JPWO2019132041A1 - 発熱装置及びその用途 - Google Patents

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Abstract

省電力且つ低コストで効率良く長時間の発熱を維持できる発熱装置およびその用途を提供する。発熱装置は、内部が電気的に絶縁された中空体の容器と、前記容器内に収納され、隔離して対向する一対の対向電極と、前記容器内の対向電極間に収納され、ケイ素粉体及び炭素粉体を含む混合状態の発熱体とを備え、前記発熱体の密度が、０．８５ｇ/ｃｍ３〜１．３０ｇ/ｃｍ３で構成される。

Description

本発明は、電圧を印加することで発熱する発熱装置に関し、特に、省電力且つ低コストで効率良く長時間の発熱を持続できる発熱装置及びその用途に関する。
発熱装置は、電気ポットから、オイルヒーターやセラミックヒーター等の各種ヒーターまで、幅広く利用されており、現代の生活には欠かせない重要なものとなっている。
その一方で、発熱装置は、例えば、電気ポットのように、湯を沸騰させるには熱源が数百ワットから１キロワットの電力が必要であり、さらに保温状態を維持するためにも、継続的な電力が必要となる。また、例えば、オイルヒーターのように、筐体が大きいことから使い勝手が容易ではなく、消費電力も高いものもあり、頻繁には使い難いという欠点もある。
このようなことから、省電力で短時間で温度を上昇させることができる発熱装置が切望されている。
例えば、従来の発熱装置としては、複数のガラス管と、 当該ガラス管の周囲に設けられた抵抗体と、当該抵抗体に電気を流すことで当該抵抗体が発熱し、 当該ガラス管内に導入するために、当該抵抗体の熱を利用して水を加熱し水蒸気を生成する水蒸気生成部と、を含む加熱装置がある（特許文献１参照）。また、例えば、従来の発熱装置としては、あくまで流体の温度を上昇させる目的のフィルターではあるが、シリコンおよび炭化ケイ素を含有しており、 マイクロ波によって加熱されて用いられる流体昇温用フィルターがある（特許文献２参照）。
その一方で、発熱関連分野では、近年、熱源からの熱を利用して発電を行うという発電装置が提案されている。このような熱源としては、排ガスからの排熱を有効利用するもの等、様々なものが考えられており、エネルギーの有効活用という観点からも、注目される技術となっている。
同じくエネルギーの有効活用という観点では、近年、環境問題に高い関心が寄せられており、特に、水力、風力、及び太陽光等の自然エネルギーへの関心が高まっている。現状では、これら自然エネルギーを用いた発電では、発電量が低く不安定なものではあるものの、その有効利用が望まれている。
このようなことから、上述の発電装置の熱源として、自然エネルギーを利用した熱源を利用できれば、自然エネルギーの有効利用という観点からも、利用価値の高い優れた発電装置が得られると考えられる。
例えば、従来の発電装置としては、自動車のエンジンや工場の炉等から排出される排熱を利用することを想定したものではあるが、当該排熱などの高い温度と低い温度との温度差を利用して、熱電変換モジュールを用いて発電を行うものが知られている（例えば、特許文献３参照）。
特開２０１５−２２２６４８号公報 特開２０１１−２３６０７０号公報 特開２００９−１９４２９９号公報
しかし、従来の発熱装置は、上記特許文献１のように、電気を流すことで発熱した抵抗体の熱を利用して、水を加熱し水蒸気を生成するものもあるが、抵抗体の熱が水蒸気に一旦変換されることから、当該変換に伴って熱エネルギーの損失が生じており、発生したエネルギー全体に対して、実際に利用可能な熱エネルギーの量は低いものとなり、効率性が低いものにとどまっている。
また、従来の発熱装置は、上記特許文献２のように、マイクロ波等で加熱して用いられるフィルターもあるが、前提としての加熱を行うために、高エネルギーが要求されるものであり、そのためエネルギーの効率性は低いものにとどまるものである。また、流体を温度上昇させる用途に限定されたフィルターであるため、各種用途に利用できるという点では汎用性に乏しいものとなっている。
このように、従来の発熱装置では、得られた熱エネルギーの一部を他の状態変化に利用するものや、熱エネルギーを発生させるために高エネルギーを加えるものにとどまっており、エネルギー効率が低いものにとどまっており、十分に省電力化されたものには至っていない。
さらに、従来の発電装置においては、例えば上記特許文献３のように、熱電変換モジュールを用いて、排熱を利用して、電力を取り出すものがあるが、不安定な排熱を利用することを前提としているように、熱源の供給が不安定なものであり、熱量自体の制御は設備の性質上困難であり、一時的に熱量を貯蔵（バッファリング）する等の制御が必要になり、その機能自体が大変煩雑なものになる、また熱源から熱電変換モジュールの耐久性を超えるような過剰な熱が供給された場合には、熱電変換モジュールのリミッターが働き、発電を停止してしまうことから、現実問題として排熱を使用するには、慎重に行うことが重要であり、温度差発電が普及しない要因でもある
このように、従来の発電装置では、熱電変換モジュールを用いて、熱源からの熱によって安定的に発電させるためには、熱源から相当に安定して温度が制御された熱量が供給されることが必要となっている。このことからも、仮に、熱源として、自然エネルギー由来の電力を用いて発熱させた場合でも、同様に、慎重な排熱制御が必要であり、安定的な稼動は困難であるという課題がある。
また、例えば自然エネルギー由来の不安定で弱い電力を使って発熱させることができ、且つ、熱電変換モジュールが備えている吸熱特性まで、十分に許容できるような優れた熱源があれば理想的であるが、そのような優れた発熱特性を有する熱源も、これまでのところ知られていない。
このように、水力、風力、及び太陽光等の自然エネルギー由来の電力を安定的に活用できる熱源があれば、自然エネルギーの有効利用という観点からも、利用価値の高い優れた発電装置が実現できると考えられるが、そのようなものは未だ知られていない。すなわち、自然エネルギーのように発電量が低く不安定なエネルギー源を用いても、低コストで安定的に電力を供給できる発電装置は未だ知られていない。
また、省電力で高い発熱効果を有する熱源があれば、そのような熱源を用いることで、現在よりも省電力で高い発熱効率の優れた暖房装置や加温装置も実現できると考えられるが、そのようなものも未だ知られていない。
本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、省電力且つ低コストで効率良く長時間の発熱を維持できる発熱装置及びその用途を提供することを目的とする。
本発明者は、鋭意研究の結果、ある種の粉体を混合した状態で電圧を印加したところ、短時間で温度上昇が引き起こされ、さらに一定時間後には温度が一定に維持されるというこれまでに無い発熱特性が得られる新しいタイプの優れた発熱装置を見出した。さらに、当該発熱装置を発熱させることで、熱電素子と組み合わせて、安定稼動できる発電装置を導き出した。
かくして、本願に開示する発熱装置は、内部が電気的に絶縁された中空体の容器と、前記容器内に収納され、隔離して対向する一対の対向電極と、前記容器内の対向電極間に収納され、ケイ素粉体及び炭素粉体を含む混合状態の発熱体とを備えるものである。
このように、内部が電気的に絶縁された中空体の容器と、前記容器内に収納され、隔離して対向する一対の対向電極と、前記容器内の対向電極間に収納され、混合状態のケイ素粉体及び炭素粉体から成る発熱体とを備えることから、対向電極に電圧が印加されることによって、導電性を有する炭素粉体に電流が伝播し、当該電流の伝播によって、混合状態で共存しているケイ素粉体が熱を持つこととなって発熱体が発熱することとなり、簡素な構成によって省電力で発熱を行うことができ、また保温状態の維持にも最適な熱源として利用することができる。
また、本願に開示する発熱装置は、必要に応じて、前記発熱体の密度が、０．８５ｇ/ｃｍ３〜１．３０ｇ/ｃｍ３であるものである。このように、前記発熱体の密度が、０．８５ｇ/ｃｍ３〜１．３０ｇ/ｃｍ３であることから、より低い抵抗値で安定的に発熱することができる。
また、本願に開示する発熱装置は、必要に応じて、前記発熱体の密度が、前記発熱体に含まれる前記炭素粉体の平均粒径及び／又は総重量が大きくなるにつれて、小さくなるものである。このように、前記発熱体の密度が、前記発熱体に含まれる前記炭素粉体の平均粒径及び／又は総重量が大きくなるにつれて、小さくなることから、空隙率が高い（低密度）状況下では前記炭素粉体の導電性が作用して電流が流れ易くなると共に、空隙率が低い（高密度）状況下では前記ケイ素粉体の絶縁性が作用するという、これら２種類の粉体が相補的に作用することによって、より安定的に高い発熱量を維持することができる。
また、本願に開示する発熱装置は、必要に応じて、前記発熱体が、粉体状の酸化鉄及び／又は酸化アルミニウムを含むものである。例えば、Ｆｅ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３等である。このように、前記発熱体が、粉体状の酸化鉄及び／又は酸化アルミニウムを含むことから、これらの粉体状の酸化鉄及び／又は酸化アルミニウムによって発熱した熱量が前記発熱体内で確実に保持されると共に、当該粉体状の酸化鉄及び／又は酸化アルミニウムが発熱における抵抗（特に初期抵抗）に影響を与えることとなり、当該粉体状の酸化鉄及び／又は酸化アルミニウムの配合によって、所望とする抵抗値を自在に設定することが可能となる。
また、本願に開示する発熱装置は、必要に応じて、前記発熱体が、粉体状の焼却灰及び／又は鉱物を含むものである。このように、前記発熱体が、粉体状の焼却灰及び／又は鉱物を含むことから、これらの焼却灰及び／又は鉱物によって発熱した熱量が前記発熱体内で確実に保持されることとなり、より安定的に高い発熱量を維持することができる。
また、本願に開示する発電装置は、前記発熱装置から構成され、外部からの外部電力が当該対向電極に供給されることにより発熱する発熱手段と、前記発熱手段に近接して配設され、前記発熱手段に対向する対向面側が加熱されると共に、背面側が冷却されて、当該対向面側と当該背面側の温度差を電力量に変換する熱電手段と、を備えるものである。
このように、ケイ素粉体及び炭素粉体を含む混合状態の発熱体とから構成されて、前記外部電力により発熱する発熱手段と、当該発熱手段に当該対向面を近接して配設されて、当該対向面と背面との温度差を電力量に変換する熱電手段とを備えることから、対向電極に電圧が印加されることによって、導電性を有する炭素粉体に電流が伝播し、当該電流の伝播によって、混合状態の粉体が熱を持つこととなって発熱体が極めて効率的に発熱することとなり、当該発熱によって、前記熱電手段で大きな温度差が生じ、当該温度差によって、安定的に大きな電力を生成することができる。
また、本願に開示する発電装置は、必要に応じて、前記熱電手段が、ゼーベック素子またはトムソン素子から構成されるものである。このように、前記熱電手段が、ゼーベック素子またはトムソン素子から構成されることから、より簡素な構成で、前記発熱手段が、より省電力で発熱を行うことができ、前記熱電手段で安定的に電力を生成することができる。
また、本願に開示する発電装置は、必要に応じて、前記発熱体が、粉体状の焼却灰及び／又は鉱物を含むものである。このように、前記発熱体が、粉体状の焼却灰及び／又は鉱物を含むことから、混合状態で含まれる炭素粉体が、発熱時間の経過に伴って通電により膨張した際に、当該粉体状の焼却灰及び／又は鉱物が含まれることによって、発熱した熱量が前記発熱体内で確実に保持されると共に、炭素粉体間に形成される接触面の増大が抑制され、当該発熱体中での導電性が抑制されると共に抵抗成分の低下が抑制されることとなり、経時的にも高い発熱性を維持することができる。
また、本願に開示する発電装置は、必要に応じて、前記発熱手段が円筒体として形成され、前記熱電手段が前記発熱手段を周回するものである。このように、前記発熱手段が円筒体として形成され、前記熱電手段が前記発熱手段を周回することから、前記発熱手段から全方位に向かって発生する熱量を余すことなく、前記熱電手段の対向面に伝播できることとなり、前記熱電手段が、前記熱電手段からの熱量を効率良く電力に変換することができる。
また、本願に開示する発電装置は、必要に応じて、前記発熱手段と、前記熱電手段とに挟まれて構成され、前記発熱手段の発熱により生じた熱を蓄熱する蓄熱手段を備えるものである。このように、前記蓄熱手段が、前記発熱手段の発熱により生じた熱を一旦保持することから、前記発熱手段の発熱により生じた熱量が過剰となった場合でも、その熱量を排出して廃棄することなく、前記蓄熱手段により、保持されることとなり、より高いエネルギー効率で、前記熱電手段で安定的に電力を生成することができる。また、前記発熱手段の発熱が急激な変化や停止した場合にも、前記蓄熱手段により保持された熱量によって、前記熱電手段の稼動を継続することができ、稼動安定性も高めることができる。また、前記蓄熱手段は、前記発熱手段の発熱により生じた熱を均一化して保持することから、前記熱電手段の電力変換効率を最適化（最大限化）させる温度（最適温度）を維持して安定的に供給できることとなり、前記熱電手段による発熱の能力が最適化された条件で電力を発生させることができ、より高いエネルギー効率で、前記熱電手段で安定的に電力を継続的に生成することができる。
また、本願に開示する発電装置は、必要に応じて、前記熱電手段の背面に近接して配設され、当該熱電手段の背面を冷却する冷却手段を備えるものである。このように、前記熱電手段の背面を冷却する冷却手段を備えることから、前記熱電手段でより大きな温度差を生じることとなり、前記熱電手段でより大きな電力を生成することができる。
また、本願に開示する発電装置は、必要に応じて、前記外部電力が、自然エネルギー由来の電力で供給されると共に、前記冷却手段が構成されるものである。このように、外部電力が、自然エネルギー由来の電力、例えば太陽光エネルギーなどで供給されると共に、前記冷却手段が配設される（例えば太陽光エネルギーパネルの日陰なども可能）ことにより、さらに効率的に、自然エネルギーの有効利用を行えると同時に、前記熱電手段で安定的に継続して電力を生成することができる。
また、本願に開示する発電装置は、必要に応じて、前記冷却手段が、冷却性の流体から構成されるものである。このように、前記冷却手段が流体（気体でも液体でもよい）から構成されることから、前記冷却手段が、流体の拡散性によって、さらに効率的な冷却が実現され、前記熱電手段においてさらに大きな温度差を生じさせることとなり、さらに効率的に、自然エネルギーの有効利用を行えると同時に、前記熱電手段で安定的に継続して電力を生成することができる。
また、本願に開示する発電装置は、必要に応じて、前記外部電力が、流体の動的エネルギーに基づく自然エネルギー由来の電力で供給され、前記冷却手段が、当該流体の静的エネルギーにより前記熱電手段の背面を冷却するものである。このように、前記冷却手段を構成する流体が、前記自然エネルギーを発生させる流体（気体でも液体でもよい）と兼用することから、自然エネルギーによる発電に用いられた流体を異なるエネルギー観点で再度活用することにより、前記熱電手段においてさらに大きな温度差を効率的に生じさせることとなり、自然エネルギーのさらなる有効利用を行えると同時に、前記熱電手段で安定的に継続して電力を生成することができる。
また、本願に開示する発熱装置を含む暖房装置は、前記発熱装置から構成され、外部からの外部電力が前記対向電極に供給されることにより発熱する発熱手段と、長手形状のヒートパイプと、金属インゴットからなり、発熱手段の少なくとも長手方向表面に密接する貫通孔からなる収納部が前記金属インゴットに形成され、且つ当該収納部の配設位置を中心とする対称位置で、前記ヒートパイプの長手方向表面に密接状態で保持する貫通孔からなる保持部が前記金属インゴットに形成される蓄熱部と、前記蓄熱部に蓄熱された熱エネルギーが、前記ヒートパイプにより放熱されるエネルギーより下まわらないように発熱手段の発熱開始及び発熱停止を制御する制御手段と、を備えるものである。
このように、本願に開示する発熱装置を含む暖房装置は、前記発熱装置から構成され、外部からの外部電力が前記対向電極に供給されることにより発熱する発熱手段と、長手形状のヒートパイプと、金属インゴットからなり、発熱手段の少なくとも長手方向表面に密接する貫通孔からなる収納部が前記金属インゴットに形成され、且つ当該収納部の配設位置を中心とする対称位置で、前記ヒートパイプの長手方向表面に密接状態で保持する貫通孔からなる保持部が前記金属インゴットに形成される蓄熱部と、前記蓄熱部に蓄熱された熱エネルギーが、前記ヒートパイプにより放熱されるエネルギーより下まわらないように発熱手段の発熱開始及び発熱停止を制御する制御手段と、を備えることから、発熱手段による優れた発熱効率によって、一旦発熱手段が温度上昇することのみで、制御手段の制御によって蓄熱部が長時間温度を保持できることから、ヒートパイプで熱伝導されて放熱された放熱エネルギーが一定化することとなり、長期間に渡って安定的に暖房を行うことができる。
また、本願に開示する暖房装置は、必要に応じて、前記金属インゴットが、アルミニウム合金から構成されるものである。このように、前記金属インゴットが、アルミニウム合金から構成されることから、アルミニウム合金が具備する高い潜熱特性によって、高い保温効果を奏することとなり、より省電力で優れた暖房効果を発揮することができる。
また、本願に開示する暖房装置は、必要に応じて、前記発熱手段が、前記収納部及び前記保持部を各々均等に二分割して形成されるものである。このように、前記発熱手段が、前記収納部及び前記保持部を各々均等に二分割して形成されることから、前記発熱手段が、ヒートパイプに対して均一に安定して熱源を供給できることとなり、ヒートパイプで熱伝導されて放熱された放熱エネルギーが一定化することとなり、さらに長期間に渡って安定的に暖房を行うことができる。
また、本願に開示する加温装置は、前記暖房装置と、前記暖房装置のヒートパイプを格納するヒートパイプ格納部が配設され、液体または気体から構成される媒体を、密閉または非密閉にて収容する収容容器を備え、前記収容容器内の媒体を加温または気化させるものである。このように、前記暖房装置と、前記暖房装置のヒートパイプを格納するヒートパイプ格納部が配設され、液体または気体から構成される媒体を、密閉または非密閉にて収容する収容容器を備えることから、前記ヒートパイプから安定的に放熱された熱を用いて、前記収容容器内の媒体を加温または気化させることとなり、媒体が液体の場合には収容容器内の液体をより高い保温性で保温することができ、媒体が気体の場合には、この収容容器に外部から液体が取り込まれた際に、当該液体を迅速に気化させることが可能となり、加湿器や蒸気発生器としての用途も可能となる。
また、本願に開示する加温装置は、必要に応じて、断熱材で被覆されるものである。このように、断熱材で被覆されることから、前記収容容器内の保温性をさらに高めることとなり、より保温性の高い加温装置が実現される。
本願発明の第１の実施形態に係る発熱装置の断面図による構成図を示す。 本願発明の第１の実施形態に係る発熱装置の斜視図による説明図を示す。 本願発明の第１の実施形態に係る発熱装置の構成図を示す。 本願発明の第１の実施形態に係る発熱装置の構成図を示す。 本願発明の第１の実施形態に係る発熱装置の構成図を示す。 本願発明の第１の実施形態に係る発熱装置の温度上昇に伴う抵抗値変化の特性を実測に基づいて説明する説明図を示す。 本願発明の第１の実施形態に係る発電装置の構成を表す説明図（ａ）、及び熱電手段の構成例（ｂ）を示す。 本願発明の第２の実施形態に係る発電装置の斜視図による構成図を示す。 本願発明の第３の実施形態に係る発電装置の斜視図による構成図を示す。 本願発明の第４の実施形態に係る発電装置の構成図を示す。 本願発明の第４の実施形態に係る発電装置のヒートシンクを用いた構成図を示す。 本願発明の第４の実施形態に係る発電装置のヒートシンクを用いた構成図を示す。 本願発明の第４の実施形態に係る発電装置の経時的な電力量の変化を説明する説明図 本願発明の第４の実施形態に係る発電装置のヒートシンクを用いた構成図を示す。 本願発明の第４の実施形態に係る発電装置のヒートシンクを用いた構成図を示す。 本願発明の第４の実施形態に係る発電装置のヒートシンクを用いた構成図（ａ）およびサーモセンタースイッチと温度変化の推移を説明する説明図（ｂ）を示す。 本願発明の第５の実施形態に係る発電装置の構成を表す斜視図（ａ）、断面図（ｂ）、及び斜視図（ｃ）を示す。 本願発明の第６の実施形態に係る暖房装置の構成図を示す。 本願発明の第６の実施形態に係る暖房装置の構成図を示す。 本願発明の第６の実施形態に係る暖房装置の構成図を示す。 本願発明の第６の実施形態に係る暖房装置の構成図を示す。 本願発明の第６の実施形態に係る暖房装置の制御手段の制御動作を説明する説明図を示す。 本願発明の第７の実施形態に係る暖房装置を説明する説明図を示す。 本願発明の第７の実施形態に係る暖房装置を説明する説明図を示す。 本願発明の実施例１に係る発電装置を構成する発熱体を２０分間電圧印加した場合の経時的な温度変化の測定結果を示す。 本願発明の実施例２に係る暖房装置の経時的な温度変化の測定結果を示す。
（第１の実施形態）
本願の第１の実施形態に係る発電装置及びその用途を、図１〜図７に従い説明する。
第１の実施形態に係る発熱装置（発熱手段１０）は、図１（ａ）に示すように、内部が電気的に絶縁された中空体の容器１と、この容器１内に収納され、隔離して対向する第一電極２ａ及び第二電極２ｂから成る一対の対向電極２と、この容器１内の対向電極２間に収納され、混合状態のケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂから成る発熱体３とを備える構成である。
この容器１の材質は、内部が電気的に絶縁されたものであれば、金属であっても、非金属であっても、特に限定されないが、好ましくは、図１（ｂ）に示すように、少なくとも容器１の内部（内側面）が電気的に絶縁処理された内側絶縁部１ａによって表面が被覆された熱伝導材１ｂから形成されることである。
熱伝導材１ｂとしては、金属であっても、非金属であっても、熱伝導性を有するものであれば特に限定されず、好ましくは、アルミニウムや銅、セラミックスである。
内側絶縁部１ａは、絶縁性を有していれば特に限定されず、一例としては、アルマイト処理によるコーティングを用いることができるが、この他にも、セラミックスコーティングを用いることも可能である。熱伝導材１ｂとしては、アルミニウムや銅等の熱伝導性を有する金属を用いることができるが、この他にも、セラミックスを用いることも可能である。
例えば、熱伝導材１ｂにアルミニウムを用いる場合には、内側絶縁部１ａとしてアルミニウムと親和性の高いアルマイト処理によるコーティングを用いることが好ましく、この場合には、アルミニウムにより軽量化が実現されると共に、アルミニウムの表面に対してアルマイト処理を施すのみで形成されることとなり、製造や取り扱いが容易となる。また、例えば、熱伝導材１ｂとしてセラミックスを用いた場合には、内側絶縁部１ａとしてもセラミックスをそのまま用いることができ、簡素な構成によって製造や取り扱いが容易となる。
さらに、容器１の材質は、図１（ｂ）に示すように、この容器１の外面（外側面）においても電気的に絶縁処理された外側絶縁部１ｃによって表面が被覆された熱伝導材１ｂから形成されることが好ましい。外側絶縁部１ｃについても、内側絶縁部１ａと同様に、例えば、熱伝導材１ｂにアルミニウムを用いる場合には、アルマイト処理によるコーティングを用いることが好ましい。また、例えば、熱伝導材１ｂとしてセラミックスを用いた場合には、外側絶縁部１ｃについても、セラミックスをそのまま用いることができ、製造や取り扱いが容易となる。
このように、この容器１の外面においても電気的に絶縁処理された外側絶縁部１ｃによって、この容器１の外部に対して、絶縁性及び耐熱性が同時に高められることとなり、発熱体からの発熱に対しても頑丈で、強度の面に関しても、より安定的に発熱手段１０が構成されることとなり、より安定的に熱電手段２０で電力を生成することができる。この容器１の外面における絶縁性によって、例えば、水などの液体を直接加熱することも容易に可能となり、この応用として、作動液との接触によって生じる熱の移動を利用したヒートパイプとしての利用も可能となる。
なお、容器１の材質は、上記の内側絶縁部１ａ及び外側絶縁部１ｃで被覆された熱伝導材１ｂに限定されず、例えば、図１（ｃ）に示すように、内部にのみ電気的に絶縁処理された内側絶縁部１ａで表面が被覆された熱伝導材１ｂから形成されることも、高い絶縁性及び耐熱性を奏するという点から十分に好ましい態様となる。
また、例えば、この熱伝導材１ｂとしてアルミニウムを用いて、この内側絶縁部１ａとしてアルマイト処理によるコーティングを用いた場合には、この容器１が、少なくとも内部がアルマイト処理されたアルミニウムから形成されることから、アルマイト処理されたアルミニウムによって、軽量な金属であるアルミニウムで容器１が形成されると共に、この容器１の内部が電気的に絶縁され、この容器１の内部の耐熱性も同時に高められることとなり、内部の発熱体からの発熱による温度上昇対しても、頑丈で持ち運びも容易なものとなる。この他にも、例えば、熱伝導材１ｂとしてセラミックスを用いた場合には、内側絶縁部１ａとしてもセラミックスをそのまま用いることができ、簡素な構成によって製造や取り扱いが容易となる。
なお、容器１の材質は、上記に限定されるものではなく、例えば、プラスチックやガラス等の樹脂材を用いることも可能である。
対向電極２を構成する第一電極２ａ及び第二電極２ｂの形状については、特に限定されず、線状でも、平面状でも可能であるが、平面状とすることがより好ましい。平面状とすることによって、各種の用途に応じてその面積を変更することによって、所望とする温度上昇スピードが得られるように自在に制御することができる。
また、印加電圧は、交流でも直流でも利用することが可能である。そのため、小型の乾電池からの電源供給や、ＡＣ電源コンセントからの大容量の電源供給等、電源設計が自在に行えることとなり、設置場所やニーズに応じて、省スペース化させることや大規模化させることができ、柔軟に設計することが可能となる。
発熱体３は、図１（ｄ）に示すように、ケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂが互いに混ざり合った混合状態として形成される。この混合状態については、粉体の混合の程度は特に限定されないが、ケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂが、偏りなく分散化されていればよく、均一に粉体が混合した状態であることがより好ましい。この混合状態を形成する方法は特に限定されないが、例えば、このケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂを、攪拌させることや振動させることによって形成することができる。
原料となるケイ素粉体３ａについては、特に限定されないが、半導体製造の際に副次的に大量に排出されて廃棄されている再生シリコンを原料とすることが可能であり、資源を有効に再利用することができる。そのような点から、ケイ素粉体３ａには、その他の成分として、炭化ケイ素の粉体が含まれていてもよい。
また、炭素粉体３ｂについては、特に限定されないが、二次電池等の電池製造の際に副次的に大量に排出されて廃棄されている炭素（例えば、カーボンブラック等）を原料とすることが好ましく、資源の再利用による有効活用によって、製造コストが抑制されることのみならず、環境負荷も抑制できるという優れた利点がある。
これらのケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂの粒径については、特に限定されないが、各々、５〜３００μｍの粒径を有することが好ましい。これは、３００μｍの粒を混合させた場合には発熱体３における抵抗値の調整も可能で発熱も十分であったが、３００μｍ以上の粒度になると、抵抗値が不安定になり、容器内で温度ムラが発生し、実用的ではなかったことが確認されたためである。このように、この発熱手段１０は、ケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂが、各々、５〜３００μｍの粒径を有することによって、対向電極２間に、より電流が導通し易い粉体の混合状態が形成され易くなることとなり、より安定的に熱変換効率を向上させることができ、省電力で発熱を行うことができ、また保温状態の維持にも最適な熱源として、この熱電手段２０で安定的に電力を生成することができる。
また、これらのケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂの粒径については、より好ましくは、発熱体３全体として発熱を引き起こすのに適度な抵抗値が得られ易いという点から、５〜３００の粒径であり、さらに好ましくは３０〜１８０μｍの粒径である。この適度な抵抗値としては５〜２０Ωが好ましく、より好ましくは、８Ωである。この抵抗値は電源装置側から測定された場合の負荷抵抗値であることから、電源設計が容易なものとなる。また、電源の制御はCC：電流制御ではなくCV：電圧制御で可能なため専用電源でなく一般的な安価な電源装置で駆動することができる。市販されている充電池や乾電池を電源に用いた場合であっても、安定した発熱が行える。
また、このケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂの粒径制御によって、発熱量の制御が可能となる。例えば、このケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂを粒径を小さいものを用いることで、抵抗値が低減され、発熱量を上げることができ、また、これらの粒径を大きいものを用いることで、抵抗値が増大し、発熱量を抑制するという制御が可能となる。
また、これらのケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂの配合比を調整することによって、発熱特性（例えば、抵抗値）を制御することも可能である。例えば、ケイ素粉体３ａの割合を高めた場合には、発熱し易い成分であり絶縁性の成分の割合が高まり易いという点から、発熱量を高めることができ、炭素粉体３ｂの割合を高めた場合には、電気伝導成分の割合が高まりやすいという点から、より発熱量を抑制するという簡便な制御も可能となる。
また、発熱体３の発熱温度が約８００℃を超えた場合には、半導体特性を有するケイ素粉体３ａは導体状態に遷移して、抵抗値が上下変動することなく低下し続けることとなり、安定的な抵抗制御が実現できる。この点において、従来の発熱体では、ケイ素を用いて発熱させるもの（例えばＳｉＣヒーターなど）がこれまで知られているが、発熱に伴って抵抗値も上下変動を伴って上昇する特性を有するものであり、最適な発熱制御（抵抗値制御）を簡便に行うことは難しい。これに対して、本実施形態に係る発熱体３では、発熱に伴って約８００℃を超す高温領域となっても、抵抗値が上下動することなく低下し続けることから、従来よりも、格段に優れた最適な発熱制御（抵抗値制御）を行えると共に、このような高温領域となるにつれて必要な電力量が少なくて済むという省エネルギーの観点からも、従来では得られない優れたものである。本実施形態に係る発熱体３における電源設計としては、例えば、常温温度では８Ω程度で発熱体３を設計し、高温領域で使用する場合も常温時の約１/２（約４Ω）を下限として、シンプルな電源設計を行うことができる。
本実施形態に係る発熱体について、直径１０φで全長１００ｍｍのセラミック製のパイ
プ（容器１）に、発熱体３を構成するケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂを容積比１：１で充填し、これらケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂの総重量を変化させて、この発熱体３の密度（粉体総重量（ｇ）／容器１の体積（ｃｍ３））を変化させた場合の発熱体３の抵抗値を測定した。得られた結果を以下に示す。
得られた結果から、より低い抵抗値で発熱できるという点から、発熱体３の密度が０．８５ｇ/ｃｍ３〜１．３０ｇ/ｃｍ３であることが好ましく、より省電力で安定的に発熱できるという点から、より好ましくは、０．９０ｇ/ｃｍ３〜１．１０ｇ/ｃｍ３であることが好ましく、例えば、１．００ｇ/ｃｍ３とすることができ、この場合の抵抗値は４Ωを示すことから、使い勝手のよい特性が得られることが確認された。
また、上記の結果から、例えば、容積比でケイ素粉体３ａ：炭素粉体３ｂが１：１の場合には、例えば、上述したように基本抵抗値４Ωと設定することができる。また、ケイ素粉体３ａの割合を増加させると高温領域での発熱体３の抵抗値が低下することから、例えば、ケイ素粉体３ａの割合を増加させて、同容積比を１．１：０．９とした場合には、基本抵抗値３．５Ωと設定することができる。このように、発熱体３の密度を制御することのみによって、所望とする発熱特性（抵抗値）が得られることとなり、容易に設計が行えると共に、所望とする発熱特性を簡易に得ることができる。
また、これらのケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂのｐＨ値については、特に限定されないが、中性領域近傍であることが好ましいが、これに限定されず、酸性領域でもアルカリ性領域でも可能である。
この発熱手段１０の形状は、特に限定されないが、図２（ａ）に示すように、平板状であることが好ましい。この他にも、図２（ｂ）に示すように、筒状体とすることもでき、この他にも、中空体であれば、特に限定されない。
このような構成によって、この発熱手段１０は、省電力であっても熱源の立ち上がりスピードが速く、所望とする温度設定も容易となる。さらに、例えば、深夜電力等の余剰電力を活用して、長時間の保温に利用することも可能となる。また、この発熱手段１０は、３〜１０ワット程度の小さい電力でも十分に発熱すると共に、１０００℃まで温度上昇できるという極めて優れた発熱性能を発揮することが確認されている（後述の実施例参照）。
この発熱手段１０が優れた効果を奏する詳細なメカニズムは詳細には解明されていないが、発熱体３を構成するケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂが、混合状態として形成されることによって、対向電極２に電圧が印加された際に、導電性を有する炭素粉体３ｂに電流が伝播し、この電流の伝播によって、混合状態で共存しているケイ素粉体３ａが熱を発するように作用することとなり、また、ケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂとの粉体間が高い集積度で狭い領域で押し合うことも相俟って、原子レベルで発熱体が発熱しているものと推察される。また、ケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂが互いに接触し合う混合状態であることから、各粉体に電圧が印加されることによって、各粉体の電気的な配向状態が電気の流れ易くなる状態に整列されて、電流の導通によって、主に絶縁性を有するケイ素粉体３ａから熱が発生し易い状況が形成されていることも推察される。
このように、第１の実施形態に係る発電装置（発熱手段１０）は、内部が電気的に絶縁された中空体の容器１と、この容器１内に収納され、隔離して対向する第一電極２ａ及び第二電極２ｂから成る一対の対向電極２と、この容器１内の対向電極２間に収納され、ケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂを混合状態で含む発熱体３とを備える構成により、対向電極２に電圧が印加されることによって、導電性を有する炭素粉体３ｂに電流が伝播し、この電流の伝播によって、混合状態で共存しているケイ素粉体３ａが熱を持つこととなって発熱体３が発熱することとなり、簡素な構成によって省電力で発熱できることによって、保温状態の維持にも最適な熱源として、各種用途に利用することができる。
この発熱手段１０によって、約５０Ｗの外部電力で約３００℃まで上昇することや、約２００Ｗの外部電力で約８００℃まで上昇することが可能となり、極めて低電力で高い熱量を得ることができる。
また、図２（ａ）に示すように、前記各対向電極（第一電極２ａ及び第二電極２ｂ）の非対向面側の近傍に、各々、弾性体４（第一弾性体４ａ及び第二弾性体４ｂ）を備える構成とすることもできる。例えば、この弾性体４は、発熱体３と前記対向電極２（第一電極２ａ及び／又は第二電極２ｂ）の間に入れることや、容器１（例えば、セラミック容器）と発熱体３の間に入れることができる。
この弾性体４は、特に限定されないが、例えば、耐熱性のゴムやテフロン（登録商標）やセラミック等を用いることができる。
この弾性体４は、図２（ｂ）に示すように、容器１内部の発熱体３が発熱して熱膨張した際に、緩衝材として、その形状が変化して発熱体３の膨張を吸収することから、発熱体３の膨張によるケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂの混合状態（例えばこれらの粉体の離散状態や充填率など）の変動が抑制されることとなり、発熱状態の劣化が抑制され、それにより発熱体３の発熱状態が維持され、継続的な発熱を安定的に実現することができる。また、発熱体３の発熱による容器１の損傷も抑制することができる。すなわち、各対向電極２の非対向面側の近傍に弾性体４を備えることから、この発熱体３による発熱によって容器１の内部の体積が膨張した場合にも、弾性体がその膨張を吸収する吸収体として作用し、ケイ素粉体３ａと炭素粉体３ｂとの混合状態（例えばこれらの粉体の離散状態や充填率など）が均質化されることとなり、ケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂが膨張したとしても、膨張に伴う発熱体３の発熱状態の劣化が抑制され、この発熱体３において一定の導電性で発熱量（ジュール熱）を確定することができ、継続的な発熱を安定的に実現することができる。また、この容器１の内部の耐久性も高められることとなり、発熱体３からの発熱に対してもさらに頑丈で、高い強度を有する発熱手段１０が形成されることとなり、この発熱手段１０によって安定的に熱量が供給されて、熱電手段２０で安定して電力を生成することができる。
また、図３（ａ）に示すように、前記容器１が、弾性体から構成されるものとすることもできる。この容器１を構成する弾性体は、特に限定されないが、例えば、前記ゴムやテフロン（登録商標）やセラミック等を用いることができる。
この弾性体から構成される容器１は、図３（ｂ）に示すように、容器１内部の発熱体３が発熱して熱膨張した際に、緩衝材としても機能し、熱膨張を受けて形状が変化し、発熱体３の膨張を吸収することから、発熱体３の膨張によるケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂの混合状態（例えばこれらの粉体の離散状態や充填率など）の変動が抑制されることとなり、発熱状態の劣化が抑制され、それにより発熱体３の発熱状態が維持され、継続的な発熱を安定的に実現することができる。また、発熱体３の発熱による熱膨張から容器１の損傷を抑制することができる。すなわち、この容器１が弾性体から構成されることから、この発熱体３による発熱によってこの容器１の内部の発熱体３が膨張した場合にも、弾性体の作用で容器１がその膨張を吸収する吸収体としても機能することとなり、ケイ素粉体３ａと炭素粉体３ｂとの混合状態（例えばこれらの粉体の離散状態や充填率など）が均質化されることとなり、ケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂが膨張したとしても、膨張に伴う発熱体３の発熱状態の劣化が抑制され、この発熱体３において一定の導電性で発熱量（ジュール熱）を確定することができ、継続的な発熱を安定的に実現することができる。また、この容器１の耐久性が高められることとなり、発熱体３からの発熱に対してもさらに頑丈で持ち運びも容易な発電装置が実現される。
このように、前記容器１が、弾性体から構成されることから、前記発熱体による発熱によって前記容器の内部の発熱体３が膨張した場合にも、前記容器自体がその膨張を吸収する吸収体として作用することとなり、ケイ素粉体３ａと炭素粉体３ｂとの混合状態（例えばこれらの粉体の離散状態や充填率など）が均質化されることとなり、ケイ素粉体３ａ及び炭素粉体３ｂが膨張したとしても、膨張に伴う発熱体３の発熱状態の劣化が抑制され、この発熱体３において一定の導電性で発熱量（ジュール熱）を確定することができ、継続的な発熱を安定的に実現することができる。また、前記容器１の内部の耐熱性が高められることとなり、発熱体３からの発熱に対しても頑丈で、高い強度を有する発熱手段１０が形成されることとなり、この発熱手段１０によって安定的に熱量が供給されて、熱電手段２０で安定して電力を生成することができる。
また、この発熱手段１０は、図４（ａ）で示すように、平板状の形状とすることが可能である。この場合には、本実施形態に係る発電装置は、薄板状の構成とすることができ、高さ方向のスペースを抑えた省スペースな形状によって、安定した熱量を生成することが可能となる。
また、この発熱手段１０は、図４（ｂ）で示すように、円柱状の形状とすることが可能である。例えば、スティック状の発熱装置として構成することができる。このように、本実施形態に係る発熱装置は、構造がシンプルな上に、必要となる部品点数も少なく構成されることから、装置的にも動作が安定化されることとなり、低コストで且つ持ち運びも自在な発熱装置が得られる。この形状によって、例えば、小型のボタン電池を電源として利用することによってコンパクトな構成が実現され、このコンパクトな構成によって、例えば、ロボットの掌部位の内部に搭載することによって、ロボットの掌の外部表面を人肌程度の程良い温度（例えば、４０℃〜５０℃程度）に加温することができ、握手した際にあたかも人肌のような温かい感覚が得られるひと肌ロボットの実現も可能となる。
弾性体から構成されることから、前記発熱体による発熱によって前記容器の内部の体積が膨張した場合にも、前記容器自体がその膨張を吸収する吸収体として作用することとなり、前記容器の内部の耐熱性が高められることとなり、発熱体からの発熱に対しても頑丈で、高い強度を有する発熱手段１０が形成されることとなり、この発熱手段１０によって安定的に熱量が供給されて、で安定して電力を生成することができる。
また、本実施形態に係る発熱体においては、前記発熱体３は、構成物質として、前記ケイ素粉体３ａ及び前記炭素粉体３ｂを含んだものであり、好ましくは、前記発熱体３の密度が、前記発熱体３に含まれる前記炭素粉体３ｂの平均粒径及び／又は総重量が大きくなるにつれて、小さくなるものである。このように、前記発熱体３の密度が、前記発熱体３に含まれる前記炭素粉体３ｂの平均粒径及び／又は総重量が大きくなるにつれて、小さくなることから、空隙率が高い（低密度）状況下では前記炭素粉体３ｂの導電性が作用して電流が流れ易くなると共に、空隙率が低い（高密度）状況下では前記ケイ素粉体３ａの絶縁性が作用するという、これら２種類の粉体が相補的に作用することによって、より安定的に高い発熱量を維持することができる。
例えば、この発熱体３中の炭素粉体３ｂの体積比率が４０〜６０体積％であり、ケイ素粉体３ａの体積比率が４０〜６０体積％であるとすることができる。このように、前記発熱体３中の前記炭素粉体３ｂの体積比率が４０〜６０体積％であり、前記ケイ素粉体３ａの体積比率が４０〜６０体積％であることから、前記発熱手段１０が、より最適に発熱を行うことができる。なお、その他の構成物質については、特に限定されず、目的や用途に応じて各種の物質を混合させることができる。
特に、本実施形態に係る発熱体では、前記発熱体３は、構成物質である前記ケイ素粉体３ａ及び前記炭素粉体３ｂは、原料が粉体であることのみならず、加熱状態の際にも、粉体状態を維持すると共に、加熱状態が終了した際にも粉体状態が維持される。このように、粉体を用いることから製造が行いやすく（本質的には混ぜるだけで製造可能となる）、また、使用後にも粉体状態のまま取り出せることから再利用も行い易いという優れた利点を兼ね備えている。この点において、従来の発熱体では本質的には固体状態で加熱されることから、製造コスト及び再利用コスト、さらには扱い易さの点で、本実施形態に係る発熱体は、従来には無い格段に優れたものとなっている。
この発熱体３に含まれるその他の構成物質としては、粒径など特に限定されないが粉体状のものが好ましく、抵抗値を自在に設定できるという点から、好ましくは、前記発熱体が、粉体状の酸化鉄及び／又は酸化アルミニウムを含むものである。このように、前記発熱体が、粉体状の酸化鉄及び／又は酸化アルミニウムを含むことから、当該粉体状の酸化鉄及び／又は酸化アルミニウムが発熱における抵抗（特に初期抵抗）を与えることとなり、当該粉体状の酸化鉄及び／又は酸化アルミニウムの配合によって、所望とする抵抗値を自在に設定することが可能となる。この他にも、同じ理由から、酸化ケイ素を加えることも好ましく、所望とする抵抗値を自在に設定することが可能となる。
この他にも、この発熱体３に含まれるその他の構成物質としては、粉体状の焼却灰及び／又は鉱物を含むことが好ましい。焼却灰としては、製鉄所や火力発電所で副次的に大量に排出される焼却灰を用いることができ、より好適にはフライアッシュを用いることであり、この他にも、高炉スラグ粉末、シリカフュームなどを用いることもできる。また、粉体状の鉱物としては、天然由来の無機物であれば特に限定されず、高温状態で粉体状体を維持するものが好ましく、例えば、電気石（トルマリン）や褐鉄鉱（リモナイト）を用いることができる。特に、電気石（トルマリン）や褐鉄鉱（リモナイト）を用いる場合には、その輻射熱特性によって、発生した熱量を長時間維持することが可能となる。このような粉体状の焼却灰及び／又は鉱物の粒径については、特に限定されるものではないが、好適には３０〜１８０μｍ程度の粒径が好ましく、さらには３０〜７０μｍ程度の粒径がより好ましい。
図５は、この発熱体３中の状態を説明する説明図であり、前記ケイ素粉体３ａ及び前記炭素粉体３ｂの粒径について、簡潔に状態を説明する目的で、前記ケイ素粉体３ａの粒径のほうが大きい場合を例示しているが、実際にはこの図に示された粒径の大小関係に限定されるものではない。
この発熱体３中では、混合状態で含まれる炭素粉体３ｂが、図５（ａ）に示すように、発熱時間の経過に伴って通電により膨張し、炭素粉体３ｂ間の接触面ａが増大するが、炭素粉体３ｂが導電性を有することから、この接触面ａの増大によって、この発熱体３中での導電性が高まると共に抵抗成分が低下することとなり、経時的には発熱性が緩やかではあるがやや低下する傾向になる。
これに対して、図５（ｂ）に示すように、この発熱体３中に粉体状の焼却灰及び／又は鉱物５が含まれる場合には、混合状態で含まれる炭素粉体３ｂが、発熱時間の経過に伴って通電により膨張した際に、この粉体状の焼却灰及び／又は鉱物５が含まれることによって、炭素粉体３ｂ間に形成される接触面ａの増大が抑制され、この発熱体３中での導電性が抑制されると共に抵抗成分の低下が抑制されることとなり、経時的にも高い発熱性を維持することができる。
即ち、この発熱体３中に粉体状の焼却灰及び／又は鉱物５が含まれない場合には、図５（ｃ）に示すように、この発熱体３中には、ケイ素粉体３ａと炭素粉体３ｂとが混合された状態で、通電（導電）により炭素粉体３ｂが膨張し、各炭素粉体３ｂ間の接触面ａが各々増大して、経時的には発熱性が緩やかではあるがやや低下する傾向になる。これに対して、この発熱体３中に粉体状の焼却灰及び／又は鉱物５が含まれる場合には、図５（ｄ）に示すように、この発熱体３では、通電（導電）により炭素粉体３ｂが膨張したとしても、各炭素粉体３ｂ間の各接触面ａの増大が抑えられ、経時的に高い発熱性を維持することができる。
このように、図５（ｅ）に示すように、この発熱体３中に粉体状の焼却灰及び／又は鉱物５が含まれることにより、通電（導電）により炭素粉体３ｂが膨張したとしても、ケイ素粉体３ａと炭素粉体３ｂとの接続関係が均一化されることとなり、この発熱体３全体での導電率を一定に維持することができる。さらに、この粉体状の焼却灰及び／又は鉱物５により、ケイ素粉体３ａと、炭素粉体３ｂとの離散状態が均質化されることにもなり、通電（導電）により炭素粉体３ｂが膨張したとしても、この発熱体３において一定の導電性で発熱量（ジュール熱）を確定することができる。
また、本発明者が確認したところに拠れば、本実施形態に係る発熱装置の温度上昇に伴う抵抗値変化について実測に基づいて得られた特性を図６の説明図に示す。本実施形態に係る発熱装置は、図６に示すように、温度上昇と共に、初期抵抗から抵抗値が低下する特性を有している。このことから、電力制御は、電流によるコントロール（ＣＣ）を要せず、電圧によるコントロール（ＣＶ）によって行えることとなり、より簡易な制御が実現される。図６のグラフに示された線分の傾き（温度上昇に対する抵抗値の変化量）は、ケイ素粉体３ａと炭素粉体３ｂの比率を用いて制御することができる。また、特に７００〜８００℃近傍で発生する変曲点については、ケイ素粉体３ａと炭素粉体３ｂの粒度（特にケイ素粉体３ａの粒度）を調整することで制御することができる。すなわち、当該変曲点は粒度が小さいほど７００℃拠りとすることができ、粒度が大きいほど８００℃拠りとすることができ、抵抗特性を容易に設計可能である。また、１０００℃における抵抗値は、より好適には７〜８Ω程度であり、この抵抗値制御については、上述したような粉体状の酸化鉄や、酸化アルミニウムや、フライアッシュ等の粉体状の焼却灰や、鉱物を添加することによって、抵抗値（特に初期抵抗）を上げることができ、この点においても抵抗特性を容易に設計可能である。
本実施形態に係る発熱装置（発熱手段１０）は、上述した優れた特性を発揮することから、各種の熱源として利用可能であり、その適用範囲は広範に及ぶ。その一例として、この発熱装置を用いた発電装置として利用することが可能である。
第１の実施形態に係る発電装置は、図７（ａ）に示すように、外部から外部電力１００が供給されて発電する発電装置であって、上述の発熱装置から構成され、この外部電力１００が前記対向電極に供給されることにより発熱する発熱手段１０と、対向面２１と背面２２を有し、この対向面２１をこの発熱手段１０に近接して配設され、この対向面２１と背面２２との温度差を電力量に変換する熱電手段２０とを備える構成である。
この構成によって、図７（ｂ）に示すように、この発熱手段１０が発熱することによって熱量（Ｈ）が周囲に発せられ、この熱量（Ｈ）を熱電手段２０の対向面２１が受け取る。その一方で、この熱電手段２０の裏側にある背面２２では、外気によって冷却（Ｃ）されることによって、対向面２１と背面２２との間に、大きな温度差が生じることとなる。
また、この発熱手段１０は、電源電流の指向性を問わずに発熱するという特徴があることから、交流及び直流のいずれの電源に対しても、回路構成を変えることなく同じように発熱することができる。この優れた性質によって、図７（ｂ）に示すように、外部電力１００が交流であるＡＣ系電力１００ａであっても、外部電力１００が直流であるＤＣ系電力１００ｂであっても、回路構成を変えることなく、同様に発熱することから、外部電力１００については、ＡＣ系電力１００ａのみとすることもでき、ＤＣ系電力１００ｂのみとすることもでき、さらに、ＡＣ系電力１００ａ及びＤＣ系電力１００ｂを複合電力化させたハイブリッド（ＡＣ／ＤＣハイブリッド）として構成することも可能となる。
このように、図７（ａ）及び（ｂ）に示されるように、外部電力１００から供給される電流Ｉ１が直流又は交流のいずれかを問わず発熱手段１０に通電されることによって発熱が生じ、この熱電手段２０の対向面２１と背面２２との間に大きな温度差が生じることによって、この熱電手段２０に電流Ｉ２を流す電力が得られることとなる。すなわち、低電力の外部電力１００であっても発熱手段１０によって極めて効率的に得られる熱量（Ｈ）と、外気からの冷却（Ｃ）が組み合わさることによって、この熱電手段２０により大きな電力を安定的に取り出すことができる。
この熱電手段２０としては、温度差を電力量に変換する特性（熱電特性）を有するものであれば特に限定されないが、図７（ｃ）に示すように、一の端部２３ａ及び他の端部２３ｂを含む金属２３の複数個から構成され、複数の一の端部２３ａから前記対向面２１が構成され、複数の他の端部２３ｂから前記背面２２が構成される。このような熱電手段２０としては、ゼーベック素子またはトムソン素子から構成されることが好ましく、より好ましくはゼーベック素子を用いることである。
ゼーベック素子は、物体の両端部に生じた温度差が電力量に直接変換されるという物理現象（ゼーベック効果）を用いたものであり、上述の金属２３のうち発熱手段１０によって高温側となる一の端部２３ａと、この一の端部２３ａに比べて低温側となる他の端部２３ｂとの温度差によって、簡易に電力を生じることが可能となる。
金属２３の種類は、金属であれば特に限定されないが、例えば、銅やアルミニウムを用いることができる。このように、熱電手段２０がゼーベック素子またはトムソン素子から構成される場合には、より簡素な構成とすることができ、熱電手段２０で安定的に電力を生成することができる。
（第２の実施形態）
本願の第２の実施形態に係る発電装置を、図８の構成図に従い説明する。
第２の実施形態に係る発電装置は、上述の第１の実施形態に係る発電装置と同様に、前記容器１と、前記第一電極２ａ及び前記第二電極２ｂから成る一対の前記対向電極２と、前記ケイ素粉体３ａ及び前記炭素粉体３ｂから成る前記発熱体３とを備える前記発熱手段１０と、前記熱電手段２０とを備え、さらに、図８（ａ）に示すように、前記発熱手段１０と、前記熱電手段２０とに挟まれて構成され、前記発熱手段１０の発熱により生じた熱を蓄熱する蓄熱手段３０を備えるものである。
また、この発熱手段１０の形状については、特に限定されないが、例えば、図８（ａ）に示すように、平板状とすることもでき、また、図８（ｂ）に示すように、円筒状とすることもできる。
この蓄熱手段３０は、前記発熱手段１０と、前記熱電手段２０との間に介在して熱量の授受を行う熱伝導層（中間層）として機能する。この蓄熱手段３０を構成する材質は、特に限定されないが、平板状の金属を用いることが好ましく、取り扱いの容易さから、銅板を用いることができる。この他にも、例えば、ヒートパイプ、セラミックコンクリート、ミネラルポンプ、シリコングリスなどを用いることも可能である。この他にもセラミックタイル等の陶器類や蓄熱レンガや耐火レンガなどの蓄熱性の高いレンガを用いることも可能であり、これらのレンガが常用されている寒冷地での円滑な利用が可能となる。
この構成によって、この蓄熱手段３０が、この発熱手段１０の発熱により生じた熱を一旦保持することから、熱量変動を許容（バッファリング）でき、発熱手段１０の発熱によって過剰に熱量が発生した場合であっても、その熱量を不要なものとして排出する必要は無く、この蓄熱手段３０によって一時的に保持されて利用できることとなり、より高いエネルギー効率で、この熱電手段２０で安定的に電力を生成することができる。また、外部電力１００からの電力が遮断した場合であっても、この蓄熱手段３０によって、熱量を一定時間保持されることから、バックアップ用熱源としても活用できることとなり、電源遮断時においても電力を継続して発生させることが可能となる。
また、この発熱手段１０の発熱が急激な変化や停止した場合にも、この蓄熱手段３０により保持された熱量によって、この熱電手段２０の稼動を継続することができ、稼動安定性も高めることができる。また、この蓄熱手段３０は、この発熱手段１０の発熱により生じた熱を均一化して保持することから、この熱電手段２０の電力変換効率を最適化（最大限化）させる温度（最適温度）を維持して安定的に供給できることとなり、この熱電手段２０による発熱の能力が最適化された条件で電力を発生させることができ、より高いエネルギー効率で、この熱電手段２０で安定的に電力を継続的に生成することができる。
また、この蓄熱手段３０が、この発熱手段１０の発熱により生じた熱を、この熱電手段２０に対して、分散して供給することにもなる。例えば、ゼーベック素子またはトムソン素子から構成される熱電手段２０に対しては、この発熱手段１０から供給された熱量を、ゼーベック素子またはトムソン素子の吸熱上限温度より小さくなるように、この熱電手段２０を構成するゼーベック素子またはトムソン素子の各々に対して分散して供給することができ、ゼーベック素子またはトムソン素子の許容範囲内でその吸熱能力を十分に対応できるように熱量の授受が効率的に行われることとなり、ゼーベック素子またはトムソン素子の能力を安定的かつ十分に発揮させることができる。
このように、この蓄熱手段３０が、この発熱手段１０の発熱により生じた熱を、この熱電手段２０に対して、分散化して供給することから、この熱電手段２０が、常に動作可能な範囲内で均一な熱量を対向面２１で受け取ることにより、より安定した電力を継続的に発生させることができる。
（第３の実施形態）
本願の第３の実施形態に係る発電装置を、図９の構成図に従い説明する。
第３の実施形態に係る発電装置は、上述の第１の実施形態に係る発電装置と同様に、前記容器１と、前記第一電極２ａ及び前記第二電極２ｂから成る一対の前記対向電極２と、前記ケイ素粉体３ａ及び前記炭素粉体３ｂから成る前記発熱体３とを備える前記発熱手段１０と、前記熱電手段２０とを備え、さらに、図９（ａ）に示すように、冷却性の流体から構成され、前記熱電手段２０の背面２２に近接して配設され、この熱電手段２０の背面２２を冷却する冷却手段４０を備える構成である。
この冷却手段４０としては、水、外気など自然発生的なものから、冷却機やヒートパイプ等の冷却機能を有する装置まで、幅広く利用することができる。例えば、恒常的に雪や氷が存在する寒冷地などでは、本実施形態に係る発電装置を雪や氷の中に埋設することや載置するのみによって、優れた冷却手段４０として作用させることができる。
このように、この熱電手段２０の背面２２を冷却する冷却手段４０を備えることから、この熱電手段２０では、この発熱手段１０の発熱により生じた熱量を対向面２１で受け取ると共に、冷却手段４０がこの熱電手段２０の背面２２を冷却することとなり、この熱電手段２０において、より大きな温度差を生じることとなり、この熱電手段２０でより大きな電力を生成することができる。
なお、本実施形態に係る発電装置においても、図９（ｂ）に示すように、第２の実施形態に係る発電装置で示した前記蓄熱手段３０を含む構成とすることも勿論可能である。
（第４の実施形態）
本願の第４の実施形態に係る発電装置を、図１０〜図１６の構成図に従い説明する。
第４の実施形態に係る発電装置は、上述の第４の実施形態に係る発電装置と同様に、前記容器１と、前記第一電極２ａ及び前記第二電極２ｂから成る一対の前記対向電極２と、前記ケイ素粉体３ａ及び前記炭素粉体３ｂから成る前記発熱体３とを備える前記発熱手段１０と、前記熱電手段２０と、前記冷却手段４０を備え、さらに、図１０（ａ）に示すように、前記外部電力１００が、自然エネルギー２００由来の電力である構成である。
自然エネルギー２００としては、特に限定されないが、水力エネルギー、風力エネルギー、太陽光エネルギーを適用することが可能である。この各々から外部電力１００を発生させる発電方法としては、小水力発電、風力発電、及び太陽光発電が挙げられる。水力エネルギー及び風力エネルギーについては、例えば、図１０（ａ）に示すように、自然エネルギー２００によってタービン１０１を回して生成したエネルギーを発電機１０２で発電して外部電力１００を得ることができる。このように自然エネルギー２００から交流電源が生成されて、そのまま外部電力１００として用いることができる。その他の自然エネルギー２００として、太陽光エネルギーについては、直流電源を生成することから、一旦交流電源にＡＣ変換してから、上記と同様に外部電力１００として用いることができる。
自然エネルギー２００由来の外部電力１００を用いる際には、外部電力１００とこの発熱手段１０との間にサーモスタットとしてのスイッチング機構を備えておくこともできる。このスイッチング機構によって、電源供給量が不安定な自然エネルギー２００に対して、過剰に電源供給が発生した際やこの発熱手段１０の発熱量が過大となった際には、このスイッチング機構がオフに設定される（切断される）ように制御され、外部電力１００からの電源供給量が制御されることとなり、安定的かつ継続的にこの発熱手段１０が発熱を行うことが可能となる。
このように、前記外部電力１００が、自然エネルギー２００由来の電力であることから、前記発熱手段の発熱効率が極めて高いことによって、発電量が低く不安定な自然エネルギー２００を電力源として用いた場合であっても、前記発熱手段１０が安定的に発熱することができ、すなわち自然エネルギーによって前記熱電手段２０で安定的に継続して電力を生成することができることから、自然エネルギー２００を利用して得られた前記外部電力１００から安定して電力を取り出すこととなり、自然エネルギー２００の有効利用を図ることが可能となる。
さらに好ましくは、前記外部電力１００が、流体に基づく自然エネルギー２００由来の電力で供給され、この流体によって、前記冷却手段４０が構成される構成である。より好ましくは、前記冷却手段４０は、冷却性の流体から構成されるものである。
この冷却手段４０を構成する流体としては、特に限定されず、気体、液体のいずれでもよく、すなわち気流でもよいし水流でもよい。例えば、図１０（ａ）に示すように、自然エネルギー２００として水力エネルギーを用いる場合には、タービン１０１で水力を起こすために使用された液体である水を用いることができ、また、自然エネルギー２００として、風力エネルギーを用いる場合には、タービン１０１で風力を起こすために使用された気体である風（気流）を用いることができる。
すなわち、前記外部電力１００が、流体の動的エネルギーに基づく自然エネルギー２００由来の電力で供給され、前記冷却手段４０が、当該流体の静的エネルギーにより前記熱電手段の背面を冷却する。例えば、自然エネルギー２００として風力エネルギーを用いる場合には、上記流体は気流（風）であり、この流体の動的エネルギーは流体の流れる力（すなわち風力）であり、この流体の静的エネルギーは気流（風）の温度である。また、例えば、自然エネルギー２００として水力エネルギーを用いる場合には、上記流体は水流（水）であり、この流体の動的エネルギーは水流の流れる力（すなわち水力）であり、この流体の静的エネルギーは水流（水）の温度である。いずれの場合でも、当該流体の静的エネルギーは、冷却性が高い（周囲温度より低温である）ことから、前記冷却手段４０として機能し、前記熱電手段２０の前記背面２２を積極的に冷却することとなり、前記熱電手段２０で大きな温度差が生じさせ、当該温度差によって、安定的に大きな電力を生成することができる。
このように、この冷却手段４０を構成する冷却性の流体が、この自然エネルギー２００を発生させる流体であることから、自然エネルギー２００による発電に用いられる流体も、本実施形態に係る発電装置に還流されて再度利用され、この熱電手段２０においてさらに大きな温度差を生じさせることとなり、さらに効率的に、自然エネルギーの有効利用を行えると同時に、この熱電手段２０で安定的に継続して電力を生成することができる。
また、自然エネルギー２００による発電に用いられる流体も有効に活用できることから、本実施形態に係る発電装置は、あらかじめ発電設備の一部として、一体的に組み込まれたかたちで（ビルトイン方式で）用いることも可能である。
なお、本実施形態に係る発電装置においても、図１０（ｂ）に示すように、第２の実施形態に係る発電装置で示した前記蓄熱手段３０を含む構成とすることも勿論可能である。
例えば、この蓄熱手段３０を含む構成として、冷却手段４０として放熱器（例えばヒートシンク）を組み込んで、この熱電手段２０を冷却することも可能である。例えば、図１１（ａ）に示すように、この蓄熱手段３０の上面に、この熱電手段２０と共にヒートシンク４１を載置する構成とすることができる。この蓄熱手段３０の上面から見た場合には、図１１（ｂ）に示すように、この蓄熱手段３０の上面を複数の熱電手段２０とヒートシンク４１が載置される。
この構成により、この発熱手段１０の発熱により生じた熱量ｈ１が、この蓄熱手段３０中で拡散しながら蓄熱手段３０の全体に広がっていき、上面に配設された各々の熱電手段２０に対して満遍なく熱量ｈ１が伝達されると共に、この熱電手段２０がヒートシンク４１から冷却されることとなり、この熱電手段２０での温度差によって、より効率的に大容量の電力を発生させることができる。
また、このヒートシンク４１からは熱量ｈ２が外気に放散されることとなり、この熱量ｈ２を各種の熱源として利用することも可能となる。
また、この構成により、この発熱手段１０の発熱により生じた熱量ｈ１が、この蓄熱手段３０中で拡散しながら蓄熱手段３０の全体に広がっていき、上面に配設された各々の熱電手段２０に対して満遍なく熱量ｈ１が伝達されると共に、この熱電手段２０がヒートシンク４１から冷却されることとなり、この熱電手段２０での温度差によって、より効率的に大容量の電力を発生させることができる。
このヒートシンク４１の形状は、特に限定されないが、複数のフィン（板）、剣山状、又は蛇腹状で形成される。このヒートシンク４１の材質は、特に限定されないが、金属製とすることが好ましく、例えば、アルミニウム、鉄、又は銅を用いることができる。また陶器やレンガなどの非金属も用いることが出来る
また、図１１（c）に示すように、この熱電手段２０で発生した電力の一部（電流Ｉ２）を、この発熱手段１０の電源として還流させることも可能である。その場合には、外部電力１００は、この発熱手段１０に供給する電力をスイッチングによって、入り切り可能な構成や電流及び電圧制御によりコントロールすることができる。例えば、図１１（c）に示すように、バックアップ用電源として用いられる商用電力３００に接続され、この発熱手段１０に供給する電力を制御する電力制御１００ｃを備えることによって、外部電力１００からの電力（電流Ｉ１）が大きいときは、この電力制御１００ｃによって、この熱電手段２０で発生した電力の一部（電流Ｉ２）としてより少ない電力をこの発熱手段１０の電源として還流させるように制御され、また、外部電力１００からの電力（電流Ｉ１）が小さいときは、この電力制御１００ｃによって、この熱電手段２０で発生した電力の一部（電流Ｉ２）としてより少ない電力をこの発熱手段１０の電源として還流させるように制御されるという最適制御が実現可能となる。
このような構成から、この発熱手段１０における高い発熱効率により、外部電力１００からの電力を、発熱手段１０の初期加熱後は、外部電力１００から供給される電力をスイッチングによってオフに設定することによって、後は蓄熱手段３０に熱量が蓄熱されることによって、この熱電手段２０で発生した電力の一部を、この発熱手段１０の電力として利用できることとなり、外部電力１００からの電力を常時使用することなく、省エネルギーで効率的な電力生成を実現することができる。
自然エネルギー２００として、例えば、風力または水力を用いる場合には、例えば、図１２（ａ）に示すように、この自然エネルギー２００による発電に用いられる流体である風力または水力を用いて冷却手段４０が構成され、効率的な冷却が実現される。また、自然エネルギー２００として、例えば、太陽光を用いる場合には、例えば、図１２（ｂ）に示すように、空気を用いて冷却手段４０が構成され、効率的な冷却が実現される。
また、本実施形態に係る発電装置では、１つの自然エネルギー２００由来の外部電力１００だけを対象として使うことも可能であるが、さらに、複数の自然エネルギー２００を同時に用いて、各種の自然エネルギー２００から発生する外部電力１００（交流電源であるか直流電源であるかを問わず）を組み合わせて使用することも可能である。
例えば、複数の自然エネルギー２００が、いずれも交流電源を発生させる構成であれば、全体として１つの交流電源として利用することができ、また、いずれも直流電源を発生させる構成であれば、全体として１つの直流電源として利用することができる。また、複数の自然エネルギー２００のうち、交流電源及び直流電源を発生させるものを共に含む場合には、交流電源及び直流電源のハイブリッド（ＡＣ／ＤＣハイブリッド）として構成することができる。
例えば、交流電源を生成する水力エネルギーと、直流電源を生成する太陽光エネルギーを自然エネルギー２００として同時に用いた場合には、図１３で示すように、深夜時間帯（例．０時〜５時）では、太陽光が無い時間帯のため、太陽光エネルギー由来の直流電力は生成されないが、水力エネルギー由来の交流電力は水力によって生成されることから、総電力量は時間の経過と共に徐々に増大する。
次に、日中時間帯（例．５時〜２０時）では、太陽光エネルギー由来の直流電力は、太陽光によって生成されると共に、水力エネルギー由来の交流電力も水力によって生成されることから、総電力量はこの直流電力と交流電力が重畳的に加重されて増大する。
夜間時間帯（例．２０時〜２４時）では、太陽光エネルギー由来の直流電力は、太陽光が無い時間帯のため生成されないが、発熱手段１０において昼間時間帯に蓄えられた熱量が残っていることから、総電力量は急落することなく、水力エネルギー由来の交流電力と合わさって、時間の経過と共に安定的に推移する。
その後も同様に、前記発熱手段１０においてバッファリングされた蓄熱量が寄与することによって、総電力量は時間の経過と共に安定的に推移する。さらに上述した蓄熱手段３０を加えて構成される場合には、この昼間時間帯における蓄熱効率がより高められることとなり、総電力量は、さらに一層、時間の経過と共に安定的に推移することが可能となる。
このように、前記発熱手段１０により発揮される効高率な発熱量及び蓄熱量によって、複数の自然エネルギー２００から交流電源及び直流電源のハイブリッド（ＡＣ／ＤＣハイブリッド）としてインバーター無しで構成できるという従来に無い簡素な構成で安定的な発電を実現することができる。この直流電力を引き起こす自然エネルギー２００としては、上記の他にも、潮力を用いることもでき、交流電源及び直流電源のハイブリッドによって、潮の満ち干に拠らず、安定的な発電を実現することができる。
また、図１４に示すように、本実施形態に係る発電装置を、ヒートシンク４１を対向配置させて、冷却ファン１０３を用いて、対向するヒートシンク４１間を冷却することも可能である。図１４（ａ）では、風力発電または太陽光発電の場合の空冷による冷却手段４０を示しており、図１４（ｂ）では、水力発電の場合の水冷による冷却手段４０を示している。
さらに、図１５（ａ）に示すように、風力発電の場合には、上記の空冷を発電機１０２に備えられたタービン１０１で実施することができる。この発電機１０２から前記発熱手段１０に電力を供給するさいのサーモセンサースイッチ１０４を備えることで、一定の温度制御が可能となる。また、図１５（ｂ）に示すように、太陽光発電の場合には、上記の空冷を、太陽光パネル１０４に備えられたインバ−ター１０５で実施することができる。また、図１６（ａ）に示すように、水力発電の場合には、上記の空冷を、発電機１０２に備えられたタービン１０１で実施することができる。上記のサーモセンサースイッチ１０４によって、図１６（ｂ）に示すように、温度が一定となるように高精度に制御することが可能となる。
（第５の実施形態）
なお、上記の各実施形態では、前記発熱手段１０に対して、平板状の前記熱電手段２０が近接する配置としたが、この形態に限定されない。第５の実施形態としては、図１７（ａ）に示すように、円筒状の前記発熱手段１０に対して、前記熱電手段２０が筒状体として、前記発熱手段１０を周回する構成とすることも可能である。
この構成によって、図１７（ｂ）に示すように、この発熱手段１０から周囲に発せられる熱量（Ｈ）が、余すことなく前記熱電手段２０に受け取られることとなり、この熱電手段２０の対向面２１と背面２２との間の温度差がより拡大され、さらに効率的に前記熱電手段２０によって電力を生成することができる。
さらに、図１７（ｃ）に示すように、第２の実施形態で示した蓄熱手段３０を、前記発熱手段１０と、前記熱電手段２０との間に介在させることも可能である。この構成によって、この蓄熱手段３０が、この発熱手段１０の周囲を包み込むことによって、この発熱手段１０の発熱により生じた熱量（Ｈ）を余すことなく保持することができ、発熱手段１０によって発熱した全ての熱量（Ｈ）がロス無く蓄熱手段３０によって一時的に保持されて利用できることとなり、より高いエネルギー効率で、この熱電手段２０で安定的に電力を生成することができる。
このように、内部に発熱手段１０で発熱させると共に、その外部を流体で冷却する発電装置の一例としては、円筒や直方体の筐体の内部に仕切を設けて、当該仕切の内部に発熱手段１０を格納すると共に、当該仕切の外部に冷却用の流体を流す構成とすることが可能である。
（第６の実施形態）
上述の第１〜３の実施形態に係る発熱装置を用いて暖房装置を構成することが可能である。本願の第６の実施形態に係る暖房装置を、図１８の構成図に従い説明する。
第６の実施形態に係る暖房装置は、図１８に示すように、上述の第１の実施形態に係る発熱装置から構成され、外部からの外部電力が前記対向電極に供給されることにより発熱する発熱手段１０と、長手形状のヒートパイプ５０と、金属インゴットからなり、発熱手段１０の少なくとも長手方向表面に密接する貫通孔６１ｂ（その孔の開放された端部を開口部６１ａとする）からなる収納部６１が前記金属インゴットに形成され、且つ当該収納部６１の配設位置を中心とする対称位置で、前記ヒートパイプ５０の長手方向表面に密接状態で保持する貫通孔６２ｂ（その孔の開放された端部を開口部６２ａとする）からなる保持部６２が前記金属インゴットに形成される蓄熱部６０と、前記蓄熱部６０に蓄熱された熱エネルギーが、前記ヒートパイプ５０により放熱されるエネルギーより下まわらないように発熱手段１０の発熱開始及び発熱停止を制御する制御手段と、を備える構成である。
この発熱手段１０は、その形状は特に限定されないが、例えば、円筒体とすることができる。この他にも直方体形状とすることもできる。
このヒートパイプ５０は、長手形状であれば特に限定されないが、例えば、円筒体とすることができる。この他にも直方体形状とすることもできる。
この蓄熱部６０は、図１８（ａ）に示すように、金属インゴットから形成され、貫通孔６１ｂと開口部６１ａからなる収納部６１を中央に備え、その周囲に、収納部６１の配設位置を中心とする対称位置に、貫通孔６２ｂと開口部６２ｂからなる保持部６２とを備える構成である。
金属インゴットは、特に限定されないが、例えば、鉄、銅、アルミニウム合金、ステンレスを用いることができ、より好ましくはアルミニウム合金から形成されるもの（所謂アルミブロック）であり、アルミニウム合金が有する高い潜熱特性（７００℃での凝固潜熱が３９４Ｊ／ｇ）から、発熱手段１０による発熱と、蓄熱部６０（例えばアルミブロック）による蓄熱と、ヒートパイプ５０による放熱という簡素な構成によって、当該構成された発熱手段１０と、蓄熱部６０（例えばアルミブロック）と、ヒートパイプ５０という各部材の利点が重畳的に機能し、本暖房装置は、極めて優れた温度保持性を発揮することができる。さらに、金属インゴットを断熱材（例えばコルク材）などで保温することもでき、この場合には、さらに高い保温効果を維持することが可能となる。
また、このヒートパイプ５０は、図１８（ｂ）および（ｃ）に示すように、１つの保持部６２当たり１つが固定されて保持される。ヒートパイプ５０は、内部は空洞であり、内部に作動気体を絶えず流動させることによって伝熱を行う。また、より高い放熱性を得るために、ヒートパイプ５０の周囲にアルミフィン等のフィンを用いて放熱を行うことがより好ましい。
例えば、概略的な構成図として、図１９（ａ）に示す蓄熱部６０（例えばアルミブロック）に固定された発熱手段１０を、図１９（ｂ）に示すように、ヒートパイプ５０に接続すると共に、このヒートパイプ５０の周囲にフィン７０を配設することができる。
勿論、図２０（ａ）に示すように、この発熱手段１０が、この蓄熱部６０（例えばアルミブロック）の内部に収容された場合も同様に、図２０（ｂ）に示すように、この発熱手段１０と蓄熱部６０（例えばアルミブロック）をヒートパイプ５０に接続すると共に、このヒートパイプ５０の周囲にフィン７０を配設することができる。
フィン７０の材質は、特に限定されないが、鉄、銅、アルミニウム合金、ステンレスを用いることができ、より好ましくはアルミニウム合金から形成されるもの（所謂アルミフィン）である。
また、この蓄熱部６０（例えばアルミブロック）における構成金属（例えばアルミニウム合金）の重量を増大させることによって、この蓄熱部６０（例えばアルミブロック）での潜熱量が増えることから、放熱時間を延ばすことも可能となる。また、ヒートパイプ５０とフィン７０の全長の寸法によって、熱放出量を制御できることから、空間の容積によって、自由に熱放出量を制御することができ、暖房装置として容易な設計が可能となる。
発熱手段１０とヒートパイプ５０の個数は、空間の容積等を考慮して、自在に設計することができ、例えば、図２１（ａ）に示すように、１個の発熱手段１０と、その周囲を取り囲む４個のヒートパイプ５０と、フィン７０と、で構成することができ、また、図２１（ｂ）に示すように、２個の発熱手段１０と、その各々の周囲を取り囲む８個のヒートパイプ５０と、フィン７０と、で構成することもできる。また、フィン７０として、図２１（ｃ）に示すように、平板状のエアーフィン７０ａを用いることも可能である。
上記の構成によって、外部からこの発熱手段１０への電力印加を開始して、この発熱手段１０が発熱した場合には、この発熱手段１０で生成された熱量が、積極的にこの蓄熱部６０（例えばアルミブロック）で蓄熱されて、ヒートパイプ５０にゆっくりと熱量が伝えられ、安定的に熱量が供給されたヒートパイプ５０で安定的な放熱が行われると共に、フィン７０によって、外部への熱放熱が促進されることから、外部に効率的に熱量を分散させることとなり、より一層効率的な暖房効率を発揮することができる。
続いて、外部からこの発熱手段１０への電力印加を停止して、この発熱手段１０の発熱を停止した場合にも、これまで発熱手段１０からの熱量を蓄熱してきた蓄熱部６０（例えばアルミブロック）により、継続的にヒートパイプ５０にゆっくりと熱量が伝えられ、熱量が安定的に供給されたヒートパイプ５０で継続的に放熱が行われると共に、フィン７０によって、熱放熱が促進され、外部に効率的に熱量を分散させることとなり、より省電力で効率的な暖房効率を発揮することができる。
このように、外部からこの発熱手段１０への電力印加を開始および停止することを繰り返すことによって、省電力で効率的な暖房装置が実現される。
すなわち、前記制御手段が、このような発熱手段１０の発熱開始及び発熱停止を最適に制御することによって、より一層省電力で効率的な暖房装置が実現される。
この制御手段は、前記蓄熱部６０に蓄熱された熱エネルギーが、前記ヒートパイプ５０により放熱されるエネルギーより下まわらないように発熱手段１０の発熱開始及び発熱停止を制御する。実測値に基づく制御手段の制御結果を説明した説明図を図２２に示す。制御手段は、例えば、図２２に示すように、曲線Ａで示されるように、発熱手段１０の発熱によって、発熱温度が経時的に上昇し、上限の閾値の温度（例えば約７０℃）まで到達すると、発熱手段１０の発熱停止（ＯＦＦ動作）を行い、次に、下限の閾値の温度（例えば約５０℃）まで到達すると、発熱手段１０の発熱開始（ＯＮ動作）を行い、このＯＮ動作とＯＦＦ動作を繰り返す制御を行う。例えば、図２２に示すように、このＯＮ動作とＯＦＦ動作の時間間隔を４〜５分とすることができる。この結果、曲線Ｂで示されるように、前記ヒートパイプ５０により放熱されるエネルギーが一定化され、放熱温度が一定化（例えば５５℃程度）される。。上記第１の実施形態で述べたように、約５０Ｗの外部電力で約３００℃まで上昇することが可能という極めて低電力で高い熱量を得られる発熱手段１０によって、必要な外部電力としては、実質的には、初動の昇温時のみ（例えば８０Ｗ／ｈ）が高く、それ以降は、上記のＯＮ動作とＯＦＦ動作の繰り返し制御によって、弱電力（例えば２５Ｗ／ｈ）で十分であるという極めて優れた省電力性の暖房装置が形成される。
また、発熱手段１０の電源（外部からの外部電力）として、第４の実施形態で述べた自然エネルギー２００を用いることによって、商用電源から独立して省電力で低環境負荷の高い暖房性能を発揮する暖房システムが形成される。この暖房システムの用途としては、特に限定されず、例えば、サウナ、ビニールハウス、ビル建物、住宅、ログハウスの内部、金型等、各種の暖房が必要とされる装置や器具等広範に及ぶものとなる。
以上のように、第６の実施形態では、発熱手段１０による優れた発熱効率によって、一旦発熱手段１０が温度上昇することのみで、それ以降は、制御手段の制御によって蓄熱部６０が長時間温度を保持できることから、ヒートパイプ５０で熱伝導されて放熱された放熱エネルギーが一定化することとなり、少ない電力で長時間に渡って安定的に暖房を行うことができる。
なお、上記の発熱手段１０において、前記発熱手段１０が、前記収納部６１及び前記保持部６２を各々均等に二分割して形成される構成も可能である。このような構成から、前記発熱手段１０が、ヒートパイプ５０に対して均一に安定して熱源を供給できることとなり、ヒートパイプ５０で熱伝導されて放熱された放熱エネルギーが一定化することとなり、さらに長期間に渡って安定的に暖房を行うことができる。
（第７の実施形態）
上述の第１〜３の実施形態に係る発熱装置を用いて加温装置を構成することが可能である。本願の第７の実施形態に係る加温装置を、図２３および図２４の構成図に従い説明する。
第７の実施形態に係る加温装置は、図２３（ａ）に示すように、前記発熱手段１０と前記蓄熱部６０から構成される前記暖房装置と、前記ヒートパイプ５０を格納するヒートパイプ格納部８１が配設され、液体または気体から構成される媒体Ｍを、非密閉にて収容する収容容器８０を備え、この収容容器８０内の媒体Ｍを加温または気化させるものである。
この収容容器８０内のヒートパイプ格納部８１の外側面には、そのままの状態でもよいが、熱拡散の促進の点から、フィン８２を配設しておくことが好適である。
また、この収容容器８０は、密閉状態で媒体Ｍを収容することも可能である。
このような構成から、前記ヒートパイプ５０から安定的に放熱された熱を用いて、前記収容容器内の媒体を加温または気化させることとなり、媒体Ｍが液体の場合にはより高い保温性で液体を保温することができ、媒体Ｍが気体の場合には、この収容容器８０に液体が取り込まれると、この液体を迅速に気化させることが可能となる。
例えば、媒体Ｍが液体（例えば水）の場合には、高い保温性によって、例えば、小規模なものでは、コンビニエンスストアや飲食点等の店舗に恒常的に設置されたおでん汁等の汁物の保温に用いることも可能であり、例えば、より大規模なものでは、温水プールやスーパー銭湯など、水温を維持する用途に広く適用することができる。また、例えば、媒体Ｍが気体の場合には、液体を前記ヒートパイプ５０に接触した際には、その迅速な気化性能によって、即座に蒸気が発生することとなり蒸気発生器や加湿器として用いることも可能である。
また、第７の実施形態に係る加温装置は、図２３（ｂ）に示すように、断熱材９０で被覆することもできる。断熱材９０としては、コルク材を用いることができる。このように、断熱材９０で被覆されることから、前記収容容器８０内の保温性をさらに高めることとなり、より保温性の高い加温装置が実現される。
なお、、第７の実施形態に係る加温装置は、上記のように前記ヒートパイプ５０を柱状に立てた縦置き形状にしてもよいが、これに限定されず、前記ヒートパイプ５０を横に並べた横置き形状にすることも可能である。本加温装置は、例えば、図２４に示すように、横置き形状にすることによって、例えば、媒体Ｍが水の場合には、水槽として構成することができ、優れた保温効果を発揮することができる。また、用途に応じて、本加温装置は、その側面に、水抜き穴８３を配設することも可能である。
また、この収容容器８０内のヒートパイプ格納部８１の外側面には、そのままの状態でもよいが、熱拡散の促進の点から、上述したように、フィン８２を配設しておくことも可能である。前記収容容器内の保温性をさらに高めることとなり、より保温性の高い加温装置が実現される。
本発明の特徴を更に明らかにするため、以下に実施例を示すが、本発明はこの実施例によって制限されるものではない。
（実施例１）
上記の第１の実施形態に従い、図１に示した通り、直方体型の形状で高さ１２ｍｍ、縦横全長が各々１７０ｍｍの平板状の発熱体を用意し、当該発熱体を同サイズのゼーベック素子に載置して構成された発電装置のサンプルを作製した。発熱体の容器はセラミックスで筐体を構成し、筐体内の対向電極は銅を用いて、筐体内に、再生シリコンを利用した３０〜６０μｍのケイ素粉体と、二次電池等の電池製造に廃棄された３０〜６０μｍの炭素粉体を収納し、筐体はプラスティック製のキャップで締め、キャップの外部をナットで固定した。当該サンプルに、一定の電力を３０分間加えた。
上記の発電装置のサンプルに対して、３０分間電圧を印加した結果について、経時的な温度上昇の結果を、電力量（Ｗ）ごとに図２５に示す。得られた結果から、図２５からは、１、２分で急峻な温度上昇が確認されると共に、３０分経過しても、上昇した温度が低下することなく一定温度が維持されることが確認された。さらに、その上昇温度は、１０００℃まで達したことが確認された。また、得られた結果から、図中の経過時間が８〜１２分前後において、温度変化に微小な揺らぎが確認されていることから、この時間帯で、ケイ素粉体と炭素粉体の混合状態に変化が生じていることが推察され、その粉体の混合状態の変化によって、電気伝導性及び熱伝導性に変化が生じることによって、温度上昇の局面から、一定温度を維持する局面へと遷移していることが確認された。そして、この極めて高温状態が得られた発熱体からの熱量をゼーベック素子が受け取ることによって、長時間にわたって安定的に電力を生成できることが確認された。
（実施例２）
上記の第６の実施形態に従い、上記の図２１（ａ）に示した通り、直方体型の形状で高さ１２ｍｍ、縦横全長が各々１７０ｍｍの平板状の発熱体を用意し、当該発熱体を、幅１００ｍｍ×高さ６０ｍｍ×深さ１１０ｍｍの重量２ｋｇのアルミブロック（アルミニウム合金）内に、４個のヒートパイプと共に収納して構成された暖房装置のサンプルを作製した。４個のヒートパイプには各々エアーフィンを取り付けた。発熱体の容器はセラミックスで筐体を構成し、筐体内の対向電極は銅を用いて、筐体内に、３０〜１５０μｍのケイ素粉体と、３０〜１５０μｍの炭素粉体を収納し、筐体はプラスティック製のキャップで締め、キャップの外部をナットで固定した。
サンプルとしては、発熱体のみから構成されたサンプルと、発熱体とアルミブロックから構成されたサンプルと、発熱体とアルミブロックとヒートパイプとエアーフィンとから構成されたサンプルの３種類のサンプルを作製した。これらのサンプルに、２００Ｗの電力を加え、温度が２００℃に達した時点で、電源供給を停止し、３７５分間測定した。
得られた経時的な温度変化の結果を、各サンプルごとに図２６（ａ）に示す。得られた結果から、発熱体のみから構成されたサンプルでは、急峻な温度上昇が確認されると共に、電源供給の停止時でも急峻な温度降下が確認された。これに対して、発熱体とアルミブロックから構成されたサンプルでは、穏やかな温度上昇が確認されると共に、電源供給の停止時でも穏やかな温度降下が確認された。このことから、アルミブロックの潜熱特性に基づく保温効果が確認された。また、発熱体とアルミブロックとヒートパイプとエアーフィンとから構成されたサンプルでは、穏やかな温度上昇が確認されると共に、電源供給の停止時でもやや穏やかな温度降下が確認された。このことから、ヒートパイプとエアーフィンの放熱効果によって、より長時間にわたる穏やかな温度上昇が確認され、省電力で高性能な暖房性能が確認された。
１ 容器
１ａ 内側絶縁部
１ｂ 熱伝導材
１ｃ 外側絶縁部
２ 対向電極
２ａ 第一電極
２ｂ 第二電極
３ 発熱体
３ａ ケイ素粉体
３ｂ 炭素粉体
４ 弾性体
５ 粉体状の焼却灰及び／又は鉱物
４ａ 第一弾性体
４ｂ 第二弾性体
１０ 発熱手段
２０ 熱電手段
２１ 対向面
２２ 背面
２３ 金属
２３ａ 一の端部
２３ｂ 他の端部
３０ 蓄熱手段
４０ 冷却手段
４１ ヒートシンク
５０ ヒートパイプ
６０ 蓄熱部
６１ 収納部
６１ａ 開口部
６１ｂ 貫通孔
６２ 保持部
６２ａ 開口部
６２ｂ 貫通孔
７０ フィン
７０ａ エアーフィン
８０ 収容容器
８１ ヒートパイプ格納部
８２ フィン
８３ 水抜き穴
１００ 外部電力
１００ａ ＡＣ系電力
１００ｂ ＤＣ系電力
１００ｃ 電力制御
１０１ タービン
１０２ 発電機
１０３ 冷却ファン
１０４ サーモセンサースイッチ
２００ 自然エネルギー
３００ 商用電力

Claims (17)

  1. 内部が電気的に絶縁された中空体の容器と、
    前記容器内に収納され、隔離して対向する一対の対向電極と、
    前記容器内の対向電極間に収納され、ケイ素粉体及び炭素粉体を含む混合状態の発熱体と
    を備え、
    前記発熱体の密度が、０．８５ｇ/ｃｍ３〜１．３０ｇ/ｃｍ３であることを特徴とする
    発熱装置。
  2. 請求項１に記載の発熱装置において、
    前記発熱体の密度が、前記発熱体に含まれる前記炭素粉体の平均粒径及び／又は総重量が大きくなるにつれて、小さくなることを特徴とする
    発熱装置。
  3. 請求項１又は請求項２に記載の発熱装置において、
    前記発熱体が、粉体状の酸化鉄及び／又は酸化アルミニウムを含むことを特徴とする
    発熱装置。
  4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発熱装置において、
    前記発熱体が、粉体状の焼却灰及び／又は鉱物を含むことを特徴とする
    発熱装置。
  5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発熱装置から構成され、外部からの外部電力が前記対向電極に供給されることにより発熱する発熱手段と、
    前記発熱手段に近接して配設され、前記発熱手段に対向する対向面側が加熱されると共に、背面側が冷却されて、当該対向面側と当該背面側の温度差を電力量に変換する熱電手段と、
    を備えることを特徴とする
    発電装置。
  6. 請求項５に記載の発電装置において、
    前記熱電手段が、ゼーベック素子またはトムソン素子から構成されることを特徴とする
    発電装置。
  7. 請求項５又は請求項６に記載の発電装置において、
    前記発熱手段が円筒体として形成され、前記熱電手段が前記発熱手段を周回することを特徴とする
    発電装置。
  8. 請求項５〜７のいずれかに記載の発電装置において、
    前記発熱手段と、前記熱電手段とに挟まれて構成され、前記発熱手段による発熱により生じた熱を蓄熱する蓄熱手段を備えることを特徴とする
    発電装置。
  9. 請求項５〜８のいずれかに記載の発電装置において、
    前記熱電手段の背面側に近接して配設され、当該熱電手段の背面を冷却する冷却手段を備えることを特徴とする
    発電装置。
  10. 請求項５〜９のいずれかに記載の発電装置において、
    前記外部電力が、自然エネルギー由来の電力で供給されることを特徴とする
    発電装置。
  11. 請求項９又は請求項１０に記載の発電装置において、
    前記冷却手段が、冷却性の流体から構成されることを特徴とする
    発電装置。
  12. 請求項１１に記載の発電装置において、
    前記外部電力が、流体の動的エネルギーに基づく自然エネルギー由来の電力で供給され、
    前記冷却手段が、当該流体の静的エネルギーにより前記熱電手段の背面を冷却することを特徴とする
    発電装置。
  13. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発熱装置から構成され、外部からの外部電力が前記対向電極に供給されることにより発熱する発熱手段と、
    長手形状のヒートパイプと、
    金属インゴットからなり、発熱手段の少なくとも長手方向表面に密接する貫通孔からなる収納部が前記金属インゴットに形成され、且つ当該収納部の配設位置を中心とする対称位置で、前記ヒートパイプの長手方向表面に密接状態で保持する貫通孔からなる保持部が前記金属インゴットに形成される蓄熱部と、
    前記蓄熱部に蓄熱された熱エネルギーが、前記ヒートパイプにより放熱されるエネルギーより下まわらないように発熱手段の発熱開始及び発熱停止を制御する制御手段と、
    を備えることを特徴とする
    暖房装置。
  14. 請求項１３に記載の暖房装置において、
    前記金属インゴットが、アルミニウム合金から構成されることを特徴とする
    暖房装置。
  15. 請求項１３または請求項１４に記載の暖房装置において、
    前記発熱手段が、前記収納部及び前記保持部を各々均等に二分割して形成されることを特徴とする
    暖房装置。
  16. 請求項１３〜１５のいずれかに記載の暖房装置と、
    前記暖房装置のヒートパイプを格納するヒートパイプ格納部が配設され、液体または気体から構成される媒体を、密閉または非密閉にて収容する収容容器を備え、
    前記収容容器内の媒体を加温または気化させることを特徴とする
    加温装置。
  17. 請求項１６に記載の暖房装置において、
    断熱材で被覆されることを特徴とする
    加温装置。


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