JP6183146B2 - 発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、発電装置に関する。

従来、熱エネルギーから電気エネルギーを得る発電装置が種々知られている。例えば、温度変化によって発電可能な焦電素子を装備し、その焦電素子の温度を変化させるため、焦電素子の加熱源及び焦電素子の冷却源と焦電素子の少なくとも一方を移動させる発電装置が知られている（特許文献１参照）。特許文献１には、焦電素子の温度を変化させるためにシャッタ板を回転させ、ディスク上にアレイ状に配置された焦電素子への熱線の照射状態を変化させる技術も開示されている。さらに、上昇気流の持つエネルギーをプロペラ駆動出力として風車等を回転させ、風力発電を可能とする発電装置が知られている（特許文献２参照）。

特開平１１−３３２２６６号公報 特開２０１２−１８６８７０号公報

焦電素子を用いて発電を行う場合、焦電素子の温度が変化する必要がある。このため、上述の特許文献１で開示された技術のように、何らかの部材を移動させたり、駆動したりすることがある。これらの移動機構や駆動機構を稼動させるためには動力が必要であり、効率的な発電の面で、改良の余地がある。また、特許文献２のように、上昇気流で風車を回転させ、発電しようとする場合、上昇気流だけでは風車を十分に回転させることが困難であることも想定され、こちらも効率的な発電の面でさらなる改良の余地があった。

そこで、本明細書開示の発電装置は熱エネルギーから効率的に電気エネルギーを得ることを課題とする。なお、上記課題に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本発明の他の課題の1つとして位置付けることができる。

本明細書開示の発電装置は、温度の変化に伴って発生する電力を取り出す焦電体パネルと、前記焦電体パネルに熱を付与する熱源部と、前記熱源部の熱により生じる上昇気流を受けて回転し、前記熱源部が発する熱の前記焦電体パネルへの伝達状態を変化させる板状部を備えた回転部材とを備える。

熱源部が発する熱により生じる上昇気流によって回転部材を回転させ、継続的に焦電体パネルの加温状態と冷却状態とを切り替えることができるので、効率的に焦電体パネルより電力を取り出すことができる。

本明細書開示の発電装置によれば、熱エネルギーから効率的に電気エネルギーを得ることができる。

図１は第１実施形態の発電装置の概略構成を示す説明図である。 図２（Ａ−１）乃至（Ｅ−２）は第１実施例の発電装置が備える構成要素の説明図である。 図３は第１実施形態の発電装置の発電原理を示す説明図である。 図４第１実施形態の発電装置における焦電体パネルの温度変化と取り出される電圧を示す説明図である。 図５（Ａ）は第１実施形態の発電装置における焦電体パネルを直列に接続する例を示す説明図であり、図５（Ｂ）は焦電体パネルを並列に接続する例を示す説明図である。 図６は第１実施形態における全波整流回路の回路図である。 図７は第２実施形態における回転部材、熱源部及び焦電体パネルの配置を示す説明図である。 図８は第２実施形態における回転部材の概略構成を示す斜視図である。 図９（Ａ）は第３実施形態の発電装置が備える回転部材の概略構成を示す斜視図であり、図９（Ｂ）は熱源部の熱が焦電体パネルに放射される様子を模式的に示す説明図であり、図９（Ｃ）は赤外線レンズを通過して焦電体パネルに放射された熱を模式的に示す説明図である。 図１０は第４実施形態の発電装置が備える回転部材の概略構成を示す斜視図である。 図１１は第４実施形態の発電装置において、熱源部の熱が焦電体パネルに放射される様子を模式的に示す説明図である。 図１２は第５実施形態における回転部材、熱源部及び焦電体パネルの配置を示す説明図である。 図１３は第５実施形態の発電装置における分割された焦電体パネルの寸法及び配置の概略を示す説明図である。 図１４は第５実施形態における回転部材の板状部を展開した説明図である。 図１５は第６実施形態における回転部材、熱源部及び焦電体パネルの配置を示す説明図である。 図１６は第６実施形態における焦電体パネルの配列を示す説明図である。 図１７は焦電体パネルを形成する焦電素子の温度と発電効率との関係を示すグラフである。 図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）は第７実施形態における回転部材、熱源部及び焦電体パネルの配置を示す説明図である。 図１９は５相交流電力を取り出す場合の焦電体パネルと遮蔽部との関係の一例を示す説明図である。 図２０は第８実施形態における回転部材の展開図である。 図２１は取り出された３相交流電力の波形を示す説明図である。 図２２は３相直流変換を行う回路図である。 図２３は直流化された電力の波形を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては、説明の都合上、実際には存在する構成要素が省略されていたり、寸法が実際よりも誇張されて描かれていたり、模式的に描かれていたりする場合がある。

（第１実施形態）
図１は第１実施形態の発電装置１の概略構成を示す説明図である。図１における発電装置１は、外筒部材２の右側が破断され、外筒部材２の内部の様子が描かれている。図２（Ａ−１）は、ヒートシンク６の平面図であり、図２（Ａ−２）はヒートシンク６の正面図である。図２（Ｂ−１）は焦電体パネル４の平面図であり、図２（Ｂ−２）は焦電体パネル４の正面図である。図２（Ｃ−１）は回転部材７の平面図であり、図２（Ｃ−２）は回転部材７の側面図である。図２（Ｄ−１）は回転部材７の支持部材８の平面図であり、図２（Ｄ−２）は支持部材８の正面図である。図２（Ｅ−１）は熱源部３の平面図であり、図３（Ｅ−２）は熱源部３の正面図である。なお、以下の説明において、上下方向は、図１に示す方向とする。

図１を参照すると、発電装置１は、地面９に立設される外筒部材２を備える。外筒部材２は、下方側面に気流取り込み口２ａを備え、上部に排出口２ｂが設けられている。発電装置１は、外筒部材２内に、熱源部３、焦電体パネル４、支持部材８に支持された回転部材７を備える。

熱源部３は、板状であり、高温の熱源に接触させて、熱量受けとして機能する。熱源部３は、焦電体パネル４に熱を付与すると共に、外筒部材２内に煙突効果による上昇気流を発生させることができる。熱源部３に接触させる高温の熱源は、排熱配管等、どのようなものであってもよい。本実施形態の熱源部３は、地面９に接するように配置されており、地熱を吸収することができる。すなわち、本実施形態は、地熱を熱源としている。本実施形態における熱源部３は、アルミナ製である。熱源部３を高温の熱源に接触させる場合は、熱伝導性グリースを介することができる。なお、高温の熱源自体を熱源部とすることもできる。

焦電体パネル４は、扇形状の８枚のパネル４ａ〜４ｈを組み合わせて円形をなしている。焦電体パネル４からは、その温度の変化に伴って発生する電力が取り出される。各パネル４ａ〜４ｈは、温度変化によって誘電体の分極が変化する従来公知の焦電素子を用いることができるが、本実施形態では、チタン酸鉛カルシウム（（Ｐｂ_１−ｘＣａ_ｘ）ＴｉＯ_３）が採用されている。ここで、Ｘは、各成分の割合を示すもので、適宜選択することができる。扇形状の各パネル４ａ〜４ｈには、その両面にそれぞれ電極５が設けられている。電極５には、リード線５ａが電気的に接続されている。焦電体パネル４は、下側に位置する熱源部３と対向配置されている。

焦電体パネル４の上部には、冷却部に相当するヒートシンク６が搭載されている。ヒートシンク６は、焦電体パネル４の上面側、すなわち、焦電体パネル４の熱源部３と対向する下面の裏面側に搭載されている。これにより、焦電体パネル４の冷却効果が向上する。

回転部材７は、板状部７ａを備える。板状部７ａは、羽根形状を有しており、本実施形態における回転部材７は、いわゆるプロペラ態様をなしている。回転部材７は、４枚の板状部７ａを備えている。すなわち、板状部７ａの枚数と、焦電体パネル４の各パネル４ａ〜４ｈとの枚数の比は、１：２となっている。各板状部７ａの形状は、焦電体パネル４を形成する各パネル４ａ〜４ｈの形状に対応した扇形状となっている。このため、隣り合った板状部７ａ間の隙間の形状も各パネル４ａ〜４ｈに対応した形状となっている。回転部材７は、取付穴７ｂに回転軸部８ｃを挿通することによって支持部材８を介して外筒部材２内に回転自在に配置されている。支持部材８は、円形の外枠部８ａとスポーク部８ｂを備え、外枠部８ａが外筒部材２の内周面に固定されている。回転部材７は、支持部材８が備える回転軸部８ｃに回転自在に装着されている。なお、回転部材７は、外筒部材２内に回転自在に装着されていれば、その装着方法は問わない。回転部材７は、羽根形状の板状部７ａが上昇気流を受けることによって回転する。回転部材７は、これ自体が発電するものではなく、熱源部３が発する熱の焦電体パネル４への伝達状態を変化させ、焦電体パネル４の加温状態と冷却状態とを切り替えるものである。

ここで、熱源部３、焦電体パネル４及び板状部７ａの上下方向の位置関係について整理する。まず、熱源部３は、板状部７ａよりも下方に配置されている。焦電体パネル４は、板状部７ａよりも上方に配置されている。すなわち、下方より上方に向かって熱源部３、板状部７ａ、焦電体パネル４の順に配置されている。このような位置関係とすることにより、気流取り込み口２ａから外筒部材２内に取り込まれた気流は、熱源部８の熱により上昇気流となり、上方に設けられた排出口に向かう。このとき、板状部７ａは、上昇気流を受けて回転部材７を回転させる。上述のように上下方向の位置関係で回転する各板状部７ａは、熱源部３が発する熱の焦電体パネル４への伝達状態を変化させ、焦電体パネル４の加温状態と冷却状態とを切り替える。すなわち、各板状部７ａは、焦電体パネル４を形成する各パネル４ａ〜４ｈに対し、熱源部３が発する熱の遮蔽状態と非遮蔽状態を周期的に創出する。

ここで、図３を参照しつつ、発電装置１における発電原理について説明する。図３は、パネル４ａが非遮蔽の状態であり、パネル４ａに隣接するパネル４ｂが板状部７ａにより遮蔽された状態を示している。図３中、板状部７ａに描かれた矢示は、板状部７ａの回転方向を示している。非遮蔽の状態であるパネル４ａは、熱源部３から熱放射されるため、加温され、温度が上昇する。一方、板状部７ａにより遮蔽された状態であるパネル４ｂは、熱源部３からの熱の供給が遮断され、ヒートシンク６により、放熱されるため、冷却され、温度が低下する。板状部７ａは、回転しているため、パネル４ａ、４ｂは、加温状態と冷却状態とが順次入れ替わる。このため、図４に示すように、パネル４ａとパネル４ｂの温度は、周期的に変化する。このように、温度が変化することにより、各パネル４ａ、４ｂにおいて電力が得られる。なお、このとき得られる電圧は、加温状態のときと冷却状態とのときとで逆となる。すなわち、隣り合うパネル４ａとパネル４ｂとでは、温度変化の位相が１８０°異なっており、出力電圧の位相も１８０°異なったものとなる。そこで、図４に示すようにパネル４ａとパネル４ｂとを電気的に逆向きの接続として直列接続とすると、二倍の電圧を得ることができる。以上、代表してパネル４ａ、４ｂにおける発電現象を説明したが、このような発電現象は各パネル４ａ〜４ｈで生じている。なお、図４におけるパネル４ａ、４ｂに示された黒丸（●）は、温度が上昇したときに正の電圧を出力する側を示している。

以上説明したように、回転部材７により、熱源部３が発する熱の焦電体パネル４への伝達状態を変化させることにより、焦電体パネル４から電力を得ることができる。このとき、回転部材７は、上昇気流によって回転するため、格別の動力は不要である。このため、熱エネルギーから効率的に電気エネルギーを得ることができる。また、熱源部３やヒートシンク６は固定状態であり、電力を得るために、これらを移動させることは不要であり、無駄なエネルギーの消費がないため、この点でも、効率的な発電が可能となる。本実施形態では、煙突効果による気流を利用しているので上方に設置されたヒートシンク６による効果的な冷却が期待され、自然冷却と比較して効率的な発電を行うことができる。ヒートシンク６を装備することによる効果的な冷却は、焦電体パネル４が自発分極を失うキュリー温度に到達することを回避する上で有効である。また、焦電体パネル４自体は回転しないため、電力を得るための配線が容易である。

なお、各パネル４ａ〜４ｈの接続は、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、高い電圧を得たい場合は、図５（Ａ）に示すように、同一の位相となるパネル４ａ、４ｃ、４ｅを直列接続とすることができる。また、電流を大きくしたいときは、図５（Ｂ）に示すように、同一の位相となるパネル４ａ、４ｃ、４ｅを並列接続とすることで出力抵抗を低減することができる。また、図６に示すように、例えば、全波整流回路や他の方式を用いることにより、交流出力を整流して直流出力電圧として利用することもできる。

また、本実施形態では、焦電体パネル４は、複数のパネルに分割した形態としているが、焦電体パネル４の分割数は、適宜決定することができる。

（第２実施形態）
つぎに、図７、図８を参照して、第２実施形態について説明する。第１実施形態と第２実施形態とが異なる点は、主として、熱源部と焦電体パネルとの位置関係、及び、これに伴う回転部材の形状である。第１実施形態では、熱源部３の上方に焦電体パネル４が配置され、熱源部３と焦電体パネル４との間に板状部７ａが回転自在に配置されていた。ここで、板状部７ａは、上昇気流を受ける羽根部と、焦電体パネル４を遮蔽する遮蔽部とを兼ねていた。これに対し、第２実施形態では、熱源部１３をアルミナ製の柱状ロッドとして、発電装置の中心部に据え、その側方に焦電体パネル１４を配置している。そして、回転部材１７が備える板状部は、熱源部の上方に配置された羽根部１７ａと焦電体パネル１４と対向可能に設けられた側板部１７ｂとを有する。

図７を参照すると、焦電体パネル１４は、熱源部１３の側方に位置し、熱源部１３を囲うように筒状に配置されている。焦電体パネル１４は、短冊状に８枚に分割されている。焦電体パネル１４の内周面及び外周面にはそれぞれ電極１５が設けられている。電極１５には、リード線１５ａが電気的に接続されている。焦電体パネル１４の外側には、ヒートシンク１６が設置されている。なお、第２実施形態では、焦電体パネル１４及びヒートシンク１６が筒状に配置され、これらにより煙突効果が発揮されるため、外筒部材を備えていないが、別途外筒部材を装備してもよい。

回転部材１７が備える４枚の板状部１７ｂは、熱源部１３の上方に配置された羽根部１７ａから焦電体パネル１４と対向可能に設けられている。すなわち、板状部１７ｂは、熱源部１３と焦電体パネル１４との間に配置されている。図８を参照すると、板状部１７ｂは、分割された焦電体パネル１４の各パネルに対応した短冊形状を有している。このため、隣り合った板状部１７ｂ間の隙間の形状も焦電体パネル１４を分割した各パネルに対応した形状となっている。このように、第２実施形態の回転部材１７は、上昇気流を受けて回転力を得る羽根部１７ａと、焦電体パネル１４を遮蔽し、熱源部１３が発する熱の焦電体パネル１４への伝達状態を変化させる板状部１７ｂとを別個に備えている。板状部１７ｂの枚数と、分割された焦電体パネル１４の枚数の比は、４：８、すなわち、１：２となっている。

焦電体パネル１４を上記のような配置とすると、焦電体パネル１４の面積を大きく設定することができる。焦電体パネル１４の面積を大きく設定することができれば、発電量の向上が期待できる。すなわち、第２実施形態は、第１実施形態と同様の効果を得られると共に、さらなる、発電効率の向上が期待される。

（第３実施形態）
つぎに、第３実施形態につき、図９（Ａ）〜（Ｃ）を参照しつつ説明する。図９（Ａ）は第３実施形態の発電装置が備える回転部材２７の概略構成を示す斜視図であり、図９（Ｂ）は熱源部の熱が焦電体パネル４に放射される様子を模式的に示す説明図である。図９（Ｃ）は赤外線レンズを通過して焦電体パネル４に放射された熱を模式的に示す説明図である。

第３実施形態が第１実施形態と異なる点は、第３実施形態が第１実施形態の回転部材７に代えて、回転部材２７を備える点である。回転部材２７は、羽根形状の板状部２７ａに加温状態となる焦電体パネル４に対し集熱する赤外線レンズを備える。なお、以下の説明において、第１実施形態と共通する構成要素には、同一の参照番号を用いる。

図９（Ｂ）を参照すると焦電体パネル４を分割した各パネル４ａ〜４ｈは、加温状態と冷却状態が交互に配置された状態となっている。具体的に、パネル４ａ、４ｃ、４ｅ及び４ｇが冷却状態となっており、パネル４ｂ、４ｄ、４ｆ、４ｈが加温状態となっている。要するに、各板状部２７ａは、パネル４ａ、４ｃ、４ｅ及び４ｇに対向した状態となっている。ここで、板状部２７ａは、プラスチック製のフレネルレンズを形成しており、受けた赤外線をパネル４ｂ、４ｄ、４ｆ、４ｈへ向かって屈折させている。これにより、パネル４ｂ、４ｄ、４ｆ、４ｈは、板状部２７ａ間の隙間を通過した赤外線だけでなく、図９（Ｃ）に示すように板状部２７ａが受けた赤外線も受けることになる。すなわち、本来、板状部２７ａによって遮蔽される赤外線も有効に活用することができる。このように、加温状態となる焦電体パネルに対し集熱することにより、効果的に温度変化を促し、発電効率を向上させることができる。

（第４実施形態）
つぎに、第４実施形態につき、図１０及び図１１を参照しつつ説明する。図１０は第４実施形態の発電装置が備える回転部材３７の概略構成を示す斜視図である。図１１は第４実施形態の発電装置において、熱源部の熱が焦電体パネル１４に放射される様子を模式的に示す説明図である。

第４実施形態が第２実施形態と異なる点は、第４実施形態が、第２実施形態の回転部材１７に代えて、回転部材３７を備える点である。回転部材３７は、羽根部３７ａと側板部３７ｂとを有する。側板部３７ｂは、加温状態となる焦電体パネル１４に対し集熱する赤外線レンズを備える。

側板部３７ｂは、４枚準備され、４枚の側板部３７ｂが隙間なく筒状に並べて配置されている。すなわち、側板部３７ｂの１枚の大きさは、８枚に分割された焦電体パネル１４のうち、２枚分を覆う大きさとなっている。側板部３７ｂは、第２実施形態とは異なり、隙間を空けることなく設けられている。これは、第４実施形態の側板部３７ｂは、第１実施形態の板状部７ａや、第３実施形態の板状部２７ａと異なり、上昇気流を受けて回転部材３７を回転させる必要がないからである。すなわち、回転部材３７を回転させる機能は、羽根部３７ａが担うため、赤外線レンズを備える側板部３７ｂは、熱源部の熱（赤外線）を効率よく集めるため、より面積を大きくすべく、周方向に隙間を空けることなく設けられている。熱源部の熱（赤外線）は、側板部３７ｂを通過して加温状態となる焦電体パネルに対し集熱される。これにより、効果的に温度変化を促し、発電効率を向上させることができる。

（第５実施形態）
つぎに、第５実施形態につき、図１２乃至図１４を参照しつつ説明する。図１２は第５実施形態における回転部材５７、熱源部５３及び焦電体パネル５４の配置を示す説明図である。図１３は第５実施形態の発電装置における分割された焦電体パネルの寸法及び配置の概略を示す説明図である。図１４は第５実施形態における回転部材の板状部を展開した説明図である。

第５実施形態は、第２実施形態と同様に熱源部の上方に配置された羽根部５７ａと焦電体パネル５４と対向可能に設けられた側板部５７ｂとを有する。ただし、第２実施形態が備える柱状の熱源部１３に代えて、第１実施形態と同様の板状の熱源部５３を備える点で、第２実施形態と異なる。焦電体パネル５４を筒状に配置した場合、焦電体パネルの面積を大きくすることができる。ところが、焦電体パネルの面積が大きくなると、焦電体パネル５４の位置によって熱源部５３からの距離が異なってくる。熱源部５３から赤外線として放出されたエネルギーの密度は距離の二乗で減衰する。この結果、熱源部５３からの距離に応じて焦電体パネルの定常温度が変化したり、場合によっては、温度変化が大きくなりすぎて、焦電体パネルの材質の使用上限温度を越えたりすることが想定される。焦電体パネルの材質の使用上限温度を越えると、発電能力が低下する。

そこで、焦電体パネル５４の各領域において、温度変化量が同一となるように、熱源部５３からの距離に応じて焦電体パネルを分割したパネルの幅を変化させる。第５実施形態では、まず、焦電体パネル５４を、回転部材５７の回転方向に沿って分割する。このとき、分割された焦電体パネル５４の回転部材５７の回転方向に沿った幅を、熱源部５３からの距離に応じて異ならせる。ここで、熱源部５３は、底部に配置されているため、焦電体パネル５４の上部に行くに従って、熱源部５３との距離が長くなる。これを考慮し、焦電体パネル５４を回転部材５７の回転方向と直交する方向、具体的に、上下方向に分割する。分割数は、任意に決定することができるが、第５実施形態では、焦電体パネル５４を上下方向に沿ってパネル５４ａ〜５４ｅまでの５つに分割している。そして、各パネル５４ａ〜５４ｅの幅、すなわち、角度φを上側のパネルほど広くする。

上記の措置は、焦電体パネル５４を分割した各パネルにおいて、赤外線等の熱の放射を受けている間の温度変化ΔＴが一定になるようにするために行われる。温度変化ΔＴを一定にするために、以下の式に従って焦電体パネル１枚の占める角度φを決定する。

まず、
ΔＴ∝（Ｑ／Ｃ）・ｔ
Ｃ：焦電体パネル１枚当たりの熱容量、Ｑ：放射される熱量、ｔ照射時間
の関係がある。
ここで、
Ｑ∝（１／ｒ^２）・Ｓ， Ｃ∝Ｓ， ｔ＝φ／２πｆ
ｒ：熱源部からの距離， Ｓ：焦電体パネル１枚の面積
φ：焦電体パネルの占める回転方向の角度， ｆ：回転部材の回転数
である。
回転部材の回転数ｆが一定であると仮定すると、ΔＴが一定となるためには、
ｃｏｓ^２θ／φ＝ｃｏｎｓｔ．
の関係が満たされていればよい。

分割された焦電体パネル５４の各パネル５４ａ〜５４ｅの幅は、以上のように決定することができる。第５実施形態では、これと共に、回転部材５７が備える側板部５７ｂの形状も変更している。具体的に、側板部５７ｂは、図１４に示すように、回転部材５７の回転方向に沿って開口部５７ｂ１と遮蔽部５７ｂ２とを交互に備え、開口部５７ｂ１の開口率が、熱源部５３からの距離に応じて異ならせている。側板部５７ｂは、焦電体パネル５４の分割に対応させて上下方向に５分割されている。そして、開口部５７ｂ１と遮蔽部５７ｂ２の幅も焦電体パネル５４の分割に対応させている。従って、上側に行くほど、すなわち、熱源部５３から遠ざかるほど、開口部５７ｂ１と遮蔽部５７ｂ２の幅は大きくなっている。この結果、一つの開口部５７ｂ１に着目した場合、その開口率は熱源部５３から遠ざかるほど大きくなっている。開口率が大きくなるということは、一回の放射時間が長くなることを意味する。このように、熱源部５３から遠ざかるほど放射時間が長くなることにより、上下方向で均質に熱を付与し、ΔＴを一定にすることができる。

（第６実施形態）
つぎに、第６実施形態につき、図１５乃至図１７を参照しつつ説明する。図１５は第６実施形態における回転部材、熱源部及び焦電体パネルの配置を示す説明図である。図１６は第６実施形態における焦電体パネル６４の配列を示す説明図である。図１７は焦電体パネル６４を形成する焦電素子の温度と発電効率との関係を示すグラフである。回転部材６７は、第２実施形態と同様に、羽根部６７ａと、遮蔽部としての側板部６７ｂを備えている。

第５実施形態では、熱源部５３から焦電体パネル５４までの距離の相違に起因する温度変化の違いを解消するために、焦電体パネル５４を上下方向に沿って分割し、分割された焦電体パネル５４の回転方向に沿った幅を調整した。これに対し、第６実施形態では、焦電素子の組成物を異ならせることによって発電特性のピークを変更することによって対応する。

まず、第５実施形態と同様に、上下方向に沿って複数のパネルに分割する。分割数は、任意に決定することができるが、第６実施形態では、焦電体パネル６４を上下方向に沿ってパネル６４ａ〜６４ｅまでの５つに分割している。そして、各パネル６４ａ〜６４ｅの焦電素子の組成物を、熱源部５３から離れるほど、発電特性のピークが低温側となるように選定する。熱源部５３から離れるほど、温度が上がりにくいため、熱源部５３から離れるほど、発電特性のピークが低温側となるようにして、低温であっても発電効率を向上させる趣旨である。

図１７を参照すると、チタン酸鉛カルシウム（（Ｐｂ_１−ｘＣａ_ｘ）ＴｉＯ_３）において、例えば、Ｘ＝２０である組成物を選択した場合、そのキュリー温度が高く、発電特性のピークが高温側となっている。一方、例えば、Ｘ＝２８である組成物を選択した場合、そのキュリー温度が低く、発電特性のピークが低温側となっている。このように、焦電素子は、その組成物によって発電特性のピークが異なる。そこで、例えば、Ｘ＝２０であるような組成物により熱源部５３に近い焦電体パネル６４ａを形成し、熱源部５３からに離れるに従って、発電特性のピークが低温側となる組成物を選択する。これにより、焦電体パネル６４全体を通して発電特性を一定に近づけることができる。

（第７実施形態）
つぎに、第７実施形態について、図１８及び図１９を参照しつつ説明する。図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）は第７実施形態における回転部材、熱源部及び焦電体パネルの配置を示す説明図である。図１９はｎ相交流電力を取り出す場合の焦電体パネルと遮蔽部との関係の一例を示す説明図である。

図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）に示す例は、いずれも、３相交流電力を得る例である。まず、図１８（Ａ）に示す例では、中心部に柱状の熱源部１３を配置し、その周囲に焦電体パネル７４を筒状に配置している。そして、熱源部１３と焦電体パネル７４との間に側板部７７ｂを配置している。焦電体パネル７４は、１２枚に分割されており、一方、側板部７７ｂは、４枚準備されている。従って、側板部７７ｂの枚数と、焦電体パネル７４の分割された枚数との比は、１：３となっている。このような比とすることにより、焦電体パネル７４において、隣り合う３枚のパネルに着目すると、遮蔽と、熱の放射を受けるタイミングが（２／３）πだけずれた３相交流の電力を出力することができる。

また、図１８（Ｂ）に示すように、円板状の焦電体パネル８４と、羽根形状の板状部８７ａを用い、焦電体パネル８４を１２枚に分割し、板状部８７ａを４枚として、その枚数比を１：３とすることで３相交流の電力を得ることができる。

このように、焦電体パネルと板状部との枚数比によって、ｎ相の交流電力を得ることができる。これを、一般化して示すと、以下の如くである。筒状又は円板状に配置される焦電体パネルの数ｐをｎの整数倍とする。そして、回転部材は、等間隔に配置され、熱源部が焦電体パネルに向かって放射する熱を遮蔽するｆ枚の羽根部又は遮蔽部を備える。隣接する羽根部又は遮蔽部間の距離を、羽根部又は遮蔽部の一枚毎の幅と同一であるとした場合に、ｆ／ｐをｎ−１／ｎ以下となる約分できない分数に設定する。

ここで、図１９を参照して、５相交流電力を取り出す場合の例について説明する。まず、焦電体パネル９０を５の整数倍である５枚に分割している。そして、羽根部又は遮蔽部の枚数ｆを１〜４の中から選定する。ｆを１〜４の中から選択すれば、ｆ／ｐをｎ−１／ｎ以下となる約分できない分数に設定することができ、いずれも５相交流電力を得ることができる。ここで、ｆの違いは、交流周波数に影響を及ぼす。すなわち、ｆが多いほど、同じ遮蔽状態に至るまでに羽根部又は遮蔽部が移動しなければならない距離が短くなる。このため、回転部材が同じ回転速度で回転する場合には、ｆが多いほど、高い交流周波数の多層交流電力が得られることになる。なお、図１９に示す例で、ｆ＝５とすると、焦電体パネルを分割したパネルの枚数と、羽根部又は遮蔽部（板状部）の枚数との比が、５：５＝１：１となることから、単相交流となる。

（第８実施形態）
つぎに、第８実施形態につき、図２０乃至２３を参照しつつ説明する。図２０は第８実施形態における回転部材の展開図である。図２１は取り出された３相交流電力の波形を示す説明図である。図２２は３相直流変換を行う回路図である。図２３は直流化された電力の波形を示すグラフである。

第８実施形態は、多相交流電力を得るための他の形態を示している。ここでは、３相交流の電力を得るための形態につき、説明する。図２０を参照すると、焦電体パネル１０４は、回転部材の回転方向に沿って、１２枚に短冊状のパネルに分割されている。一方、側板部１０７ｂは、上下方向に３分割し、各層枚に回転部材の回転方向に沿って位相をずらす。これにより、図２１に示すような３相交流の電力を得ることができる。なお、各層において側板部１０７ｂとその配置間隔は、短冊状のパネル１枚の幅と一致している。

このように、各層の位相をずらすことにより、所望の交流電力を得ることができる。得られた交流電力を図２２に示すような３相直流変換回路を経由することで、図２３に示すように、直流化した電力を得ることができる。このような直流化は、第７実施形態に適用することもできる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

１ 発電装置
２ 外筒部材
２ａ 気流取り込み口
２ｂ 排出口
３、１３、５３ 熱源部
４（４ａ〜４ｈ）、１４、５４、６４、７４、８４、９０、１０４ 焦電パネル
６、１６ ヒートシンク
７、１７、２７、３７、５７、６７ 回転部材
７ａ、２７ａ、８７ａ 板状部
１７ａ、３７ａ 羽根部
１７ｂ、３７ｂ、５７ｂ、６７ｂ、７７ｂ、１０７ｂ 側板部
８ 支持部材

Claims (10)

1. 温度の変化に伴って発生する電力を取り出す焦電体パネルと、
   前記焦電体パネルに熱を付与する熱源部と、
   前記熱源部の熱により生じる上昇気流を受けて回転し、前記熱源部が発する熱の前記焦電体パネルへの伝達状態を変化させる板状部を備えた回転部材と、
   を備えた発電装置。
2. 前記焦電体パネルを冷却する冷却部を備える請求項１に記載の発電装置。
3. 前記板状部は、前記上昇気流を受ける羽根形状を有し、
   前記熱源部は、前記板状部よりも下方に配置され、
   前記焦電体パネルは、前記板状部よりも上方に配置された請求項１又は２に記載された発電装置。
4. 前記焦電体パネルは、前記熱源部の側方に位置し、
   前記板状部は、前記熱源部の上方に配置された羽根部と前記焦電体パネルと対向可能に設けられた側板部とを有する請求項１又は２に記載の発電装置。
5. 前記板状部は、加温状態となる前記焦電体パネルに対し集熱する赤外線レンズを備える請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発電装置。
6. 前記板状部は、前記回転部材の回転方向に沿って開口部と遮蔽部とを交互に備え、
   前記開口部の開口率が、前記熱源部からの距離に応じて異なる請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発電装置。
7. 前記焦電体パネルは、前記回転部材の回転方向に沿って分割され、分割された前記焦電体パネルの前記回転方向に沿った幅が、前記熱源部からの距離に応じて異なる請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発電装置。
8. 前記焦電体パネルは、前記熱源部からの距離に応じて、焦電素子の組成物が異なり、前記熱源部から離れるほど、発電特性のピークが低温側となる請求項１乃至７のいずれか一項に記載の発電装置。
9. 加温状態となる前記焦電体パネルと、冷却状態となる前記焦電体パネルとを、前記回転部材の回転方向に沿って交互に配置し、同一の状態となる前記焦電体パネル同士を直列又は並列に接続する請求項１乃至８のいずれか一項に記載の発電装置。
10. 筒状又は円板状に配置される前記焦電体パネルの数ｐをｎの整数倍とし、
    前記回転部材は、等間隔に配置され、前記熱源部が前記焦電体パネルに向かって放射する熱を遮蔽するｆ枚の羽根部又は遮蔽部を備え、隣接する前記羽根部又は遮蔽部間の距離が、当該羽根部又は遮蔽部の一枚毎の幅と同一である場合に、
    ｆ／ｐをｎ−１／ｎ以下となる約分できない分数に設定した請求項１又は２に記載の発電装置。

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