WO2013099321A1 - 熱電発電装置 - Google Patents

Abstract

　温度昇降を繰り返す環境に接触し、環境の温度変化に応じて環境と熱交換し得る導熱体１と、蓄熱体２と、導熱体および蓄熱体間に配置されるとともに、一端３ａが導熱体に熱的に接触し、他端３ｂが蓄熱体に熱的に接触する熱電変換ユニット３と、一定の熱抵抗を有し、熱電変換ユニットとの接触部分を除く蓄熱体の全体を被覆する被覆層４とを備える。蓄熱体が導熱体の最高温度と最低温度の中間付近の温度に保たれることにより、導熱体と蓄熱体との間に生じる温度差を利用して、熱電変換ユニットから電気エネルギーを取り出す。

Description

熱電発電装置

　本発明は、外部環境の温度変化を利用し、熱電変換モジュールを用いて熱エネルギーを電気エネルギーに変換することで発電を行う熱電発電装置、特に、小電力用の熱電発電装置に関するものである。

　近年、エネルギー・ハーベスティング技術が注目されつつある。エネルギー・ハーベスティング技術は、熱や振動、光、電磁波といった環境エネルギーを電力に変換するものである。
　そして、このエネルギー・ハーベスティング技術の１つとして、熱電変換モジュールを用い、熱エネルギーから電力を得るようにした熱電発電装置がこれまでに提案されている（例えば、特許文献１～３参照）。

　従来の熱電発電装置によれば、発電を行う際には、熱電変換モジュールの一端側に加熱によって熱を供給する一方、他端側から冷却によって熱を排出し、熱電変換モジュールの両側に一定の大きさの温度差を生じさせる必要があった。すなわち、従来の熱電発電装置においては、近接して存在する加熱源と冷却源との間の温度差を利用して発電するので、熱電発電装置の設置場所が制限されていた。

　一方、ワイヤレスセンサーやリモートモニター等の消費電力が小さい電子機器においては、メンテナンスの関係上、電源として、商用電源や電池ではなく、環境エネルギーを利用することが望ましい。
　そのため、熱電発電装置をこれらの電子機器の電源部に組み込むことが考えられるが、上述のように熱電発電装置の設置場所が制限されることから、電子機器を必要な場所に自由に設置することができないという問題があった。

特開２００４－４７６３５号公報 特開２００５－３４７３４８号公報 特開２０１０－４５８８１号公報

　したがって、本発明の課題は、熱電発電装置が配置される環境中の熱電変換モジュールを挟んだ両側に温度差を生じさせるために、熱電変換モジュールの一端側を加熱し、他端側を冷却しなくても、安定的に発電することができる熱電発電装置を提供することにある。

　上記課題を解決するため、本発明によれば、温度昇降を繰り返す環境中に配置され、前記環境の温度変化を利用して発電を行う熱電発電装置であって、前記環境に接触し、前記環境の温度変化に応じて前記環境と熱交換し得る１つの導熱体と、少なくとも１つの蓄熱体と、一定の熱抵抗を有し、前記蓄熱体を被覆する被覆層と、前記導熱体および前記蓄熱体間、または前記蓄熱体間、またはそれらの両方に配置された少なくとも１つの熱電変換ユニットと、を備え、前記熱電変換ユニットの一端側と他端側との間に生じる温度差を利用して、前記熱電変換ユニットから電気エネルギーを取り出すものであることを特徴とする熱電発電装置が提供される。

　本発明の好ましい実施例によれば、前記熱電発電装置は、１つの前記蓄熱体と、前記導熱体および前記蓄熱体間に配置された１つの前記熱電変換ユニットと、を備え、前記熱電変換ユニットの一端が前記導熱体に接触する一方、他端が前記蓄熱体に接触し、前記被覆層は前記熱電変換ユニットとの接触部分を除く前記蓄熱体の全体を被覆しており、前記蓄熱体が前記導熱体の最高温度と最低温度の中間付近の温度に保たれ、それによって、前記導熱体と前記蓄熱体との間に生じる温度差を利用して、前記熱電変換ユニットから電気エネルギーを取り出すようになっている。

　本発明の別の好ましい実施例によれば、前記熱電発電装置は、前記被覆層内における前記導熱体および前記蓄熱体間に配置され、熱的に膨張および収縮すること、または熱的に変形することで、前記導熱体および前記蓄熱体に接触して前記導熱体と前記蓄熱体の間で熱移動させる第１の位置と、前記導熱体および前記蓄熱体のうちの少なくとも一方から離間して前記熱移動を停止させる第２の位置とをとる補助導熱手段を備え、前記補助導熱手段は、前記導熱体の温度が前記最高温度付近にあるとき、または前記導熱体の温度が前記最低温度付近にあるときに前記第１の位置をとる。

　本発明のさらに別の好ましい実施例によれば、前記熱電発電装置は、前記被覆層内における前記導熱体および前記蓄熱体間に配置され、前記導熱体および前記蓄熱体に接触して前記導熱体と前記蓄熱体の間で熱移動させるＯＮ状態と、前記導熱体および前記蓄熱体のうちの少なくとも一方から離間して前記熱移動を停止させるＯＦＦ状態とをとる熱流スイッチと、前記導熱体の温度を検出する第１の温度センサーと、前記蓄熱体の温度を検出する第２の温度センサーと、前記第１および第２の温度センサーの検出値に基づいて、前記熱流スイッチのＯＮ状態とＯＦＦ状態を切り替える熱流スイッチ制御部とを備えている。

　本発明のさらに別の好ましい実施例によれば、前記熱流スイッチは、前記導熱体と前記熱電変換ユニットの前記一端との間、または前記蓄熱体と前記熱電変換ユニットの前記他端との間に配置され、前記ＯＮ状態をとるとき、前記熱電変換ユニットを介して前記導熱体に接触し、または前記熱電変換ユニットを介して前記蓄熱体に接触する。

　本発明のさらに別の好ましい実施例によれば、前記熱電発電装置は、第１および第２の前記蓄熱体と、前記第１および第２の蓄熱体間に配置され、一端が前記第１の蓄熱体に接触し、他端が前記第２の蓄熱体に接触する１つの前記熱電変換ユニットと、前記導熱体および前記第１の蓄熱体間に配置され、前記導熱体および前記第１の蓄熱体に接触して前記導熱体と前記第１の蓄熱体の間で熱移動させるＯＮ状態と、前記導熱体および前記第１の蓄熱体のうちの少なくとも一方から離間して当該熱移動を停止させるＯＦＦ状態とをとる第１の熱流スイッチと、前記導熱体および前記第２の蓄熱体間に配置され、前記導熱体および前記第２の蓄熱体に接触して前記導熱体と前記第２の蓄熱体の間で熱移動させるＯＮ状態と、前記導熱体および前記第２の蓄熱体のうちの少なくとも一方から離間して当該熱移動を停止させる第２の熱流スイッチと、を備え、前記被覆層は、前記第１の熱流スイッチとの接触部分および前記熱電変換ユニットとの接触部分を除く前記第１の蓄熱体の全体と、前記第２の熱流スイッチとの接触部分および前記熱電変換ユニットとの接触部分を除く前記第２の蓄熱体の全体を被覆しており、前記熱電発電装置は、さらに、前記導熱体の温度を検出する第１の温度センサーと、前記第１の蓄熱体の温度を検出する第２の温度センサーと、前記第２の蓄熱体の温度を検出する第３の温度センサーと、前記第１～第３の温度センサーの検出値に基づいて、前記第１および第２の熱流スイッチの前記ＯＮ状態と前記ＯＦＦ状態を切り替える熱流スイッチ制御部と、を備え、前記熱流スイッチ制御部が、前記導熱体の温度が最高温度付近にあるとき、前記第１の熱流スイッチを前記ＯＮ状態にすると同時に、前記第２の熱流スイッチを前記ＯＦＦ状態にし、前記導熱体の温度が最低温度付近にあるとき、前記第１の熱流スイッチを前記ＯＦＦ状態にすると同時に、前記第２の熱流スイッチを前記ＯＮ状態にすることにより、第１の蓄熱体が前記導熱体の最高温度付近の温度に保たれる一方、前記第２の蓄熱体が前記導熱体の最低温度付近の温度に保たれ、それによって、前記第１および第２の蓄熱体間に生じる温度差を利用して、前記熱電変換ユニットから電気エネルギーを取り出すようになっている。

　本発明のさらに別の好ましい実施例によれば、前記熱電発電装置は、前記第１の熱流スイッチおよび前記第１の蓄熱体間に配置され、一端が前記第１の熱流スイッチに接触する一方、他端が前記第１の蓄熱体に接触する第１のペルチェ素子と、前記第２の熱流スイッチおよび前記第２の蓄熱体間に配置され、一端が前記第２の熱流スイッチに接触する一方、他端が前記第２の蓄熱体に接触する第２のペルチェ素子と、を備え、前記第１の熱流スイッチが前記ＯＮ状態にあるとき、前記第１のペルチェ素子が、前記一端において吸熱して、前記他端において発熱し、前記第２の熱流スイッチが前記ＯＮ状態にあるとき、前記第２のペルチェ素子が、前記一端において発熱して、前記他端において吸熱する。

　本発明のさらに別の好ましい実施例によれば、前記導熱体が前記被覆層の表面の全体を被覆している。
　本発明のさらに別の好ましい実施例によれば、前記被覆層は断熱材から形成されている。
　本発明のさらに別の好ましい実施例によれば、少なくとも１つの前記蓄熱体が潜熱蓄熱材から形成されている。

　本発明のさらに別の好ましい実施例によれば、前記熱電発電装置は、第１の追加の蓄熱体と、第２の追加の蓄熱体と、前記第１および第２の追加の蓄熱体間に配置され、一端が前記第１の追加の蓄熱体に接触し、他端が前記第２の追加の蓄熱体に接触する追加の熱電変換ユニットと、前記第１および第２の追加の蓄熱体間に配置され、一端が前記第１の追加の蓄熱体に接触し、他端が前記第２の追加の蓄熱体に接触する追加のペルチェ素子と、一定の熱抵抗を有し、前記追加の熱電変換ユニットとの接触部分および前記追加のペルチェ素子との接触部分を除く前記第１および第２の追加の蓄熱体の全体を被覆する追加の被覆層と、を備え、前記追加の熱電変換ユニットを除く前記熱電変換ユニットが出力する電気エネルギーを前記追加のペルチェ素子によって熱エネルギーに変換することによって、前記第１および第２の追加の蓄熱体間に温度差を生じさせ、前記温度差を利用して、前記追加の熱電変換ユニットから電気エネルギーを取り出すようになっている。
　この実施例において、前記熱電発電装置から電気の供給を受ける電子機器の動作が間欠的であり、それに対応して、前記熱電発電装置による電気の出力が間欠的でもよい場合には、追加のペルチェ素子を省略するとともに、前記追加の熱電変換ユニットをゼーベック素子から構成し、前記熱電発電装置から電気を出力するときは、前記追加の熱電変換ユニットをゼーベック素子として機能させる一方、前記熱電発電装置から電気を出力しないときは、前記追加の熱電変換ユニットをペルチェ素子として機能させることもできる。

　本発明のさらに別の好ましい実施例によれば、前記熱電発電装置は、第１の追加の蓄熱体と、第２の追加の蓄熱体と、前記第１および第２の追加の蓄熱体間に配置され、一端が前記第１の追加の蓄熱体に接触し、他端が前記第２の追加の蓄熱体に接触する追加の熱電変換ユニットと、一定の熱抵抗を有し、前記追加の熱電変換ユニットとの接触部分を除く前記第１および第２の追加の蓄熱体の全体を被覆する追加の被覆層と、前記追加の被覆層の内部において前記第１の追加の蓄熱体に接触して配置されたヒーターと、を備え、前記追加の熱電変換ユニットを除く前記熱電変換ユニットが出力する電気エネルギーを前記ヒーターによって熱エネルギーに変換することによって、前記第１の追加の蓄熱体を加熱し、前記第１および第２の追加の蓄熱体間に温度差を生じさせ、前記温度差を利用して、前記追加の熱電変換ユニットから電気エネルギーを取り出すようになっている。

　本発明のさらに別の好ましい実施例によれば、前記第１および第２の追加の蓄熱体のうちの少なくとも一方が潜熱蓄熱材から形成されている。

　本発明のさらに別の好ましい実施例によれば、前記熱電発電装置は、第１の追加の蓄熱体と、第２の追加の蓄熱体と、前記第１および第２の追加の蓄熱体間に配置され、一端が前記第１の追加の蓄熱体に接触し、他端が前記第２の追加の蓄熱体に接触する追加の熱電変換ユニットと、前記第１および第２の追加の蓄熱体間に配置され、一端が前記第１の追加の蓄熱体に接触し、他端が前記第２の追加の蓄熱体に接触する追加のペルチェ素子と、を備え、前記第２の追加の蓄熱体は、前記熱電発電装置が設置される構造物からなり、前記熱電発電装置は、さらに、一定の熱抵抗を有し、前記追加の熱電変換ユニットとの接触部分および前記追加のペルチェ素子との接触部分を除く前記第１の追加の蓄熱体の全体を被覆する追加の被覆層を備え、前記追加の熱電変換ユニットを除く前記熱電変換ユニットが出力する電気エネルギーを前記追加のペルチェ素子によって熱エネルギーに変換することによって、前記第１および第２の追加の蓄熱体間に温度差を生じさせ、前記温度差を利用して、前記追加の熱電変換ユニットから電気エネルギーを取り出すようになっている。
　この実施例において、前記熱電発電装置から電気の供給を受ける電子機器の動作が間欠的であり、それに対応して、前記熱電発電装置による電気の出力が間欠的でもよい場合には、追加のペルチェ素子を省略するとともに、前記追加の熱電変換ユニットをゼーベック素子から構成し、前記熱電発電装置から電気を出力するときは、前記追加の熱電変換ユニットをゼーベック素子として機能させる一方、前記熱電発電装置から電気を出力しないときは、前記追加の熱電変換ユニットをペルチェ素子として機能させることもできる。

　本発明のさらに別の好ましい実施例によれば、前記熱電発電装置は、第１の追加の蓄熱体と、第２の追加の蓄熱体と、前記第１および第２の蓄熱体間に配置され、一端が前記第１の追加の蓄熱体に接触し、他端が前記第２の追加の蓄熱体に接触する追加の熱電変換ユニットと、一定の熱抵抗を有し、前記追加の熱電変換ユニットとの接触部分を除く前記第１および第２の追加の蓄熱体の全体を被覆する追加の被覆層と、前記追加の被覆層の内部において前記第１の追加の蓄熱体に接触して配置されたヒーターと、を備え、前記第２の追加の蓄熱体は、前記熱電発電装置が設置される構造物からなり、前記追加の熱電変換ユニットを除く前記熱電変換ユニットが出力する電気エネルギーを前記ヒーターによって熱エネルギーに変換することによって、前記第１の追加の蓄熱体を加熱し、前記第１および第２の追加の蓄熱体間に温度差を生じさせ、前記温度差を利用して、前記追加の熱電変換ユニットから電気エネルギーを取り出すようになっている。

　本発明のさらに別の好ましい実施例によれば、前記第１の追加の蓄熱体が潜熱蓄熱材から形成されている。

　本発明のさらに別の好ましい実施例によれば、前記熱電発電装置は、ワイヤレス給電システムの送電側機能を備えている。

　本発明によれば、温度変化を繰り返す環境に接触する導熱体が該環境と熱交換することによって、導熱体および蓄熱体間あるいは蓄熱体間に自動的に温度差を生じさせ、この温度差に比例した電圧を熱電変換ユニットから取り出すことができる。

　また、１つの蓄熱体と、該蓄熱体および導熱体間に配置された１つの熱電変換ユニットを備え、熱電変換ユニットの一端が導熱体に接触する一方、他端が蓄熱体に接触し、被覆層が熱電変換ユニットとの接触部分を除く蓄熱体の全体を被覆する構成とした場合には、導熱体の温度を環境の温度変化に従って昇降させる一方、蓄熱体の温度を導熱体の最高温度と最低温度の中間付近の温度に保つことによって、導熱体および蓄熱体間に温度差を自動的に生じさせ、この温度差に比例した電圧を熱電変換ユニットから取り出すことができる。

　また、２つの蓄熱体と、これらの蓄熱体間に配置され、一端が一方の蓄熱体に接触し、他端が他方の蓄熱体に接触する１つの熱電変換ユニットと、導熱体と蓄熱体のそれぞれとの間に配置され、導熱体および蓄熱体に接触してそれらの間で熱移動させるＯＮ状態と、導熱体および蓄熱体のうちの少なくとも一方から離間して当該熱移動を停止させるＯＦＦ状態とをとる熱流スイッチとを備え、被覆層が熱流スイッチとの接触部分および熱電変換ユニットとの接触部分を除く蓄熱体の全体を被覆し、さらに、導熱体および蓄熱体の温度を検出する温度センサーと、温度センサーの検出値に基づいて、各熱流スイッチのＯＮ状態とＯＦＦ状態を切り替える熱流スイッチ制御部とを備えた構成とした場合には、導熱体の温度が最高温度付近にあるとき、一方の熱流スイッチをＯＮ状態にすると同時に、他方の熱流スイッチをＯＦＦ状態にし、導熱体の温度が最低温度付近にあるとき、一方の熱流スイッチをＯＦＦ状態にすると同時に、他方の熱流スイッチをＯＮ状態にすることにより、一方の蓄熱体が導熱体の最高温度付近の温度に保つ一方、他方の蓄熱体を導熱体の最低温度付近の温度に保つことによって、２つの蓄熱体間に生じる温度差に比例した電圧を熱電変換ユニットから取り出すことができる。

　こうして、本発明によれば、温度昇降を繰り返す環境中に熱電発電装置を配置するだけで電気エネルギーを取り出すことができ、従来の熱電発電装置のように、熱電発電装置が配置された環境中の熱電変換ユニットを挟んだ両側に温度差を生じさせるべく、熱電変換ユニットの一端側を加熱し、他端側を冷却する必要がない。

本発明の１実施例による熱電発電装置の縦断面図である。 図１に示した熱電発電装置を屋外の大気中に配置した場合の、導熱体と蓄熱体の温度変化の一例を示したグラフである。 本発明の別の実施例による熱電発電装置を示す図１に類似の図である。 図１に示した熱電発電装置を電子機器の電源として使用した場合の該電源の構成例を示す図である。 本発明のさらに別の実施例による熱電発電装置の主要部を示す拡大縦断面図である。 図５における補助導熱手段の取付部の拡大図である。 図５における補助導熱手段の取付部の拡大図である。 図５に示した熱電発電装置を屋外の大気中に配置した場合の、導熱体と蓄熱体の温度変化の一例を示す図２に類似のグラフである。 本発明のさらに別の実施例による熱電発電装置を示す図１に類似の図である。 図９に示した熱電発電装置の熱流スイッチの取付部の拡大図である。 図９に示した熱電発電装置の熱流スイッチの取付部の拡大図である。 本発明のさらに別の実施例による熱電発電装置の縦断面図である。 図１２に示した熱電発電装置を屋外の大気中に配置した場合の、導熱体と第１および第２の蓄熱体の温度変化の一例を示す図２に類似のグラフである。 本発明のさらに別の実施例による熱電発電装置の斜視図である。 本発明のさらに別の実施例による熱電発電装置の縦断面図である。 本発明のさらに別の実施例による熱電発電装置の縦断面図である。 本発明のさらに別の実施例による熱電発電装置の縦断面図である。 本発明のさらに別の実施例による熱電発電装置の縦断面図である。

　以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例を説明する。
　本発明による熱電発電装置は、温度昇降を繰り返す環境中に配置されるようになっている。ここに、「温度昇降を繰り返す環境」には、昼夜で周期的に温度変化する屋外の大気中や、屋内に配置され、稼働状態に応じて温度変化する機械設備の近傍および表面上等が含まれる。

　図１は、本発明の１実施例による熱電発電装置の構成を示す縦断面図である。
　図１に示された実施例では、本発明による熱電発電装置は、環境に接触し、環境の温度変化に応じて環境と熱交換し得る１つの導熱体１と、１つの蓄熱体２と、導熱体１および蓄熱体２間に配置されて、一端３ａが導熱体１に接触し、他端３ｂが蓄熱体２に接触する熱電変換ユニット３と、一定の熱抵抗を有し、熱電変換ユニット３との接触部分を除く蓄熱体２の全体を被覆する被覆層４を備えている。
　被覆層４によって被覆された蓄熱体２は、好ましくは、角がなく全体に丸味を帯び、表面積が出来るだけ小さくなるような形状とされる。

　熱電変換ユニット３としては、熱エネルギーを電気エネルギーに変換し得る任意のものが使用可能であるが、この実施例では、ゼーベック効果を利用した熱電変換モジュールが使用される。なお、図１中、５は、熱電変換モジュールの一対の電極である。

　導熱体１は、環境との熱交換（熱吸収および放熱）がより高い効率で行えるような構成を有していることが好ましい。そのため、例えば、熱電発電装置の設置環境が、温度変化する大気中である場合は、できるだけ大きな導熱体１の表面積を確保すべく、導熱体１の表面が凹凸を有し、または粗面に形成されていることが好ましく（伝導、対流の促進）、また、導熱体１の表面が黒色等の濃い色を有していることが好ましい（放射の促進）。また、例えば、熱電発電装置の設置環境が、稼働状態によって温度変化する機械設備の表面である場合は、導熱体１が機械設備の表面に密着すべく、当該表面に適合する形状を有していることが好ましい（伝導の促進）。

　蓄熱体２は、水等の液体によって満たされた、防水性を有する容器からなっていてもよく、この場合、容器の壁の少なくとも熱電変換ユニットとの接触部分は、熱伝導性を有している。
　容器を満たす液体は、腐敗しにくく、凍結しにくいものであれば、どのような液体からなっていてもよく、例えば、純水、または純水に不凍液を混合したもの、または純水に防腐剤を混合したものを使用することができる。なお、液体にはゲル状のものも含まれる。

　蓄熱体２は、固体状の金属または非金属からなっていてもよく、この場合、蓄熱体２として、アルミニウム塊またはプラスチック塊またはコンクリート塊を用いることが好ましい。

　被覆層４は、一定の熱抵抗を有し、熱電変換ユニット３との接触部分を除く蓄熱体２の全体を被覆するものであればよく、その形成材料や構造に特に制限はない。この実施例では、被覆層４は、熱電変換ユニット３との接触部分を除く蓄熱体２の全体を被覆する公知の適当な断熱材からなっている。

　ここに、「一定の熱抵抗」とは、蓄熱体２の熱容量と、熱電変換ユニット３の発電効率（熱電変換ユニット３からの熱漏洩および熱電変換ユニット３による発電に伴う熱移動）を考慮しつつ、蓄熱体２の温度を導熱体１の最高温度と最低温度の中間の温度付近に保つことができる程度の熱抵抗を意味する。
　装置設計上は、蓄熱体２の熱容量と被覆層４の熱抵抗との積によって定まる熱時定数が、熱電発電装置が配置される環境の温度昇降の繰り返し周期よりも十分に長くなるようにすることによって、この「一定の熱抵抗」が達成される。
　また、装置設計上、あるいは構造上、例えば、蓄熱体２の全体が被覆層４によって完全されず、蓄熱体２の一部が外部の環境に接していても、「一定の熱抵抗」が確保されていればよい。

　次に、本発明による熱電発電装置の発電能力について考察する。
　本発明による熱電発電装置を屋外の大気中に配置した場合を考える。日本各地の一日の最高気温と最低気温の温度差は、平均すると約１０℃であることが知られているので、本発明の熱電発電装置を配置した環境においても、一日の気温差が約１０℃であるとする。

　なお、この実施例では、北緯３０～４５°に位置し海洋に囲まれた日本での気温を前提とするが、地球上のどの地域においても、昼間は太陽の日射による加熱が生じる一方、夜間は放射冷却による冷却が生じ、昼夜の繰り返しが気温変化を生じさせることに変わりはなく、よって、本発明による熱電発電装置は、地域によらず機能することは言うまでもない。

　図２は、このような環境中における、本発明の熱電発電装置の導熱体１と蓄熱体２の一日の温度変化の一例を示したグラフである。図２のグラフ中、縦軸は温度（℃）を、横軸は時刻（時）を表し、曲線Ｘおよび曲線Ｙはそれぞれ導熱体１の温度変化および蓄熱体２の温度変化を示している。
　図２のグラフからわかるように、熱電発電装置の導熱体１の温度は、気温変化にほぼ追従して、約１０℃の温度範囲内で昇降する。

　一方、蓄熱体２の温度は、被覆層４が無限大の熱抵抗を有し、かつ、熱電変換ユニット３からの熱漏洩および熱電変換ユニット３の発電に伴う熱移動がない、理想的な条件下においては、導熱体１の最高温度と最低温度の中間の温度に安定する。
　しかしながら、現実には、被覆層４の熱抵抗は有限であるから、被覆層４から熱漏洩が生じ、さらには、熱電変換ユニット３からの熱漏洩および熱電変換ユニット３の発電に伴う熱移動が生じるので、蓄熱体２の温度は、導熱体１の最高温度と最低温度の中間温度付近で変化する。そして、導熱体１と蓄熱体２の温度差は、導熱体１の最高温度と最低温度の差（約１０℃）の半分の約５℃を最大値として、０℃～約５℃の範囲内で変動する。

　そこで、被覆層４および熱電変換ユニット３からの熱漏洩、並びに熱電変換ユニット３の発電に伴う熱移動を考慮し、蓄熱体２の熱容量を、蓄熱体２が約２℃の範囲内で温度変化する大きさに設定すると、蓄熱体２の温度は導熱体１の温度変化よりも遅れて変化するので、導熱体１の温度変化と蓄熱体２の温度変化は互いに位相がずれる。

　この場合、被覆層４の熱抵抗を介して熱容量を有する蓄熱体２に熱移動が生じる際は、時間遅延が生じるので、温度変化が正弦波形を示す場合は最大９０°、すなわち１周期の１／４だけ位相がずれる。外部環境が高温の時は、蓄熱体２の最高温度は導熱体１の最高温度に近づくが、この位相差により、導熱体１と蓄熱体２の温度差として、導熱体１の最高温度とその平均温度との差に近い値が確保される。これは、外部環境が低温の時も同様である。こうして確保された温度差を利用して熱電発電を行う点が、本発明の熱電発電装置の特徴の１つである。

　外部環境が屋外大気中の場合、図２に示したように、太陽熱による気温上昇は急激である一方、熱放射による気温下降は緩やかであるから、気温変化のグラフは正弦曲線に一致しないが、約１／４周期の位相のずれがあり、温度差が反転して変化するΔＴの温度差が生じる。

　その結果、１日の気温の変化を通じて、実際に発電に使用可能な、導熱体１と蓄熱体２の温度差約５℃を確保することができ、この温度差に応じて、導熱体１の昇温時と降温時の２回にわたって発電が行われ、その積分値が一周期（昼夜１サイクル）の発電電力量となる。

　そして、例えば、蓄熱体２を１０００ｍＬの水で満たされた容器から構成した場合には、容器の熱容量を小さいとして無視すると、上記考察に基づき、蓄熱体２の温度変化を２℃として、蓄熱体２の熱容量は、水の比熱が１ｃａｌ／ｇであり、１ｃａｌ＝４．２Ｊであるから、次のようになる。
熱容量＝１×１０００×２＝２０００（ｃａｌ）
　　　＝８４００（Ｊ）＝８４００（Ｗｓ）＝２．３３（Ｗｈ）
　仮に、熱電変換ユニット３の発電効率が１０％であるとすると、発電で得られる電力量は２３３ｍＷｈとなり、昼夜２回の同量の発電が可能であれば、１日当たり４６６ｍＷｈの電力量を得ることができる。
　こうして、一定の熱量の熱エネルギーが、一定の発電効率を有する熱電発電装置の働きによって一定の電力量の電気エネルギーに変換される。

　１０００ｍＬの水は、一辺が１０ｃｍの立方体の容器内に充填可能であるが、使用する水の量を１／１０の１００ｍＬとして、２．５（ｃｍ）×４（ｃｍ）×１０（ｃｍ）の直方体容器内に充填した蓄熱体２の場合、前と同じ発電効率であれば、１日当たり４６．６ｍＷｈの電力量が得られる。

　この電力量は、通常の小電力型の電子機器（消費電力が数μＷ程度）を作動させるのに十分な大きさである。例えば、５０μＷの電子機器を１日（２４時間）動作させるのに必要な電力量は、５０×２４＝１，２００μＷｈ＝１．２ｍＷｈであり、仮に熱電発電装置の発電効率が１０％の数分の１であっても十分に供給可能な量である。

　また、蓄熱体２を体積１００ｍＬのアルミニウムから構成した場合には、蓄熱体２の温度変化を２℃として、蓄熱体２の熱容量は、アルミニウムの比熱が０．２１ｃａｌ／ｇで、比重が２．７であるから、
　熱容量＝０．２１×２．７×１００×２＝１１３．４（ｃａｌ）
　　　　＝４７６（Ｊ）＝４７６（Ｗｓ）＝０．１３２（Ｗｈ）
　そして、熱電変換ユニット３の発電効率が１０％であるとすると、発電で得られる電力量は１３．２ｍＷｈとなり、昼夜２回の同量の発電が可能であれば、１日当たり２６．４ｍＷｈの電力量（水の場合の約０．６２倍の電力量）を得ることができる。
　この場合、アルミニウムは、水よりも高価であるが、加工等の取扱いが容易であり、水を使用した場合と比較して蓄熱体２の構造を簡略化することができる。

　こうして、本発明の熱電発電装置においては、温度昇降を繰り返す環境に熱的に接触する導熱体１と、被覆層４の作用によって該環境から熱的影響を受けにくい蓄熱体２と、一端が導熱体１に熱的に接触し、他端が蓄熱体２に熱的に接触する熱電変換ユニット３とを備え、導熱体１の温度を環境の温度変化に従って昇降させる一方、蓄熱体２の温度を導熱体１の最高温度と最低温度の中間付近の温度に保つようにし、導熱体１および蓄熱体２間に自動的に生じた温度差に比例した電圧を熱電変換ユニット３から取り出すことができる。

　すなわち、本発明によれば、熱電発電装置を温度昇降を繰り返す環境中に配置するだけで電気エネルギーを取り出すことができ、従来の熱電発電装置のように、熱電発電装置が配置された環境中の熱電変換ユニットを挟んだ両側に温度差を生じさせるべく、熱電変換ユニットの一端側を加熱し、他端側を冷却する必要がない。
　そして、本発明による熱電発電装置をワイヤレスセンサーやリモートモニター等の電子機器の電源として使用した場合には、商用電源から電子機器への電力供給配線や電池の交換作業が不要な独立電源が得られ、これらの電子機器を必要な場所に自由に設置することができる。

　なお、図２のグラフにおいて、蓄熱体２がより小さい熱容量を有するように設計され、あるいは被覆層４がより小さい熱抵抗を有するように設計された場合、曲線Ｙは次第に曲線Ｘに近づき、それによって、導熱体１と蓄熱体２の温度差は小さくなる一方、蓄熱体２がより大きい熱容量を有するように設計され、あるいは被覆層４がより大きい熱抵抗を有するように設計された場合、曲線Ｘは、曲線Ｘの最大値と最小値の中間値付近において、次第にフラットになり、それによって、導熱体１と蓄熱体２の温度差は大きくなる。

　また、本発明の熱電発電装置を、導熱体１が直射日光や散乱光を受け得る場所に設置するとともに、導熱体１を、日射を受けやすく、しかも夜間には放射冷却されやすいような構造とすることによって、導熱体１の最高温度および最低温度の差をより大きくすれば、発電電力をさらに増大させることができる。

　この場合には、導熱体１の表面に凹凸が形成されないようにして、空気との接触面積をできるだけ小さくすることが好ましい。それによって、導熱体１が日射によって空気温度より高温になったときに、空気によって冷却されること、および、導熱体１が放射冷却によって低温になったときに、空気によって暖められることが防止される。
　なお、この場合、空気の影響を遮断すべく、ガラス等の透明板を使用し、導熱体１と透明板との間を真空にして断熱してもよい。透明板は、太陽光線や赤外線の透過、反射および吸収の特性を適切に考慮し、適切な材質のものを用いることが好ましい。

　図３には、本発明の別の実施例による熱電発電装置を示した。なお、図３中、図１に示したものと同じ構成要素には同一番号を付している。
　図３Ａを参照して、この実施例では、導熱体１’が被覆層４の表面の全体を被覆している。この構成によれば、熱電発電装置全体の体積はさほど増大させずに、導熱体１’の表面積をかなり増大させることができ、それによって、導熱体１’の環境との熱交換の効率をより高めることができる。さらには、導熱体１’を金属等の硬質の材料から形成した場合には、蓄熱体２、熱電変換ユニット３および被覆層４を導熱体１’によって保護することができる。

　また、図３Ｂを参照して、この実施例では、蓄熱体２が、液体６で満たされた容器７から構成されている。この場合、容器７の内壁面に、複数の熱交換用フィン８を互いに間隔をあけて設ける等の、液体６の熱伝導や対流を促進する手段を容器７内に設けることがより好ましい。

　図４は、本発明による熱電発電装置を低消費電力の電子機器の電源部に組み込んだ場合の構成の１例を示した図である。図４を参照して、本発明の熱電発電装置においては、設置環境の温度昇降によって一対の電極５に交流が発生するので、電源部１０は、本発明の熱電変換装置のほかに、熱電発電装置の熱電変換ユニット３の一対の電極５に接続された極性・電圧変換回路１１と、極性・電圧変換回路１１の後段に接続されたリチウムイオン電池等の二次電池１２とを備えている。

　こうして、本発明の熱電発電装置による発電電力を一旦二次電池１２に蓄え、二次電池１２から電子機器１３に供給することによって、電子機器１３の動作のために必要とされるときに、安定して電力を供給することができる。
　この実施例では、本発明の熱電発電装置は電子機器１３に内蔵され、あるいは電子機器１３とは独立に設けられるが、電子機器の一部（例えば筐体）が、熱電発電装置の導熱体の全体あるいは一部を構成するようにしてもよい。
　また、電子機器１３を、本発明の熱電発電装置の蓄熱体内に配置することもできる。この構成によれば、電子機器１３の温度を、外部環境の最高温度と最低温度の中間温度付近に保つことができ、それによって、電子機器１３を温度ストレスから保護し、安定的に動作させることができる。

　図５は、本発明のさらに別の好ましい実施例による熱電発電装置の主要部を示す拡大縦断面図である。図５の実施例は、被覆層４の内部に補助導熱手段を組み込んだ点が、図１の実施例と異なるだけである。よって、図５中、図１に示した構成要素と同じ構成要素には同一番号を付して、詳細な説明を省略する。

　図５を参照して、この実施例では、被覆層４内における導熱体１および蓄熱体２間に補助導熱手段１４が組み込まれている。補助導熱手段１４は、被覆層４を貫通して導熱体１および蓄熱体２間にのびる開口９内に取付けられ、熱的に膨張および収縮すること、または熱的に変形することで、導熱体１および蓄熱体２に接触して導熱体１と蓄熱体２の間で熱移動させる第１の位置と、導熱体１および蓄熱体２のうちの少なくとも一方から離間して熱移動を停止させる第２の位置をとる。
　そして、補助導熱手段１４は、導熱体１の温度が最高温度付近にあるときまたは導熱体１の温度が最低温度付近にあるときは第１の位置をとる一方、それ以外のときは第２の位置をとるように動作する。

　図６および図７は、図５における補助導熱手段の取付部の拡大図であり、補助導熱手段１４を例示したものである。
　図６に示した実施例では、補助導熱手段１４は、バイメタル１４ａからなっている。バイメタル１４ａは、アーチ状に形成され、導熱体１側が凸になる配置で、下端部が蓄熱体２に接触状態で固定されている。そして、バイメタル９ａは、導熱体１が最高温度付近にあるとき（導熱体１の高温時）または導熱体１が最低温度付近にあるとき（導熱体１の低温時）に大きく変形して、アーチの頂点領域を導熱体１に接触させ、第１の位置をとる（図６Ｂ参照）が、それ以外の期間は、導熱体１に接触しない範囲内で変形し、第２の位置をとる（図６Ａ参照）。

　図７に示した実施例では、補助導熱手段１４は、熱収縮材料１４ｂからなっている。熱収縮材料１４ｂとしては、例えば、熱収縮ゴムに熱伝導性を高める金属粉を配合したものが使用できる。熱収縮材料１４ｂは、上面が蓄熱体２に接触状態で固定されている。そして、熱収縮材料１４ｂは、導熱体１が最高温度付近にあるとき（導熱体１の高温時）に大きく膨張して、下面を蓄熱体２に接触させ、第１の位置をとる（図７Ｂ参照）が、それ以外のときは、蓄熱体２に接触しない範囲で膨張・収縮し、第２の位置をとる（図７Ａ参照）。

　図８は、図５に示した熱電発電装置を屋外の大気中に配置した場合の、導熱体１と蓄熱体２の温度変化の一例を示す図２に類似のグラフであり、グラフ中、曲線Ｘは導熱体１の温度変化を示し、曲線Ｙは蓄熱体２の温度変化を示している。また、図８のグラフ中、Ｓｈは、補助導熱手段９が第１の位置をとっている期間を示している。

　図８のグラフからわかるように、図５の実施例によれば、導熱体１の高温時には、蓄熱体２の温度が導熱体１の温度付近まで上昇し、それによって、導熱体１および蓄熱体２間の、導熱体１の最高温度と最低温度の差に近い温度差ΔＴが得られる。その結果、補助導熱手段９を備えていない場合と比べて約２倍の温度差となり、この温度差に比例して、熱電変換ユニット３の出力電圧が約２倍になる。

　この場合、負荷抵抗が一定であれば、得られる電力は電圧の２乗に比例するので、電圧が２倍であれば、熱電発電装置によって得られる電力量は４倍となり、蓄熱体の熱容量が同じであっても、より多くの電力量が得られることになる。

　図５に示した実施例のように導熱体１の温度変化（外部環境の温度変化）に応じて、膨張・収縮または変形することによって受動的に熱移動を制御する補助導熱手段を配置する代わりに、能動的に熱移動を制御する熱流スイッチを配置することもできる。

　図９には、熱流スイッチを備えた熱電発電装置の構成を示した。図９に示した実施例では、被覆層４内における導熱体１および蓄熱体２間に、導熱体１および蓄熱体２に接触して導熱体１と蓄熱体２の間で熱移動させるＯＮ状態と、導熱体１および蓄熱体２のうちの少なくとも一方から離間して前記熱移動を停止させるＯＦＦ状態とをとる熱流スイッチ１５が配置される。

　また、導熱体１の温度を検出する第１の温度センサー１６と、蓄熱体２の温度を検出する第２の温度センサー１７が備えられる。第１および第２の温度センサー１６、１７は、熱流スイッチ１５からできるだけ離れた位置であって、それぞれ、導熱体１および蓄熱体２の中心または平均温度を示す位置に配置されることが好ましい。
　さらに、熱流スイッチ制御部１８が備えられ、第１および第２の温度センサー１６、１７の検出値に基づいて、熱流スイッチ１５のＯＮ状態とＯＦＦ状態を切り替えるようになっている。

　熱流スイッチ１５の機能は、基本的に補助導熱手段と同様である。
　例えば、蓄熱体２の温度を導熱体１の高温側にシフトさせる場合は、熱流スイッチ制御部１８が、第１および第２の温度センサー１６、１７の検出値に基づき、導熱体１の温度が蓄熱体２の温度よりも高く、かつその温度差が予め設定された値以上であると判定したとき、熱流スイッチ１５をＯＮ状態にする一方、導熱体１の温度が蓄熱体２の温度よりも高いが、その温度差が予め設定された値以下であると判定したとき、または、導熱体１の温度が蓄熱体２の温度よりも低いと判定したときは、熱流スイッチ１５をＯＦＦ状態とする。
　なお、熱流スイッチ１５の作動は、熱電発電装置が出力する電力の一部を用いてなされる。

　もちろん、熱流スイッチ１５によって、蓄熱体２の温度を導熱体１の低温側にシフトさせることもでき、この場合には、熱流スイッチ制御部１８が、第１および第２の温度センサー１６、１７の検出値に基づき、導熱体１の温度が蓄熱体の温度よりも低く、かつその温度差が予め設定された温度以上であると判定したときにのみ、熱流スイッチ１５をＯＮ状態にする。

　図１０および図１１は、図９における熱流スイッチの取付部の拡大図であり、熱流スイッチを例示したものである。
　図１０に示した実施例では、熱流スイッチ１５は、リニアアクチュエータ２９ａと、リニアアクチュエータ２９ａの操作ロッドの先端に接続された可動導熱ブロック２９ｂとから構成される。そして、熱流スイッチ１５がＯＦＦ状態にあるときは、図１０Ａに示すように、リニアアクチュエータ２９ａの操作ロッドは引っ込んだ位置にあって、可動導熱ブロック２９ｂは導熱体１および蓄熱体２から離間しているが、例えば、熱流スイッチ制御部１８によって、導熱体１の温度が蓄熱体２の温度よりも高くかつその温度差が予め設定された値以上であると判定されたとき、熱流スイッチ１５はＯＮ状態になり、図１０Ｂに示すように、リニアアクチュエータ２９ａの操作ロッドが突き出し、可動導熱ブロック２９ｂが導熱体１および蓄熱体２に接触し、それによって、導熱体１から蓄熱体２に熱が移動し、蓄熱体２が加熱され、蓄熱体２の温度が導熱体１の高温側にシフトする。

　図１１に示した実施例では、熱流スイッチ１５は、回転型のアクチュエータ２９ｃと、このアクチュエータ２９ｃによって回転駆動される可動導熱ブロック２９ｄとから構成される。そして、熱流スイッチ１５がＯＦＦ状態にあるときは、図１１Ａに示すように、可動導熱ブロック２９ｄは、導熱体１および蓄熱体２から離間した位置にあるが、例えば、熱流スイッチ制御部１８によって、導熱体１の温度が蓄熱体２の温度よりも高くかつその温度差が予め設定された値以上であると判定されたとき、熱流スイッチ１５はＯＮ状態になり、図１１Ｂに示すように、可動導熱ブロック２９ｄがアクチュエータ２９ｃによって回転せしめられて導熱体１および蓄熱体２に接触し、それによって、導熱体１から蓄熱体２に熱が移動し、蓄熱体２が加熱され、蓄熱体２の温度が導熱体１の高温側にシフトする。

　図１０および図１１に示した実施例において、熱流スイッチ１５の可動導熱ブロック２９ｂ、２９ｄは、熱伝導性を向上させるべく、導熱体１および蓄熱体２との接触面が、密着しやすい形状を有しかつ弾力性を有していることが好ましく、また、この接触面を除く熱流スイッチ１５の表面が、熱漏洩を抑制すべく、断熱材で覆われていることが好ましい。

　図示はしないが、本発明の別の実施例によれば、熱電変換ユニット３が熱流スイッチ１５としても使用される。すなわち、熱電発電装置から出力される電力の一部が使用され、熱流スイッチ制御部１８による制御のもと、ゼーベック効果による熱電変換ユニットに適当な電圧が適用される。それによって、熱電変換ユニットに、ペルチェ効果による発熱（加熱）および吸熱（冷却）作用を生じさせ、熱流スイッチと同等の機能を生じさせることができる。

　この場合、熱流スイッチ１５のＯＮ状態は、熱電変換ユニット３を、ペルチェ効果によって、導熱体１および蓄熱体２のうちの温度の高い方から低い方に熱移動が生じるように動作させることによって、逆に、ＯＦＦ状態は、ペルチェ効果によって、温度の低いほうから高い方に熱移動を生じるように動作させることによって実現される。

　また、図示はしないが、本発明のさらに別の実施例によれば、熱流スイッチ１５は、導熱体１と熱電変換ユニット３の一端３ａとの間、または蓄熱体２と熱電変換ユニット３の他端３ｂとの間に配置され、ＯＮ状態をとるとき、熱電変換ユニット３を介して導熱体１に接触し、または熱電変換ユニット３を介して蓄熱体２に接触する。

　また、図示はしないが、本発明のさらに別の好ましい実施例によれば、一定の大きさの熱時定数を確保できる場合には、蓄熱体における熱電変換ユニットとの接触部分を除く表面の全体が鏡面仕上げされ、蓄熱体の鏡面仕上げされた表面が被覆層を形成する。この場合、蓄熱体表面の鏡面仕上げは、表面を研磨することによって、あるいは表面を金属メッキすることによってなされる。

　図１２は、本発明のさらに別の実施例による熱電発電装置の縦断面図である。図１２に示した実施例では、熱電発電装置は、１つの導熱体１と、第１および第２の蓄熱体２ａ、２ｂと、第１および第２の蓄熱体２ａ、２ｂ間に配置され、一端３ａが第１の蓄熱体２ａに接触し、他端３ｂが第２の蓄熱体２ｂに熱的に接触する熱電変換ユニット３を備えている。

　熱電発電装置は、また、導熱体１および第１の蓄熱体２ａ間に配置され、導熱体１および第１の蓄熱体２ａに接触して導熱体１と第１の蓄熱体２ａの間で熱移動させるＯＮ状態と、導熱体１および第１の蓄熱体２ａのうちの少なくとも一方から離間して当該熱移動を停止させるＯＦＦ状態とをとる第１の熱流スイッチ１５ａと、導熱体１および第２の蓄熱体２ｂ間に配置され、導熱体１および第２の蓄熱体２ｂに接触して導熱体１と第２の蓄熱体２ｂの間で熱移動させるＯＮ状態と、導熱体１および第２の蓄熱体２ｂのうちの少なくとも一方から離間して当該熱移動を停止させるＯＦＦ状態とをとる第２の熱流スイッチ１５ｂを備えている。

　そして、第１の熱流スイッチ１５ａとの接触部分および熱電変換ユニット３との接触部分を除く第１の蓄熱体２ａの全体と、第２の熱流スイッチ１５ｂとの接触部分および熱電変換ユニット３との接触部分を除く第２の蓄熱体２ｂの全体が、一定の熱抵抗を有する被覆層４によって被覆されている。

　熱電発電装置は、さらに、導熱体１の温度を検出する第１の温度センサー１９と、第１の蓄熱体２ａの温度を検出する第２の温度センサー２０と、第２の蓄熱体２ｂの温度を検出する第３の温度センサー２１と、第１～第３の温度センサー１９～２１の検出値に基づいて、第１および第２の熱流スイッチ１５ａ、１５ｂのＯＮ状態とＯＦＦ状態を切り替える熱流スイッチ制御部２２を備えている。

　この実施例においては、導熱体１が最高温度付近にあるとき、第１の熱流スイッチ１５ａがＯＮ状態になる一方、第２の熱流スイッチ１５ｂはＯＦＦ状態となり、それによって、導熱体１および第１の蓄熱体２ａ間で熱移動が生じて、第１の蓄熱体２ａの温度が当該最高温度付近に保たれ、導熱体１が最低温度付近にあるときは、第１の熱流スイッチ１５ａがＯＦＦ状態になる一方、第２の熱流スイッチ１５ｂはＯＮ状態となり、導熱体１および第２の蓄熱体２ｂ間で熱移動が生じて、第２の蓄熱体２ｂの温度が当該最低温度付近に保たれるようになっている。そして、第１および第２の蓄熱体２ａ、２ｂ間に生じた温度差を利用して、熱電変換ユニット３によって電気エネルギーが取り出される。

　こうして、２４時間（温度変化の全周期）にわたり最高温度と最低温度の差に近い温度差を維持しつつ、当該温度差を利用して安定して大きな発電電力を得ることができる。この場合には、２つの蓄熱体２ａ、２ｂに蓄えられた熱エネルギーによって連続した発電が可能であり、単一の蓄熱体を備えた熱電発電装置においては連続的でかつ安定した電力供給を行うのに必要であった二次電池を省略できる。

　図１３は、図１２に示した熱電発電装置を屋外の大気中に配置した場合の、導熱体１と第１および第２の蓄熱体２ａ、２ｂの温度変化の一例を示す図２に類似のグラフである。図１３のグラフ中、縦軸は温度（℃）を、横軸は時刻（時）を表し、曲線Ｘ、曲線Ｙおよび曲線Ｚは、それぞれ、導熱体１、第１の蓄熱体２ａおよび第２の蓄熱体２ｂの温度変化を示している。また、図１３のグラフ中、Ｓｈは、第１の熱流スイッチ１５ａがＯＮ状態にあり、かつ第２の熱流スイッチ１５ｂがＯＦＦ状態にある期間を示し、Ｓｉは、第１の熱流スイッチ１５ａがＯＦＦ状態にあり、かつ第２の熱流スイッチ１５ｂがＯＮ状態にある期間を示している。

　図１３のグラフからわかるように、熱電発電装置の導熱体１の温度は、気温変化にほぼ追従して、約１０℃の温度範囲内で昇降する。
　一方、被覆層４の熱抵抗が無限大で、かつ、熱電変換ユニット３からの熱漏洩および熱電変換ユニット３の発電に伴う熱移動がない、理想的な条件下では、第１の蓄熱体２ａの温度は、導熱体１の最高温度付近に保たれ、第２の蓄熱体２ｂの温度は、導熱体１の最低温度付近に保たれる。

　しかしながら、現実には、被覆層４の熱抵抗は有限であるから、被覆層４から熱漏洩が生じ、さらには、熱電変換ユニット３からの熱漏洩および熱電変換ユニット３の発電に伴う熱移動が生じるので、第１の蓄熱体２ａの温度Ｙは、導熱体１の最高温度よりも低い温度範囲で変化し、第２の蓄熱体２ｂの温度Ｚは、導熱体１の最低温度よりも高い温度範囲で変化する。その結果、第１の蓄熱体２ａと第２の蓄熱体２ｂとの温度差ΔＴは、導熱体１の最高温度と最低温度の差（約１０℃）よりも小さい温度範囲で変動する。

　そこで、被覆層４および熱電変換ユニット３からの熱漏洩、並びに熱電変換ユニット３の発電に伴う熱移動を考慮し、第１および第２の蓄熱体２ａ、２ｂの熱容量を、第１および第２の蓄熱体２ａ、２ｂが約２℃の範囲内で温度変化し得る大きさに設定すると、１日の気温変化を通じて実際に発電に使用可能な、第１および第２の蓄熱体２ａ、２ｂ間の温度差ΔＴとして約８℃を連続して確保することができ、この温度差ΔＴで発電が行われ、その２４時間の積分値が一周期（昼夜１サイクル）の発電電力量となる。

　間欠的に発電が行われ、時間とともに発電電圧が変化する単一の蓄熱体を備えた熱電発電装置と比べて、２つの蓄熱体を備えた熱電発電装置は、約２倍の発電電圧を２４時間継続的に生じさせることから、約２０倍を超える発電電力を発生させることができる。

　図１２に示した熱電発電装置においては、製造直後や、一定温度下に長期間保管されていた場合には、第１および第２の蓄熱体２ａ、２ｂ間に温度差がなく、熱電発電装置は停止しており、この停止した熱電発電装置の起動法が問題になる。

　かかる場合の起動法の１つとして、第１の熱流スイッチ１５ａとして、初期状態または制御されない状態では常にＯＮ状態にある形式のもの（電気回路におけるｂ接点）を使用し、第２の熱流スイッチ１５ｂとして、初期状態または制御されない状態では常にＯＦＦ状態にある形式のもの（電気回路におけるａ接点）を使用する方法が挙げられる。
　この方法によれば、熱電発電装置が温度変化する環境中に設置された時点から、第１の蓄熱体２ａの温度が導熱体１の温度変化に追従する一方、第２の蓄熱体２ｂの温度は当初の温度付近にとどまる。そして、環境の温度が最高温度に近づくにつれて、第１および第２の蓄熱体２ａ、２ｂ間に一定の温度差が生じ、それによって、熱電変換ユニット３が電圧を発生し、この電圧が熱流スイッチ制御部２２に供給され、熱流スイッチ制御部２２が動作を開始する。

　熱流スイッチ制御部２２は、導熱体１の温度が最高温度付近にあるとき、または第１の蓄熱体２ａの温度よりも高いときは、第１の熱流スイッチ１５ａをＯＮ状態に制御し、導熱体１の温度が最低温度付近にあるとき、または第２の蓄熱体２ｂの温度よりも低いときは、第２の熱流スイッチ１５ｂをＯＮ状態に制御する。その結果、第１の蓄熱体２ａの温度は導熱体１の最高温度に近づく一方、第２の蓄熱体２ｂの温度は導熱体１の最低温度に近づき、熱電発電装置が自動的に動作を開始する（起動する）。

　別の起動法として、導熱体１と第１または第２の蓄熱体２ａ、２ｂとの間に第３の熱電変換ユニットを配置し、第１および第２の熱流スイッチ１５ａ、１５ｂは、初期状態または制御されない状態でＯＦＦ状態にある形式のもの（電気回路におけるａ接点）を使用する方法が挙げられる。
　この方法によれば、熱電発電装置が温度変化する環境中に配置された時点から、導熱体１の温度は環境の温度変化に追従する一方、第１および第２の蓄熱体２ａ、２ｂは、当初の温度付近にとどまる。こうして、時間の経過につれて、導熱体１と第１および第２の蓄熱体２ａ、２ｂとの間の温度差が次第に大きくなる。そして、一定の温度差になると、第３の熱電変換ユニットが電圧を発生し、この電圧が熱流スイッチ制御部２２に供給され、熱流スイッチ制御部２２が動作を開始する。その後は、上述の第１の起動法の場合と同様の動作過程を経て、熱電発電装置が起動する。

　本発明のさらに別の実施例によれば、図１２に示した構成において、さらに、第１の熱流スイッチ１５ａおよび第１の蓄熱体２ａ間に配置され、一端が第１の熱流スイッチ１５ａに接触する一方、他端が第１の蓄熱体２ａに接触する第１のペルチェ素子と、第２の熱流スイッチ１５ｂおよび第２の蓄熱体２ｂ間に配置され、一端が第２の熱流スイッチ１５ｂに接触する一方、他端が第２の蓄熱体２ｂに接触する第２のペルチェ素子が備えられる。

　この実施例によれば、第１の熱流スイッチ１５ａがＯＮ状態にあるとき、第１のペルチェ素子が、一端において吸熱して、他端において発熱し、第２の熱流スイッチ１５ｂがＯＮ状態にあるとき、第２のペルチェ素子が、一端において発熱して、他端において吸熱する。それによって、導熱体１の最高温度付近の温度を有する第１の蓄熱体２ａを加熱してその温度をより上昇させ、導熱体１の最低温度付近の温度を有する第２の蓄熱体２ｂを冷却してその温度をより下降させて、より大きな温度差ΔＴを生じさせることができる。

　上述の実施例では、熱電変換ユニットとしてゼーベック効果を用いた熱電変換モジュールが使用されているが、この種の熱電変換モジュールの発電効率は数％～十数％にとどまる。そのため、上述の実施例では、熱電変換モジュールの発電効率を約１０％と仮定した。これに対し、スピンゼーベック効果を用いた熱電変換モジュールでは、大きな熱抵抗をもつ磁性絶縁体が使用されるので、熱漏洩が少なく、発電効率の各段の向上が期待される。
　ゼーベック効果を用いた熱電変換モジュールによれば、１ｍＷｈ～数十Ｗｈの発電能力をもつ熱電発電装置が実現可能であるが、スピンゼーベック効果を用いた熱電変換モジュールによれば、数十ｍＷｈ未満から数百Ｗｈ超の発電能力をもつ熱電発電装置が実現可能である。

　図１４は、本発明のさらに別の実施例による熱電発電装置を示した斜視図である。この実施例は、図１に示した熱電発電装置を市販の乾電池の形態としている。なお、明瞭にするため、図１４中、熱電発電装置の導熱体および蓄熱体以外の構成要素は省略してある。
　図１４において、２３は導熱体であり、２４は蓄熱体である。電池の＋電極２５および－電極２６は、熱電変換ユニットの一対の電極（図１参照）であってもよいし、熱電発電装置が二次電池を備えている場合には、二次電池の出力端子であってもよい（図４参照）。－電極２６は、導熱体１の一部として構成されていてもよい。＋電極２５は、絶縁部分２７によって導熱体２３から電気的に絶縁されている。

　図１５は、本発明のさらに別の実施例による熱電発電装置の縦断面図である。図１５を参照して、この実施例では、熱電発電装置は、図１に示した実施例の構成に加えて、第１の追加の蓄熱体３０と、第２の追加の蓄熱体３１と、第１および第２の追加の蓄熱体３０、３１間に配置され、一端３２ａが第１の追加の蓄熱体３０に接触し、他端３２ｂが第２の追加の蓄熱体３１に接触する追加の熱電変換ユニット３２と、第１および第２の追加の蓄熱体３０、３１間に配置され、一端３３ａが第１の追加の蓄熱体３０に接触し、他端３３ｂが第２の追加の蓄熱体３１に接触する追加のペルチェ素子３３と、一定の熱抵抗を有し、追加の熱電変換ユニット３２との接触部分および追加のペルチェ素子３３との接触部分を除く第１および第２の追加の蓄熱体３０、３１の全体を被覆する追加の被覆層４’とを備えている。

　この場合、第１および第２の追加の蓄熱体３０、３１、追加の熱電変換ユニット３２、追加のペルチェ素子３３、および追加の被覆層４’は、図１５に示すように、熱電発電装置の残りの部分と一体に形成されてもよいし、熱電発電装置の残りの部分とは独立な部分として形成されてもよい。後者の場合には、２つの部分が互いに電線で接続される。

　そして、追加の熱電変換ユニット３２以外の熱電変換ユニット３が出力する電気エネルギーを、例えば極性・電圧変換回路２８を介して、追加のペルチェ素子３３に適用し、追加のペルチェ素子３３によって第１および第２の追加の蓄熱体３０、３１の一方を加熱し、他方を冷却する。こうして、第１および第２の追加の蓄熱体３０、３１間に温度差を生じさせ、この温度差を利用して、追加の熱電変換ユニット３２から電気エネルギーを取り出す。

　この実施例によれば、蓄熱体２の温度が環境の温度変化の範囲内でしか変化しないのに対し、第１および第２の追加の蓄熱体３０、３１の温度変化の範囲は無制限となるので、第１および第２の蓄熱体３０、３１間により大きな温度差を生じさせてより多くの熱エネルギーを蓄え、追加の熱電変換ユニット３２から大きな電気エネルギーを取り出すことができる。

　この実施例において、熱電発電装置から電気の供給を受ける電子機器の動作が間欠的であり、それに対応して、熱電発電装置による電気の出力が間欠的でもよい場合には、追加のペルチェ素子３３を省略することができる。
　この場合、熱電発電装置から電気を出力するときは、ゼーベック素子からなる追加の熱電変換ユニット３２がゼーベック素子として機能し、電気エネルギーが取り出される。一方、熱電発電装置から電気を出力しないときは、追加の熱電変換ユニット３２以外の熱電変換ユニット３から出力される電気エネルギーが、例えば極性・電圧変換回路２８を介して、追加の熱電変換ユニット３２に適用され、追加の熱電変換ユニット３２がペルチェ素子として機能し、蓄熱が行われる。

　図１７は、本発明のさらに別の実施例による熱電発電装置の縦断面図である。図１７から容易にわかるように、この実施例は、図１５に示した実施例において、ペルチェ素子３３を取り除き、その代わりに、ヒーター４０を、第１の追加の蓄熱体３０に接触して配置したものである。
　そして、追加の熱電変換ユニット３２以外の熱電変換ユニット３が出力する電気エネルギーを、例えば極性・電圧変換回路２８を介してヒーター４０に適用し、ヒーター４０によって第１の追加の蓄熱体３０を加熱する。それによって、第１の追加の蓄熱体３０は、追加の被覆層４’を介して、熱電発電装置の残りの部分および環境の温度変化範囲の中間付近の温度よりも高い温度となる一方、第２の追加の蓄熱体３１は、追加の被覆層４’を介して、環境および熱電発電装置の残りの部分の温度変化範囲の中間付近の温度に安定する。こうして、第１および第２の追加の蓄熱体３０、３１間に温度差を生じさせ、この温度差を利用して、追加の熱電変換ユニット３２から電気エネルギーを取り出す。

　図１６は、本発明のさらに別の実施例による熱電発電装置の縦断面図である。図１６を参照して、この実施例では、熱電発電装置は、図１２に示した実施例の構成に加えて（明瞭のために、図１６中、図１２の第１～第３の温度センサーおよび熱流スイッチ制御部は省略してある。）、第１の追加の蓄熱体３６と、第２の追加の蓄熱体３７と、第１および第２の追加の蓄熱体３６、３７間に配置され、一端３８ａが第１の追加の蓄熱体３６に接触し、他端３８ｂが第２の追加の蓄熱体３７に接触する追加の熱電変換ユニット３８と、第１および第２の追加の蓄熱体３６、３７間に配置され、一端３９ａが第１の追加の蓄熱体３６に接触し、他端３９ｂが第２の追加の蓄熱体３７に接触する追加のペルチェ素子３９とを備えている。この場合、第２の追加の蓄熱体３７は、熱電発電装置が設置される構造物からなっている。

　熱電発電装置は、さらに、一定の熱抵抗を有し、追加の熱電変換ユニット３８との接触部分および追加のペルチェ素子３９との接触部分を除く第１の追加の蓄熱体３６の全体を被覆する追加の被覆層４’を備えている。この場合、追加の熱電変換ユニット３８の他端３８ｂおよび追加のペルチェ素子３９の他端３９ｂを保護するために、必要に応じて、追加の熱電変換ユニット３８および追加のペルチェ素子３９と、第２の追加の蓄熱体３７との間に追加の導熱体が配置される。

　そして、追加の熱電変換ユニット３８を除く熱電変換ユニット３が出力する電気エネルギーを、例えば極性・電圧変換回路３４を介して、追加のペルチェ素子３９に適用し、追加のペルチェ素子３９によって第１および第２の追加の蓄熱体３６、３７の一方を加熱し、他方を冷却し、第１および第２の追加の蓄熱体３６、３７間に温度差を生じさせ、この温度差を利用して、追加の熱電変換ユニット３８から電気エネルギーを取り出す。
　この実施例によっても、図１５の実施例と同様の効果が得られる。

　図１６に示した実施例において、熱電発電装置から電気の供給を受ける電子機器の動作が間欠的であり、それに対応して、熱電発電装置による電気の出力が間欠的でもよい場合には、追加のペルチェ素子３９を省略することができる。
　この場合、熱電発電装置から電気を出力するときは、ゼーベック素子からなる追加の熱電変換ユニット３８がゼーベック素子として機能し、電気エネルギーが取り出される。一方、熱電発電装置から電気を出力しないときは、追加の熱電変換ユニット３８以外の熱電変換ユニット３から出力される電気エネルギーが、例えば極性・電圧変換回路３４を介して、追加の熱電変換ユニット３８に適用され、追加の熱電変換ユニット３８がペルチェ素子として機能し、蓄熱が行われる。

　図１８は、本発明のさらに別の実施例による熱電発電装置の縦断面図である。図１８から容易にわかるように、この実施例は、図１６に示した実施例において、ペルチェ素子３９を取り除き、その代わりに、ヒーター４１を、第１の追加の蓄熱体３６に接触して配置したものである。
　そして、追加の熱電変換ユニット３８以外の熱電変換ユニット３が出力する電気エネルギーを、例えば極性・電圧変換回路３４を介してヒーター４１に適用し、ヒーター４１によって第１の追加の蓄熱体３６を加熱する。それによって、第１の追加の蓄熱体３６は、追加の被覆層４’を介して、熱電発電装置の残りの部分および環境の温度変化範囲の中間付近の温度よりも高い温度となる一方、第２の追加の蓄熱体３７は、熱電発電装置が設置される構造物であって、大きな熱容量を有するから、環境の温度変化範囲の中間付近の温度に安定する。こうして、第１および第２の追加の蓄熱体３６、３７間に温度差を生じさせ、この温度差を利用して、追加の熱電変換ユニット３８から電気エネルギーを取り出す。

　本発明のさらに別の好ましい実施例によれば、蓄熱体のうちの少なくとも１つが潜熱蓄熱材から形成される。潜熱蓄熱材を使用することで、よりコンパクトに大量の熱を吸収しまたは放出することができ、それによって、よりコンパクトでかつより発電量の大きな熱電発電装置を実現することができる。

　近年、携帯される電子機器や移動する自動車に対し、電源コードを使用せずに電力を供給し、また非接触で充電するために、無線で電力伝送を行うワイヤレス給電技術が実用化されている。ワイヤレス給電技術としては、電磁誘導方式、磁気共鳴方式、電界結合方式、電波受信方式等が知られており、数ｍｍ～数ｍの距離を無線で電力を供給できる。
　そして、このワイヤレス給電システムの送電側機能を本発明の熱電発電装置に付加する一方、熱電発電装置を一体化することに難があり、より小型、軽量化が求められる携帯端末またはセンサーネットワーク端末等に受電側機能を付加することによって、電力供給を行うことができる。この場合、送電側機能を備えた１つの熱電発電装置から、受電側機能を備えた複数の端末に対し、同時または順次に給電することもできる。

　本発明の熱電発電装置は、電子機器の通常の電源に適用できるだけでなく、他の用途にも適用可能である。例えば、本発明による熱電発電装置を人工衛星に取り付け、熱電発電装置の導熱体を人工衛星の筐体表面に配置し、被覆層によって被覆された蓄熱体を筐体内部に配置すれば、人工衛星の自転運動に伴って、導熱体は周期的に太陽に晒されたり、太陽の陰に入ったりする。そして、蓄熱体の熱時定数を人工衛星の自転周期よりも長く設定することで、蓄熱体の温度は、導熱体の最高温度と最低温度の中間温度付近に保たれ、それによって発電を安定的に行うことができる。

　また、本発明の熱電発電装置を、機械設備の故障時に高温になる部分に設置し、機械設備の常動作時は待機状態としておき、機械設備の故障時にのみ発電を行い、故障検知センサーに電力を供給して、故障検知センサーを動作させることもできる。この構成においては、熱電発電装置の発電電力を蓄えておく必要がなく、そのため、二次電池は不要となる。
　また、本発明の熱電発電装置を体温計の電源として使用し、長時間にわたり室温で保管しておき、必要時に、導熱体を身体に接触させることで発電し、体温計を動作させることもできる。この構成においても、二次電池は不要となる。

１、１’　導熱体
２　蓄熱体
３　熱電変換ユニット
３ａ　一端
３ｂ　他端
４　被覆層
４’　追加の被覆層
４ａ　開口
５　電極
６　液体状の蓄熱体
７　容器
８　熱交換用フィン
９　開口
１０　電源
１１　極性・電圧変換回路
１２　二次電池
１３　電子機器
１４　補助導熱手段
１４ａ　バイメタル
１４ｂ　熱収縮性材料
１５　熱流スイッチ
１５ａ　第１の熱流スイッチ
１５ｂ　第２の熱流スイッチ
１６　第１の温度センサー
１７　第２の温度センサー
１８　熱流スイッチ制御部
１９　第１の温度センサー
２０　第２の温度センサー
２１　第３の温度センサー
２２　熱流スイッチ制御部
２３　導熱体
２４　蓄熱体
２５　＋電極
２６　－電極
２７　絶縁部分
２８　極性・電圧変換回路
２９ａ　リニアアクチュエータ
２９ｂ　可動導熱ブロック
２９ｃ　回転型アクチュエータ
２９ｄ　可動導熱ブロック
３０　第１の追加の蓄熱体
３１　第２の追加の蓄熱体
３２　追加の熱電変換ユニット
３２ａ　一端
３２ｂ　他端
３３　追加のペルチェ素子
３３ａ　一端
３３ｂ　他端
３４　極性・電圧変換回路
３６　第１の追加の蓄熱体
３７　第２の追加の蓄熱体
３８　追加の熱電変換ユニット
３８ａ　一端
３８ｂ　他端
３９　追加のペルチェ素子
３９ａ　一端
３９ｂ　他端
４０、４１　ヒーター

Claims (17)

1. 　温度昇降を繰り返す環境中に配置され、前記環境の温度変化を利用して発電を行う熱電発電装置であって、
   　前記環境に接触し、前記環境の温度変化に応じて前記環境と熱交換し得る１つの導熱体と、
   　少なくとも１つの蓄熱体と、
   　一定の熱抵抗を有し、前記蓄熱体を被覆する被覆層と、
   　前記導熱体および前記蓄熱体間、または前記蓄熱体間、またはそれらの両方に配置された少なくとも１つの熱電変換ユニットと、を備え、前記熱電変換ユニットの一端側と他端側との間に生じる温度差を利用して、前記熱電変換ユニットから電気エネルギーを取り出すものであることを特徴とする熱電発電装置。
2. 　１つの前記蓄熱体と、前記導熱体および前記蓄熱体間に配置された１つの前記熱電変換ユニットと、を備え、前記熱電変換ユニットの一端が前記導熱体に接触する一方、他端が前記蓄熱体に接触し、前記被覆層は前記熱電変換ユニットとの接触部分を除く前記蓄熱体の全体を被覆しており、前記蓄熱体が前記導熱体の最高温度と最低温度の中間付近の温度に保たれ、それによって、前記導熱体と前記蓄熱体との間に生じる温度差を利用して、前記熱電変換ユニットから電気エネルギーを取り出すものであることを特徴とする請求項１に記載の熱電発電装置。
3. 　前記被覆層内における前記導熱体および前記蓄熱体間に配置され、熱的に膨張および収縮すること、または熱的に変形することで、前記導熱体および前記蓄熱体に接触して前記導熱体と前記蓄熱体の間で熱移動させる第１の位置と、前記導熱体および前記蓄熱体のうちの少なくとも一方から離間して前記熱移動を停止させる第２の位置とをとる補助導熱手段を備え、前記補助導熱手段は、前記導熱体の温度が前記最高温度付近にあるとき、または前記導熱体の温度が前記最低温度付近にあるときに前記第１の位置をとることを特徴とする請求項２に記載の熱電発電装置。
4. 　前記被覆層内における前記導熱体および前記蓄熱体間に配置され、前記導熱体および前記蓄熱体に接触して前記導熱体と前記蓄熱体の間で熱移動させるＯＮ状態と、前記導熱体および前記蓄熱体のうちの少なくとも一方から離間して前記熱移動を停止させるＯＦＦ状態とをとる熱流スイッチと、
   　前記導熱体の温度を検出する第１の温度センサーと、
   　前記蓄熱体の温度を検出する第２の温度センサーと、
   　前記第１および第２の温度センサーの検出値に基づいて、前記熱流スイッチのＯＮ状態とＯＦＦ状態を切り替える熱流スイッチ制御部と、を備えていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の熱電発電装置。
5. 　前記熱流スイッチは、前記導熱体と前記熱電変換ユニットの前記一端との間、または前記蓄熱体と前記熱電変換ユニットの前記他端との間に配置され、前記ＯＮ状態をとるとき、前記熱電変換ユニットを介して前記導熱体と前記蓄熱体の間で熱移動させることを特徴とする請求項４に記載の熱電発電装置。
6. 　第１および第２の前記蓄熱体と、
   　前記第１および第２の蓄熱体間に配置され、一端が前記第１の蓄熱体に接触し、他端が前記第２の蓄熱体に接触する１つの前記熱電変換ユニットと、
   　前記導熱体および前記第１の蓄熱体間に配置され、前記導熱体および前記第１の蓄熱体に接触して前記導熱体と前記第１の蓄熱体の間で熱移動させるＯＮ状態と、前記導熱体および前記第１の蓄熱体のうちの少なくとも一方から離間して当該熱移動を停止させるＯＦＦ状態とをとる第１の熱流スイッチと、
   　前記導熱体および前記第２の蓄熱体間に配置され、前記導熱体および前記第２の蓄熱体に接触して前記導熱体と前記第２の蓄熱体の間で熱移動させるＯＮ状態と、前記導熱体および前記第２の蓄熱体のうちの少なくとも一方から離間して当該熱移動を停止させるＯＦＦ状態とをとる第２の熱流スイッチと、を備え、前記被覆層は、前記第１の熱流スイッチとの接触部分および前記熱電変換ユニットとの接触部分を除く前記第１の蓄熱体の全体と、前記第２の熱流スイッチとの接触部分および前記熱電変換ユニットとの接触部分を除く前記第２の蓄熱体の全体を被覆しており、さらに、
   　前記導熱体の温度を検出する第１の温度センサーと、
   　前記第１の蓄熱体の温度を検出する第２の温度センサーと、
   　前記第２の蓄熱体の温度を検出する第３の温度センサーと、
   　前記第１～第３の温度センサーの検出値に基づいて、前記第１および第２の熱流スイッチの前記ＯＮ状態と前記ＯＦＦ状態を切り替える熱流スイッチ制御部と、を備え、前記熱流スイッチ制御部が、前記導熱体の温度が最高温度付近にあるとき、前記第１の熱流スイッチを前記ＯＮ状態にすると同時に、前記第２の熱流スイッチを前記ＯＦＦ状態にし、前記導熱体の温度が最低温度付近にあるとき、前記第１の熱流スイッチを前記ＯＦＦ状態にすると同時に、前記第２の熱流スイッチを前記ＯＮ状態にすることにより、第１の蓄熱体が前記導熱体の最高温度付近の温度に保たれる一方、前記第２の蓄熱体が前記導熱体の最低温度付近の温度に保たれ、それによって、前記第１および第２の蓄熱体間に生じる温度差を利用して、前記熱電変換ユニットから電気エネルギーを取り出すものであることを特徴とする請求項１に記載の熱電発電装置。
7. 　前記第１の熱流スイッチおよび前記第１の蓄熱体間に配置され、一端が前記第１の熱流スイッチに接触する一方、他端が前記第１の蓄熱体に接触する第１のペルチェ素子と、
   　前記第２の熱流スイッチおよび前記第２の蓄熱体間に配置され、一端が前記第２の熱流スイッチに接触する一方、他端が前記第２の蓄熱体に接触する第２のペルチェ素子と、を備え、前記第１の熱流スイッチが前記ＯＮ状態にあるとき、前記第１のペルチェ素子が、前記一端において吸熱して、前記他端において発熱し、前記第２の熱流スイッチが前記ＯＮ状態にあるとき、前記第２のペルチェ素子が、前記一端において発熱して、前記他端において吸熱することを特徴とする請求項６に記載の熱電発電装置。
8. 　前記導熱体が前記被覆層の表面の全体を被覆していることを特徴とする請求項１～請求項７のいずれかに記載の熱電発電装置。
9. 　前記被覆層は断熱材から形成されていることを特徴とする請求項１～請求項８のいずれかに記載の熱電発電装置。
10. 　少なくとも１つの前記蓄熱体が潜熱蓄熱材から形成されていることを特徴とする請求項１～請求項９のいずれかに記載の熱電発電装置。
11. 　第１の追加の蓄熱体と、
    　第２の追加の蓄熱体と、
    　前記第１および第２の追加の蓄熱体間に配置され、一端が前記第１の追加の蓄熱体に接触し、他端が前記第２の追加の蓄熱体に接触する追加の熱電変換ユニットと、
    　前記第１および第２の追加の蓄熱体間に配置され、一端が前記第１の追加の蓄熱体に接触し、他端が前記第２の追加の蓄熱体に接触する追加のペルチェ素子と、
    　一定の熱抵抗を有し、前記追加の熱電変換ユニットとの接触部分および前記追加のペルチェ素子との接触部分を除く前記第１および第２の追加の蓄熱体の全体を被覆する追加の被覆層と、を備え、前記追加の熱電変換ユニットを除く前記熱電変換ユニットが出力する電気エネルギーを前記追加のペルチェ素子によって熱エネルギーに変換することによって、前記第１および第２の追加の蓄熱体間に温度差を生じさせ、前記温度差を利用して、前記追加の熱電変換ユニットから電気エネルギーを取り出すものであることを特徴とする請求項１～請求項１０のいずれかに記載の熱電発電装置。
12. 　第１の追加の蓄熱体と、
    　第２の追加の蓄熱体と、
    　前記第１および第２の追加の蓄熱体間に配置され、一端が前記第１の追加の蓄熱体に接触し、他端が前記第２の追加の蓄熱体に接触する追加の熱電変換ユニットと、
    　一定の熱抵抗を有し、前記追加の熱電変換ユニットとの接触部分を除く前記第１および第２の追加の蓄熱体の全体を被覆する追加の被覆層と、
    　前記追加の被覆層の内部において前記第１の追加の蓄熱体に接触して配置されたヒーターと、を備え、前記追加の熱電変換ユニットを除く前記熱電変換ユニットが出力する電気エネルギーを前記ヒーターによって熱エネルギーに変換することによって、前記第１の追加の蓄熱体を加熱し、前記第１および第２の追加の蓄熱体間に温度差を生じさせ、前記温度差を利用して、前記追加の熱電変換ユニットから電気エネルギーを取り出すものであることを特徴とする請求項１～請求項１０のいずれかに記載の熱電発電装置。
13. 　前記第１および第２の追加の蓄熱体のうちの少なくとも一方が潜熱蓄熱材から形成されていることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の熱電発電装置。
14. 　第１の追加の蓄熱体と、
    　第２の追加の蓄熱体と、
    　前記第１および第２の追加の蓄熱体間に配置され、一端が前記第１の追加の蓄熱体に接触し、他端が前記第２の追加の蓄熱体に接触する追加の熱電変換ユニットと、
    　前記第１および第２の追加の蓄熱体間に配置され、一端が前記第１の追加の蓄熱体に接触し、他端が前記第２の追加の蓄熱体に接触する追加のペルチェ素子と、を備え、前記第２の追加の蓄熱体は、前記熱電発電装置が設置される構造物からなり、さらに、
    　一定の熱抵抗を有し、前記追加の熱電変換ユニットとの接触部分および前記追加のペルチェ素子との接触部分を除く前記第１の追加の蓄熱体の全体を被覆する追加の被覆層を備え、前記追加の熱電変換ユニットを除く前記熱電変換ユニットが出力する電気エネルギーを前記追加のペルチェ素子によって熱エネルギーに変換することによって、前記第１および第２の追加の蓄熱体間に温度差を生じさせ、前記温度差を利用して、前記追加の熱電変換ユニットから電気エネルギーを取り出すものであることを特徴とする請求項１～請求項１０のいずれかに記載の熱電発電装置。
15. 　第１の追加の蓄熱体と、
    　第２の追加の蓄熱体と、
    　前記第１および第２の蓄熱体間に配置され、一端が前記第１の追加の蓄熱体に接触し、他端が前記第２の追加の蓄熱体に接触する追加の熱電変換ユニットと、
    　一定の熱抵抗を有し、前記追加の熱電変換ユニットとの接触部分を除く前記第１および第２の追加の蓄熱体の全体を被覆する追加の被覆層と、
    　前記追加の被覆層の内部において前記第１の追加の蓄熱体に接触して配置されたヒーターと、を備え、前記第２の追加の蓄熱体は、前記熱電発電装置が設置される構造物からなり、前記追加の熱電変換ユニットを除く前記熱電変換ユニットが出力する電気エネルギーを前記ヒーターによって熱エネルギーに変換することによって、前記第１の追加の蓄熱体を加熱し、前記第１および第２の追加の蓄熱体間に温度差を生じさせ、前記温度差を利用して、前記追加の熱電変換ユニットから電気エネルギーを取り出すものであることを特徴とする請求項１～請求項１０のいずれかに記載の熱電発電装置。
16. 　前記第１の追加の蓄熱体が潜熱蓄熱材から形成されていることを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載の熱電発電装置。
17. 　ワイヤレス給電システムの送電側機能を備えたものであることを特徴とする請求項１～請求項１６のいずれかに記載の熱電発電装置。

Images