WO2013099321A1 - 熱電発電装置 - Google Patents

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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。
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