熱電発電装置の一端にステップ状の温度変化を与え、そのときの温度過渡応答を例えば赤外温度計にてモニタすることで、熱応答時定数を測定することができる。あるいは又、支持部材に十分に熱時定数の早い熱電対を取り付け、温度遷移を計測することで熱応答時定数を測定することができる。また、熱電変換素子の熱応答時定数は、同様の温度変化を与えた後に熱電発電装置の出力波形をモニタすることで熱電変換素子上下端の温度差を推定することができ、この出力電圧が最大となるポイントから最小となるまでの時間を計測することで得ることができる。
また、熱電発電装置が配された雰囲気の雰囲気温度をＴamb、支持部材の熱応答時定数をτSMとしたとき、支持部材の温度ＴSMは、以下の式（２）で求めることができる。
Ｔamb＝ＴSM＋τSM×（ｄＴSM／ｄｔ） （２）
ここで、雰囲気温度Ｔambの温度変化を、以下の式（３）で表される正弦波状と仮定する。
Ｔamb＝ΔＴamb×ｓｉｎ（ω・ｔ）＋Ａ （３）
但し、
ΔＴamb：雰囲気温度Ｔambの温度変化の振幅
ω ：角速度であり、温度変化の周期（ＴＭ）の逆数で２πを除した値
Ａ ：定数
である。
このような雰囲気温度Ｔambの温度変化に対して、熱応答時定数τ1，τ2を有する支持部材の熱応答Ｔ1，Ｔ2は、以下の式（４−１）、式（４−２）で表すことができる。
Ｔ1＝ΔＴamb（１＋τ1 2ω2）-1×ｓｉｎ（ω・ｔ＋ｋ1）＋Ｂ1 （４−１）
Ｔ2＝ΔＴamb（１＋τ2 2ω2）-1×ｓｉｎ（ω・ｔ＋ｋ2）＋Ｂ2 （４−２）
但し、
ｓｉｎ（ｋ1）＝（τ1・ω）・（１＋τ1 2ω2）-1
ｃｏｓ（ｋ1）＝（１＋τ1 2ω2）-1
ｓｉｎ（ｋ2）＝（τ2・ω）・（１＋τ2 2ω2）-1
ｃｏｓ（ｋ2）＝（１＋τ2 2ω2）-1
であり、ｋ1，ｋ2は位相遅れを表し、Ｂ1，Ｂ2は温度変化の中心温度である。
従って、第１支持部材の温度（ＴA）と第２支持部材の温度（ＴB）の温度の温度差（ΔＴ＝ＴB−ＴA）は、以下の式（５）で近似することができる。
ΔＴ＝［ΔＴamb・ω（τ1−τ2）］×（１＋τ1 2ω2）-1×（１＋τ2 2ω2）-1
×ｓｉｎ（ω・ｔ＋φ）＋Ｃ （５）
但し、
ｓｉｎ（φ）＝Ｎ（Ｍ2＋Ｎ2）-1
ｃｏｓ（φ）＝Ｍ（Ｍ2＋Ｎ2）-1
Ｃ ＝Ｂ1−Ｂ2
Ｍ ＝ω（τ1 2−τ2 2）
Ｎ ＝τ2（１＋τ1 2ω2）−τ1（１＋τ2 2ω2）
τ2＝０．１、一定とし、ωをパラメータとして種々、変化させたとき、τ1の値によってどのような値のΔＴが得られるかをシミュレーションした結果を図１９に示す。尚、ΔＴの値は、最大値が「１」となるように、規格化してある。尚、図１９中の符号「Ａ」〜「Ｏ」は、以下の温度変化の周期ＴＭを示す。
第４Ａの態様、第４Ｂの態様、第５Ａの態様、第５Ｂの態様に係る発明において、第１熱電変換素子及び第２熱電変換素子の配列は、本質的に任意であり、１列を第１熱電変換素子と第２熱電変換素子とが交互に占める配列；１列を複数の第１熱電変換素子から成る群と複数の第２熱電変換素子から成る群とが交互に占める配列；１列を第１熱電変換素子が占め、この列に隣接する列を第２熱電変換素子が占める配列；複数列を第１熱電変換素子が占め、これらの列に隣接する複数列を第２熱電変換素子が占める配列；熱電発電装置を複数の領域に分け、各領域を複数の第１熱電変換素子あるいは複数の第２熱電変換素子が占める配列を例示することができる。
本発明において、熱電変換部材を構成する材料は、周知の材料とすることができ、例えば、ビスマス・テルル系材料（具体的には、例えば、Ｂｉ2Ｔｅ3、Ｂｉ2Ｔｅ2.85Ｓｅ0.15）、ビスマス・テルル・アンチモン系材料、アンチモン・テルル系材料（具体的には、例えば、Ｓｂ2Ｔｅ3）、タリウム・テルル系材料、ビスマス・セレン系材料（具体的には、例えば、Ｂｉ2Ｓｅ3）、鉛・テルル系材料、錫・テルル系材料、ゲルマニウム・テルル系材料、Ｐｂ1-xＳｎxＴｅ化合物、ビスマス・アンチモン系材料、亜鉛・アンチモン系材料（具体的には、例えば、Ｚｎ4Ｓｂ3）、コバルト・アンチモン系材料（具体的には、例えば、ＣｏＳｂ3）、鉄・コバルト・アンチモン系材料、銀・アンチモン・テルル系材料（具体的には、例えば、ＡｇＳｂＴｅ2）、ＴＡＧＳ（Telluride of Antimony, Germaniumu and Silver）化合物、Ｓｉ−Ｇｅ系材料、シリサイド系材料［Ｆｅ−Ｓｉ系材料（具体的には、例えば、β−ＦｅＳｉ2）、Ｍｎ−Ｓｉ系材料（具体的には、例えば、ＭｎＳｉ2）、Ｃｒ−Ｓｉ系材料（具体的には、例えば、ＣｒＳｉ2）、Ｍｇ−Ｓｉ系材料（具体的には、例えば、Ｍｇ2Ｓｉ）］、スクッテルダイト系材料［ＭＸ3化合物（但し、ＭはＣｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、ＸはＰ、Ａｓ、Ｓｂ）、あるいは又、ＲＭ’4Ｘ12化合物（但し、ＲはＬａ、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｙｂ等、Ｍ’はＦｅ、Ｒｕ、Ｏｓ）］、ホウ素化合物［具体的には、例えば、ＭＢ6（但し、ＭはＣａ、Ｓｒ、Ｂａのアルカリ土類金属及びＹ等の希土類金属）］、Ｓｉ系材料、Ｇｅ系材料、クラスレート化合物、ホイスラー化合物、ハーフホイスラー化合物、希土類近藤半導体材料、遷移金属酸化物系材料（具体的には、例えば、ＮａxＣｏＯ2、ＮａＣｏ2Ｏ4、Ｃａ3Ｃｏ4Ｏ9）、酸化亜鉛系材料、酸化チタン系材料、酸化コバルト系材料、ＳｒＴｉＯ3、有機熱電変換材料（具体的には、例えば、ポリチオフェン、ポリアニリン）、クロメル合金、コンスタンタン、アルメル合金、ＴＧＳ（Triglycine Sulfate，硫酸三グリシン）、 ＰｂＴｉＯ3、Ｓｒ0.5Ｂａ0.5Ｎｂ2Ｏ6、ＰＺＴ、ＢａＯ−ＴｉＯ2系化合物、タングステンブロンズ（ＡxＢＯ3）、１５ペロブスカイト系材料、 ２４系ペロブスカイト系材料、 ＢｉＦｅＯ3、 Ｂｉ層状ペロブスカイト系材料を挙げることができる。熱電変換部材の材料は、化学量論的組成から外れていてもよい。そして、これらの材料の中でも、ビスマス・テルル系材料及びビスマス・テルル・アンチモン系材料を組み合わせて用いることが好ましい。より具体的には、例えば、第１熱電変換部材、第３熱電変換部材、第１Ａ熱電変換部材、第２Ａ熱電変換部材、第３Ａ熱電変換部材及び第４Ａ熱電変換部材の材料としてビスマス・テルル・アンチモン系材料を用い、第２熱電変換部材、第４熱電変換部材、第１Ｂ熱電変換部材、第２Ｂ熱電変換部材、第３Ｂ熱電変換部材及び第４Ｂ熱電変換部材の材料としてビスマス・テルル系材料を用いる形態とすることが好ましい。尚、この場合、第１熱電変換部材、第３熱電変換部材、第１Ａ熱電変換部材、第２Ａ熱電変換部材、第３Ａ熱電変換部材及び第４Ａ熱電変換部材はｐ型半導体としての挙動を示し、第２熱電変換部材、第４熱電変換部材、第１Ｂ熱電変換部材、第２Ｂ熱電変換部材、第３Ｂ熱電変換部材及び第４Ｂ熱電変換部材はｎ型半導体としての挙動を示す。第１熱電変換部材と第２熱電変換部材を構成する材料の両方がゼーベック効果を有していてもよいし、いずれか一方の材料のみがゼーベック効果を有していてもよい。同様に、第３熱電変換部材と第４熱電変換部材を構成する材料の両方がゼーベック効果を有していてもよいし、いずれか一方の材料のみがゼーベック効果を有していてもよい。第１Ａ熱電変換部材と第１Ｂ熱電変換部材との組合せ、第２Ａ熱電変換部材と第２Ｂ熱電変換部材との組合せ、第３Ａ熱電変換部材と第３Ｂ熱電変換部材との組合せ、第４Ａ熱電変換部材と第４Ｂ熱電変換部材との組合せにおいても同様である。
熱電変換部材や熱電変換素子の製造方法、熱電変換部材や熱電変換素子を所望の形状に賦形する方法として、熱電変換部材を構成する材料のインゴットを切削する方法、熱電変換部材を構成する材料をエッチングする方法、モールドを用いて成形する方法、メッキ法によって成膜する方法、ＰＶＤ法やＣＶＤ法とパターニング技術との組合せ、リフトオフ法を例示することができる。
第１支持部材及び第２支持部材を構成する材料として、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエチレン樹脂、熱硬化性エラストマー、熱可塑性エラストマー（シリコンゴム、エチレンゴム、プロピレンゴム、クロロプレンゴム）、例えばノルマルパラフィンで代表される潜熱蓄熱材料、化学蓄熱材料、加硫ゴム（天然ゴム）、ガラス、セラミックス（例えば、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＢｅＯ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＴｉＯ2、陶器、磁器）、ダイアモンド・ライク・カーボン（ＤＬＣ）やグラファイトといった炭素系材料、木材、各種の金属［例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、シリコン（Ｓｉ）、錫（Ｓｎ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、テルル（Ｔｅ）、セレン（Ｓｅ）］やこれら金属の合金、銅のナノ粒子等を例示することができる。第１支持部材及び第２支持部材は、これらの材料を、適宜、選択して、組み合わせればよい。第１支持部材や第２支持部材の外面に、例えば、フィンやヒートシンクを取り付けてもよいし、第１支持部材や第２支持部材の外面を粗面化したり、凹凸をつけ、熱交換効率の向上を図ってもよい。
潜熱蓄熱材料とは、材料の相変化、転移の際に外部とやり取りされる潜熱を熱エネルギーとして蓄える材料である。上述したノルマルパラフィン（例えば、ｎ−テトラデカン、ｎ−ペンタデカン、ｎ−ヘキサデカン、ｎ−ヘプタデカン、ｎ−オクタデカン、ｎ−ノナデカン、ｎ−イコサン等）は、室温程度であってもその組成により相変化が生じる。このような潜熱蓄熱材料を、蓄熱材料として、第１支持部材や第２支持部材、あるいは、第１支持部材や第２支持部材の一部に用いることで、より大きな熱容量を有する構造を小さい容積で実現することができる。それ故、熱電発電装置における熱電変換素子の小型化・低背化が可能となる。また、温度変化が生じ難く、長周期の温度変動を捉える熱電変換素子の構成材料としての利用が可能である。例えば、エポキシ樹脂の融解熱が２．２ｋＪ／ｋｇであるのに対して、２５゜Ｃに融点を有するノルマルパラフィンの融解熱は、例えば、８５ｋＪ／ｋｇである。従って、ノルマルパラフィンは、エポキシ樹脂の約４０倍の熱を蓄積することが可能である。化学蓄熱材料は、材料の化学反応熱を利用したものであり、例えば、Ｃａ（ＯＨ）2／ＣａＯ2＋Ｈ2やＮａ2Ｓ＋５Ｈ2Ｏ等を挙げることができる。
第１熱電変換部材と第２熱電変換部材、第３熱電変換部材と第４熱電変換部材、第１熱電変換素子と第２熱電変換素子、第３熱電変換素子と第４熱電変換素子とを電気的に直列に接続するためには、支持部材に電極を設ければよいが、電極を設けることは必須ではない。係る電極は、導電性を有する材料であれば、本質的に任意の材料を用いることができ、例えば、熱電変換部材や熱電変換素子の側から、チタン層、金層、ニッケル層が積層された電極構造を例示することができる。電極の一部が出力部を兼ねる構成とすることが、熱電発電装置の構造、構成の簡素化といった観点から好ましい。場合によっては、熱電変換部材や熱電変換素子の延在部から電極を構成することもできる。
熱電発電装置を、例えば、適切な樹脂で封止してもよい。第１支持部材や第２支持部材に蓄熱手段を配してもよい。熱電変換部材と熱電変換部材、熱電変換素子と熱電変換素子との間は、空隙のままとしてもよいし、絶縁材料で充填してもよい。
本発明は、温度が変化する雰囲気において熱電発電を行う如何なる技術分野へも適用することができる。具体的には、係る技術分野として、あるいは又、本発明の熱電発電装置を組み込むのに適した装置として、テレビジョン受像機や録画装置、エアーコンディショニング装置等の各種機器の操作のためのリモートコントロール装置；各種計測装置（例えば、土壌の状態をモニタリングするための計測装置、天候や気象をモニタリングするための計測装置）；遠隔地におけるリモートモニタリング装置やリモートセンシング装置；携帯通信機器；時計；身体あるいは動物、家畜、ペットの体温、血圧、脈拍等の生体情報を入手するための計測装置やこれらの生体情報に基づく各種情報の検出・抽出装置；２次電池への充電のための電源；自動車の排気熱を利用した発電装置；バッテリレスの無線システム；ワイヤレスセンサネットワークのセンサノード；タイヤ圧モニタリングシステム（ＴＰＭＳ）；照明機器の操作のためのリモートコントロール装置及びスイッチ；温度情報を入力信号若しくは入力信号とエネルギー源として入力信号に同期した動作をするシステム；携帯型音楽再生機器若しくは補聴器、携帯型音楽再生機器のノイズキャンセリングシステムの電源等を挙げることができる。また、一旦設置した後には発電装置の取付けが困難な場所、物理的な配線や結線が困難な場所への本発明の適用は最適である。また、本発明の電気信号検出装置を機械や建築物に取り付け、機械や建築物に周期的な温度変化を与えることで、異常の発生の有無を検出することが可能である。また、鍵や携帯電話等へ取り付けて、永続的に自己発電することで、これらの位置情報を間欠動作で伝えるシステムの構築も可能である。
実施例１は、本発明の第１の態様に係る熱電発電装置及び本発明の第１の態様に係る熱電発電方法に関する。実施例１の熱電発電装置の模式的な一部断面図を図１の（Ａ）に示し、第１支持部材の温度（ＴA）と第２支持部材の温度（ＴB）、これらの温度の温度差（ΔＴ＝ＴB−ＴA）の変化、及び、第１出力部と第２出力部との間の電圧Ｖ1-2の変化を、模式的に図１の（Ｂ）に示す。尚、各実施例を説明する図面においては、４個あるいは８個の熱電変換素子、熱電変換部材を図示しているが、熱電変換素子、熱電変換部材の数は、これらに限定するものではない。
実施例１あるいは後述する実施例２の熱電発電装置は、
（Ａ）第１支持部材１１、
（Ｂ）第１支持部材１１と対向して配置された第２支持部材１２、
（Ｃ）第１支持部材１１と第２支持部材１２との間に配置された熱電変換素子、並びに、
（Ｄ）熱電変換素子に接続された第１出力部４１及び第２出力部４２、
を備えている。
そして、実施例１あるいは後述する実施例２における熱電変換素子は、
（Ｃ−１）第１支持部材１１と第２支持部材１２との間に配置された第１熱電変換部材２１Ａ，２１Ｂ、及び、
（Ｃ−２）第１支持部材１１と第２支持部材１２との間に配置され、第１熱電変換部材２１Ａ，２１Ｂを構成する材料とは異なる材料から構成され、第１熱電変換部材２１Ａ，２１Ｂと電気的に直列に接続された第２熱電変換部材２２Ａ，２２Ｂ、
から成る。
更には、実施例１あるいは後述する実施例２の熱電発電装置にあっては、より具体的には、第１熱電変換部材２１Ａ，２１Ｂと第２熱電変換部材２２Ａ，２２Ｂとは、第２支持部材１２に設けられた配線３２によって電気的に直列に接続されており、更には、第２熱電変換部材２２Ａ，２２Ｂと第１熱電変換部材２１Ａ，２１Ｂとは、第１支持部材１１に設けられた配線３１によって電気的に直列に接続されている。また、第１出力部４１は、第１熱電変換部材２１Ａ，２１Ｂの第１支持部材側の端部に接続されており、第２出力部４２は、第２熱電変換部材２２Ａ，２２Ｂの第１支持部材側の端部に接続されている。
ここで、第１支持部材１１はＡｌ2Ｏ3から成り、第２支持部材１２はエポキシ樹脂から成る。第１熱電変換部材あるいは後述する第３熱電変換部材、第１Ａ熱電変換部材、第２Ａ熱電変換部材、第３Ａ熱電変換部材及び第４Ａ熱電変換部材は、ｐ型導電型を示すビスマス・テルル・アンチモンから成り、第２熱電変換部材あるいは後述する第４熱電変換部材、第１Ｂ熱電変換部材、第２Ｂ熱電変換部材、第３Ｂ熱電変換部材及び第４Ｂ熱電変換部材は、ｎ型導電型を示すビスマス・テルルから成る。第１出力部４１、第２出力部４２、配線３１，３２は、支持部材側から、チタン層、金層、ニッケル層の多層構造から構成されている。熱電変換部材と配線との接合は、周知の接合技術を用いればよい。また、第１熱電変換部材、第１熱電変換素子のゼーベック係数をＳＢ1、第２熱電変換部材、第２熱電変換素子のゼーベック係数をＳＢ2、第３熱電変換部材、第３熱電変換素子のゼーベック係数をＳＢ3、第４熱電変換部材、第４熱電変換素子のゼーベック係数をＳＢ4とする。後述する実施例２〜実施例１０においても同様である。
そして、実施例１の熱電発電装置にあっては、第１支持部材１１と接する第１熱電変換部材２１Ａの第１面２１Ａ1の面積をＳ11、第２支持部材１２と接する第１熱電変換部材２１Ａの第２面２１Ａ2の面積をＳ12（但し、Ｓ11＞Ｓ12）、第１支持部材１１と接する第２熱電変換部材２２Ａの第１面２２Ａ1の面積をＳ21、第２支持部材１２と接する第２熱電変換部材２２Ａの第２面２２Ａ2の面積をＳ22（但し、Ｓ21＞Ｓ22）とし、第１支持部材１１の熱応答時定数をτSM1、第２支持部材１２の熱応答時定数をτSM2としたとき、
τSM1＞τSM2
である。実施例１にあっては、更には、
Ｓ12 ≠Ｓ22
である。尚、第１熱電変換部材２１Ａ及び第２熱電変換部材２２Ａは、切頭錐形状、より具体的には、切頭四角錐形状を有する。
実施例１あるいは後述する実施例２の熱電発電方法にあっては、熱電発電装置を温度が変化する雰囲気に配する。そして、第２支持部材１２の温度が第１支持部材１１の温度よりも高いとき、第１支持部材１１と第２支持部材１２との温度差に起因して生成し、第２熱電変換部材２２Ａ，２２Ｂから第１熱電変換部材２１Ａ，２１Ｂへと流れる電流を、第１出力部４１を正極（プラス極）、第２出力部４２を負極（マイナス極）として、外部に取り出す。この場合、第１出力部４１と第２出力部４２との間には交流が流れるので、周知の半波整流回路を用いて直流に変換し、更に、平滑化を行えばよい。尚、第１支持部材１１の温度が第２支持部材１２の温度よりも高いとき、第１支持部材１１と第２支持部材１２との温度差に起因して生成し、第１熱電変換部材２１Ａ，２１Ｂから第２熱電変換部材２２Ａ，２２Ｂへと流れる電流を、第２出力部４２を正極、第１出力部４１を負極として、外部に取り出すことができる。そして、この場合には、周知の全波整流回路を用いて交流を直流に変換し、更に、平滑化を行えばよい。
ここで、τSM1＞τSM2であるが故に、温度が変化する雰囲気（図１の（Ｂ）において、楕円「Ａ」で囲った時刻における雰囲気温度をＴambとする）に熱電発電装置を配したとき、第２支持部材１２の温度ＴBは、速やかに雰囲気温度Ｔambあるいはその近傍の温度となる。一方、τSM1＞τSM2であるが故に、第１支持部材１１の温度ＴAは、第２支持部材１２の温度変化に遅れて変化する。従って、第１支持部材１１の温度ＴA（＜Ｔamb）と第２支持部材１２の温度ＴB（＝Ｔamb）との間には、温度差ΔＴ（＝ＴB−ＴA）が生じる。第１支持部材１１と接する第１熱電変換部材２１Ａの第１面２１Ａ1の近傍の温度をＴ11、第２支持部材１２と接する第１熱電変換部材２１Ａの第２面２１Ａ2の近傍の温度をＴ12、第１支持部材１１と接する第２熱電変換部材２２Ａの第１面２２Ａ1の近傍の温度をＴ21、第２支持部材１２と接する第２熱電変換部材２２Ａの第２面２２Ａ2の近傍の温度をＴ22としたとき、概ね、
Ｔ12＝Ｔ22＞Ｔ11＝Ｔ21
の関係にある。そして、１つの熱電変換素子による起電力ＥＭＦは、
ＥＭＦ＝Ｔ12×ＳＢ1−Ｔ21×ＳＢ2
で求めることができる。
雰囲気の温度変化を正弦波状と仮定し、温度変化における最高温度と最低温度の差ΔＴambを２゜Ｃと仮定し、温度変化の周期（ＴＭ＝２π／ω）を１０分と仮定した。そして、このような温度変化に対応して、第２支持部材１２の温度ＴBと第１支持部材１１の温度ＴAとの温度差ΔＴ（＝ＴB−ＴA）がどのように変化するかをシミュレーションした結果を、図１８に示す。尚、図１８において、「Ｂ」にて示す曲線は、第２支持部材１２の温度ＴBの温度変化を示し、「Ａ」にて示す曲線は、第１支持部材１１の温度ＴAの温度変化を示す。
実施例２は、本発明の第２の態様に係る熱電発電装置及び本発明の第２の態様に係る熱電発電方法に関する。実施例２の熱電発電装置の模式的な一部断面図を図２の（Ａ）に示し、第１支持部材の温度（ＴA）と第２支持部材の温度（ＴB）、これらの温度の温度差（ΔＴ＝ＴB−ＴA）の変化、及び、第１出力部と第２出力部との間の電圧Ｖ1-2の変化を、模式的に図２の（Ｂ）に示す。
実施例２にあっては、実施例１と異なり、第１熱電変換部材２１Ｂ及び第２熱電変換部材２２Ｂは、柱状、より具体的には、四角柱状を有する。そして、第１熱電変換部材２１Ｂの体積をＶＬ1、第２熱電変換部材２２Ｂの体積をＶＬ2、第１支持部材１１の熱応答時定数をτSM1、第２支持部材１２の熱応答時定数をτSM2としたとき、
τSM1＞τSM2
ＶＬ1≠ＶＬ2（但し、実施例２にあっては、具体的には、ＶＬ1＜ＶＬ2）
である。
ここで、τSM1＞τSM2であるが故に、実施例１と同様に、温度が変化する雰囲気（図２の（Ｂ）において、楕円「Ａ」で囲った時刻における雰囲気温度をＴambとする）に熱電発電装置を配したとき、第２支持部材１２の温度ＴBは、速やかに雰囲気温度Ｔambあるいはその近傍の温度となる。一方、τSM1＞τSM2であるが故に、第１支持部材１１の温度ＴAは、第２支持部材１２の温度変化に遅れて変化する。従って、第１支持部材１１の温度ＴA（＜Ｔamb）と第２支持部材１２の温度ＴB（＝Ｔamb）との間には、温度差ΔＴ（＝ＴB−ＴA）が生じる。第１支持部材１１と接する第１熱電変換部材２１Ｂの第１面２１Ｂ1の近傍の温度をＴ11、第２支持部材１２と接する第１熱電変換部材２１Ｂの第２面２１Ｂ2の近傍の温度をＴ12、第１支持部材１１と接する第２熱電変換部材２２Ｂの第１面２２Ｂ1の近傍の温度をＴ21、第２支持部材１２と接する第２熱電変換部材２２Ｂの第２面２２Ｂ2の近傍の温度をＴ22としたとき、ＶＬ1＜ＶＬ2とすれば、
Ｔ12＞Ｔ22＞Ｔ11＞Ｔ21
Ｔ12−Ｔ11＞Ｔ22−Ｔ21
の関係にある。そして、１つの熱電変換素子による起電力ＥＭＦは、
ＥＭＦ＝（Ｔ12−Ｔ11）×ＳＢ1＋（Ｔ21−Ｔ22）×ＳＢ2
で求めることができる。
実施例３は、本発明の第３の態様に係る熱電発電装置及び本発明の第３の態様に係る熱電発電方法に関する。実施例３の熱電発電装置の模式的な一部断面図を図３の（Ａ）に示し、第１支持部材の温度（ＴA）と第２支持部材の温度（ＴB）、これらの温度の温度差（ΔＴ＝ＴB−ＴA）の変化、及び、第１出力部と第２出力部との間の電圧Ｖ1-2の変化を、模式的に図３の（Ｂ）に示す。
実施例３の熱電発電装置は、
（Ａ）第１支持部材１１、
（Ｂ）第１支持部材１１と対向して配置された第２支持部材１２、
（Ｃ）第１支持部材１１と第２支持部材１２との間に配置された第１熱電変換素子１２１Ｃ、
（Ｄ）第１支持部材１１と第２支持部材１２との間に配置された第２熱電変換素子１２２Ｃ、並びに、
（Ｅ）第１出力部１４１及び第２出力部１４２、
を備えている。
そして、実施例３の熱電発電装置において、第１熱電変換素子１２１Ｃは、第２支持部材１２と接する第１Ａ熱電変換部材１２１ＣAと、第１支持部材１１と接する第１Ｂ熱電変換部材１２１ＣBとが、接して配置されて成る（具体的には、積層されて成る）。また、第２熱電変換素子１２２Ｃは、第１支持部材１１と接する第２Ａ熱電変換部材１２２ＣAと、第２支持部材１２と接する第２Ｂ熱電変換部材１２２ＣBとが、接して配置されて成る（具体的には、積層されて成る）。更には、第１熱電変換素子１２１Ｃと第２熱電変換素子１２２Ｃとは電気的に直列に接続されている。また、第１出力部１４１は、第１Ｂ熱電変換部材１２１ＣBの端部に接続されており、第２出力部１４２は、第２Ａ熱電変換部材１２２ＣAの端部に接続されている。第１Ａ熱電変換部材１２１ＣAと第２Ｂ熱電変換部材１２２ＣBとは、第２支持部材１２に設けられた配線３２によって電気的に接続されており、第２Ａ熱電変換部材１２２ＣAと第１Ｂ熱電変換部材１２１ＣBとは、第１支持部材１１に設けられた配線３１によって電気的に接続されている。
更には、第１支持部材１１の熱応答時定数をτSM1、第２支持部材１２の熱応答時定数をτSM2としたとき、
τSM1≠τSM2
である。第１熱電変換素子１２１Ｃ及び第２熱電変換素子１２２Ｃは、柱状、より具体的には、四角柱状である。
実施例３の熱電発電方法にあっては、熱電発電装置を温度が変化する雰囲気に配する。そして、第２支持部材１２の温度が第１支持部材１１の温度よりも高いとき、第１支持部材１１と第２支持部材１２との温度差に起因して生成し、第２熱電変換素子１２２Ｃから第１熱電変換素子１２１Ｃへと流れる電流を、第１出力部１４１を正極、第２出力部１４２を負極として、外部に取り出す。この場合、第１出力部１４１と第２出力部１４２との間には交流が流れるので、周知の半波整流回路を用いて直流に変換し、更に、平滑化を行えばよい。尚、第１支持部材１１の温度が第２支持部材１２の温度よりも高いとき、第１支持部材１１と第２支持部材１２との温度差に起因して生成し、第１熱電変換素子１２１Ｃから第２熱電変換素子１２２Ｃへと流れる電流を、第２出力部１４２を正極、第１出力部１４１を負極として、外部に取り出すことができる。この場合には、周知の全波整流回路を用いて交流を直流に変換し、更に、平滑化を行えばよい。
ここで、τSM1＞τSM2としたとき、温度が変化する雰囲気（図３の（Ｂ）において、楕円「Ａ」で囲った時刻における雰囲気温度をＴambとする）に熱電発電装置を配すれば、第２支持部材１２の温度ＴBは、速やかに雰囲気温度Ｔambあるいはその近傍の温度となる。一方、τSM1＞τSM2であるが故に、第１支持部材１１の温度ＴAは、第２支持部材１２の温度変化に遅れて変化する。従って、第１支持部材１１の温度ＴA（＜Ｔamb）と第２支持部材１２の温度ＴB（＝Ｔamb）との間には、温度差ΔＴ（＝ＴB−ＴA）が生じる。第２支持部材１２と接する第１熱電変換素子１２１Ｃの第２面１２１Ｃ2及び第２熱電変換素子１２２Ｃの第２面１２２Ｃ2の近傍の温度をＴ2とし、第１支持部材１１と接する第１熱電変換素子１２１Ｃの第１面１２１Ｃ1及び第２熱電変換素子１２２Ｃの第１面１２２Ｃ1の近傍の温度をＴ1としたとき、
Ｔ2＞Ｔ1
の関係にある。そして、１組の熱電変換素子１２１Ｃ，１２２Ｃによる起電力ＥＭＦは、
ＥＭＦ＝Ｔ2×ＳＢ1−Ｔ1×ＳＢ2
で求めることができる。
実施例４は、実施例３の変形である。実施例３においては、第１熱電変換素子１２１Ｃ及び第２熱電変換素子１２２Ｃを積層型とした。即ち、第１Ａ熱電変換部材１２１ＣAと第１Ｂ熱電変換部材１２１ＣBとを積層し、第２Ａ熱電変換部材１２２ＣAとと第２Ｂ熱電変換部材１２２ＣBとを積層した。一方、実施例４においては、第１熱電変換素子２２１Ｃ及び第２熱電変換素子２２２Ｃを水平配置型とする。実施例４の熱電発電装置の模式的な一部平面図を図４に示し、図４に示した実施例４の熱電発電装置の矢印Ａ−Ａ、矢印Ｂ−Ｂ、矢印Ｃ−Ｃ、矢印Ｄ−Ｄ、矢印Ｅ−Ｅに沿った模式的な一部断面図を、図５の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）及び（Ｅ）に示す。尚、図４においては、熱電発電装置の構成要素を明確化するために、斜線を付した。
実施例４にあっては、第１熱電変換素子２２１Ｃは、第２支持部材２１２と接する第１Ａ熱電変換部材２２１ＣAと、第１支持部材２１１と接する第１Ｂ熱電変換部材２２１ＣBとが、水平方向に接して配置されて成る。また、第２熱電変換素子２２２Ｃは、第１支持部材２１１と接する第２Ａ熱電変換部材２２２ＣAと、第２支持部材２１２と接する第２Ｂ熱電変換部材２２２ＣBとが、水平方向に接して配置されて成る。より具体的には、第１Ａ熱電変換部材２２１ＣAと第１Ｂ熱電変換部材２２１ＣBとは、接合部材２１３を介して、端面と端面とが水平方向において接している。同様に、第２Ａ熱電変換部材２２２ＣAと第２Ｂ熱電変換部材２２２ＣBとは、接合部材２１３を介して、端面と端面とが水平方向において接している。更には、第１Ａ熱電変換部材２２１ＣAの端部及び第２Ｂ熱電変換部材２２２ＣBの端部に下方には、第２支持部材２１２が配置されており、第１Ａ熱電変換部材２２１ＣA及び第２Ｂ熱電変換部材２２２ＣBは、第２支持部材２１２によって支持されている。同様に、第１Ｂ熱電変換部材２２１ＣBの端部及び第２Ａ熱電変換部材２２２ＣAの端部に下方には、第１支持部材２１１が配置されており、第１Ｂ熱電変換部材２２１ＣB及び第２Ａ熱電変換部材２２２ＣAは、第１支持部材２１１によって支持されている。
更には、第１熱電変換素子２２１Ｃと第２熱電変換素子２２２Ｃとは電気的に直列に接続されている。また、第１出力部２４１は、第１Ｂ熱電変換部材２２１ＣBの端部に接続されており、第２出力部２４２は、第２Ａ熱電変換部材２２２ＣAの端部に接続されている。第１Ａ熱電変換部材２２１ＣAと第２Ｂ熱電変換部材２２２ＣBとは、第２支持部材２１２に設けられた配線２３２によって電気的に接続されており、第２Ａ熱電変換部材２２２ＣAと第１Ｂ熱電変換部材２２１ＣBとは、第１支持部材１２に設けられた配線２３１によって電気的に接続されている。
そして，実施例３と同様に、第１支持部材２１１の熱応答時定数をτSM1、第２支持部材２１２の熱応答時定数をτSM2としたとき、
τSM1≠τSM2
である。第１熱電変換素子２２１Ｃ及び第２熱電変換素子２２２Ｃは、直方体（平板状）である。
実施例４の熱電発電方法にあっては、熱電発電装置を温度が変化する雰囲気に配する。そして、第２支持部材２１２の温度が第１支持部材２１１の温度よりも高いとき、第１支持部材２１１と第２支持部材２１２との温度差に起因して生成し、第２熱電変換素子２２２Ｃから第１熱電変換素子２２１Ｃへと流れる電流を、第１出力部２４１を正極、第２出力部２４２を負極として、外部に取り出す。この場合、第１出力部２４１と第２出力部２４２との間には交流が流れるので、周知の半波整流回路を用いて直流に変換し、更に、平滑化を行えばよい。尚、第１支持部材２１１の温度が第２支持部材２１２の温度よりも高いとき、第１支持部材２１１と第２支持部材２１２との温度差に起因して生成し、第１熱電変換素子２２１Ｃから第２熱電変換素子２２２Ｃへと流れる電流を、第２出力部２４２を正極、第１出力部２４１を負極として、外部に取り出すことができる。この場合には、周知の全波整流回路を用いて交流を直流に変換し、更に、平滑化を行えばよい。
ここで、τSM1＞τSM2としたとき、温度が変化する雰囲気（図３の（Ｂ）において、楕円「Ａ」で囲った時刻における雰囲気温度をＴambとする）に熱電発電装置を配すれば、第２支持部材２１２の温度ＴBは、速やかに雰囲気温度Ｔambあるいはその近傍の温度となる。一方、τSM1＞τSM2であるが故に、第１支持部材２１１の温度ＴAは、第２支持部材２１２の温度変化に遅れて変化する。従って、第１支持部材２１１の温度ＴA（＜Ｔamb）と第２支持部材２１２の温度ＴB（＝Ｔamb）との間には、温度差ΔＴ（＝ＴB−ＴA）が生じる。第２支持部材２１２と接する第１Ａ熱電変換部材２２１ＣA及び第２Ｂ熱電変換部材２２２ＣBの近傍の温度をＴ2とし、第１支持部材２１１と接する第１Ｂ熱電変換部材２２１ＣB及び第２Ａ熱電変換部材２２２ＣAの近傍の温度をＴ1としたとき、
Ｔ2＞Ｔ1
の関係にある。そして、１組の熱電変換素子２２１Ｃ，２２２Ｃによる起電力ＥＭＦは、
ＥＭＦ＝Ｔ2×ＳＢ1−Ｔ1×ＳＢ2
で求めることができる。
場合によっては、接合部材２１３の熱応答時定数をτSM3としたとき、
τSM3≠τSM1
τSM3≠τSM2
τSM1＝τSM2
を満足する構成としてもよい。
実施例５は、本発明の第４Ａの態様に係る熱電発電方法に関する。実施例５の熱電発電方法での使用に適した熱電発電装置の模式的な一部断面図を図６の（Ａ）及び（Ｂ）に示し、第１支持部材の温度（ＴA）と第２支持部材の温度（ＴB）、これらの温度の温度差（ΔＴ＝ＴB−ＴA）の変化、第１出力部と第２出力部との間の電圧Ｖ1-2の変化、及び、第３出力部と第４出力部との間の電圧Ｖ3-4の変化を、模式的に図７に示す。
実施例５あるいは後述する実施例６〜実施例７の熱電発電装置は、
（Ａ）第１支持部材１１、
（Ｂ）第１支持部材１１と対向して配置された第２支持部材１２、
（Ｃ）第１支持部材１１と第２支持部材１２との間に配置された第１熱電変換素子、
（Ｄ）第１支持部材１１と第２支持部材１２との間に配置された第２熱電変換素子、並びに、
（Ｅ）第１出力部４１、第２出力部４２、第３出力部４３、及び、第４出力部４４、
を備えており、
第１熱電変換素子は、
（Ｃ−１）第１支持部材１１と第２支持部材１２との間に配置された第１熱電変換部材２１Ｄ，２１Ｅ，２１Ｆ、及び、
（Ｃ−２）第１支持部材１１と第２支持部材１２との間に配置され、第１熱電変換部材２１Ｄ，２１Ｅ，２１Ｆを構成する材料とは異なる材料から構成され、第１熱電変換部材２１Ｄ，２１Ｅ，２１Ｆと電気的に直列に接続された第２熱電変換部材２２Ｄ，２２Ｅ，２２Ｆ、
から成り、
第２熱電変換素子は、
（Ｄ−１）第１支持部材１１と第２支持部材１２との間に配置された第３熱電変換部材２３Ｄ，２３Ｅ，２３Ｆ、及び、
（Ｄ−２）第１支持部材１１と第２支持部材１２との間に配置され、第３熱電変換部材２３Ｄ，２３Ｅ，２３Ｆを構成する材料とは異なる材料から構成され、第３熱電変換部材２３Ｄ，２３Ｅ，２３Ｆと電気的に直列に接続された第４熱電変換部材２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆ、
から成る。
そして、第１出力部４１は第１熱電変換部材２１Ｄ，２１Ｅ，２１Ｆに接続されており、第２出力部４２は第２熱電変換部材２２Ｄ，２２Ｅ，２２Ｆに接続されており、第３出力部４３は第３熱電変換部材２３Ｄ，２３Ｅ，２３Ｆに接続されており、第４出力部４４は第４熱電変換部材２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆに接続されている。
より具体的には、実施例５あるいは後述する実施例６〜実施例７において、第１熱電変換部材２１Ｄ，２１Ｅ，２１Ｆと第２熱電変換部材２２Ｄ，２２Ｅ，２２Ｆとは、第２支持部材１２に設けられた配線３１Ｂによって電気的に直列に接続されており、更には、第２熱電変換部材２２Ｄ，２２Ｅ，２２Ｆと第１熱電変換部材２１Ｄ，２１Ｅ，２１Ｆとは、第１支持部材１１に設けられた配線３１Ａによって電気的に直列に接続されている。また、第３熱電変換部材２３Ｄ，２３Ｅ，２３Ｆと第４熱電変換部材２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆとは、第１支持部材１１に設けられた配線３２Ａによって電気的に直列に接続されており、更には、第４熱電変換部材２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆと第３熱電変換部材２３Ｄ，２３Ｅ，２３Ｆとは、第２支持部材１２に設けられた配線３２Ｂによって電気的に直列に接続されている。
第１熱電変換部材２１Ｄは、面積Ｓ11の第１面２１Ｄ1、及び、面積Ｓ12（但し、Ｓ11＞Ｓ12）の第２面２１Ｄ2を有し、第２熱電変換部材２２Ｄは、面積Ｓ21の第１面２２Ｄ1、及び、面積Ｓ22（但し、Ｓ21＞Ｓ22）の第２面２２Ｄ2を有し、第３熱電変換部材２３Ｄは、面積Ｓ31の第１面２３Ｄ1、及び、面積Ｓ32（但し、Ｓ31＜Ｓ32）の第２面２３Ｄ2を有し、第４熱電変換部材２４Ｄは、面積Ｓ41の第１面２４Ｄ1、及び、面積Ｓ42（但し、Ｓ41＜Ｓ42）の第２面２４Ｄ2を有する。そして、第１熱電変換部材２１Ｄ及び第２熱電変換部材２２Ｄの第１面２１Ｄ1，２２Ｄ1は第１支持部材１１と接しており、第１熱電変換部材２１Ｄ及び第２熱電変換部材２２Ｄの第２面２１Ｄ2，２２Ｄ2は第２支持部材１２と接しており、第３熱電変換部材２３Ｄ及び第４熱電変換部材２４Ｄの第１面２３Ｄ1，２４Ｄ1は第１支持部材１１と接しており、第３熱電変換部材２３Ｄ及び第４熱電変換部材２４Ｄの第２面２３Ｄ2，２４Ｄ2は第２支持部材１２と接している。第１熱電変換部材２１Ｄ、第２熱電変換部材２２Ｄ、第３熱電変換部材２３Ｄ及び第４熱電変換部材２４Ｄは、切頭錐形状、より具体的には、切頭四角錐形状を有する。尚、後述する実施例６の熱電発電装置における第１熱電変換部材〜第４熱電変換部材も、以上に説明した実施例５の熱電発電装置における第１熱電変換部材〜第４熱電変換部材と同様の構成を有する。
更には、第１支持部材１１の熱応答時定数をτSM1、第２支持部材１２の熱応答時定数をτSM2としたとき、
τSM1≠τSM2
である。また、第１熱電変換素子の熱応答時定数をτTE1、第２熱電変換素子の熱応答時定数をτTE2としたとき、
τTE1≠τTE2
である。
ここで、第１出力部４１は、第１熱電変換部材２１Ｄの第１支持部材側の端部に接続されており、第２出力部４２は、第２熱電変換部材２２Ｄの第１支持部材側の端部に接続されており、第３出力部４３は、第３熱電変換部材２３Ｄの第２支持部材側の端部に接続されており、第４出力部４４は、第４熱電変換部材２４Ｄの第２支持部材側の端部に接続されている。即ち、第１出力部４１及び第２出力部４２と、第３出力部４３及び第４出力部４４とは、異なる支持部材に配置されている。
実施例５の熱電発電方法にあっては、熱電発電装置を温度が変化する雰囲気に配する。そして、第２支持部材１２の温度が第１支持部材１１の温度よりも高いとき、第１支持部材１１と第２支持部材１２との温度差に起因して生成し、第２熱電変換部材２２Ｄから第１熱電変換部材２１Ｄへと流れる電流を、第１出力部４１を正極、第２出力部４２を負極として、外部に取り出す。一方、第１支持部材１１の温度が第２支持部材１２の温度よりも高いとき、第１支持部材１１と第２支持部材１２との温度差に起因して生成し、第４熱電変換部材２４Ｄから第３熱電変換部材２３Ｄへと流れる電流を、第３出力部４３を正極、第４出力部４４を負極として、外部に取り出す。この場合、第１出力部４１と第２出力部４２との間には交流が流れ、第３出力部４３と第４出力部４４との間には交流が流れるので、周知の半波整流回路を用いて直流に変換し、更に、平滑化を行えばよい。ここで、図１７の（Ａ）に示す回路を用いて交流を直流に変換し、更に、平滑化を行えばよい。あるいは又、図１７の（Ｂ）に示す回路を用いて交流を直流に変換し、更に、平滑化を行い、２次電池（例えば、薄膜バッテリから成る）に蓄電すればよい。図１７の（Ａ）あるいは（Ｂ）に示す整流回路は、他の実施例にも適用することができる。尚、第１出力部４１を正極、第２出力部４２を負極として、外部に取り出される電圧の位相（便宜上、『位相−１』と呼ぶ）と、第３出力部４３を正極、第４出力部４４を負極として、外部に取り出される電圧の位相（便宜上、『位相−２』と呼ぶ）とは、概ね、１８０度ずれている。即ち、位相−１と位相−２とは、逆位相、あるいは概ね逆位相の関係にある。
第１支持部材１１の温度が第２支持部材１２の温度よりも高いとき、第１支持部材１１と第２支持部材１２との温度差に起因して生成し、第１熱電変換部材２１Ｄから第２熱電変換部材２２Ｄへと流れる電流を、第２出力部４２を正極、第１出力部４１を負極として、外部に取り出すことができる。また、第２支持部材１２の温度が第１支持部材１１の温度よりも高いとき、第３熱電変換部材２３Ｄから第４熱電変換部材２４Ｄへと流れる電流を、第４出力部４４を正極、第３出力部４３を負極として、外部に取り出すことができる。この場合には、全波整流回路を用いて交流を直流に変換し、更に、平滑化を行えばよい。以上の議論は、後述する実施例６〜実施例７にも適用することができる。
熱電発電装置の応用例の一例を示す概念図を、図１７の（Ｄ）に示すが、この応用例は、身体の体温、血圧、脈拍等の生体情報を入手するための計測装置であり、体温、血圧、脈拍等を測定するセンサに熱電発電装置から電力が供給されると共に、制御装置を構成するＡ／Ｄコンバータ、送信装置、タイマーにも熱電発電装置から電力が供給される。そして、タイマーの作動によって、所定の時間間隔で、センサからの値がＡ／Ｄコンバータに送られ、データとして送信装置によって外部に送出される。
ここで、τSM1＞τSM2としたとき、温度が変化する雰囲気（図７において、楕円「Ａ」で囲った時刻における雰囲気温度をＴambとする）に熱電発電装置を配すれば、第２支持部材１２の温度ＴBは、速やかに雰囲気温度Ｔambあるいはその近傍の温度となる。一方、τSM1＞τSM2であるが故に、第１支持部材１１の温度ＴAは、第２支持部材１２の温度変化に遅れて変化する。従って、第１支持部材１１の温度ＴA（＜Ｔamb）と第２支持部材１２の温度ＴB（＝Ｔamb）との間には、温度差ΔＴ（＝ＴB−ＴA）が生じる。第１支持部材１１と接する第１熱電変換部材２１Ｄの第１面２１Ｄ1及び第２熱電変換部材２２Ｄの第１面２２Ｄ1の近傍の温度をＴ1、第２支持部材１２と接する第１熱電変換部材２１Ｄの第２面２１Ｄ2及び第２熱電変換部材２２Ｄの第２面２２Ｄ2の近傍の温度をＴ2、第１支持部材１１と接する第３熱電変換部材２３Ｄの第１面２３Ｄ1及び第４熱電変換部材２４Ｄの第１面２４Ｄ1の近傍の温度をＴ3、第２支持部材１２と接する第３熱電変換部材２３Ｄの第２面２３Ｄ2及び第４熱電変換部材２４Ｄの第２面２４Ｄ2の近傍の温度をＴ4としたとき、概ね、
Ｔ2＞Ｔ4＞Ｔ3＞Ｔ1
の関係にある。そして、１組の第１熱電変換素子及び第２熱電変換素子による起電力ＥＭＦ1、１組の第３熱電変換素子及び第４熱電変換素子による起電力ＥＭＦ2は、
ＥＭＦ1＝Ｔ2×ＳＢ1−Ｔ1×ＳＢ2
ＥＭＦ2＝Ｔ4×ＳＢ3−Ｔ3×ＳＢ4
で求めることができる。尚、以上の議論は、後述する実施例６〜実施例７にも適用することができる。
実施例６は、本発明の第４の態様に係る熱電発電装置、及び、本発明の第４Ｂの態様に係る熱電発電方法に関する。実施例６の熱電発電装置の模式的な一部断面図を図８の（Ａ）及び（Ｂ）に示し、第１支持部材の温度（ＴA）と第２支持部材の温度（ＴB）、これらの温度の温度差（ΔＴ＝ＴB−ＴA）の変化、第１出力部と第２出力部との間の電圧Ｖ1-2の変化、及び、第３出力部と第４出力部との間の電圧Ｖ3-4の変化を、模式的に図９に示す。
実施例６の熱電発電装置にあっては、実施例５の熱電発電装置と同様に、第１出力部４１は、第１熱電変換部材２１Ｅの第１支持部材側の端部に接続されており、第２出力部４２は、第２熱電変換部材２２Ｅの第１支持部材側の端部に接続されている。しかしながら、第３出力部４３は、第３熱電変換部材２３Ｅの第１支持部材側の端部に接続されており、第４出力部４４は、第４熱電変換部材２４Ｅの第１支持部材側の端部に接続されている。即ち、第１出力部４１及び第２出力部４２と、第３出力部４３及び第４出力部４４とは、同じ支持部材に配置されている。
そして、実施例６にあっては、第１支持部材１１の熱応答時定数をτSM1、第２支持部材１２の熱応答時定数をτSM2、第１熱電変換素子の熱応答時定数をτTE1、第２熱電変換素子の熱応答時定数をτTE2としたとき、
τSM1≠τSM2
τTE1≠τTE2
である。
実施例６の熱電発電方法にあっては、熱電発電装置を温度が変化する雰囲気に配する。そして、第２支持部材１２の温度が第１支持部材１１の温度よりも高いとき、第１支持部材１１と第２支持部材１２との温度差に起因して生成し、第２熱電変換部材２２Ｅから第１熱電変換部材２１Ｅへと流れる電流を、第１出力部４１を正極、第２出力部４２を負極として、外部に取り出し、且つ、第４熱電変換部材２４Ｅから第３熱電変換部材２３Ｅへと流れる電流を、第３出力部４３を正極、第４出力部４４を負極として、外部に取り出す。この場合、第１出力部４１と第２出力部４２との間には交流が流れ、第３出力部４３と第４出力部４４との間には交流が流れるので、例えば、図１７の（Ｃ）に示す全波整流回路を用いて交流を直流に変換し、更に、平滑化を行えばよい。図１７の（Ｃ）に示す全波整流回路は、他の実施例にも適用することができる。尚、第１出力部４１を正極、第２出力部４２を負極として、外部に取り出される電圧の位相−１と、第３出力部４３を正極、第４出力部４４を負極として、外部に取り出される電圧の位相−２とは、０度を超え、１８０度未満、ずれている。
実施例７は、実施例６の変形である。実施例７の熱電発電装置の模式的な一部断面図を図１０の（Ａ）及び（Ｂ）に示し、第１支持部材の温度（ＴA）と第２支持部材の温度（ＴB）、これらの温度の温度差（ΔＴ＝ＴB−ＴA）の変化、第１出力部と第２出力部との間の電圧Ｖ1-2の変化、及び、第３出力部と第４出力部との間の電圧Ｖ3-4の変化を、模式的に図１１に示す。
実施例６の熱電発電装置にあっては、第１熱電変換部材２１Ｅ、第２熱電変換部材２２Ｅ、第３熱電変換部材２３Ｅ及び第４熱電変換部材２４Ｅの形状を切頭四角錐形状とした。これに対して、実施例７の熱電発電装置にあっては、第１熱電変換部材２１Ｆ、第２熱電変換部材２２Ｆ、第３熱電変換部材２３Ｆ及び第４熱電変換部材２４Ｆの形状を四角柱状とした。更には、第１熱電変換部材２１の体積をＶＬ1、第２熱電変換部材２２の体積をＶＬ2、第３熱電変換部材２３の体積をＶＬ3、第４熱電変換部材２４の体積をＶＬ4としたとき、
ＶＬ1≠ＶＬ3
ＶＬ2≠ＶＬ4
であるし、
ＶＬ1≠ＶＬ2
ＶＬ3≠ＶＬ4
である。以上の点を除き、実施例７の熱電発電装置、熱電発電方法は、実施例６の熱電発電装置、熱電発電方法と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
実施例８は、本発明の第５Ａの態様に係る熱電発電方法に関する。実施例８の熱電発電方法での使用に適した熱電発電装置の模式的な一部断面図を図１２の（Ａ）及び（Ｂ）に示し、第１支持部材の温度（ＴA）と第２支持部材の温度（ＴB）、これらの温度の温度差（ΔＴ＝ＴB−ＴA）の変化、第１出力部と第２出力部との間の電圧Ｖ1-2の変化、及び、第３出力部と第４出力部との間の電圧Ｖ3-4の変化を、模式的に図１３に示す。
実施例８あるいは後述する実施例９〜実施例１０における熱電発電装置は、
（Ａ）第１支持部材１１、
（Ｂ）第１支持部材１１と対向して配置された第２支持部材１２、
（Ｃ）第１支持部材１１と第２支持部材１２との間に配置された第１熱電変換素子１２１Ｇ，１２１Ｈ，１２１Ｊ、
（Ｄ）第１支持部材１１と第２支持部材１２との間に配置された第２熱電変換素子１２２Ｇ，１２２Ｈ，１２２Ｊ、
（Ｅ）第１支持部材１１と第２支持部材１２との間に配置された第３熱電変換素子１２３Ｇ，１２３Ｈ，１２３Ｊ、
（Ｆ）第１支持部材１１と第２支持部材１２との間に配置された第４熱電変換素子１２４Ｇ，１２４Ｈ，１２４Ｊ、並びに、
（Ｇ）第１出力部１４１、第２出力部１４２、第３出力部１４３、及び、第４出力部１４４、
を備えており、
第１熱電変換素子１２１Ｇ，１２１Ｈ，１２１Ｊは、第２支持部材１２と接する第１Ａ熱電変換部材１２１ＧA、１２１ＨＧA，１２１ＪAと、第１支持部材１１と接する第１Ｂ熱電変換部材１２１ＧB，１２１ＨB，１２１ＪBとが、接して配置されて成り（具体的には積層されて成り）、
第２熱電変換素子１２２Ｇ，１２２Ｈ，１２２Ｊは、第１支持部材１１と接する第２Ａ熱電変換部材１２２ＧA，１２２ＨA，１２２ＪAと、第２支持部材１２と接する第２Ｂ熱電変換部材１２２ＧB，１２２ＨB，１２２ＪBとが、接して配置されて成り（具体的には積層されて成り）、
第３熱電変換素子１２３Ｇ，１２３Ｈ，１２３Ｊは、第２支持部材１２と接する第３Ａ熱電変換部材１２３ＧA，１２３ＨA，１２３ＪAと、第１支持部材１１と接する第３Ｂ熱電変換部材１２３ＧB，１２３ＨB，１２３ＪBとが、接して配置されて成り（具体的には積層されて成り）、
第４熱電変換素子１２４Ｇ，１２４Ｈ，１２４Ｊは、第１支持部材１１と接する第４Ａ熱電変換部材１２４ＧA，１２４ＨA，１２４ＪAと、第２支持部材１２と接する第４Ｂ熱電変換部材１２４ＧB，１２４ＨB，１２４ＪBとが、接して配置されて成る（具体的には積層されて成る）。
そして、第１熱電変換素子１２１Ｇ，１２１Ｈ，１２１Ｊと第２熱電変換素子１２２Ｇ，１２２Ｈ，１２２Ｊとは電気的に直列に接続されており、第３熱電変換素子１２３Ｇ，１２３Ｈ，１２３Ｊと第４熱電変換素子１２４Ｇ，１２４Ｈ，１２４Ｊとは電気的に直列に接続されている。また、第１出力部１４１は第１熱電変換素子１２１Ｇ，，１２１Ｈ，１２１Ｊに接続されており、第２出力部１４２は第２熱電変換素子１２２Ｇ，１２２Ｈ，１２２Ｊに接続されており、第３出力部１４３は第３熱電変換素子１２３Ｇ，１２３Ｈ，１２３Ｊに接続されており、第４出力部１４４は第４熱電変換素子１２４Ｇ，１２４Ｈ，１２４Ｊに接続されている。即ち、第１出力部１４１及び第２出力部１４２と、第３出力部１４３及び第４出力部１４４とは、異なる支持部材に配置されている。
具体的には、実施例８にあっては、第１出力部１４１は、第１Ｂ熱電変換部材１２１ＧBの端部に接続されており、第２出力部１４２は第２Ａ熱電変換部材１２２ＧAの端部に接続されており、第３出力部１４３は第３Ａ熱電変換部材１２３ＧAの端部に接続されており、第４出力部１４４は第４Ｂ熱電変換部材１２４ＧBの端部に接続されている。具体的には、第１Ａ熱電変換部材１２１ＧAと第２Ｂ熱電変換部材１２２ＧBとは、第２支持部材１２に設けられた配線３１Ｂによって電気的に接続されており、第２Ａ熱電変換部材１２２ＧAと第１Ｂ熱電変換部材１２１ＧBとは、第１支持部材１１に設けられた配線３１Ａによって電気的に接続されており、第３Ａ熱電変換部材１２３ＧAと第４Ｂ熱電変換部材１２４ＧBとは、第２支持部材１２に設けられた配線３２Ｂによって電気的に接続されており、第４Ａ熱電変換部材１２４ＧAと第３Ｂ熱電変換部材１２３ＧBとは、第１支持部材１１に設けられた配線３２Ａによって電気的に接続されている。
更には、実施例８にあっては、第１支持部材１１の熱応答時定数をτSM1、第２支持部材１２の熱応答時定数をτSM2としたとき、
τSM1≠τSM2
である。第１熱電変換素子１２１Ｇ、第２熱電変換素子１２２Ｇ、第３熱電変換素子１２３Ｇ及び第４熱電変換素子１２４Ｇは、柱状、より具体的には、四角柱状を有する。
実施例８の熱電発電方法にあっては、熱電発電装置を温度が変化する雰囲気に配する。そして、第２支持部材１２の温度が第１支持部材１１の温度よりも高いとき、第１支持部材１１と第２支持部材１２との温度差に起因して生成し、第２熱電変換素子１２２Ｇから第１熱電変換素子１２１Ｇへと流れる電流を、第１出力部１４１を正極、第２出力部１４２を負極として、外部に取り出す。一方、第１支持部材１１の温度が第２支持部材１２の温度よりも高いとき、第１支持部材１１と第２支持部材１２との温度差に起因して生成し、第３熱電変換素子１２３Ｇから第４熱電変換素子１２４Ｇへと流れる電流を、第４出力部１４４を正極、第３出力部１４３を負極として、外部に取り出す。この場合、第１出力部１４１と第２出力部１４２との間には交流が流れ、第３出力部１４３と第４出力部１４４との間には交流が流れるので、周知の半波整流回路を用いて直流に変換し、更に、平滑化を行えばよい。尚、第１出力部子１４１を正極、第２出力部１４２を負極として、外部に取り出される電圧の位相−１と、第４出力部１４４を正極、第３出力部１４３を負極として、外部に取り出される電圧の位相−２とは、概ね、１８０度ずれている。即ち、位相−１と位相−２とは、逆位相、あるいは概ね逆位相の関係にある。
第１支持部材１１の温度が第２支持部材１２の温度よりも高いとき、第１支持部材１１と第２支持部材１２との温度差に起因して生成し、第１熱電変換素子１２１Ｇから第２熱電変換素子１２２Ｇへと流れる電流を、第２出力部１４２を正極、第１出力部１４１を負極として、外部に取り出すことができる。また、第２支持部材１２の温度が第１支持部材１１の温度よりも高いとき、第４熱電変換素子１２４Ｇから第３熱電変換素子１２３Ｇへと流れる電流を、第３出力部１４３を正極、第４出力部１４４を負極として、外部に取り出すことができる。この場合、周知の全波整流回路を用いて交流を直流に変換し、更に、平滑化を行えばよい。尚、以上の議論は、後述する実施例９〜実施例１０にも適用することができる。
ここで、τSM1＞τSM2としたとき、温度が変化する雰囲気（図１３において、楕円「Ａ」で囲った時刻における雰囲気温度をＴambとする）に熱電発電装置を配すれば、第２支持部材１２の温度ＴBは、速やかに雰囲気温度Ｔambあるいはその近傍の温度となる。一方、τSM1＞τSM2であるが故に、第１支持部材１１の温度ＴAは、第２支持部材１２の温度変化に遅れて変化する。従って、第１支持部材１１の温度ＴA（＜Ｔamb）と第２支持部材１２の温度ＴB（＝Ｔamb）との間には、温度差ΔＴ（＝ＴB−ＴA）が生じる。第２支持部材１２と接する第１Ａ熱電変換部材１２１ＧAの第２面１２１Ｇ2及び第２Ｂ熱電変換部材１２２ＧBの第２面１２２Ｇ2の近傍の温度をＴ2、第１支持部材１１と接する第１Ｂ熱電変換部材１２１ＧBの第１面１２１Ｇ1及び第２Ａ熱電変換部材１２２ＧAの第１面１２２Ｇ1の近傍の温度をＴ1、第２支持部材１２と接する第３Ａ熱電変換部材１２３ＧAの第２面１２３Ｇ2及び第４Ｂ熱電変換部材１２４ＧBの第２面１２４Ｇ2の近傍の温度をＴ4、第１支持部材１１と接する第３Ｂ熱電変換部材１２３ＧBの第１面１２３Ｇ1及び第４Ａ熱電変換部材１２４ＧAの第１面１２４Ｇ1の近傍の温度をＴ3としたとき、
Ｔ2＞Ｔ1
Ｔ4＞Ｔ3
の関係にある。そして、１組の第１熱電変換素子及び第２熱電変換素子による起電力ＥＭＦ1、１組の第３熱電変換素子及び第４熱電変換素子による起電力ＥＭＦ2は、
ＥＭＦ1＝Ｔ2×ＳＢ1−Ｔ1×ＳＢ2
ＥＭＦ2＝Ｔ4×ＳＢ3−Ｔ3×ＳＢ4
で求めることができる。
実施例９は、本発明の第５の態様に係る熱電発電装置、及び、本発明の第５Ｂの態様に係る熱電発電方法に関する。実施例９の熱電発電装置の模式的な一部断面図を図１４の（Ａ）及び（Ｂ）に示し、第１支持部材の温度（ＴA）と第２支持部材の温度（ＴB）、これらの温度の温度差（ΔＴ＝ＴB−ＴA）の変化、第１出力部と第２出力部との間の電圧Ｖ1-2の変化、及び、第３出力部と第４出力部との間の電圧Ｖ3-4の変化を、模式的に図１５に示す。
実施例９あるいは後述する実施例１０にあっては、第１出力部１４１は第１Ｂ熱電変換部材１２１ＨB，１２１ＪBの端部に接続されており、第２出力部１４２は第２Ａ熱電変換部材１２２ＨA，１２２ＪAの端部に接続されており、第３出力部１４３は第３Ｂ熱電変換部材１２３ＨB，１２３ＪBの端部に接続されており、第４出力部１４４は第４Ａ熱電変換部材１２４ＨA，１２４ＪAの端部に接続されている。即ち、第１出力部１４１及び第２出力部１４２と、第３出力部１４３及び第４出力部１４４とは、同じ支持部材に配置されている。第１Ａ熱電変換部材１２１ＨA，１２１ＪAと第２Ｂ熱電変換部材１２２ＨB，１２２ＪBとは、第２支持部材１２に設けられた配線３１Ｂによって電気的に接続されており、第１Ｂ熱電変換部材１２１ＨB，１２１ＪBと第２Ａ熱電変換部材１２２ＨA，１２２ＪAとは、第１支持部材１１に設けられた配線３１Ａによって電気的に接続されており、第３Ａ熱電変換部材１２３ＨA，１２３ＪAと第４Ｂ熱電変換部材１２４ＨB，１２４ＪBとは、第２支持部材１２に設けられた配線３２Ｂによって電気的に接続されており、第３Ｂ熱電変換部材１２３ＨB，１２３ＪBと第４Ａ熱電変換部材１２４ＨA，１２４ＪAとは、第１支持部材１１に設けられた配線３２Ａによって電気的に接続されている。
更には、第１支持部材１１の熱応答時定数をτSM1、第２支持部材１２の熱応答時定数をτSM2、第１熱電変換素子１２１Ｈ，１２１Ｊの熱応答時定数をτTE1、第２熱電変換素子１２２Ｈ，１２２Ｊの熱応答時定数をτTE2、第３熱電変換素子１２３Ｈ，１２３Ｊの熱応答時定数をτTE3、第４熱電変換素子１２４Ｈ，１２４Ｊの熱応答時定数をτTE4としたとき、
τTE1≠τTE3
τTE2≠τTE4
である。また、実施例９にあっては、第１熱電変換素子１２１Ｈの体積をＶＬ1、第２熱電変換素子１２２Ｈの体積をＶＬ2、第３熱電変換素子１２３Ｈの体積をＶＬ3、第４熱電変換素子１２４Ｈの体積をＶＬ4としたとき、
ＶＬ1＝ＶＬ2≠ＶＬ3＝ＶＬ4（但し、実施例９にあっては、具体的には、ＶＬ1＝ＶＬ2＜ＶＬ3＝ＶＬ4）
である。第１熱電変換素子１２１Ｈ、第２熱電変換素子１２２Ｈ、第３熱電変換素子１２３Ｈ及び第４熱電変換素子１２４Ｈは、柱状、より具体的には、四角柱状を有する。
実施例９の熱電発電方法にあっては、熱電発電装置を温度が変化する雰囲気に配する。そして、第２支持部材１２の温度が第１支持部材１１の温度よりも高いとき、第１支持部材１１と第２支持部材１２との温度差に起因して生成し、第２熱電変換素子１２２Ｈから第１熱電変換素子１２１Ｈへと流れる電流を、第１出力部１４１を正極、第２出力部１４２を負極として、外部に取り出し、且つ、第４熱電変換素子１２４Ｈから第３熱電変換素子１２３Ｈへと流れる電流を、第３出力部１４３を正極、第４出力部１４４を負極として、外部に取り出す。この場合、第１出力部１４１と第２出力部１４２との間には交流が流れ、第３出力部１４３と第４出力部１４４との間には交流が流れるので、周知の半波整流回路を用いて直流に変換し、更に、平滑化を行えばよい。尚、第１出力部１４１を正極、第２出力部１４２を負極として、外部に取り出される電圧の位相−１と、第３出力部１４３を正極、第４出力部１４４を負極として、外部に取り出される電圧の位相−２とは、０度を超え、１８０度未満、ずれている。
ここで、τSM1＞τSM2としたとき、温度が変化する雰囲気（図１５において、楕円「Ａ」で囲った時刻における雰囲気温度をＴambとする）に熱電発電装置を配すれば、第２支持部材１２の温度ＴBは、速やかに雰囲気温度Ｔambあるいはその近傍の温度となる。一方、τSM1＞τSM2であるが故に、第１支持部材１１の温度ＴAは、第２支持部材１２の温度変化に遅れて変化する。従って、第１支持部材１１の温度ＴA（＜Ｔamb）と第２支持部材１２の温度ＴB（＝Ｔamb）との間には、温度差ΔＴ（＝ＴB−ＴA）が生じる。第２支持部材１２と接する第１Ａ熱電変換部材１２１ＨAの第２面１２１Ｈ2及び第２Ｂ熱電変換部材１２２ＨBの第２面１２２Ｈ2の近傍の温度をＴ2、第１支持部材１１と接する第１Ａ熱電変換部材１２１ＨAの第１面１２１Ｈ1及び第２Ｂ熱電変換部材１２２ＨBの第１面１２２Ｈ1の近傍の温度をＴ1、第２支持部材１２と接する第３Ａ熱電変換部材１２３ＨAの第２面１２３Ｈ2及び第４Ｂ熱電変換部材１２４ＨBの第２面１２４Ｈ2の近傍の温度をＴ4、第１支持部材１１と接する第３Ａ熱電変換部材１２３ＨAの第１面１２３Ｈ1及び第４Ｂ熱電変換部材１２４ＨBの第１面１２４Ｈ1の近傍の温度をＴ3としたとき、
Ｔ2＞Ｔ1
Ｔ4＞Ｔ3
の関係にある。そして、１組の第１熱電変換素子及び第２熱電変換素子による起電力ＥＭＦ1、１組の第３熱電変換素子及び第４熱電変換素子による起電力ＥＭＦ2は、
ＥＭＦ1＝Ｔ2×ＳＢ1−Ｔ1×ＳＢ2
ＥＭＦ2＝Ｔ4×ＳＢ3−Ｔ3×ＳＢ4
で求めることができる。
実施例１０は、実施例９の変形である。実施例１０の熱電発電装置の模式的な一部断面図を図１６の（Ａ）及び（Ｂ）に示す。
実施例９の熱電発電装置にあっては、第１熱電変換素子１２１Ｈ、第２熱電変換素子１２２Ｈ、第３熱電変換素子１２３Ｈ及び第４熱電変換素子１２４Ｈの形状を四角柱状とした。これに対して、実施例１０の熱電発電装置にあっては、第１熱電変換素子１２１Ｊ、第２熱電変換素子１２２Ｊ、第３熱電変換素子１２３Ｊ及び第４熱電変換素子１２４Ｊの形状を切頭四角錐形状とした。具体的には、第２支持部材１２と接する第１Ａ熱電変換部材１２１ＪAの部分（第２面１２１Ｊ2）の面積をＳ12、第２支持部材１２と接する第２Ｂ熱電変換部材１２２ＪBの部分（第２面１２２Ｊ2）の面積をＳ22、第１支持部材１１と接する第１Ｂ熱電変換部材１２１ＪBの部分（第１面１２１Ｊ11）の面積をＳ11、第１支持部材１１と接する第２Ａ熱電変換部材１２２ＪAの部分（第１面１２２Ｊ1）の面積をＳ21、第２支持部材１２と接する第３Ａ熱電変換部材１２３ＪAの部分（第２面１２３Ｊ2）の面積をＳ32、第２支持部材１２と接する第４Ｂ熱電変換部材１２４ＪBの部分（第２面１２４Ｊ2）の面積をＳ42、第１支持部材１１と接する第３Ｂ熱電変換部材１２３ＪBの部分（第１面１２３Ｊ1）の面積をＳ31、第１支持部材１１と接する第４Ａ熱電変換部材１２４ＪAの部分（第１面１２４Ｊ1）の面積をＳ41としたとき、
Ｓ12≠Ｓ32
Ｓ21≠Ｓ41
であり、更には、
Ｓ12≠Ｓ21
Ｓ31≠Ｓ42
である。以上の点を除き、実施例１０の熱電発電装置、熱電発電方法は、実施例９の熱電発電装置、熱電発電方法と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
実施例１１においては、実施例２において説明した構造と概ね同様の構造を有する熱電発電装置を使用し、倍電圧整流回路、昇圧回路（セイコーインスツル株式会社製：昇圧ＤＣ−ＤＣコンバータ起動用超低電圧動作チャージポンプＩＣ Ｓ−８８２Ｚ１８）を介して、デジタル湿度センサモジュール（株式会社マザーツール製：Ｍｏｄｅｌ ＭＴ−１６０）に電力を供給した。熱電発電装置の置かれた温度が変化する雰囲気は、
ΔＴamb ：約４．５゜Ｃ
温度変化の周期ＴＭ：１５分
であり、風速約１ｍ／秒の空気の流れがある雰囲気とした。このような雰囲気において、熱電発電装置から最大７５０ミリボルトの電圧が得られ、１５時間の熱発電において平均電力が４４．２マイクロワット／２００ｃｍ2であった。そして、デジタル湿度センサモジュールの動作仕様である１ボルト、４．５マイクロワットを満たす電圧、電力をデジタル湿度センサモジュールに供給することができた。
実施例１２は、本発明の第１の態様に係る電気信号検出方法、及び、本発明の電気信号検出装置に関する。実施例１２の電気信号検出方法は、実施例１において説明した本発明の第１の態様に係る熱電発電装置から構成された電気信号検出装置を用いた電気信号検出方法である。実施例１２の電気信号検出方法にあっても、温度が変化する雰囲気に熱電発電装置を配する。そして、実質的に実施例１と同様に、第２支持部材１２の温度が第１支持部材１１の温度よりも高いとき、第１支持部材１１と第２支持部材１２との温度差に起因して生成し、第２熱電変換部材２２Ａ，２２Ｂから第１熱電変換部材２１Ａ，２１Ｂへと流れる電流を、電気信号として、第１出力部４１を正極（プラス極）、第２出力部４２を負極（マイナス極）として、外部に取り出す。ここで、実施例１にあっては、第２熱電変換部材２２Ａ，２２Ｂから第１熱電変換部材２１Ａ，２１Ｂへと流れる電流をエネルギー源として用いた。一方、実施例１２にあっては、第２熱電変換部材２２Ａ，２２Ｂから第１熱電変換部材２１Ａ，２１Ｂへと流れる電流を、電気信号として、即ち、情報を含む電気信号として用いる。そして、この電気信号から複数種の電気信号を得る。
例えば、生体情報として人の心拍と体温とは相関がある。体温１゜Ｃ当たりの心拍上昇値は８拍／゜Ｃ〜１０拍／゜Ｃと云われている。また、ストレス、意識レベル、病態等によっても体温が変動する。このため、温度情報（絶対的な温度、相対的な温度、変動周期）をセンシングする電気信号検出によって、脈拍、ストレスレベル、意識レベル、病態等の生体情報をモニタリングすることが可能である。しかも、熱電発電装置から構成された電気信号検出装置を用いるので、モニタリングと同時に、熱電発電を行うことができる。即ち、第２熱電変換部材２２Ａ，２２Ｂから第１熱電変換部材２１Ａ，２１Ｂへと流れる電流を、電気信号として、即ち、情報を含む電気信号として用いるだけでなく、エネルギー源として用いることができ、この発電エネルギーは、キャパシタや２次電池に一度蓄えてから、他の用途（例えば、図１７の（Ｄ）に示した計測装置のエネルギー源）として利用することができる。
このような実施例１２の電気信号検出方法にあっては、一方の温度接点を測定面とし、他方の温度接点を大気等と想定した場合、周囲温度と対象温度（例えば体温）との温度差による起電となる。そして、この場合、電気信号（出力信号）は、周囲の温度変動の周期、温度変動幅だけでなく、対象温度（例えば、体温）の変動周期、対象温度（例えば、体温）の変動幅による起電力の合成波となる。また、温度変動の周期によって検知される電気信号の種類は、例えば、ストレス度合い、行動による体温変動等で異なる。それ故、電気信号は、それぞれに起因した電気信号の合成となる。従って、第２熱電変換部材２２Ａ，２２Ｂから第１熱電変換部材２１Ａ，２１Ｂへと流れる電流に基づき、電気信号（便宜上、『処理前電気信号』と呼ぶ）として得る。そして、この電気信号（処理前電気信号）を周波数解析にかけるといったポスト処理を行えば、複数種類の電気信号（便宜上、『処理後電気信号』と呼ぶ）を得ることができる。
ポスト処理として、例えば、隠れマルコフモデルを適用する。具体的には、予め、モデルとなる温度信号を、例えば、各構成要素・各種要因に独立して生じる信号単位として、あるいは又、複数構成要素・複数要因と同時に相関を有し、或る特定の要因に起因する信号として、所定の周期内に含まれる固有パターン若しくは或る信号強度に含まれる固有パターンのモデルを取得する。この際、音叉的なイメージで熱時定数の異なる熱電変換素子毎に特異的に得られる周期性を利用する。つまり、或る温度変動幅を有する周期的な温度変動が存在する場合、その温度変動幅に対して、熱時定数の異なる熱電変換素子のうち、最も少ない損失で出力が得られる熱電変換素子からの信号を抽出することだけで、複雑な演算処理を行うこと無くなく、周波数分解が可能となる。また、複数の異なる信号の合成波についても基本的には同様の処理が利用できる。こうした処理が可能となるが故に、例えばＦＦＴ（高速フーリエ・コサイン・サイン変換）によるスペクトル解析において、精度上十分なサンプリング周期が極端に異なる入力波形に対しても演算数を減じることができるなどの利点がある。これは、各熱電変換素子が、そもそも得意とする周波数を持つからであり、スペクトル解析における十分なサンプリング周期を予め設定することが可能であるためである。勿論、熱電変換素子が全て同じ熱時定数を有する場合には、ＦＦＴによるスペクトル解析が必須であるし、異なる熱時定数を有する場合であってもスペクトル解析のみを用いてもよい。このモデル抽出にあたっては、前処理として、ＰＣＡ（Principal Components Analysis）、ＩＣＡ（Independent Component Analysis）等により特徴的な状態を抽出する。そして、抽出された状態に関する確率密度関数を求め、状態遷移モデルを作成する。この状態遷移モデルは、熱時定数の異なる熱電変換素子のそれぞれについて行ってもよい。そして、処理前電気信号に対して、ビタビアルゴリズム（Viterbi algorithm）等により、出力系列に対して確率がベストスコアとなる状態遷移パスを選択し、最適パストラッキングを行うことで処理後電気信号を得ることができる。また、この最適パストラッキングは熱時定数の異なる熱電変換素子のそれぞれについて行うことが可能である。後述する実施例１３〜実施例１８においても、同様のポスト処理を行えばよい。
具体的には、例えば、周囲の温度変動の周期と、体温の変動周期とが混在した電気信号から、体温の変動周期を抽出するためには、予め、外気変動モデル、体温変動モデルを、ＰＣＡやＩＣＡに基づき、状態遷移モデルとして特徴抽出をしておく。この際、例えば周囲の温度変動に関しては、一般的な対流熱伝達・輻射熱伝達に基づき温度データを取得することができる。これに対して、体温に関しては、熱伝導あるいは輻射に基づき温度データを取得することができる。空気に対して皮膚は熱容量が大きいため、外気の温度変動に対して皮膚の温度変動に遅れが生じる。外気の温度変動は、比較的、短い周期であり、信号が変動し易い。また、輻射熱伝達であれば、熱電変換素子と周囲、熱電変換素子と人体との間での輻射率、形態係数、吸収スペクトルの違いがある。こうしたデータ取得方法の違いや、測定対象の熱容量、輻射率等の材料物性、形態係数等の定数差によって、複数の状態遷移モデルが形成される。これらを事前に取得しておき、それぞれの状況に応じて確率密度分布を求めることにより、その後、実際にモニタリングする際には最適パストラッキングをすることで状態を判定することができる。また、周囲の温度変動の周期と、ストレス度合いとが混在した電気信号から、ストレス度合いを抽出するが、ストレス度合いは複数の信号の組み合わせから判断される。即ち、皮膚表面温度、発汗レベル、心拍数、脈拍数等である。心拍数、脈拍数については、体温計測により信号を取得することができる。発汗レベルについては、発汗により皮膚表面の熱伝達率が変化することとして捉えれば、温度計測による信号取得が可能である。また、それぞれの信号については信号発生源が異なるため、十分なサンプリング周期を取れば、全く同一の周期になることはない。このため、前述した熱電変換素子に特徴的な周波数を利用した周波数分解やＦＦＴ、スペクトル解析等により信号抽出が可能である。そして、複数の信号それぞれについてＰＣＡやＩＣＡに基づき特徴抽出を行い、状態遷移モデルを取得し、それぞれの状況に応じて確率密度分布を求める。その後、実際にモニタリングする際には最適パストラッキングをすることで状態を判定する。後述する実施例１３〜実施例１８においても同様とすることができる。
実施例１２の電気信号検出装置は、このような原理に基づき動作する。即ち、実施例１２の電気信号検出装置は、実施例１〜実施例１０にて説明した本発明の第１の態様〜第５の態様に係る熱電発電装置を少なくとも２つ備えており、各熱電発電装置から得られる電流を電気信号として得る。このように、実施例１〜実施例１０にて説明した本発明の第１の態様〜第５の態様に係る熱電発電装置を少なくとも２つ備えることで、１つの熱電発電装置を備えた電気信号検出装置では検出できない情報（電気信号）を検出することが可能となるし、あるいは又、上述したとおり、複数の情報（電気信号）を検出することが可能となる。即ち、例えば、実施例１及び実施例４にて説明した熱電発電装置を組み合わせることで、血圧を測定するのに適した熱電発電装置と、心拍数を測定するのに適した熱電発電装置とを組み合わせた電気信号検出装置とすることができる。尚、当然のことながら、熱電発電装置としても機能する。必要に応じて、得られた電気信号を、バンドパスフィルターやローパスフィルター、ハイパスフィルターを通してもよい。尚、実施例１２の電気信号検出装置を、以下に説明する実施例１３〜実施例１８にも適用することができる。
熱応答時定数τは、前述したとおり、支持部材や熱電変換素子、熱電変換部材を構成する材料の密度ρ、比熱ｃ、熱伝達率ｈ、支持部材や熱電変換素子、熱電変換部材の体積ＶＬ、面積Ｓにより決まるので、所望とする情報（電気信号）を得るためには、これらを適切に選択すればよい。これによって、複数の熱応答時定数τを有する熱電発電装置が組み合わされた電気信号検出装置を得ることができる。そして、温度変化に対する熱応答差が生じ、電気信号検出装置からは複数の電気信号を得ることができる結果、１つの電気信号検出装置から複数の情報を得ることが可能となる。一般的な人間の心拍数は、成人の場合５０乃至９０、子供の場合５０乃至１００前後であるため、例えば、熱応答時定数τとして、０．１乃至５、好ましくは１乃至３を例示することができる。血圧変動については、運動状態を信号として捉える場合、熱応答時定数τとして１０乃至６０を例示することができるし、呼吸状態を信号として捉える場合、熱応答時定数τとして３乃至６を例示することができる。
実施例１３は、本発明の第２の態様に係る電気信号検出方法である。実施例１３の電気信号検出方法は、実施例２において説明した本発明の第２の態様に係る熱電発電装置を用いた電気信号検出方法である。実施例１３にあっては、実施例２と同様に、温度が変化する雰囲気に熱電発電装置を配す。そして、実質的に実施例２と同様に、第２支持部材１２の温度が第１支持部材１１の温度よりも高いとき、第１支持部材１１と第２支持部材１２との温度差に起因して生成し、第２熱電変換部材２２Ａ，２２Ｂから第１熱電変換部材２１Ａ，２１Ｂへと流れる電流を、電気信号として、第１出力部４１を正極（プラス極）、第２出力部４２を負極（マイナス極）として、外部に取り出す。そして、実施例１２と同様にして、電気信号（処理前電気信号）から複数種の電気信号（処理後電気信号）を得る。
実施例１４は、本発明の第３の態様に係る電気信号検出方法である。実施例１４の電気信号検出方法は、実施例３〜実施例４において説明した本発明の第３の態様に係る熱電発電装置を用いた電気信号検出方法である。実施例１４にあっては、実施例３〜実施例４と同様に、温度が変化する雰囲気に熱電発電装置を配す。そして、実質的に実施例３〜実施例４と同様に、第２支持部材１２，２１２の温度が第１支持部材１１，２１１の温度よりも高いとき、第１支持部材１１，２１１と第２支持部材１２，２１２との温度差に起因して生成し、第２熱電変換素子１２２Ｃ，２２２Ｃから第１熱電変換素子１２１Ｃ，２２１Ｃへと流れる電流を、電気信号として、第１出力部１４１，２４１を正極、第２出力部１４２，２４２を負極として、外部に取り出す。そして、実施例１２と同様にして、電気信号（処理前電気信号）から複数種の電気信号（処理後電気信号）を得る。
実施例１５は、本発明の第４Ａの態様に係る電気信号検出方法である。実施例１５の電気信号検出方法は、実施例５において説明した本発明の第４の態様に係る熱電発電装置を用いた電気信号検出方法である。実施例１５にあっては、実施例５と同様に、温度が変化する雰囲気に熱電発電装置を配す。そして、実質的に実施例５と同様に、第２支持部材１２の温度が第１支持部材１１の温度よりも高いとき、第１支持部材１１と第２支持部材１２との温度差に起因して生成し、第２熱電変換部材２２Ｄから第１熱電変換部材２１Ｄへと流れる電流を、電気信号として、第１出力部４１を正極、第２出力部４２を負極として、外部に取り出す。一方、第１支持部材１１の温度が第２支持部材１２の温度よりも高いとき、第１支持部材１１と第２支持部材１２との温度差に起因して生成し、第４熱電変換部材２４Ｄから第３熱電変換部材２３Ｄへと流れる電流を、電気信号として、第３出力部４３を正極、第４出力部４４を負極として、外部に取り出す。そして、実施例１２と同様にして、電気信号（処理前電気信号）から複数種の電気信号（処理後電気信号）を得る。
実施例１６は、本発明の第４Ｂの態様に係る電気信号検出方法である。実施例１６の電気信号検出方法は、実施例６〜実施例７において説明した本発明の第４の態様に係る熱電発電装置を用いた電気信号検出方法である。実施例１６にあっては、実施例６〜実施例７と同様に、温度が変化する雰囲気に熱電発電装置を配す。そして、実質的に実施例６〜実施例７と同様に、第２支持部材１２の温度が第１支持部材１１の温度よりも高いとき、第１支持部材１１と第２支持部材１２との温度差に起因して生成し、第２熱電変換部材２２Ｅ，２２Ｆから第１熱電変換部材２１Ｅ，２１Ｆへと流れる電流を、電気信号として、第１出力部４１を正極、第２出力部４２を負極として、外部に取り出し、且つ、第４熱電変換部材２４Ｅ，２４Ｆから第３熱電変換部材２３Ｅ，２３Ｆへと流れる電流を、電気信号として、第３出力部４３を正極、第４出力部４４を負極として、外部に取り出す。そして、実施例１２と同様にして、電気信号（処理前電気信号）から複数種の電気信号（処理後電気信号）を得る。
実施例１７は、本発明の第５Ａの態様に係る電気信号検出方法である。実施例１７の電気信号検出方法は、実施例８において説明した本発明の第５の態様に係る熱電発電装置を用いた電気信号検出方法である。実施例１７にあっては、実施例８と同様に、温度が変化する雰囲気に熱電発電装置を配す。そして、実質的に実施例８と同様に、第２支持部材１２の温度が第１支持部材１１の温度よりも高いとき、第１支持部材１１と第２支持部材１２との温度差に起因して生成し、第２熱電変換素子１２２Ｇから第１熱電変換素子１２１Ｇへと流れる電流を、電気信号として、第１出力部１４１を正極、第２出力部１４２を負極として、外部に取り出す。一方、第１支持部材１１の温度が第２支持部材１２の温度よりも高いとき、第１支持部材１１と第２支持部材１２との温度差に起因して生成し、第３熱電変換素子１２３Ｇから第４熱電変換素子１２４Ｇへと流れる電流を、電気信号として、第４出力部１４４を正極、第３出力部１４３を負極として、外部に取り出す。そして、実施例１２と同様にして、電気信号（処理前電気信号）から複数種の電気信号（処理後電気信号）を得る。
実施例１８は、本発明の第５Ｂの態様に係る電気信号検出方法である。実施例１８の電気信号検出方法は、実施例９〜実施例１０において説明した本発明の第５の態様に係る熱電発電装置を用いた電気信号検出方法である。実施例１８にあっては、実施例９〜実施例１０と同様に、温度が変化する雰囲気に熱電発電装置を配す。そして、実質的に実施例９〜実施例１０と同様に、第２支持部材１２の温度が第１支持部材１１の温度よりも高いとき、第１支持部材１１と第２支持部材１２との温度差に起因して生成し、第２熱電変換素子１２２Ｈ，１２２Ｊから第１熱電変換素子１２１Ｈ，１２１Ｊへと流れる電流を、電気信号として、第１出力部１４１を正極、第２出力部１４２を負極として、外部に取り出し、且つ、第４熱電変換素子１２４Ｈ，１２４Ｊから第３熱電変換素子１２３Ｈ，１２３Ｊへと流れる電流を、電気信号として、第３出力部１４３を正極、第４出力部１４４を負極として、外部に取り出す。そして、実施例１２と同様にして、電気信号（処理前電気信号）から複数種の電気信号（処理後電気信号）を得る。
以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例における熱電発電装置の構造、構成、実施例において用いた各種材料、大きさ等は例示であり、適宜、変更することができる。例えば、第１熱電変換部材、第３熱電変換部材、第１Ａ熱電変換部材、第２Ａ熱電変換部材、第３Ａ熱電変換部材及び第４Ａ熱電変換部材を、ｐ型導電型を示すビスマス・テルル・アンチモンから構成する代わりに、Ｍｇ2Ｓｉ、ＳｒＴｉＯ3、ＭｎＳｉ2、Ｓｉ−Ｇｅ系材料、β−ＦｅＳｉ2、ＰｂＴｅ系材料、ＺｎＳｂ系材料、ＣｏＳｂ系材料、Ｓｉ系材料、クラスレート化合物、ＮａＣｏ2Ｏ4、Ｃａ3Ｃｏ4Ｏ9、クロメル合金等から構成することができるし、第２熱電変換部材、第４熱電変換部材、第１Ｂ熱電変換部材、第２Ｂ熱電変換部材、第３Ｂ熱電変換部材及び第４Ｂ熱電変換部材を、ｎ型導電型を示すビスマス・テルルから構成する代わりに、Ｍｇ2Ｓｉ、ＳｒＴｉＯ3、ＭｎＳｉ2、Ｓｉ−Ｇｅ系材料、β−ＦｅＳｉ2、ＰｂＴｅ系材料、ＺｎＳｂ系材料、ＣｏＳｂ系材料、Ｓｉ系材料、クラスレート化合物、コンスタンタン、アルメル合金等から構成することができる。また、実施例１０に示した第１熱電変換素子あるいは第２熱電変換素子の構造を、実施例３の熱電変換素子に適用することができる。また、実施例４にて説明した熱電変換素子の構成、構造を、実施例８〜実施例９にて説明した熱電変換素子に適用することができる。
例えば、本発明の第１の態様〜第５の態様に係る熱電発電装置において、第２支持部材に、伸縮自在であって熱伝導に優れた弾性材料（例えば、シリコーンゴム）を用いて第３支持部材を取り付ければ、弾性材料の伸縮によって、第２支持部材、弾性材料及び第３支持部材、全体の熱応答時定数τが変化する。その結果、取り出される電気信号に変化が生じるので、第２支持部材に対する第３支持部材の動きを検出することができる。具体的には、例えば、第１支持部材、第２支持部材等を腕の或る部位に取り付けておき、第３支持部材を腕の別の部位に取り付けておけば、腕の或る部位と腕の別の部位との位置関係の変化（例えば、腕を曲げた状態、伸ばした状態）を検出することができる。また、本発明の電気信号検出装置を機械や建築物に取り付け、機械や建築物に周期的な温度変化を与えたとき、与えられた周期的な温度変化に基づく電気信号とは異なる電気信号が検出されたならば、何らかの異常が発生したことを知ることができる。このような検出は、例えば、ハンマーで機械や建築物を叩き、発生した音によって異常を知る操作の代替となり得る。
１１，２１１・・・第１支持部材、１２，２１２・・・第２支持部材、２１３・・・接合部材、２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｄ，２１Ｅ，２１Ｆ，１２１Ｈ，１２１Ｊ・・・第１熱電変換部材、２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｄ，２２Ｅ，２２Ｆ，１２２Ｈ，１２２Ｊ・・・第２熱電変換部材、２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｄ，２３Ｅ，２３Ｆ，１２３Ｈ，１２３Ｊ・・・第３熱電変換部材、２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆ，１２４Ｈ，１２４Ｊ・・・第４熱電変換部材、１２１ＧA，１２１ＨA，１２１ＪA，２２１ＣA・・・第１Ａ熱電変換部材、１２１ＧB，１２１ＨB，１２１ＪB，２２１ＣB・・・第１Ｂ熱電変換部材、１２２ＧA，１２２ＨA，１２２ＪA，２２２ＣA・・・第２Ａ熱電変換部材、１２２ＧB，１２２ＨB，１２２ＪB，２２２ＣB・・・第２Ｂ熱電変換部材、１２３ＧA，１２３ＨA，１２３ＪA・・・第３Ａ熱電変換部材、１２３ＧB，１２３ＨB，１２３ＪB・・・第３Ｂ熱電変換部材、１２４ＧA，１２４ＨA，１２４ＪA・・・第４Ａ熱電変換部材、１２４ＧB，１２４ＨB，１２４ＪB・・・第４Ｂ熱電変換部材、１２１Ｃ，１２１Ｇ，１２１Ｇ，１２１Ｈ，１２１Ｊ，２２１Ｃ・・・第１熱電変換素子、１２２Ｃ，１２２Ｇ，１２２Ｇ，１２２Ｈ，１２２Ｊ，２２２Ｃ・・・第２熱電変換素子、１２３Ｇ，１２３Ｈ，１２３Ｊ・・・第３熱電変換素子、１２４Ｇ，１２４Ｈ，１２４Ｊ・・・第４熱電変換素子、３１，３１Ａ，３１Ｂ，３２，３２Ａ，３２Ｂ，２３１，２３２・・・配線、４１，１４１，２４１・・・第１出力部、４２，１４２，２４２・・・第２出力部、４３，１４３・・・第３出力部、４４，１４４・・・第４出力部

Claims (9)

  1. （Ａ）第１支持部材、
    （Ｂ）第１支持部材と対向して配置された第２支持部材、
    （Ｃ）第１支持部材と第２支持部材との間に配置された第１熱電変換素子、
    （Ｄ）第１支持部材と第２支持部材との間に配置された第２熱電変換素子、並びに、
    （Ｅ）第１出力部、第２出力部、第３出力部、及び、第４出力部、
    を備えており、
    第１熱電変換素子は、
    （Ｃ−１）第１支持部材と第２支持部材との間に配置され、ｐ型導電型を示す第１熱電変換部材、及び、
    （Ｃ−２）第１支持部材と第２支持部材との間に配置され、第１熱電変換部材を構成する材料とは異なる材料から構成され、第１熱電変換部材と電気的に直列に接続され、ｎ型導電型を示す第２熱電変換部材、
    から成り、
    第２熱電変換素子は、
    （Ｄ−１）第１支持部材と第２支持部材との間に配置され、ｐ型導電型を示す第３熱電変換部材、及び、
    （Ｄ−２）第１支持部材と第２支持部材との間に配置され、第３熱電変換部材を構成する材料とは異なる材料から構成され、第３熱電変換部材と電気的に直列に接続され、ｎ型導電型を示す第４熱電変換部材、
    から成り、
    第１出力部は、第１熱電変換部材に接続されており、
    第２出力部は、第２熱電変換部材に接続されており、
    第３出力部は、第３熱電変換部材に接続されており、
    第４出力部は、第４熱電変換部材に接続されており、
    第１支持部材の熱応答時定数をτSM1、第２支持部材の熱応答時定数をτSM2としたとき、
    τSM1≠τSM2
    である熱電発電装置を用いた熱電発電方法であって、
    温度が変化する雰囲気に熱電発電装置を配し、
    第２支持部材の温度が第１支持部材の温度よりも高いとき、第１支持部材と第２支持部材との温度差に起因して生成し、第２熱電変換部材から第１熱電変換部材へと流れる電流を、第１出力部を正極、第２出力部を負極として、外部に取り出し、
    第１支持部材の温度が第２支持部材の温度よりも高いとき、第１支持部材と第２支持部材との温度差に起因して生成し、第４熱電変換部材から第３熱電変換部材へと流れる電流を、第３出力部を正極、第４出力部を負極として、外部に取り出す熱電発電方法。
  2. 熱電発電装置において、
    第１出力部は、第１熱電変換部材の第１支持部材側の端部に接続されており、
    第２出力部は、第２熱電変換部材の第１支持部材側の端部に接続されており、
    第３出力部は、第３熱電変換部材の第２支持部材側の端部に接続されており、
    第４出力部は、第４熱電変換部材の第２支持部材側の端部に接続されている請求項１に記載の熱電発電方法。
  3. （Ａ）第１支持部材、
    （Ｂ）第１支持部材と対向して配置された第２支持部材、
    （Ｃ）第１支持部材と第２支持部材との間に配置された第１熱電変換素子、
    （Ｄ）第１支持部材と第２支持部材との間に配置された第２熱電変換素子、
    （Ｅ）第１支持部材と第２支持部材との間に配置された第３熱電変換素子、
    （Ｆ）第１支持部材と第２支持部材との間に配置された第４熱電変換素子、並びに、
    （Ｇ）第１出力部、第２出力部、第３出力部、及び、第４出力部、
    を備えており、
    第１熱電変換素子は、第２支持部材と接し、ｐ型導電型を示す第１Ａ熱電変換部材と、第１支持部材と接し、ｎ型導電型を示す第１Ｂ熱電変換部材とが、接して配置されて成り、
    第２熱電変換素子は、第１支持部材と接し、ｐ型導電型を示す第２Ａ熱電変換部材と、第２支持部材と接し、ｎ型導電型を示す第２Ｂ熱電変換部材とが、接して配置されて成り、
    第３熱電変換素子は、第２支持部材と接し、ｐ型導電型を示す第３Ａ熱電変換部材と、第１支持部材と接し、ｎ型導電型を示す第３Ｂ熱電変換部材とが、接して配置されて成り、
    第４熱電変換素子は、第１支持部材と接し、ｐ型導電型を示す第４Ａ熱電変換部材と、第２支持部材と接し、ｎ型導電型を示す第４Ｂ熱電変換部材とが、接して配置されて成り、
    第１熱電変換素子と第２熱電変換素子とは電気的に直列に接続されており、
    第３熱電変換素子と第４熱電変換素子とは電気的に直列に接続されており、
    第１出力部は、第１熱電変換素子に接続されており、
    第２出力部は、第２熱電変換素子に接続されており、
    第３出力部は、第３熱電変換素子に接続されており、
    第４出力部は、第４熱電変換素子に接続されており、
    第１支持部材の熱応答時定数をτSM1、第２支持部材の熱応答時定数をτSM2としたとき、
    τSM1≠τSM2
    である熱電発電装置を用いた熱電発電方法であって、
    温度が変化する雰囲気に熱電発電装置を配し、
    第２支持部材の温度が第１支持部材の温度よりも高いとき、第１支持部材と第２支持部材との温度差に起因して生成し、第２熱電変換素子から第１熱電変換素子へと流れる電流を、第１出力部を正極、第２出力部を負極として、外部に取り出し、
    第１支持部材の温度が第２支持部材の温度よりも高いとき、第１支持部材と第２支持部材との温度差に起因して生成し、第３熱電変換素子から第４熱電変換素子へと流れる電流を、第４出力部を正極、第３出力部を負極として、外部に取り出す熱電発電方法。
  4. 熱電発電装置において、
    第１出力部は、第１Ｂ熱電変換部材の端部に接続されており、
    第２出力部は、第２Ａ熱電変換部材の端部に接続されており、
    第３出力部は、第３Ａ熱電変換部材の端部に接続されており、
    第４出力部は、第４Ｂ熱電変換部材の端部に接続されている請求項３に記載の熱電発電方法。
  5. （Ａ）第１支持部材、
    （Ｂ）第１支持部材と対向して配置された第２支持部材、
    （Ｃ）第１支持部材と第２支持部材との間に配置された熱電変換素子、並びに、
    （Ｄ）熱電変換素子に接続された第１出力部及び第２出力部、
    を備えており、
    熱電変換素子は、
    （Ｃ−１）第１支持部材と第２支持部材との間に配置され、ｐ型導電型を示す第１熱電変換部材、及び、
    （Ｃ−２）第１支持部材と第２支持部材との間に配置され、第１熱電変換部材を構成する材料とは異なる材料から構成され、第１熱電変換部材と電気的に直列に接続され、ｎ型導電型を示す第２熱電変換部材、
    から成り、
    第１出力部は、第１熱電変換部材の第１支持部材側の端部に接続されており、
    第２出力部は、第２熱電変換部材の第１支持部材側の端部に接続されており、
    第１支持部材と接する第１熱電変換部材の第１面の面積をＳ11、第２支持部材と接する第１熱電変換部材の第２面の面積をＳ12（但し、Ｓ11＞Ｓ12）、第１支持部材と接する第２熱電変換部材の第１面の面積をＳ21、第２支持部材と接する第２熱電変換部材の第２面の面積をＳ22（但し、Ｓ21＞Ｓ22）、第１支持部材の熱応答時定数をτSM1、第２支持部材の熱応答時定数をτSM2としたとき、
    τSM1＞τSM2
    Ｓ12 ≠Ｓ22
    である熱電発電装置を用いた熱電発電方法であって、
    温度が変化する雰囲気に熱電発電装置を配し、
    第２支持部材の温度が第１支持部材の温度よりも高いとき、第１支持部材と第２支持部材との温度差に起因して生成し、第２熱電変換部材から第１熱電変換部材へと流れる電流を、第１出力部を正極、第２出力部を負極として、外部に取り出す熱電発電方法。
  6. （Ａ）第１支持部材、
    （Ｂ）第１支持部材と対向して配置された第２支持部材、
    （Ｃ）第１支持部材と第２支持部材との間に配置された熱電変換素子、並びに、
    （Ｄ）熱電変換素子に接続された第１出力部及び第２出力部、
    を備えており、
    熱電変換素子は、
    （Ｃ−１）第１支持部材と第２支持部材との間に配置され、ｐ型導電型を示す第１熱電変換部材、及び、
    （Ｃ−２）第１支持部材と第２支持部材との間に配置され、第１熱電変換部材を構成する材料とは異なる材料から構成され、第１熱電変換部材と電気的に直列に接続され、ｎ型導電型を示す第２熱電変換部材、
    から成り、
    第１出力部は、第１熱電変換部材の第１支持部材側の端部に接続されており、
    第２出力部は、第２熱電変換部材の第１支持部材側の端部に接続されており、
    第１支持部材と接する第１熱電変換部材の第１面の面積をＳ11、第２支持部材と接する第１熱電変換部材の第２面の面積をＳ12（但し、Ｓ11＞Ｓ12）、第１支持部材と接する第２熱電変換部材の第１面の面積をＳ21、第２支持部材と接する第２熱電変換部材の第２面の面積をＳ22（但し、Ｓ21＞Ｓ22）、第１支持部材の熱応答時定数をτSM1、第２支持部材の熱応答時定数をτSM2としたとき、
    τSM1＞τSM2
    Ｓ12 ≠Ｓ22
    である熱電発電装置。
  7. （Ａ）第１支持部材、
    （Ｂ）第１支持部材と対向して配置された第２支持部材、
    （Ｃ）第１支持部材と第２支持部材との間に配置された第１熱電変換素子、
    （Ｄ）第１支持部材と第２支持部材との間に配置された第２熱電変換素子、並びに、
    （Ｅ）第１出力部、第２出力部、第３出力部、及び、第４出力部、
    を備えており、
    第１熱電変換素子は、
    （Ｃ−１）第１支持部材と第２支持部材との間に配置され、ｐ型導電型を示す第１熱電変換部材、及び、
    （Ｃ−２）第１支持部材と第２支持部材との間に配置され、第１熱電変換部材を構成する材料とは異なる材料から構成され、第１熱電変換部材と電気的に直列に接続され、ｎ型導電型を示す第２熱電変換部材、
    から成り、
    第２熱電変換素子は、
    （Ｄ−１）第１支持部材と第２支持部材との間に配置され、ｐ型導電型を示す第３熱電変換部材、及び、
    （Ｄ−２）第１支持部材と第２支持部材との間に配置され、第３熱電変換部材を構成する材料とは異なる材料から構成され、第３熱電変換部材と電気的に直列に接続され、ｎ型導電型を示す第４熱電変換部材、
    から成り、
    第１出力部は、第１熱電変換部材に接続されており、
    第２出力部は、第２熱電変換部材に接続されており、
    第３出力部は、第３熱電変換部材に接続されており、
    第４出力部は、第４熱電変換部材に接続されており、
    第１支持部材の熱応答時定数をτSM1、第２支持部材の熱応答時定数をτSM2としたとき、
    τSM1≠τSM2
    である熱電発電装置を用いた電気信号検出方法であって、
    温度が変化する雰囲気に熱電発電装置を配し、
    第２支持部材の温度が第１支持部材の温度よりも高いとき、第１支持部材と第２支持部材との温度差に起因して生成し、第２熱電変換部材から第１熱電変換部材へと流れる電流を、電気信号として、第１出力部を正極、第２出力部を負極として、外部に取り出し、
    第１支持部材の温度が第２支持部材の温度よりも高いとき、第１支持部材と第２支持部材との温度差に起因して生成し、第４熱電変換部材から第３熱電変換部材へと流れる電流を、電気信号として、第３出力部を正極、第４出力部を負極として、外部に取り出し、
    該電気信号から複数種の電気信号を得る電気信号検出方法。
  8. （Ａ）第１支持部材、
    （Ｂ）第１支持部材と対向して配置された第２支持部材、
    （Ｃ）第１支持部材と第２支持部材との間に配置された第１熱電変換素子、
    （Ｄ）第１支持部材と第２支持部材との間に配置された第２熱電変換素子、
    （Ｅ）第１支持部材と第２支持部材との間に配置された第３熱電変換素子、
    （Ｆ）第１支持部材と第２支持部材との間に配置された第４熱電変換素子、並びに、
    （Ｇ）第１出力部、第２出力部、第３出力部、及び、第４出力部、
    を備えており、
    第１熱電変換素子は、第２支持部材と接し、ｐ型導電型を示す第１Ａ熱電変換部材と、第１支持部材と接し、ｎ型導電型を示す第１Ｂ熱電変換部材とが、接して配置されて成り、
    第２熱電変換素子は、第１支持部材と接し、ｐ型導電型を示す第２Ａ熱電変換部材と、第２支持部材と接し、ｎ型導電型を示す第２Ｂ熱電変換部材とが、接して配置されて成り、
    第３熱電変換素子は、第２支持部材と接し、ｐ型導電型を示す第３Ａ熱電変換部材と、第１支持部材と接し、ｎ型導電型を示す第３Ｂ熱電変換部材とが、接して配置されて成り、
    第４熱電変換素子は、第１支持部材と接し、ｐ型導電型を示す第４Ａ熱電変換部材と、第２支持部材と接し、ｎ型導電型を示す第４Ｂ熱電変換部材とが、接して配置されて成り、
    第１熱電変換素子と第２熱電変換素子とは電気的に直列に接続されており、
    第３熱電変換素子と第４熱電変換素子とは電気的に直列に接続されており、
    第１出力部は、第１熱電変換素子に接続されており、
    第２出力部は、第２熱電変換素子に接続されており、
    第３出力部は、第３熱電変換素子に接続されており、
    第４出力部は、第４熱電変換素子に接続されており、
    第１支持部材の熱応答時定数をτSM1、第２支持部材の熱応答時定数をτSM2としたとき、
    τSM1≠τSM2
    である熱電発電装置を用いた電気信号検出方法であって、
    温度が変化する雰囲気に熱電発電装置を配し、
    第２支持部材の温度が第１支持部材の温度よりも高いとき、第１支持部材と第２支持部材との温度差に起因して生成し、第２熱電変換素子から第１熱電変換素子へと流れる電流を、電気信号として、第１出力部を正極、第２出力部を負極として、外部に取り出し、
    第１支持部材の温度が第２支持部材の温度よりも高いとき、第１支持部材と第２支持部材との温度差に起因して生成し、第３熱電変換素子から第４熱電変換素子へと流れる電流を、電気信号として、第４出力部を正極、第３出力部を負極として、外部に取り出し、
    該電気信号から複数種の電気信号を得る電気信号検出方法。
  9. （Ａ）第１支持部材、
    （Ｂ）第１支持部材と対向して配置された第２支持部材、
    （Ｃ）第１支持部材と第２支持部材との間に配置された熱電変換素子、並びに、
    （Ｄ）熱電変換素子に接続された第１出力部及び第２出力部、
    を備えており、
    熱電変換素子は、
    （Ｃ−１）第１支持部材と第２支持部材との間に配置され、ｐ型導電型を示す第１熱電変換部材、及び、
    （Ｃ−２）第１支持部材と第２支持部材との間に配置され、第１熱電変換部材を構成する材料とは異なる材料から構成され、第１熱電変換部材と電気的に直列に接続され、ｎ型導電型を示す第２熱電変換部材、
    から成り、
    第１出力部は、第１熱電変換部材の第１支持部材側の端部に接続されており、
    第２出力部は、第２熱電変換部材の第１支持部材側の端部に接続されており、
    第１支持部材と接する第１熱電変換部材の第１面の面積をＳ11、第２支持部材と接する第１熱電変換部材の第２面の面積をＳ12（但し、Ｓ11＞Ｓ12）、第１支持部材と接する第２熱電変換部材の第１面の面積をＳ21、第２支持部材と接する第２熱電変換部材の第２面の面積をＳ22（但し、Ｓ21＞Ｓ22）、第１支持部材の熱応答時定数をτSM1、第２支持部材の熱応答時定数をτSM2としたとき、
    τSM1＞τSM2
    Ｓ12 ≠Ｓ22
    である熱電発電装置を用いた電気信号検出方法であって、
    温度が変化する雰囲気に熱電発電装置を配し、
    第２支持部材の温度が第１支持部材の温度よりも高いとき、第１支持部材と第２支持部材との温度差に起因して生成し、第２熱電変換部材から第１熱電変換部材へと流れる電流を、電気信号として、第１出力部を正極、第２出力部を負極として、外部に取り出し、
    該電気信号から複数種の電気信号を得る電気信号検出方法。
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