(57)【要約】  この熱誘電発電装置は、一方端子が電源配線（５０２）に接続された複数のチップ型ヒューズ（５１０）と、各ヒューズ（５１０）に対応して設けられ、対応のヒューズ（５１０）の他方端子と接地配線（５０３）との間に並列接続された複数のチップ型コンデンサ（５１１）とを含み、コンデンサ（５１１）群の冷却および充電とコンデンサ（５１１）群の加熱および放電とを繰り返して電力を発生する。したがって、１個のコンデンサ（５１１）がショートしても、それに対応するヒューズ（５１０）が溶断されて、発電を継続できる。
2013021686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の端子（５０２）、第２の端子（５０３）、複数のヒューズ（５１０）、および複数のコンデンサ（ＣＧ）を備え、
前記複数のヒューズ（５１０）の一方端子はともに前記第１の端子（５０２）に接続され、
前記複数のコンデンサ（ＣＧ）の一方端子はそれぞれ前記複数のヒューズ（５１０）の他方端子に接続され、前記複数のコンデンサ（ＣＧ）の他方端子はともに前記第２の端子（５０３）に接続され、
さらに、前記複数のコンデンサ（ＣＧ）を冷却する第１の工程と前記複数のコンデンサ（ＣＧ）を加熱する第２の工程とを交互に行なう冷却／加熱部（２００，２０１,３００，３０１）と、
前記第１および第２の端子（５０２，５０３）に接続され、冷却された前記複数のコンデンサ（ＣＧ）を充電し、加熱された前記複数のコンデンサ（ＣＧ）を放電させる充放電部（ＳＷ１，ＳＷ２）とを備える、熱誘電発電装置。
【請求項２】
前記複数のコンデンサ（ＣＧ）の各々は、対応のヒューズ（５１０）の他方端子と前記第２の端子（５０３）との間に並列接続された複数のチップ型コンデンサ（５１１）を含む、請求項１に記載の熱誘電発電装置。
【請求項３】
さらに、前記第１の端子（５０２）、前記第２の端子（５０３）、前記複数のヒューズ（５１０）、および前記複数のコンデンサ（ＣＧ）を搭載したフレキシブル基板（５０１）を備え、
前記複数のヒューズ（５１０）の各々はチップ型ヒューズ（５１０）であり、
前記チップ型ヒューズ（５１０）の厚さは前記チップ型コンデンサ（５１１）の厚さ以下である、請求項２に記載の熱誘電発電装置。
【請求項４】
前記冷却／加熱部は、
前記フレキシブル基板（５０１）の一方側表面に対向して設けられ、第１の温度にされた冷却部材（３００）と、
前記フレキシブル基板（５０１）の他方側表面に対向して設けられ、前記第１の温度よりも高い第２の温度にされた加熱部材（２００）と、
前記フレキシブル基板（５０１）を前記冷却部材（３００）側に撓ませて前記複数のコンデンサ（ＣＧ）を冷却し、前記フレキシブル基板（５０１）を前記加熱部材（２００）側に撓ませて前記複数のコンデンサ（ＣＧ）を加熱する駆動部（２０１，３０１）とを含む、請求項３に記載の熱誘電発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は熱誘電発電装置に関し、特に、コンデンサを冷却して充電する工程とコンデンサを加熱して放電させる工程とを繰り返して電力を発生する熱誘電発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギーの有効利用の一環として、排熱利用のニーズが高まっている。排熱利用の形態として、熱として利用する方法と電気に変換する方法とが現実的である。電気に変換すると輸送や蓄積が比較的簡単で利便性が高い。【０００３】
熱を電気に変換する際に、大規模で排熱の温度が高い場合には、熱エネルギーにより蒸気を発生させ、該蒸気によりタービンを駆動して発電することが可能となる。しかし、規模が小さい場合や排熱の温度が低い場合には効率的な熱エネルギーの活用が困難で、熱エネルギーの大部分は廃棄される。【０００４】
熱エネルギーを電気エネルギーに変換する方法として、古くから物体の内部に温度差を生じさせ、ゼーベック効果を利用した発電素子が注目されて、開発が進められてきた。しかし、現状では、主として比較的大きな温度差（２００℃以上）での利用を想定しており、そのような発電素子の信頼性およびコストの点で、解決すべき課題が多い。【０００５】
また、２００℃以下の低温でも駆動できるタービンの研究も進められ、アンモニアを媒体とする発電システムの提案もあるが、原理的に上記の高熱源体（２００℃以上）の場合よりも発電効率が低く、本格的な実用化には至っていない。【０００６】
一方、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する他の方法として熱誘電発電が挙げられる。熱誘電発電とは、コンデンサを形成する誘電体の誘電率の温度依存性を利用して、熱エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。熱誘電発電に関しては、“赤崎正則、原雅則共著、「電気エネルギー工学」、朝倉書店、1986年、pp．110-111”（非特許文献１）に記載されている。また、概念自体は、“ジェイ．ディ．チルドレス(J.D.Childress)著、「Application of a Ferroelectric Material in an Energy Conversion Device」、J.Appl Phys Vol.33、No.5、pp.1793-1798、1962年”（非特許文献２）で提唱されている。また、実験による検証も、“藤本三治著、「熱誘電直接発電の実験的研究」、電気学会雑誌Vol83-12、No903、p.2080-2088、1963年”（非特許文献３）で報告されている。【０００７】
また、特許文献としては、特開昭６１−０９７３０８号公報（特許文献１）、特開平０１−１３３５８１号公報（特許文献２）、および特開平０６−１６５５４１号公報（特許文献３）が挙げられる。図１４に特許文献１に開示された熱誘電発電装置の基本回路を示し、図１５に、熱誘電発電装置の充電、加熱、放電の工程における電荷と電圧との関係を示す。【０００８】
熱誘電発電技術は、コンデンサを形成する誘電体の温度特性を利用する。図１４に示すような基本回路において、図１５に示すように、温度Ｔ１でコンデンサＣＡを充電する。その後、スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２をオフし、コンデンサＣＡをオープン状態にして、コンデンサＣＡに電荷を保持したままコンデンサＣＡの温度をＴ２まで上昇させる。【０００９】
この際、温度Ｔ１におけるコンデンサＣＡの誘電率が、温度Ｔ２におけるコンデンサＣＡの誘電率より大きくなるように選択する。この結果、図１５に示すように、電圧が上昇（Ｖ１からＶ２に上昇）する。温度Ｔ１でのコンデンサＣＡの誘電率をεｒ１、温度Ｔ２でのコンデンサＣＡの誘電率をεｒ２、温度Ｔ１での充電電圧をＶ１、温度Ｔ２での電圧をＶ２とすると、Ｖ２＝Ｖ１×（εｒ１／εｒ２）の関係が成立する。【００１０】
温度の変更前後でコンデンサＣＡの電荷量が同じで、コンデンサＣＡの電圧が上昇するために、コンデンサＣＡの持つ電気エネルギーが増幅される。これが熱誘電発電と呼ばれている。論文の中には自発分極の変化にも注目しているものもあり、自発分極の変化による効果もここで述べる熱誘電発電には含まれる。【００１１】
コンデンサＣＡを用いた熱誘電発電において、効率の高い発電のためには、誘電率自体が高くて電荷保持能力が高いこと、温度に伴う誘電率や自発分極の変化が大きいこと、温度変化の時間が短いこと、充放電の効率が良いことなどの条件が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開昭６１ー０９７３０８号公報
【特許文献２】特開平０１ー１３３５８１号公報
【特許文献３】特開平０６ー１６５５４１号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】赤崎正則、原雅則共著、「電気エネルギー工学」、朝倉書店、1986年、pp．110-111
【非特許文献２】ジェイ．ディ．チルドレス(J.D.Childress)著、「Application of a Ferroelectric Material in an Energy Conversion Device」、J.Appl Phys Vol.33、No.5、pp.1793-1798、1962年
【非特許文献３】藤本三治著、「熱誘電直接発電の実験的研究」、電気学会雑誌Vol83-12、No903、p.2080-2088、1963年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、従来の熱誘電発電装置では、コンデンサの温度変化速度が遅く、発電の効率が低いと言う問題がある。コンデンサの温度変化速度を速める方法としては、複数のチップ型コンデンサを並列接続して大面積で薄型のコンデンサを構成し、加熱部および冷却部への接触面積を大きくすることが考えられる。【００１５】
しかし、複数のチップ型コンデンサを単純に並列接続しただけでは、１つのチップ型コンデンサが故障してショートすると、そのパスに電流が流れ、コンデンサを充電することができなくなり、発電機能が停止する恐れがある。また、発電を再開するためには、ショートしたチップ型コンデンサを取り除く必要がある。このため、人手が必要となり、停止時間も長くなる。【００１６】
それゆえに、この発明の主たる目的は、故障による運転停止時間が短く、運転が容易で稼動率の高い熱誘電発電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この発明に係る熱誘電発電装置は、第１の端子、第２の端子、複数のヒューズ、および複数のコンデンサを備えたものである。複数のヒューズの一方端子はともに第１の端子に接続され、複数のコンデンサの一方端子はそれぞれ複数のヒューズの他方端子に接続され、複数のコンデンサの他方端子はともに第２の端子に接続される。この熱誘電発電装置は、さらに、複数のコンデンサを冷却する第１の工程と複数のコンデンサを加熱する第２の工程とを交互に行なう冷却／加熱部と、第１および第２の端子に接続され、冷却された複数のコンデンサを充電し、加熱された複数のコンデンサを放電させる充放電部とを備える。【００１８】
好ましくは、複数のコンデンサの各々は、対応のヒューズの他方端子と第２の端子との間に並列接続された複数のチップ型コンデンサを含む。【００１９】
好ましくは、さらに、第１の端子、第２の端子、複数のヒューズ、および複数のコンデンサを搭載したフレキシブル基板を備える。複数のヒューズの各々はチップ型ヒューズであり、チップ型ヒューズの厚さはチップ型コンデンサの厚さ以下である。【００２０】
また好ましくは、冷却／加熱部は、フレキシブル基板の一方側表面に対向して設けられ、第１の温度にされた冷却部材と、フレキシブル基板の他方側表面に対向して設けられ、第１の温度よりも高い第２の温度にされた加熱部材と、フレキシブル基板を冷却部材側に撓ませて複数のコンデンサを冷却し、フレキシブル基板を加熱部材側に撓ませて複数のコンデンサを加熱する駆動部とを含む。
【発明の効果】
【００２１】
この発明に係る熱誘電発電装置では、第１の端子、第２の端子、複数のヒューズ、および複数のコンデンサが設けられ、複数のヒューズの一方端子はともに第１の端子に接続され、複数のコンデンサの一方端子はそれぞれ複数のヒューズの他方端子に接続され、複数のコンデンサの他方端子はともに第２の端子に接続される。したがって、並列接続された複数のコンデンサを使用するので、各コンデンサを薄型化することができる。よって、各コンデンサの温度変化速度を速めることができ、効率を高めることができる。【００２２】
また、１つのコンデンサが故障してショートした場合は、そのコンデンサに対応するヒューズに大きな電流が流れてそのヒューズが溶断され、故障したコンデンサが他のコンデンサから電気的に切り離される。したがって、運転を継続することができ、運転停止時間を短縮化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本願発明の基礎となる熱誘電発電装置の要部を示す図である。
【図２】図１に示した発電部の構成を示す図である。
【図３】図２に示した配線基板の構成を示す図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】図１に示した熱誘電発電装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図６】図１〜図５に示した熱誘電発電装置の加熱工程および電気エネルギー取出工程を示す断面図である。
【図７】図１〜図５に示した熱誘電発電装置の冷却工程および充電工程を示す断面図である。
【図８】本願発明の一実施の形態による熱誘電発電装置の要部を示す図である。
【図９】図８で説明した熱誘電発電装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図１０】図９に示したチップ型コンデンサの故障時の動作を示す図である。
【図１１】図９に示したチップ型コンデンサの故障時の動作を示す他の図である。
【図１２】図９に示したチップ型コンデンサの故障時の動作を示すさらに他の図である。
【図１３】図８〜図１２に示した熱誘電発電装置の故障時の動作を示すタイムチャートである。
【図１４】従来の熱誘電発電装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図１５】図１４に示した熱誘電発電装置の動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本願発明の実施の形態について説明する前に、まず本願発明の基礎となる熱誘電発電装置１について説明する（特願２０１０−１６５９４０号参照）。図１〜図４に示すように、この熱誘電発電装置１は、発電部１００と、この発電部１００に設けられる第１壁部１１１ａに接触するように配置される加熱用ダクト２００と、発電部１００に設けられる第２壁部１１１ｂに接触するように配置される冷却用ダクト３００とを備えている。
【００２５】
加熱用ダクト２００の中には高熱源体として、たとえば約９５℃前後の水（温水）が導入され、冷却用ダクト３００の中には低熱源体として、たとえば約１５℃前後の水（冷水）が導入される。なお、高熱源体として、２００℃以下の排ガス、水蒸気、高温水、高温の油（熱輸送媒体）などを導入してもよい。また、加熱用ダクト２００の代わりに、炎のような放射熱源によって加熱されたプレートを用いてもよい。また、冷却用ダクト３００の代わりに、空冷フィンと接続した空冷プレートを用いてもよい。
【００２６】
この発電部１００は、図２に示すように、直方体形状のチャンバー１１０を有している。チャンバー１１０の第１壁部１１１ａとこの第１壁部１１１ａに対向する第２壁部１１１ｂとは所定の間隙を隔てて平行に配置され、第１壁部１１１ａおよび第２壁部１１１ｂの各々は、矩形の平面形状を有している。
【００２７】
上記したように第１壁部１１１ａの外面の全面には、加熱用ダクト２００が接触配置され、第２壁部１１１ｂの外面の全面には、冷却用ダクト３００が接触配置される。したがって、第１壁部１１１ａおよび第２壁部１１１ｂには、それぞれ熱伝導性の高い材料が用いられることが好ましい。たとえば、金属性のプレートとして、表面処理鋼板、ステンレス等の材料が用いられる。
【００２８】
チャンバー１１０の周囲を取囲む４側面１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄは、チャンバー１１０内への熱の侵入を遮断することが好ましい。よって、第１壁部１１１ａおよび第２壁部１１１ｂに用いられる材料よりも熱伝導性の低い材料が用いられる。たとえば、シリコーン樹脂などの高耐熱性樹脂等が用いられる。
【００２９】
チャンバー１１０の内部には、チャンバー１１０の内部を第１壁部１１１ａ側の第１空間１２０ａと第２壁部１１１ｂ側の第２空間１２０ｂとに２分割するように、柔軟に変形が可能な可撓性を有する配線基板１０１が配設されている。この配線基板１０１の４辺は、第１空間１２０ａと第２空間１２０ｂとの間の密閉性が保持されるように、チャンバー１１０の周囲を取囲む４側面１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄの内面に固着されている。
【００３０】
配線基板１０１には、図３に示すように、複数のチップ型コンデンサ１０２が複数行複数列に搭載される。なお、ここで定義されているチップ型コンデンサ１０２とは、リード端子を用いることなく半田などを介して端子部を直接配線基板上のランド等に接合するいわゆる面実装型のコンデンサを意味する。
【００３１】
また、配線基板１０１には、ポリイミドを用いた膜厚が約３０μｍ程度のフレキシブル基板が用いられる。ポリイミドを用いたフレキシブル基板は、熱容量が非常に小さい。したがって、加熱時には高熱源体からの熱がチップ型コンデンサ１０２に効率良く移動する。この時間は熱容量と熱抵抗から見積もることができるが、熱抵抗が同じ場合には、熱容量が２倍になると温度変化を生じるための時定数が２倍になり、同じ温度変化を起こすための時間が２倍になる。この結果、発電効率は１／２になる。同様に熱抵抗が大きい場合も効率が低下するので、熱源とはなるべく広い面積で適切な応力下で熱移動を起こすことが有効となる。
【００３２】
チャンバー１１０の周囲を取囲む４側面１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄのうち、図２においては上側に位置する側面１１２ａおよび下側に位置する側面１１２ｃには、それぞれ、第１空間１２０ａに通じる開口部を構成する第１ノズル１１３および第２空間１２０ｂに通じる開口部を構成する第２ノズル１１４が設けられている。チャンバー１１０は、第１ノズル１１３および第２ノズル１１４を除き、内部空間の密閉が保持されるように構成されている。
【００３３】
また、図４に示すように、各第１ノズル１１３は、配管を介して給排気装置２０１に接続されている。各第２ノズル１１４は、配管を介して給排気装置３０１に接続されている。給排気装置２０１、３０１は、制御部４００によって制御される。給排気装置２０１は、第１ノズル１１３を介して第１空間１２０ａ内に空気を供給する給気動作と、第１空間１２０ａから第１ノズル１１３を介して空気を排出する排気動作とを交互に行なう。給排気装置３０１は、第２空間１２０ｂから第２ノズル１１４を介して空気を排出する排気動作と、第２ノズル１１４を介して第２空間１２０ｂに空気を供給する給気動作とを交互に行なう。
【００３４】
チャンバー１１０の内部に収容された配線基板１０１の第２空間１２０ｂ側には、複数のチップ型コンデンサ１０２が配線基板１０１の可撓性を損なわない程度の間隔で配列されている。チップ型コンデンサ１０２のサイズは、たとえば、高さ３．２ｍｍ×縦１．６ｍｍ×横１．６ｍｍである。
【００３５】
なお、チップ型コンデンサ１０２としては、エネルギー密度が高く、誘電率の温度変化が大きな、積層セラミックを用いたチップ型コンデンサが好ましいが、同様の特徴を持つチップ型コンデンサであればよく、たとえば高分子材料を用いたチップ型コンデンサでもかまわない。
【００３６】
また、複数のチップ型コンデンサ１０２の第２壁部１１１ｂ側には、図３および図４に示すように、複数のチップ型コンデンサ１０２のすべてを覆う、熱抵抗低減シート１０３が設けられている。これは、複数のチップ型コンデンサ１０２の第２壁部１１１ｂへの接触面積を拡大するために設けられており、チップ型コンデンサ１０２と第２壁部１１１ｂとの間の熱移動を円滑にするためのシートである。
【００３７】
熱抵抗低減シート１０３には、上述したフレキシブル基板と同等の特性を有していることが好ましいことから、たとえば、熱伝達係数を高くするために熱伝導グリスを塗布した、膜厚が約１０μｍ程度のポリイミドを用いたフィルムが用いられる。
【００３８】
また、第１空間１２０ａにおける第１壁部１１１ａの内表面と配線基板１０１の表面との間隔は、約０．１ｍｍ〜約０．２ｍｍ程度である。また、第２空間１２０ｂにおける第２壁部１１１ｂの内表面と熱抵抗低減シート１０３の表面との間隔も、約０．１ｍｍ〜約０．２ｍｍ程度である。
【００３９】
なお、この熱抵抗低減シート１０３は、チップ型コンデンサ１０２側に固定されているが、第２壁部１１１ｂ側に固定されていてもかまわない。また、チップ型コンデンサ１０２と第２壁部１１１ｂとの間の熱移動が問題とならない場合には、熱抵抗低減シート１０３を設ける必要はない。
【００４０】
図５の基本回路に示すように、複数のチップ型コンデンサ１０２は、並列に接続され、スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２の切換により、充電工程（ＳＷ１＝ＯＦＦ／ＳＷ２＝ＯＮ）、オープン状態（ＳＷ１＝ＯＦＦ／ＳＷ２＝ＯＦＦ）、および、電気エネルギー取出工程（ＳＷ１＝ＯＮ／ＳＷ２＝ＯＦＦ）が切り換えられる。なお、スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２のＯＮ／ＯＦＦの制御は、制御部４００において行なわれる。なお、図５において、スイッチＳＷ１には、負荷（または蓄電装置）Ｌが接続され、スイッチＳＷ２には、バッテリＢＴが接続されている。
【００４１】
次に、図５〜図７を参照して、上記構成の熱誘電発電装置１における熱誘電発電サイクルについて説明する。図５に示す回路において、充電が行なわれたチップ型コンデンサ１０２をオープン状態（ＳＷ１＝ＯＦＦ、ＳＷ２＝ＯＦＦ）にし、図６に示すように、給排気装置２０１によって第１ノズル１１３から第１空間１２０ａ内の空気を排出し、同時に、給排気装置３０１によって第２ノズル１１４から第２空間１２０ｂ内に空気を導入する。
【００４２】
第２空間１２０ｂ内への空気の導入により、チップ型コンデンサ１０２を搭載した配線基板１０１は第１空間１２０ａ側に撓み、配線基板１０１が、第１壁部１１１ａに当接する状態となる。これにより、チップ型コンデンサ１０２は、加熱用ダクト２００により加熱される。
【００４３】
なお、加熱用ダクト２００の中には高熱源体として、約９５℃前後の水（温水）が導入され、冷却用ダクト３００の中には低熱源体として、約１５℃前後の水（冷水）が導入されている。
【００４４】
次に、チップ型コンデンサ１０２の加熱後に、図５に示す回路において、スイッチＳＷ１をオン状態にし、スイッチＳＷ２をオフ状態にして、チップ型コンデンサ１０２から電気エネルギーを取り出す。
【００４５】
次に、図７を参照して、給排気装置２０１によって第１ノズル１１３から第１空間１２０ａ内に空気を導入し、同時に、給排気装置３０１によって第２ノズル１１４から第２空間１２０ｂ内の空気を排出する。第１空間１２０ａ内への空気の導入により、チップ型コンデンサ１０２を搭載した配線基板１０１は第２空間１２０ｂ側に撓み、配線基板１０１が第２壁部１１１ｂに当接する状態となる。これにより、チップ型コンデンサ１０２は、冷却用ダクト３００により冷却される。
【００４６】
次に、図５に示す回路において、スイッチＳＷ１をオフ状態にし、スイッチＳＷ２をオン状態にして、チップ型コンデンサ１０２に充電を行なう。その後、上記した加熱工程→電気エネルギー取出工程に移行する。
【００４７】
このようにして、充電工程→加熱工程→電気エネルギー取出工程→冷却工程の熱誘電発電サイクルを順次繰り返して行なうことにより、熱誘電発電が連続して行なわれ、効率よく発電することが可能となる。
【００４８】
以上のように、この熱誘電発電装置１によれば、複数のチップ型コンデンサ１０２を配線基板１０１に行列状に搭載し、配線基板１０１の可撓性を利用して、チップ型コンデンサ１０２を、加熱用ダクト２００が接触する第１壁部１１１ａと、冷却用ダクト３００が接触する第２壁部１１１ｂとに交互に接触させることで、チップ型コンデンサ１０２の温度変化を速くすることを可能としている。
【００４９】
これにより、チップ型コンデンサ１０２の特定の温度に達するまでに要する時間が短くなり、単位時間当たりの加熱冷却サイクル数が増加する。その結果、単位時間当たりにおける電気エネルギーの取出量が多くなり、発電量を大きくすることができる。
【００５０】
ところで、この熱誘電発電装置１では、複数のチップ型コンデンサ１０２を単純に並列接続しただけなので、１つのチップ型コンデンサ１０２が故障してショートすると、そのパスに電流が流れ、他のチップ型コンデンサ１０２を充電することができなくなり、発電機能が停止する恐れがある。また、発電を再開するためには、ショートしたチップ型コンデンサ１０２を取り除く必要がある。このため、人手が必要となり、停止時間も長くなる。本実施の形態では、この問題の解決が図られる。
【００５１】
図８は、本発明の一実施の形態による熱誘電発電装置の要部を示す図である。図８を参照して、この熱誘電発電装置が図１〜図７の熱誘電発電装置１と異なる点は、配線基板１０１および複数のチップ型コンデンサ１０２が、配線基板５０１、Ｎ個（ただし、Ｎは２以上の整数であり、たとえば１００である）のチップ型ヒューズ５１０、およびＮ×Ｍ個（ただし、Ｍは２以上の整数であり、たとえば１０である）のチップ型コンデンサ５１１で置換されている点である。Ｎ×Ｍ個のチップ型コンデンサ５１１は、Ｍ個ずつグループ化されている。
【００５２】
配線基板５０１は、配線基板１０１と同様、ポリイミドを用いた膜厚が約３０μｍ程度の四角形状のフレキシブル基板である。チップ型ヒューズ５１０は、リード端子を用いることなく半田などを介して端子部を直接配線基板上のランド等に接合するいわゆる面実装型のヒューズである。また、チップ型コンデンサ５１１は、チップ型コンデンサ１０２と同様、リード端子を用いることなく半田などを介して端子部を直接配線基板上のランド等に接合するいわゆる面実装型のコンデンサである。
【００５３】
配線基板５０１の表面の図中の左側の辺に沿って、Ｙ方向に延在する電源配線５０２が形成される。電源配線５０２の内側（右側）には、それぞれＭ個のチップ型ヒューズ５１０に対応するＭ個の電極５０２ａが所定のピッチで設けられている。
【００５４】
また、配線基板５０１の図中の右側の辺に沿って、Ｙ方向に延在する接地配線５０３が形成されている。配線５０２、５０３の間には、Ｘ方向に延在する複数の接地配線５０４が所定のピッチでＹ方向に配列されている。各接地配線５０４の右側の端部は、接地配線５０３に接続されている。各接地配線５０４に対向して、Ｘ方向に延在する配線５０５が形成されている。配線５０４と５０５は、所定の間隔を開けて平行に配置されている。また、各配線５０５の左側の端部は、対応する電極５０２ａに対向して配置されている。
【００５５】
各チップ型ヒューズ５１０の一方電極は対応の電極５０２ａの表面に接合され、その他方電極は配線５０５の左端部の表面に接合される。各チップ型コンデンサ５１１の一方電極は対応の配線５０５の表面に接合され、その他方電極は対応の接地配線５０４の表面に接合される。
【００５６】
なお、チップ型ヒューズ５１０およびチップ型コンデンサ５１１を配線基板５０１に搭載したとき、配線基板５０１の表面から見たチップ型ヒューズ５１０の上面の高さは、配線基板５０１の表面から見たチップ型コンデンサ５１１の上面の高さ以下になるように設定されている。換言すると、チップ型ヒューズ５１０の厚さは、チップ型コンデンサ５１１の厚さ以下である。これは、チップ型ヒューズ５１０の厚さがチップ型コンデンサ５１１の厚さよりも大きいと、配線基板５０１を撓ませたときにチップ型コンデンサ５１１と第２壁部１１１ｂの接触がチップ型ヒューズ５１０によって妨げられ、チップ型コンデンサ５１１の温度変化が妨げられるからである。
【００５７】
図９は、図８を用いて説明した熱誘電発電装置の構成を示す回路ブロック図である。図９において、コンデンサＣＧは、並列接続されたＭ個のチップ型コンデンサ５１１を示している。Ｎ個のチップ型ヒューズ５１０の一方電極は、電源配線５０２およびスイッチＳＷ２を介してバッテリＢＴの正極に接続される。各コンデンサＣＧの一方電極は対応のチップ型ヒューズ５１０の他方電極に接続され、コンデンサＣＧの他方電極はともに接地配線５０３を介してバッテリＢＴの負極に接続される。
【００５８】
冷却工程では、スイッチＳＷ１、ＳＷ２がともにオフ状態にされるとともに、配線基板５０１が冷却用ダクト３００側に撓まされて各コンデンサＣＧが冷却される。充電工程では、コンデンサＣＧが冷却された状態で、スイッチＳＷ１、ＳＷ２がそれぞれオフ状態およびオン状態にされる。これにより、バッテリＢＴから各チップ型ヒューズ５１０を介して各コンデンサＣＧに電流が流れ、各コンデンサＣＧが充電される。
【００５９】
加熱工程では、スイッチＳＷ１、ＳＷ２がともにオフ状態にされるとともに、配線基板５０１が加熱用ダクト２００側に撓まされて各コンデンサＣＧが加熱される。これにより、コンデンサＣＧの電気エネルギーが増幅され、コンデンサＣＧの端子間電圧が上昇する。電気エネルギー取出工程では、コンデンサＣＧが加熱された状態で、スイッチＳＷ１、ＳＷ２がそれぞれオン状態およびオフ状態にされる。これにより、各コンデンサＣＧからチップ型ヒューズ５１０を介して負荷Ｌに電流が流れ、各コンデンサＣＧが放電される。
【００６０】
図１０に示すように、充電工程において１個のチップ型コンデンサ５１１がショートした場合、電源配線５０２から対応のチップ型ヒューズ５１０、ショートしたチップ型コンデンサ５１１、および接地配線５０４，５０３の経路に大きな電流が流れる。
【００６１】
また、図１１に示すように、電気エネルギー取出工程において１個のチップ型コンデンサ５１１がショートした場合、充電された他のチップ型コンデンサ５１１から電源配線５０２、対応のチップ型ヒューズ５１０、ショートしたチップ型コンデンサ５１１の経路に大きな電流が流れる。なお、図１０および図１１では、上から２行目で左から２列目のチップ型コンデンサ５１１がショートした場合が示されている。
【００６２】
その結果、図１２に示すように、上から２行目のチップ型コンデンサ５１１が溶断され、上から２行目のコンデンサグループ（コンデンサＣＧ）が電源配線５０２から電気的に切り離される。このため、他のコンデンサグループは、次の充放電サイクルから、ショートしたチップ型コンデンサ５１１の影響を受けることなく、充放電される。
【００６３】
したがって、本実施の形態では、１つのチップ型コンデンサ５１１が故障してショートした場合でも、その経路に電流が集中して発電機能が停止することを防止することができる。また、発電を再開するために、ショートしたチップ型コンデンサ５１１を取り除く必要がないので、そのための人手は不要である。
【００６４】
なお、チップ型コンデンサ５１１がショート故障を起こした場合、上述のようにコンデンサグループの１つが機能を停止するため、発電量が低下する。そのため用途に応じた余裕を持った設計が必要となるが、本発明によりメンテナンスが容易になり、稼働率の低下を防止することができる。
【００６５】
なお、チップ型ヒューズ５１０を配線基板５０１に搭載する代わりに、ヒューズを配線基板５０１の配線によって形成してもよい。
【００６６】
図１３（ａ）〜（ｄ）は、この熱誘電発電装置の動作を示すタイムチャートである。特に、図１３（ａ）はチップ型コンデンサ５１１の側面の温度Ｔ（℃）を示し、同図（ｂ）はスイッチＳＷ２のオン／オフ動作を示し、同図（ｃ）はスイッチＳＷ１のオン／オフ動作を示し、同図（ｄ）は負荷Ｌの端子間電圧ＶＬ（Ｖ）を示している。この図１３（ａ）〜（ｄ）で明らかなように、充放電は必ずしも温度が安定してから行われるのではなく、温度変化の途中で行われることになる。温度変化とともにコンデンサの両端の電圧が変化し、その変化の途中で充電や放電が行われることになる。
【００６７】
図１３（ａ）に示すように、配線基板５０１の加熱と冷却は、約５秒間ずつ交互に行なった。また、高熱源体の温度ＴＨは１５０℃とし、低熱源体の温度ＴＬは１５℃とした。配線基板５０１を加熱用ダクト２００に接触させるとチップ型コンデンサ５１１の温度Ｔは約１３０℃に上昇し、配線基板５０１を冷却用ダクト３００に接触させるとチップ型コンデンサ５１１の温度Ｔは約３５℃に下降した。
【００６８】
また図１３（ｂ）（ｃ）に示すように、チップ型コンデンサ５１１の温度Ｔが低下した期間にスイッチＳＷ２をオンさせてチップ型コンデンサ５１１を充電し、チップ型コンデンサ５１１の温度Ｔが上昇した期間にスイッチＳＷ１をオンさせてチップ型コンデンサ５１１を放電させた。
【００６９】
また図１３（ｂ）〜（ｄ）に示すように、スイッチＳＷ２をオンさせてチップ型コンデンサ５１１を充電した後に加熱すると、チップ型コンデンサ５１１の電気エネルギーが増幅されてその端子間電圧が約１００Ｖに上昇する。その状態でスイッチＳＷ１をオンさせると、チップ型コンデンサ５１１に蓄えられた電気エネルギーが負荷Ｌに供給され、チップ型コンデンサ５１１の端子間電圧すなわち負荷Ｌの端子間電圧ＶＬ（Ｖ）が急激に下降する。
【００７０】
図１３（ａ）〜（ｄ）では、スイッチＳＷ１をオンさせてＭ×Ｎ個のチップ型コンデンサ５１１の電気エネルギーを負荷Ｌに供給しているときに（時刻ｔ０）、図１１で示したように、１つのチップ型コンデンサ５１１が故障してショートした場合が示されている。１つのチップ型コンデンサ５１１がショートすると、そのチップ型コンデンサ５１１によって負荷Ｌの端子間がショートされ、負荷Ｌの端子間電圧ＶＬが０Ｖになる。
【００７１】
また、図１１および図１２で示したように、ショートしたチップ型コンデンサ５１１に電流が集中してそのチップ型コンデンサ５１１に対応するチップ型ヒューズ５１０が溶断される。ショートしたチップ型コンデンサ５１１を含むグループのコンデンサＣＧが電源配線５０２から電気的に切り離される。これにより、他のグループのチップ型コンデンサ５１１は次の充放電サイクルから正常に動作し、発電が継続される。
【００７２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明でなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７３】
１  熱誘電発電装置、１００  発電部、１０１，５０１  配線基板、１０２，５１１  チップ型コンデンサ、１０３  熱抵抗低減シート、１１０  チャンバー、１１１ａ  第１壁部、１１１ｂ  第２壁部、１１２ａ〜１１２ｄ  側面、１１３  第１ノズル、１１４  第２ノズル、１２０ａ  第１空間、１２０ｂ  第２空間、２００  加熱用ダクト、２０１，３０１  給排気装置、３００  冷却用ダクト、４００  制御部、５０１  配線基板、５０２  電源配線、５０２ａ  電極、５０３，５０４  接地配線、５０５  配線、５１０  チップ型ヒューズ、ＢＴ  バッテリ、ＣＡ  コンデンサ、ＣＧ  コンデンサ、Ｌ  負荷、ＳＷ１，ＳＷ２  スイッチ。
【図１】
2013021686.tif 000003
【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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【手続補正書】
【提出日】平成26年1月10日(2014.1.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の端子、第２の端子、複数のヒューズ、および複数のコンデンサを備え、
前記複数のヒューズの一方端子はともに前記第１の端子に接続され、
前記複数のコンデンサの一方端子はそれぞれ前記複数のヒューズの他方端子に接続され、前記複数のコンデンサの他方端子はともに前記第２の端子に接続され、
前記複数のコンデンサの各々は、対応のヒューズの他方端子と前記第２の端子との間に並列接続された複数のチップ型コンデンサを含み、
さらに、前記複数のコンデンサを冷却する第１の工程と前記複数のコンデンサを加熱する第２の工程とを交互に行なう冷却／加熱部と、
前記第１および第２の端子に接続され、冷却された前記複数のコンデンサを充電し、加熱された前記複数のコンデンサを放電させる充放電部とを備える、熱誘電発電装置。
【請求項２】
さらに、前記第１の端子、前記第２の端子、前記複数のヒューズ、および前記複数のコンデンサを搭載したフレキシブル基板を備え、
前記複数のヒューズの各々はチップ型ヒューズであり、
前記チップ型ヒューズの厚さは前記チップ型コンデンサの厚さ以下である、請求項１に記載の熱誘電発電装置。
【請求項３】
前記冷却／加熱部は、
前記フレキシブル基板の一方側表面に対向して設けられ、第１の温度にされた冷却部材と、
前記フレキシブル基板の他方側表面に対向して設けられ、前記第１の温度よりも高い第２の温度にされた加熱部材と、
前記フレキシブル基板を前記冷却部材側に撓ませて前記複数のコンデンサを冷却し、前記フレキシブル基板を前記加熱部材側に撓ませて前記複数のコンデンサを加熱する駆動部とを含む、請求項２に記載の熱誘電発電装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
この発明に係る熱誘電発電装置は、第１の端子、第２の端子、複数のヒューズ、および複数のコンデンサを備えたものである。複数のヒューズの一方端子はともに第１の端子に接続され、複数のコンデンサの一方端子はそれぞれ複数のヒューズの他方端子に接続され、複数のコンデンサの他方端子はともに第２の端子に接続される。複数のコンデンサの各々は、対応のヒューズの他方端子と第２の端子との間に並列接続された複数のチップ型コンデンサを含む。この熱誘電発電装置は、さらに、複数のコンデンサを冷却する第１の工程と複数のコンデンサを加熱する第２の工程とを交互に行なう冷却／加熱部と、第１および第２の端子に接続され、冷却された複数のコンデンサを充電し、加熱された複数のコンデンサを放電させる充放電部とを備える。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【国際調査報告】
2013021686.tif 000018
2013021686.tif 000019