(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度変化に伴い発電する発電素子（２１）と、
前記発電素子と熱交換する熱媒体（Ｗ）と、
前記熱媒体を高温熱源で加熱する加熱部（１１ａ、１２ｂ、１７ａ）と、
前記熱媒体を低温熱源で冷却する冷却部（１１ｂ、１２ｃ、１７ｂ）と、
を備え、
前記冷却部で冷却された熱媒体により前記発電素子を冷却することと、前記加熱部で加熱された熱媒体により前記発電素子を加熱することとを、所定の温度周期で交互に繰り返させることで、前記発電素子で発電させるように構成されており、
前記高温熱源および前記低温熱源の少なくとも一方の温度に応じて、前記温度周期を変化させ、
かつ、作動用高温熱源の熱エネルギにより、作動流通管（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７）の内部で作動流体を往復移動させ、この作動流体の往復移動力により、前記熱媒体を前記発電素子に対して往復移動させる作動装置（１０、１０Ａ）を備え、
前記作動用高温熱源を前記高温熱源と同一にすることで、前記作動用高温熱源の温度に応じて前記作動流体の往復移動周期が変化することと連動して、前記熱媒体の往復移動周期が変化するように構成されていることを特徴とする発電システム。
【請求項２】
前記作動流通管（１１、１２、１３）の内部に前記発電素子を配置して、前記作動流体を前記熱媒体として機能させることを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
前記作動装置（１０）は、前記作動流体を前記作動用高温熱源で加熱する作動用加熱部（１１ａ、１２ｂ）を有し、
前記作動用加熱部を前記加熱部として機能させることを特徴とする請求項２に記載の発電システム。
【請求項４】
前記作動装置（１０）は、前記作動流体を前記作動用高温熱源で加熱する作動用加熱部（１１ａ、１２ｂ）を、前記作動流通管（１１、１２、１３）の一端側と他端側の２箇所に有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の発電システム。
【請求項５】
前記発電素子は、前記作動流通管（１１、１２、１３）の一端側と他端側の２箇所に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の発電システム。
【請求項６】
前記熱媒体とともに前記発電素子を内部に収容する収容管（１２、１７）を備え、
前記収容管と前記作動流通管とを連通させることにより、前記作動流体の往復移動に伴って前記熱媒体が前記収容管の内部で往復移動するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
【請求項７】
前記作動装置（１０Ａ）は、前記作動流体を前記作動用高温熱源で加熱する加熱用熱交換器（１６ａ）、および作動用低温熱源で冷却する冷却用熱交換器（１６ｂ）を備え、これらの加熱および冷却によって前記作動流体を往復移動させるスターリング機関であることを特徴とする請求項６に記載の発電システム。
【請求項８】
前記発電素子へ電界を付与する電界付与手段（３０）と、
前記発電素子の温度が上昇を開始することに先立ち電界強度を増加させ、前記発電素子の温度が下降を開始することに先立ち電界強度を減少させるよう、前記電界付与手段の作動を制御する電界制御手段（３０）と、
を備え、
前記電界制御手段は、電界強度の増加と減少を繰り返す電界周期を、前記温度周期に応じて変化させることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の発電システム。
【請求項９】
温度変化に伴い発電する発電素子（２１）と、
前記発電素子と熱交換する熱媒体（Ｗ）と、
前記熱媒体を高温熱源で加熱する加熱部（１１ａ、１２ｂ、１７ａ）と、
前記熱媒体を低温熱源で冷却する冷却部（１１ｂ、１２ｃ、１７ｂ）と、
を備え、
前記冷却部で冷却された熱媒体により前記発電素子を冷却することと、前記加熱部で加熱された熱媒体により前記発電素子を加熱することとを、所定の温度周期で交互に繰り返させることで、前記発電素子で発電させるように構成されており、
前記高温熱源および前記低温熱源の少なくとも一方の温度に応じて、前記温度周期を変化させ、
かつ、前記発電素子へ電界を付与する電界付与手段（３０）と、
前記発電素子の温度が上昇を開始することに先立ち電界強度を増加させ、前記発電素子の温度が下降を開始することに先立ち電界強度を減少させるよう、前記電界付与手段の作動を制御する電界制御手段（３０）と、
を備え、
前記電界制御手段は、電界強度の増加と減少を繰り返す電界周期を、前記温度周期に応じて変化させることを特徴とする発電システム。
【請求項１０】
前記電界制御手段は、電界強度を徐々に増加または徐々に減少させるよう制御することを特徴とする請求項８または９に記載の発電システム。
【請求項１１】
前記電界制御手段は、電界強度の増加期間または減少期間の途中で、前記発電素子の温度がピークとなるよう、前記電界付与手段の作動を制御することを特徴とする請求項１０に記載の発電システム。
【請求項１２】
前記発電素子は、液状の前記熱媒体に常時浸かるように配置されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載の発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度変化に伴い発電する焦電素子等の発電素子を用いた発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、温度変化に伴い発電する焦電素子（発電素子）を用いた発電システムが記載されている。この発電システムは、熱媒体が内部に密閉された作動流通管と、熱媒体を高温熱源で加熱する加熱部と、熱媒体を低温熱源で冷却する冷却部と、を備える。発電素子は作動流通管の内部に配置されており、熱媒体が往復移動するように構成されている。これにより、冷却部で冷却された熱媒体により焦電素子を冷却することと、加熱部で加熱された熱媒体により発電素子を加熱することとが所定の温度周期で交互に繰り返され、その結果、焦電素子は継続して発電することとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＵＳ４４２５５４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
さて、この種の発電素子には、発電可能な温度領域が存在する。そのため、高温熱源および低温熱源の温度に適した発電温度領域となるように発電素子を製造することが要求される。例えば、チタン酸バリウムにストロンチウムを添加して製造される発電素子の場合には、ストロンチウムの添加量を調整することで、熱源温度に適した発電温度領域となるように調整することを要する。
【０００５】
しかしながら、このように調整したとしても、熱源の温度が安定していない場合には、発電素子の温度が発電温度領域を超えてしまい、発電素子の温度変化を電力に変換する効率（熱電変換効率）が悪くなることが懸念される。
【０００６】
本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、熱源温度が不安定であることに起因した熱電変換効率の低下を抑制可能にした発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する発明は以下の点を特徴とする。すなわち、温度変化に伴い発電する発電素子（２１）と、発電素子と熱交換する熱媒体（Ｗ）と、熱媒体を高温熱源で加熱する加熱部（１１ａ、１２ｂ、１７ａ）と、熱媒体を低温熱源で冷却する冷却部（１１ｂ、１２ｃ、１７ｂ）と、を備え、冷却部で冷却された熱媒体により発電素子を冷却することと、加熱部で加熱された熱媒体により発電素子を加熱することとを、所定の温度周期で交互に繰り返させることで、発電素子で発電させるように構成されており、かつ、高温熱源および低温熱源の少なくとも一方の温度に応じて、温度周期を変化させ、かつ、作動用高温熱源の熱エネルギにより、作動流通管（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７）の内部で作動流体を往復移動させ、この作動流体の往復移動力により、熱媒体を発電素子に対して往復移動させる作動装置（１０、１０Ａ）を備え、作動用高温熱源を高温熱源と同一にすることで、作動用高温熱源の温度に応じて作動流体の往復移動周期が変化することと連動して、熱媒体の往復移動周期が変化するように構成されていることを特徴とする。
また、上記目的を達成する他の発明は以下の点を特徴とする。すなわち、温度変化に伴い発電する発電素子（２１）と、発電素子と熱交換する熱媒体（Ｗ）と、熱媒体を高温熱源で加熱する加熱部（１１ａ、１２ｂ、１７ａ）と、熱媒体を低温熱源で冷却する冷却部（１１ｂ、１２ｃ、１７ｂ）と、を備え、冷却部で冷却された熱媒体により発電素子を冷却することと、加熱部で加熱された熱媒体により発電素子を加熱することとを、所定の温度周期で交互に繰り返させることで、発電素子で発電させるように構成されており、高温熱源および低温熱源の少なくとも一方の温度に応じて、温度周期を変化させ、かつ、発電素子へ電界を付与する電界付与手段（３０）と、発電素子の温度が上昇を開始することに先立ち電界強度を増加させ、発電素子の温度が下降を開始することに先立ち電界強度を減少させるよう、電界付与手段の作動を制御する電界制御手段（３０）と、を備え、電界制御手段は、電界強度の増加と減少を繰り返す電界周期を、温度周期に応じて変化させることを特徴とする。
【０００８】
これによれば、例えば、高温熱源が変動して発電温度領域を超えて高くなった場合に前記温度周期を短くすれば、発電素子が加熱される１回あたりの時間（連続して加熱される時間）が短くなる。そのため、発電素子の温度が発電温度領域を超えて高くなるおそれを低減でき、熱電変換効率の低下を抑制できる。同様にして、低温熱源が変動して発電温度領域を超えて低くなった場合に前記温度周期を短くすれば、発電素子が冷却される１回あたりの時間（連続して冷却される時間）が短くなる。そのため、発電素子の温度が発電温度領域を超えて低くなるおそれを低減でき、熱電変換効率の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる発電システムを示す図。
【図２】第１実施形態の作動を示す図。
【図３】（ａ）は、焦電素子による発電の原理を説明するためのモデルを示す図、（ｂ）は、前記モデルにおける作動サイクルを示すＴＳ線図（温度エントロピー線図）、（ｃ）は、前記作動サイクルの各状態における前記モデルの挙動を示す図。
【図４】第１実施形態の水位、焦電温度、電界強度、発電による出力電流および電力の時間変化を示す図。
【図５】熱源温度の変化に伴い生じる焦電温度の時間変化を示す図。
【図６】本発明の第２実施形態にかかる発電システムを示す図。
【図７】第２実施形態の作動を示す図。
【図８】本発明の第３実施形態にかかる発電システムを示す図。
【図９】第３実施形態の作動を示す図。
【図１０】本発明の第４実施形態にかかる発電システムを示す図。
【図１１】第４実施形態の作動を示す図。
【図１２】本発明の第５実施形態にかかる発電システムを示す図。
【図１３】本発明の第６実施形態にかかる発電システムとその作動を示す図。
【図１４】本発明の第７実施形態にかかる発電システムとその作動を示す図。
【図１５】本発明の第８実施形態にかかる発電システムを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明にかかる発電システムの各実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
【００１１】
（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態にかかる発電システムは、以下に説明する作動装置１０と、焦電体２０と、制御回路３０（電界付与手段、電界制御手段）と、を備えて構成されている。
【００１２】
作動装置１０は、内部に水を密閉する作動流通管１１、１２、１３を備えて構成される。作動流通管１１、１２は上下方向に延びる配管であり、作動流通管１３は２本の作動流通管１１、１２の下端を連結する配管である。作動流通管１１の上端部分は加熱部１１ａとして機能しており、高温熱源が流通する高温配管Ｈの内部に配置されている。これにより、加熱部１１ａ内の水は加熱される。なお、作動流通管１１〜１３内部の水Ｗは、「作動流体」および「熱媒体」に相当する。
【００１３】
作動流通管１１のうち加熱部１１ａの下方部分には、複数の焦電素子２１を有して構成された焦電体２０が配置されている。焦電素子２１（発電素子）は、温度変化によって誘電体の分極（表面電荷）が変化する現象が生じる強誘電体材料で形成されている。そのため、焦電素子２１の温度を変化させると、その温度変化に伴い焦電素子２１は発電する。
【００１４】
作動流通管１１のうち焦電体２０の下方部分は冷却部１１ｂとして機能しており、低温熱源が流通する低温配管Ｃの内部に配置されている。これにより、冷却部１１ｂ内の水は冷却される。
【００１５】
高温配管Ｈを流通する高温熱源の具体例としては、内燃機関の排ガスが挙げられる。この高温熱源は、焦電体２０を加熱する熱源として作用するとともに、作動流通管１１〜１３内部で水を往復移動させる「作動用高温熱源」としても作用する。高温熱源は、液状の作動流体Ｗを沸騰させるに十分な高温であることが望ましい。
【００１６】
低温配管Ｃを流通する低温熱源の具体例としては、外気により冷却されている内燃機関の冷却水が挙げられる。この低温熱源は、焦電体２０を冷却する熱源として作用するとともに、作動流通管１１〜１３内部で水を往復移動させる「作動用低温熱源」としても作用する。低温熱源は、加熱沸騰した気体の作動流体Ｗを凝縮させるに十分な低温であることが望ましい。
【００１７】
作動流通管１２の上端には、空気等の気体が充填されたガスばね室１２ａが形成されている。換言すれば、作動流通管１２の上端に空気を含ませた状態で、作動流通管１１〜１３内に水が密閉されている。
【００１８】
次に、作動装置１０の作動であって、作動流通管１１〜１３内を水が往復移動（自励振動）する原理について、図２を用いて説明する。
【００１９】
先ず、図２（ａ）に示すように加熱部１１ａに水が満たされた状態において、加熱部１１ａ内の水は高温熱源により加熱されて沸騰する。つまり、加熱部１１ａ内の水が気体に相変化する（図２（ｂ）参照）。その後、加熱部１１ａ内の蒸気がさらに加熱され続けることにより、加熱部１１ａ内の蒸気が膨張していき、作動流通管１１の水面位置（水位Ｌ１）が下降していく（図２（ｃ）参照）。つまり、加熱部１１ａで加熱された蒸気および水が焦電体２０に向けて移動する。これにより、焦電体２０は加熱されて温度上昇する。
【００２０】
その後、作動流通管１１の水位Ｌ１が十分に下がると、加熱された水が冷却部１１ｂで冷却されるようになる（図２（ｄ）参照）。その結果、蒸気が冷却されて収縮するとともに、蒸気の一部が凝縮して液化していく（図２（ｅ）参照）。これにより、作動流通管１１の水位Ｌ１が上昇していき、図１に示すように加熱部１１ａに水が満たされた状態に戻る。つまり、冷却部１１ｂで冷却された水が焦電体２０に向けて移動する。これにより、焦電体２０は冷却されて温度低下する。
【００２１】
また、上述の如く作動流通管１１の水位Ｌ１が下降すると、作動流通管１２の水面位置（水位Ｌ２）が上昇することとなり、これにより、ガスばね室１２ａ内の気体が圧縮されて、圧縮力（ばね力）が作動流通管１２の水面に付与されるようになる。そして、上述の如く作動流通管１１の水位Ｌ１が上昇する際には、前記圧縮力により、その水位Ｌ１上昇がアシストされる。
【００２２】
なお、作動流通管１１の水位Ｌ１は焦電体２０よりも下側まで下降するように設定されており（図２（ｃ）参照）、これにより、加熱された蒸気が焦電体２０に触れて焦電温度上昇が促進される。また、作動流通管１１の水位Ｌ１は焦電体２０よりも上側まで上昇するように設定されており（図２（ｅ）参照）、これにより、冷却された水が焦電体２０に触れて焦電温度低下が促進される。
【００２３】
以上により、作動流通管１１〜１３内を水が往復移動するように作動することで、焦電体２０は温度上昇と温度低下を所定の温度周期で交互に繰り返すようになり、焦電体２０は継続して発電するようになる。
【００２４】
制御回路３０は、焦電素子２１へ電界（電圧）を付与する回路と、焦電体２０で発電した電力を負荷Ｌへ供給する回路を有する。そして、上述した焦電体温度の上昇と低下の周期に応じて、焦電素子２１の電界減少と電界増加を交互に繰り返すように、焦電素子２１へ印加する電界を制御する。
【００２５】
ここで、焦電素子２１による発電の原理を図３に基づいて説明する。
【００２６】
焦電素子２１は、温度変化によって誘電体の分極（表面電荷）が変化するものであり、対向する一対の電極板上の電荷を前記表面電荷として、図３（ａ）に示すモデルとして表現される。そして、制御回路３０の電界制御に応じて、焦電素子２１の双極子モーメントＭの向きが変わる。
【００２７】
図３（ｂ）のＴＳ線図（温度エントロピー線図）において、（Ａ）〜（Ｂ）の状態は焦電素子２１が加熱され且つ焦電素子２１に一定の電界（高電界）が印加される状態であり、この状態を以下、等電界加熱と言う。この等電界加熱では、焦電素子２１に一定の電界が印加されることで双極子モーメントＭの向きが揃っており、焦電素子２１が加熱されることで電荷が出力される。
【００２８】
（Ｂ）〜（Ｃ）の状態は、焦電素子２１の温度が等温（高温）に維持され、印加電界が減少される状態であり、この状態を以下、等温電界減少と言う。この等温電界減少では、印加電界が減少されることで、双極子モーメントＭがバラバラな方向を向く。（Ｃ）〜（Ｄ）の状態は、焦電素子２１が冷却され且つ印加電界が一定の低電界に保たれる状態であり、この状態を以下、等電界冷却と言う。この等電界冷却では、焦電素子２１が冷却されることで電荷が発生する。（Ｄ）〜（Ａ）の状態は、焦電素子２１の温度が等温（低温）に維持され且つ印加電界が増加される状態であり、この状態を以下、等温電界増加と言う。この等温電界増加では、印加電界が増加されることで双極子モーメントＭの向きが揃う。
【００２９】
以上の（Ａ）〜（Ｄ）のサイクルを繰り返すことで、連続的に発電を行うことができる。すなわち、焦電体２０による発電では、強誘電体材料からなる焦電素子２１の焦電効果で電荷を発生させることで電荷を取り出す。また、電界と温度のサイクルを与え、それぞれの状態のエントロピーの差をエネルギとして取り出す。
【００３０】
図４中の（ａ）は作動流通管１１の水位Ｌ１、（ｂ）は焦電体２０の温度（焦電温度）、（ｃ）は焦電体２０に印加される電界の強度、（ｄ）は焦電体２０から出力される電流値、（ｅ）は焦電体２０から出力される電力値について、各々の時間変化を示す一態様である。
【００３１】
図示されるように、Ｔ０時点から水位Ｌ１が上昇していくと、冷却部１１ｂで冷却された水が焦電体２０に位置するようになり、焦電温度は低下していく。その後、水位Ｌ１が閾値ＴＨ１に達したＴ１時点で、制御回路３０は電界強度の増加を開始する。その後、Ｔ２時点で、水位Ｌ１がピークに達したことに伴い、焦電温度が低温ピークとなる。その後、水位Ｌ１が低下するとともに焦電温度が上昇していき、水位Ｌ１が閾値ＴＨ１に達したＴ３時点で、制御回路３０は電界強度の増加を終了させる。
【００３２】
つまり、焦電温度が上昇を開始することに先立ち電界強度の増加が開始され、焦電温度が上昇を開始した後に電界強度の増加が終了されることとなるよう、閾値ＴＨ１は設定されている。換言すれば、等温電界増加の期間Ｔ１〜Ｔ３の途中で、焦電温度が低温ピークとなるように電界強度を制御している。なお、図４の例では、この期間Ｔ１〜Ｔ３において、電界強度をリニアに徐々に増加させている。
【００３３】
その後、Ｔ４時点で水位Ｌ１の低下速度が最大になった後、水位Ｌ１が閾値ＴＨ２に達したＴ５時点で、制御回路３０は電界強度の減少を開始する。その後、Ｔ６時点で、水位Ｌ１がピークに達したことに伴い、焦電温度が高温ピークとなる。その後、水位Ｌ１が上昇するとともに焦電温度が低下していき、水位Ｌ１が閾値ＴＨ２に達したＴ７時点で、制御回路３０は電界強度の減少を終了させる。
【００３４】
つまり、焦電温度が下降を開始することに先立ち電界強度の減少が開始され、焦電温度が下降を開始した後に電界強度の減少が終了されることとなるよう、閾値ＴＨ２は設定されている。換言すれば、等温電界減少の期間Ｔ５〜Ｔ７の途中で、焦電温度が高温ピークとなるように電界強度を制御している。なお、図４の例では、この期間Ｔ５〜Ｔ７において、電界強度をリニアに徐々に減少させている。
【００３５】
その後、Ｔ８時点で水位Ｌ１の上昇速度が最大になった後、水位Ｌ１が閾値ＴＨ１に達した時点（Ｔ１時点に相当）で、制御回路３０は電界強度の減少を再び開始する。以上により、焦電温度は所定の温度周期Ｔ０〜Ｔ８で上昇と下降を繰り返す。そして、この温度周期Ｔ０〜Ｔ８に応じて、電界強度の増加と減少のタイミングを制御する。
【００３６】
なお、図３を用いて先述した等電界加熱の期間はＴ３〜Ｔ５、等温電界減少の期間はＴ５〜Ｔ７、等電界冷却の期間はＴ７〜Ｔ１、等温電界増加の期間はＴ１〜Ｔ３に相当する。図４に示すように、等温電界減少および等温電界増加の期間においても、実際には焦電温度は変化する。つまり、図３（ｂ）に示す平行四辺形のＴＳ線図は、実際には楕円形のＴＳ線図になる。
【００３７】
次に、本実施形態により発揮される効果について、図５を用いて説明する。図５中の実線ＴＶは焦電温度、実線ＴＨは高温熱源の温度、実線ＴＣは低温熱源の温度について、時間経過に伴う変化を示す。図示されるように、焦電温度ＴＶは、高温熱源温度ＴＨと低温熱源温度ＴＣとの間で上昇と下降を繰り返している。この上昇と下降は、図４に示す温度周期Ｔ０〜Ｔ８で繰り返される。
【００３８】
また、図５中の一点鎖線に示す温度領域Ｗは、焦電素子２１が発電可能な温度の幅を示すものであり、例えば、チタン酸バリウムにストロンチウムを添加して製造される焦電素子２１の場合には、ストロンチウムの添加量を調整することで温度領域Ｗを調整できる。そして、高温熱源温度ＴＨと低温熱源温度ＴＣの範囲内に温度領域Ｗが存在することとなるよう、温度領域Ｗが設定されている。
【００３９】
ここで、図５（ａ）に示すように熱源温度ＴＨ、ＴＣが一定であることが理想的ではあるものの、図５（ｂ）（ｃ）に示すように変動する場合がある。そして、図５（ｂ）に示すように温度周期Ｔ０〜Ｔ８が固定されていれば、例えば高温熱源温度ＴＨが高くなることに伴い焦電温度ＴＶも高くなる。すると、焦電温度ＴＶが温度領域Ｗを超えて高くなり、焦電素子２１の温度変化を電力に変換する効率（熱電変換効率）が悪くなる。
【００４０】
これに対し本実施形態によれば、熱源温度ＴＨ、ＴＣに応じて温度周期Ｔ０〜Ｔ８が変化することとなる。例えば、図５（ｃ）に示すように高温熱源温度ＴＨが高くなると、加熱部１１ａによる熱媒体Ｗの加熱度合いが高くなる。すると、熱媒体Ｗの加熱膨張による水位Ｌ１の下降速度が速くなるので、温度周期Ｔ０〜Ｔ８が短くなり（周波数が高くなり）、図３に示す（Ａ）〜（Ｄ）のサイクルが短くなる。その結果、１サイクル中に焦電素子２１が連続して加熱される時間、つまり図４（ｂ）に示す温度上昇期間Ｔ２〜Ｔ６が短くなる。よって、焦電温度の高温ピーク値が低くなるので、焦電温度が温度領域Ｗを超えて高くなるおそれを低減でき、焦電温度の変動幅および平均温度は大きく変動しなくなる。よって、熱電変換効率が低下することを抑制できる
さらに、本実施形態によれば、以下に列挙する効果も発揮される。
【００４１】
・作動用高温熱源の熱エネルギにより、作動流通管１１、１２、１３の内部で作動流体Ｗを往復移動させ、この作動流体Ｗの往復移動力により、熱媒体Ｗを焦電体２０に対して往復移動させる作動装置１０を備え、作動流体Ｗの作動用高温熱源を熱媒体Ｗの高温熱源と同一にすることで、作動用高温熱源の温度に応じて作動流体Ｗの往復移動周期が変化することと連動して、熱媒体Ｗの往復移動周期が変化するように構成されている。
【００４２】
つまり、作動流体Ｗが作動流通管１１、１２、１３を往復移動する周期と、焦電体２０に対して熱媒体Ｗが往復移動する周期とが連動して一致する。そして、作動流体Ｗの往復移動周期は、作動用高温熱源または作動用低温熱源の温度に応じて変化する。例えば、作動用高温熱源が高いほど、その温度に比例して作動流体Ｗの往復移動周期は短くなる。そのため作動用熱源の温度に応じて焦電体２０の温度周期を変化させることを容易に実現できるようになる。
【００４３】
・作動流通管１１、１２、１３の内部に焦電体２０を配置して作動流体Ｗを熱媒体Ｗとして機能させるので、焦電体２０が高温の作動流体Ｗに晒されて十分に加熱されるようになる。よって、作動流通管１１、１２、１３の外部に焦電体２０を配置する場合に比べて、焦電体２０を十分に温度上昇させることを容易に実現できる。
【００４４】
・作動流体Ｗを加熱する作動用加熱部１１ａを、熱媒体Ｗを加熱する加熱部として機能させるので、熱媒体Ｗを加熱する加熱部を作動用加熱部１１ａとは別に設ける場合に比べて、発電システムの構成を簡素にできる。
【００４５】
・制御回路３０（電界付与手段、電界制御手段）を備えることにより、焦電温度の上昇開始に先立ち焦電体２０の電界強度を増加させ、焦電温度の下降開始に先立ち焦電体２０の電界強度を減少させる。そして、電界強度の増加と減少を繰り返す電界周期を、焦電体２０の温度周期に応じて変化させる。具体的には、図３の例で言うと、（Ａ）の焦電温度上昇開始に先立ち（Ｄ）→（Ａ）にて電界強度を増加させ、（Ｃ）の焦電温度下降開始に先立ち（Ｂ）→（Ｃ）にて電界強度を減少させる。図４の例で言うと、焦電温度上昇開始のＴ２時点よりも前のＴ１時点で電界強度を増加させ、焦電温度下降開始のＴ６時点よりも前のＴ５時点で電界強度を減少させる。
【００４６】
そのため、焦電体２０の発電出力を向上できる。具体的には、図３の（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）で囲まれる面積を横軸方向に増大でき、図４（ｅ）の斜線面積を増大できる。よって、熱電変換効率の向上を促進できる。
【００４７】
・上述の如く電界強度を増加または減少させるにあたり、これらの増加および減少を徐々に実施する。そのため、電界強度をステップ状に急激に変化させる場合に懸念される、焦電素子２１の割れ等の損傷を抑制できる。
【００４８】
・ここで、図３の等温電界減少（Ｂ）→（Ｃ）および等温電界増加（Ｄ）→（Ａ）の期間では、焦電温度は実際には等温になっておらず、図４（ｂ）に示すように逐次変化する。そのため、できるだけ等温に近い状態の時に電界減少および電界増加を実施することが、発電出力向上の点で有利である。この点を鑑みた本実施形態では、電界強度の増加期間Ｔ１〜Ｔ３の途中で、焦電温度がピークとなるＴ２時点が現れるよう、また、電界強度の減少期間Ｔ５〜Ｔ７の途中で、焦電温度がピークとなるＴ６時点が現れるよう、制御回路３０は電界増加と減少の期間を制御する。これらＴ２、Ｔ６時点では、温度変化が最も小さくなっているので、発電出力向上を促進できる。
【００４９】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、作動流通管１１、１２、１３の内部に焦電体２０を１つ配置しているのに対し、本実施形態では焦電体２０を複数配置している。
【００５０】
具体的には、図６に示すように、上下方向に延びる２本の作動流通管１１、１２の各々に焦電体２０を配置する。また、第１実施形態にかかるガスばね室１２ａを本実施形態では廃止し、作動流通管１２にも加熱部１２ｂおよび冷却部１２ｃを設けている。以下の説明では、２つの焦電体、加熱部および冷却部のうち、図６の左側に位置するものを第１焦電体２０、第１加熱部１１ａおよび第１冷却部１１ｂと記載し、右側に位置するものを第２焦電体２０、第２加熱部１２ｂおよび第２冷却部１２ｃと記載する。
【００５１】
図７（ａ）〜（ｅ）は、図４（ａ）〜（ｅ）に対応するタイムチャートであり、図７（ａ）（ｂ）中の実線は水位Ｌ１および第１焦電体２０の温度、点線は水位Ｌ２および第２焦電体２０の温度を示す。また、図７（ｃ）〜（ｅ）は第２焦電体２０についての電界強度、出力電流、出力を示し、第１焦電体２０についての電界強度、出力電流、出力は図４に示す第１実施形態と同様に変化する。図７（Ｔ０）（Ｔ２）（Ｔ４）（Ｔ６）は、図７（ａ）〜（ｅ）のタイムチャートにおけるＴ０時点、Ｔ２時点、Ｔ４時点、Ｔ６時点での水位Ｌ１、Ｌ２の状態を示す。
【００５２】
図示されるように、水位Ｌ１の変化と水位Ｌ２の変化は位相が１８０度ずれるため、第１焦電温度と第２焦電温度も位相が１８０度ずれて変化する。したがって、第１電界強度と第２電界強度も位相が１８０度ずれるように制御し、第１焦電体と第２焦電体とでは発電の出力波形も位相が１８０度ずれて変化する。
【００５３】
以上により、本実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の効果が発揮されることに加え、次の効果も発揮される。
【００５４】
・作動流体Ｗを作動用高温熱源で加熱する作動用加熱部１１ａ、１２ｂを、作動流通管１１、１２、１３の一端側と他端側の２箇所に設けている。そのため、第１および第２焦電体２０の両方について、熱媒体Ｗの温度を十分に上昇させることを容易に実現できる。よって、図３の（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）で囲まれる面積を縦軸方向に増大でき、図７（ｅ）の斜線面積を増大でき、ひいては、熱電変換効率の向上を促進できる。
【００５５】
・また、１つの作動装置１０の２ヶ所に焦電体２０を配置するので、１つの発電システムから得られる発電量を倍増できる。
【００５６】
（第３実施形態）
上記第１実施形態では、作動流体Ｗを往復移動させるための加熱部１１ａおよび冷却部１１ｂを、焦電体２０を加熱させるための加熱部および冷却部と同一に構成している。これに対し、図８に示す本実施形態では、作動流体Ｗを往復移動させるための加熱部１１ａおよび冷却部１１ｂを作動流通管１１に設け、これらの加熱部１１ａおよび冷却部１１ｂとは別に、焦電体２０を加熱させるための加熱部１２ｂおよび冷却部１２ｃを作動流通管１２に設けている。この作動流通管１２は焦電体２０を内部に収容する「収容管」に相当する。
【００５７】
図９（ａ）〜（ｅ）は、図４（ａ）〜（ｅ）に対応するタイムチャートであり、図９（ａ）中の実線は水位Ｌ２、点線は水位Ｌ１を示す。図９（Ｔ０）（Ｔ２）（Ｔ４）（Ｔ６）は、図９（ａ）〜（ｅ）のタイムチャートにおけるＴ０時点、Ｔ２時点、Ｔ４時点、Ｔ６時点での水位Ｌ１、Ｌ２の状態を示す。
【００５８】
図示されるように、水位Ｌ１の変化と水位Ｌ２の変化は位相が１８０度ずれるため、焦電温度は図４の場合に比べて位相が１８０度ずれて変化する。したがって、電界強度も図４の場合の位相に対して１８０度ずれるように制御し、発電の出力波形も図４の場合の位相に対して１８０度ずれて変化する。
【００５９】
以上により、本実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の効果が発揮されることに加え、次の効果も発揮される。
【００６０】
・作動流体往復移動用の作動用加熱部１１ａとは別に、焦電体加熱用の加熱部１２ｂを備える。そのため、焦電体２０が気体の作動流体Ｗに晒されることなく、液体の作動流体Ｗに常時浸った状態にするよう、焦電体２０のレイアウト自由度を向上できる。例えば図９の例では、水位Ｌ１の変化幅よりも水位Ｌ２の変化幅の方が小さくなるように構成することで、焦電体２０が液体の作動流体Ｗに常時浸った状態にしている。よって、気液２相の作動流体Ｗと焦電体２０が接触するレイアウトの場合に比べて、熱源が移動する際に焦電体２０と熱源との摩擦で生じる圧力損失を低減できる。
【００６１】
・焦電体２０を液体の作動流体Ｗに常時浸った状態にできるので、作動流体Ｗに絶縁性の流体を採用すれば、焦電素子２１の電極間で絶縁破壊が生じたり放電が生じたりすることを抑制でき、熱電変換効率の低下を回避できる。
【００６２】
・本実施形態では、両加熱部１１ａ、１２ｂを高温配管Ｈに直列に配置し、焦電体加熱用の加熱部１２ｂを、作動流体往復移動用の加熱部１１ａの下流に配置している。そのため、加熱部１２ｂでは、加熱部１１ａに比べて低温の熱源で作動流体Ｗを加熱することになるので、加熱部１２ｂで作動流体Ｗを過剰に加熱することを回避できる。
【００６３】
（第４実施形態）
本実施形態では、図１０に示すように、作動流体Ｗを往復移動させる作動装置に、スターリング機関１０Ａを適用させている。
【００６４】
スターリング機関１０Ａは、内部に水を密閉する作動流通管１４、１５、１６を備えて構成される。作動流通管１４、１５は上下方向に延びる配管であり、作動流通管１６は２本の作動流通管１４、１５の上端を連結する配管である。作動流通管１６には、高温配管Ｈを流通する作動用高温熱源と熱交換する加熱用熱交換器１６ａと、低温配管Ｃを流通する作動用低温熱源と熱交換する冷却用熱交換器１６ｂとが形成されている。作動流通管１６のうち両熱交換器１６ａ、１６ｂの間の部分には、再生器ＲＥが取り付けられている。
【００６５】
作動流通管１４、１５の下端には、焦電体２０を内部に収容する収容管１７が連通している。収容管１７は上下方向に延びる配管であり、作動装置１０Ａの作動流体Ｗを焦電体２０の熱媒体Ｗと同一にすることで、作動流体Ｗが作動流通管１４、１５、１６を往復移動する周期と、焦電体２０に対して熱媒体Ｗが往復移動する周期とが連動して一致する。
【００６６】
また、収容管１７のうち焦電体２０の下方に加熱部１７ａを形成し、焦電体２０の上方に冷却部１７ｂを形成する。加熱部１７ａは、高温配管Ｈの作動用高温熱源と熱交換し、冷却部１７ｂは、低温配管Ｃの作動用低温熱源と熱交換する。つまり、焦電体２０を加熱する高温熱源を作動用高温熱源と同一にすることで、作動用高温熱源の温度に応じて作動流体Ｗの往復移動周期が変化することと連動して、熱媒体Ｗの往復移動周期が変化するように構成されている。なお、高温配管Ｈのうち加熱用熱交換器１６ａの上流側に加熱部１７ａは配置され、低温配管Ｃのうち冷却用熱交換器１６ｂの上流側に冷却部１７ｂは配置されている。
【００６７】
スターリング機関１０Ａは、理論的には、以下に説明する「等温圧縮過程」「等容加熱過程」「等温膨張過程」「等容冷却過程」を順次繰り返して作動する。
【００６８】
先ず、等温圧縮過程では、高温室１４ａに位置する作動流体Ｗの水位（高温側水位ｘ１）は静止しており、低温室１５ａに位置する作動流体Ｗの水位（低温側水位ｘ２）が上昇して低温室１５ａ内の水蒸気（作動ガス）が温度を一定に保ちながら圧縮される。
【００６９】
次に、等容加熱過程では、高温側水位ｘ１が下降するとともに、その下降した分だけ低温側水位ｘ２が上昇する。つまり、高温室１４ａおよび低温室１５ａの合計容積が一定となるように両水位ｘ１、ｘ２が動き、作動ガスは低温室１５ａから再生器ＲＥを通過し、再生器ＲＥで加熱されて高温室１４ａへと流入する。これにより、高温室１４ａの圧力が上昇する。
【００７０】
次に、等温膨張過程では、低温側水位ｘ２は静止した状態で高温側水位ｘ１が下降する。つまり、高温室１４ａ内の作動ガスが温度を一定に保ちながら膨張する。この時、作動流体Ｗは外部に仕事を行う。つまり、収容管１７内の作動流体Ｗを押し上げて水位ｘ３を上昇させる。
【００７１】
次に、等容冷却過程では、高温側水位ｘ１が上昇するとともに、その上昇した分だけ低温側水位ｘ２が下降する。つまり、高温室１４ａおよび低温室１５ａの合計容積が一定となるように両水位ｘ１、ｘ２が動き、作動ガスは高温室１４ａから再生器ＲＥを通過し、再生器ＲＥで冷却されて低温室１５ａへと流入する。これにより、高温室１４ａの圧力が低下する。
【００７２】
なお、実際には、両水位ｘ１、ｘ２はこのような間欠的な変化ではなく、正弦的に変化する。但し、両水位ｘ１、ｘ２の動きの間に９０度の位相差を付けることで、上記サイクルの動きに近づけられている。
【００７３】
図１１（ａ）〜（ｅ）は、図４（ａ）〜（ｅ）に対応するタイムチャートであり、図１１（ａ）中の点線は水位ｘ１、一点鎖線は水位ｘ２、実線は水位ｘ３を示す。図１１（Ｔ０）（Ｔ２）（Ｔ４）（Ｔ６）は、図１１（ａ）〜（ｅ）のタイムチャートにおけるＴ０時点、Ｔ２時点、Ｔ４時点、Ｔ６時点での水位ｘ１、ｘ２、ｘ３の状態を示す。
【００７４】
図示されるように、水位ｘ１の変化と水位ｘ２の変化は、先述した通り位相が９０度ずれる。そして、水位ｘ１の変化と水位ｘ３の変化は位相が１８０度ずれ、水位ｘ３の変化に伴い焦電温度も変化する。そして、この焦電温度の変化に応じて、図４と同様にして電界強度を制御する。これにより、図４（ｄ）（ｅ）と同様にして、焦電体２０から出力される電流値および電力値は変化する。
【００７５】
以上により、本実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の効果が発揮されることに加え、次の効果も発揮される。
【００７６】
・スターリング機関１０Ａは熱源の温度差が微小であっても作動可能である、といった特性を有する。そのため、作動流体Ｗを往復移動させる作動装置にスターリング機関１０Ａを適用させる本実施形態によれば、作動用高温熱源と作動用低温熱源の温度差が微小であっても、作動流体Ｗを往復移動させて作動装置を駆動させることができる。
【００７７】
・作動流体往復移動用の加熱用熱交換器１６ａとは別に、焦電体加熱用の加熱部１７ａを備える。そのため、焦電体２０が気体の作動流体Ｗに晒されることなく、液体の作動流体Ｗに常時浸った状態にするよう、焦電体２０のレイアウト自由度を向上できる。よって、気液２相の作動流体Ｗと焦電体２０が接触するレイアウトの場合に比べて、熱源が移動する際に焦電体２０と熱源との摩擦で生じる圧力損失を低減できる。
【００７８】
・焦電体２０を液体の作動流体Ｗに常時浸った状態にできるので、作動流体Ｗに絶縁性の流体を採用すれば、焦電素子２１の電極間で絶縁破壊が生じたり放電が生じたりすることを抑制でき、熱電変換効率の低下を回避できる。
【００７９】
（第５実施形態）
上記第１実施形態では、作動流通管１２の上端にガスばね室１２ａを形成し、ガスばね室１２ａ内のガスの圧縮反力により水位Ｌ２を押し戻す力を発揮させている。本実施形態は、ガスばね室１２ａの変形例であり、図１２（ａ）に示す例では、ガスばね室１２ａを廃止してピストン１２ｄを設け、このピストン１２ｄに弾性部材１２ｅを取り付けている。これにより、ガスの圧縮反力に替えて弾性部材１２ｅの弾性力により、水位Ｌ２を押し戻す力を発揮させている。また、図１２（ｂ）に示す例では、クランク１２ｆおよびフライホイール１２ｇをピストン１２ｄに取り付けている。これにより、ガスの圧縮反力に替えてフライホイール１２ｇの慣性力により、水位Ｌ２を押し戻す力を発揮させている。
【００８０】
以上により、作動流通管１１、１２、１３のうち作動用加熱部１１ａの反対側の端部に、ガス圧縮反力、弾性部材１２ｅの弾性力、またはフライホイール１２ｇの慣性力を付与することで、作動装置１０の自励振動維持を促進できる。
【００８１】
なお、本実施形態によれば、フライホイール１２ｇの回転角度やピストン１２ｄの位置を容易に検出できるので、その検出値から焦電温度を推定できるようになる。よって、推定した焦電温度に基づき、電界強度を変化させるタイミングを高精度で制御できるようになる。
【００８２】
（第６実施形態）
上記第１実施形態では、低温配管Ｃを流通する低温熱源の温度を検出する温度センサの検出値に基づき、焦電温度を推定し、その推定温度の変化に基づき電界強度を変化させるタイミングを制御している。これに対し本実施形態では、作動流体Ｗの水位を検出する液面センサＳ１、Ｓ２を設け、これら液面センサＳ１、Ｓ２の検出値に基づき電界強度を変化させるタイミングを制御する。
【００８３】
図１３（ｆ）に示す例では、上記第１実施形態の作動装置１０に２つの液面センサＳ１、Ｓ２を設けている。液面センサＳ１は、上昇する水位Ｌ１が上昇ピーク値に達する直前の水位になっていることを検出する。液面センサＳ２は、下降する水位Ｌ１が下降ピーク値に達する直前の水位になっていることを検出する。
【００８４】
図１３（ａ）〜（ｅ）は、図４（ａ）〜（ｅ）に対応するタイムチャートであり、図１３（ａ１）（ａ２）の各々は、液面センサＳ１、Ｓ２の検出値を示す。図示されるように液面センサＳ１、Ｓ２を設けることにより、電界強度の上昇を開始させる最適タイミングＴ１、および下降を開始させる最適タイミングＴ５を検出することができる。また、電界強度の上昇停止と下降停止のタイミングＴ３、Ｔ７についても、液面センサＳ１、Ｓ２の検出値にしたがって制御している。ただし、これらのタイミングＴ３、Ｔ７については、Ｔ１、Ｔ５の検出タイミングから所定時間が経過したタイミングを、電界強度上昇または下降の停止タイミングとして電界強度を制御するようにしてもよい。
【００８５】
以上により、本実施形態によれば、液面センサＳ１、Ｓ２により水位Ｌ１を実際に検出するので、上記第１実施形態と同様の効果が発揮されることに加え、電界強度を最適タイミングで変化させるように高精度で制御できる。
【００８６】
（第７実施形態）
本実施形態では、焦電温度を検出する温度センサＳ３を設け、この温度センサＳ３の検出値に基づき電界強度を変化させるタイミングを制御している。図１４（ｆ）に示す例では、上記第１実施形態の焦電体２０に温度センサＳ３を直接取り付けている。
【００８７】
図１４（ａ）〜（ｅ）は、図４（ａ）〜（ｅ）に対応するタイムチャートであり、図１４（ｂ１）は温度センサＳ３の検出値を示す。図示されるように温度センサＳ３を設けることにより、電界強度の上昇を開始させる最適タイミングＴ１、および下降を開始させる最適タイミングＴ５を検出することができる。また、電界強度の上昇停止と下降停止のタイミングＴ３、Ｔ７についても、温度センサＳ３の検出値にしたがって制御している。具体的には、予め設定しておいた高温側閾値または低温側閾値に検出温度が達した時点を、最適タイミングＴ１またはＴ５とする。
【００８８】
なお、焦電体２０に温度センサＳ３を取り付けることに替え、作動流体Ｗの温度を検出する位置に温度センサＳ３を取り付け、その検出値から焦電温度を推定するようにしてもよい。また、温度センサＳ３の具体例として、周知の熱電対、白金熱抵抗計、放射温度計等が挙げられる。
【００８９】
以上により、本実施形態によれば、温度センサＳ３により焦電温度を実際に検出するので、上記第１実施形態と同様の効果が発揮されることに加え、電界強度を最適タイミングで変化させるように高精度で制御できる。
【００９０】
（第８実施形態）
上記各実施形態では焦電素子２１の材質を均一に形成しているのに対し、図１５に示す本実施形態では、熱媒体Ｗが焦電体２０を往復移動する方向（図１５（ａ）の上下方向）において、焦電素子２１の材質を異ならせるように形成している。
【００９１】
図１５（ａ）は、図８に示す発電システムと同じものであり、図１５（ｂ）（ｃ）は、焦電素子２１の上下方向位置と焦電温度との関係を示すグラフである。図中の実線ＴＣは低温熱源温度、実線ＴＨは高温熱源温度を示す。したがって、例えば焦電素子２１のうち符号ｘ１に示す部分では、符号ＴＷに示す温度幅で焦電温度が変化することとなる。
【００９２】
そして、焦電素子２１のうち加熱部１２ｂに近い側（上側）の部分の温度は、冷却部１２ｃに近い側の部分の温度よりも高い。これに合わせて、焦電素子２１の上側部分の温度領域（図５に示す温度領域Ｗに相当）が、下側部分の温度領域よりも高くなるよう、焦電素子２１は形成されている。具体的には、焦電素子２１の上側部分のキュリー点（図中の符号Ｔα参照）が、下側部分のキュリー点よりも高くなるよう、焦電素子２１は形成されている。なお、図１５（ｂ）は、焦電素子２１の材質を上下方向に連続的に変化させた例を示し、図１５（ｃ）は、焦電素子２１の材質を上下方向に段階的に変化させた例を示す。
【００９３】
以上により、本実施形態によれば、上下方向位置に応じてキュリー点が異なるように焦電素子２１を形成するので、上記第３実施形態と同様の効果が発揮されることに加え、焦電素子２１の温度分布に応じて、発電可能な温度領域Ｗを設定できるので、焦電素子２１の熱電変換効率を向上できる。
【００９４】
（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。
【００９５】
・上記各実施形態では、焦電素子２１を発電素子として採用しているが、温度変化に伴い磁性が変化する素子を発電素子として採用するようにしてもよい。
【００９６】
・図６に示す第２実施形態では、第１加熱部１１ａおよび第２加熱部１２ｂが、高温配管Ｈに並列に配置され、両加熱部１１ａ、１２ｂへ分配される高温熱源が同じ温度になるように構成されている。これに対し、両加熱部１１ａ、１２ｂを直列に配置して、上流側に配置された加熱部が下流側に配置された加熱部よりも高温になるように構成してもよい。
【００９７】
・図１０に示す第４実施形態では、加熱用熱交換器１６ａと加熱部１７ａを高温配管Ｈに直列に配置し、加熱部１７ａを加熱用熱交換器１６ａの上流に配置している。これに対し、加熱部１７ａを加熱用熱交換器１６ａの下流に配置してもよいし、加熱用熱交換器１６ａと加熱部１７ａを高温配管Ｈに並列配置してもよい。
【００９８】
・上記各実施形態では、作動流体Ｗを往復移動させるための作動用高温熱源を、焦電温度を変化させるための高温熱源と同一にすることで、作動用高温熱源の温度に応じて作動流体の往復移動周期が変化することと連動して、熱媒体の往復移動周期が変化するように構成されている。これに対し、これらの熱源に、互いに異なる熱源を適用させてもよい。但し、作動用高温熱源の変化と連動して温度変化する熱源を用いて焦電体２０の温度を変化させることを要する。或いは、作動用高温熱源の変化と連動して焦電温度を変化させるように焦電温度を制御することを要する。
【００９９】
・上記各実施形態では、高温熱源および低温熱源の両方の温度変化に応じて、焦電温度の周期が自動で変化するように構成されている。これに対し、高温熱源または低温熱源の温度変化に応じて、焦電温度の周期が自動で変化するように構成してもよい。
【符号の説明】
【０１００】
１０、１０Ａ…作動装置、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７…作動流通管、１１ａ、１２ｂ…加熱部（作動用加熱部）、１１ｂ、１２ｃ…冷却部、１２、１７…収容管、１６ａ…加熱用熱交換器、１６ｂ…冷却用熱交換器、１７ａ…（加熱部）、１７ｂ…（冷却部）、２１…焦電素子（発電素子）、３０…制御回路（電界付与手段、電界制御手段）、Ｗ…熱媒体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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