(57)【要約】【課題】第１デバイス全体の温度を均一にすることで、発電効率を向上させ、また、不均一な内部応力に起因する第１デバイスの破損を抑制することのできる発電システムを提供すること。【解決手段】発電システム１は、温度が経時的に上下する熱源２と、熱源２の熱エネルギーが熱媒体を介して伝達され、熱源２の温度変化により電気分極する第１デバイス３と、第１デバイス３から電力を取り出すための第２デバイス４と、第１デバイス３の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する熱伝導部材５とを備える。第１デバイス３は、熱媒体の伝達方向に沿って配置され、熱伝導部材５は、第１デバイス３よりも熱媒体の伝達方向上流側に配置され、第１デバイス３に接触する第１熱伝導部材６と、第１デバイス３よりも熱媒体の伝達方向下流側に配置され、第１デバイス３に接触する第２熱伝導部材７と、第１熱伝導部材６および第２熱伝導部材７を接続し、第１熱伝導部材６から第２熱伝導部材７に熱エネルギーを伝導する第３熱伝導部材８とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度が経時的に上下する熱源と、
前記熱源の熱エネルギーが熱媒体を介して伝達され、前記熱源の温度変化により電気分極する第１デバイスと、
前記第１デバイスから電力を取り出すための第２デバイスと、
前記第１デバイスの熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する熱伝導部材と
を備え、
前記第１デバイスは、前記熱媒体の伝達方向に沿って配置され、
前記熱伝導部材は、
前記第１デバイスよりも前記熱媒体の伝達方向上流側に配置され、前記第１デバイスに接触する第１熱伝導部材と、
前記第１デバイスよりも前記熱媒体の伝達方向下流側に配置され、前記第１デバイスに接触する第２熱伝導部材と、
前記第１熱伝導部材および前記第２熱伝導部材を接続し、前記第１熱伝導部材から前記第２熱伝導部材に熱エネルギーを伝導する第３熱伝導部材と
を備えることを特徴とする、発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車エンジンなどの内燃機関や、ボイラー、空調設備などの熱交換器、発電機、モータなどの電動機関、照明などの発光装置などの各種エネルギー利用装置では、例えば、排熱、光などとして、多くの熱エネルギーが放出および損失されている。
【０００３】
近年、省エネルギー化の観点から、放出される熱エネルギーを回収し、エネルギー源として再利用することが要求されている。
【０００４】
そのようなシステムとして、具体的には、例えば、温度が経時的に上下する熱源と、熱源の熱エネルギーが熱媒体を介して伝達され、その熱源の温度変化に応じて、ピエゾ効果、焦電効果、ゼーベック効果などにより電気分極する第１デバイス（誘電体など）と、第１デバイスから電力を取り出すため、第１デバイスを挟むように対向配置される第２デバイス（電極など）とを備える発電システムが提案されている。また、その発電システムを自動車などに積載すること、さらには、そのような場合に第１デバイスを自動車の排ガスが供給される排気管内に配置することが、提案されている。また、このような発電システムでは、複数の第１デバイスを、熱源による第１デバイスの温度分布に対応してグループ分けされるように、互いに電気的に接続し、グループ毎に電力を取り出すことも提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−０７０７６２公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、特許文献１の発電システムでは、第１デバイスは、熱媒体の伝達方向に沿って配置される。このような場合、第１デバイスの伝達方向上流側では、熱源からの熱媒体が、対向方向から、そのまま、第１デバイスに接触する一方、第１デバイスの伝達方向下流側では、伝達方向上流側から伝達方向下流側に流れ込んだ熱媒体が、第１デバイスに接触する。
【０００７】
そのため、第１デバイスにおいて、伝達方向上流側の温度が相対的に高く、伝達方向下流側の温度が相対的に低くなり、第１デバイス全体で温度が不均一となり、発電効率が低下するという不具合がある。
【０００８】
また、第１デバイスにおいて、温度が相対的に高い伝達方向上流側と、温度が相対的に低い伝達方向下流側とでは、熱膨張率が異なる。そのため、第１デバイスにおいて、内部応力が不均一となり、第１デバイスが破損する場合もある。
【０００９】
本発明は、第１デバイス全体の温度を均一にすることで、発電効率が向上させ、また、不均一な内部応力に起因する第１デバイスの破損を抑制することのできる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】
【００１０】
本発明［１］は、温度が経時的に上下する熱源と、前記熱源の熱エネルギーが熱媒体を介して伝達され、前記熱源の温度変化により電気分極する第１デバイスと、前記第１デバイスから電力を取り出すための第２デバイスと、前記第１デバイスの熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する熱伝導部材とを備え、前記第１デバイスは、前記熱媒体の伝達方向に沿って配置され、前記熱伝導部材は、前記第１デバイスよりも前記熱媒体の伝達方向上流側に配置され、前記第１デバイスに接触する第１熱伝導部材と、前記第１デバイスよりも前記熱媒体の伝達方向下流側に配置され、前記第１デバイスに接触する第２熱伝導部材と、前記第１熱伝導部材および前記第２熱伝導部材を接続し、前記第１熱伝導部材から前記第２熱伝導部材に熱エネルギーを伝導する第３熱伝導部材とを備える、発電システムである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の発電システムによれば、まず、熱媒体の伝達方向上流側に配置される第１熱伝導部材に、熱媒体が対向方向からそのまま接触することにより、熱媒体を介して伝達された熱エネルギーが、第１熱伝導部材に伝導され、第１熱伝導部材の温度が上昇する。そして、その熱エネルギーが、第３熱伝導部材を介して、熱媒体の伝達方向下流側に配置される第２熱伝導部材に伝導される。そのため、第２熱伝導部材は、伝達方向上流側から伝達方向下流側に流れ込んだ熱媒体による温度の上昇に加えて、第１熱伝導部材から第３熱伝導部材を介して熱伝導された熱エネルギーによっても温度が上昇する。
【００１２】
そして、第１デバイスには、第１熱伝導部材および第２熱伝導部材を介して、熱エネルギーが伝達され、第１デバイスの温度が上昇する。
【００１３】
そのため、第１デバイスにおいて、伝達方向上流側の温度と伝達方向下流側の温度との差を小さくすることができ、第１デバイス全体の温度を均一にすることができる。その結果、発電効率が向上する。
【００１４】
また、第１デバイス全体の温度が均一であるため、第１デバイスにおいて、伝達方向上流側の熱膨張率と伝達方向下流側の熱膨張率との差を小さくすることができ、第１デバイスにおいて、内部応力を均一にすることができる。その結果、第１デバイスの破損を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の発電システムの一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図２は、図１に示す発電システムの側面図である。
【図３】図３は、発電システムの変形例であって、発電システムが、複数の第１デバイスを備える発電システムの概略構成図である。
【図４】図４は、図３に示す発電システムの側面図である。
【図５】図５は、本発明の発電システムが車載された一実施形態を示す概略構成図である。
【図６】図６は、図５に示す発電システムの要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明の発電システムの一実施形態を示す概略構成図である。
【００１７】
図１において、紙面上下方向は、伝達方向であって、紙面上側が、伝達方向下流側、紙面下側が、伝達方向上流側である。図１において、紙面左右方向は、幅方向（伝達方向に直交する方向）であり、紙面左側が幅方向一方側、紙面右側が幅方向他方側である。図１において、紙厚方向は、伝達方向および幅方向に直交する厚み方向であり、紙面手前側が厚み方向一方側、紙面奥側が厚み方向他方側である。具体的には、各図の方向矢印に準拠する。
【００１８】
図１において、発電システム１は、温度が経時的に上下する熱源２と、熱源２の熱エネルギーが熱媒体を介して伝達され、熱源２の温度変化により電気分極する第１デバイス３と、第１デバイス３から電力を取り出すための第２デバイス４と、第１デバイス３の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有し、第１デバイス３に接触する熱伝導部材５とを備える。
【００１９】
熱源２としては、温度が経時的に上下する熱源であれば、特に制限されないが、例えば、内燃機関、発光装置などの各種エネルギー利用装置が挙げられる。
【００２０】
内燃機関は、例えば、車両などの動力を出力する装置であって、例えば、単気筒型または多気筒型が採用されるとともに、その各気筒において、多サイクル方式（例えば、２サイクル方式、４サイクル方式、６サイクル方式など）が採用される。
【００２１】
このような内燃機関では、各気筒において、ピストンの昇降運動が繰り返されており、これにより、例えば、４サイクル方式では、吸気工程、圧縮工程、爆発工程、排気工程などが順次実施され、燃料が燃焼され、動力が出力されている。
【００２２】
このような内燃機関において、排気工程では、高温の排ガスが排気され、その排ガスを熱媒体として熱エネルギーが伝達される。
【００２３】
一方、その他の工程（排気工程を除く工程）では、排気される排ガス量が低減されるため、内燃機関の温度は、排気工程に比べて、下降する。
【００２４】
このように、内燃機関の温度は、排気工程において上昇し、吸気工程、圧縮工程および爆発工程において下降し、つまり、経時的に上下する。
【００２５】
とりわけ、上記の各工程は、ピストンサイクルに応じて、周期的に順次繰り返されるため、内燃機関は、上記の各工程の繰り返しの周期に伴って、周期的に温度変化、より具体的には、高温状態と低温状態とが、周期的に繰り返される。
【００２６】
発光装置は、点灯（発光）時には、例えば、赤外線、可視光などの光を熱媒体として、その熱エネルギーにより温度上昇し、一方、消灯時には温度低下する。そのため、発光装置は、経時的に、点灯（発光）および消灯することにより、その温度が経時的に上下する。
【００２７】
とりわけ、例えば、発光装置が、経時的に照明の点灯および消灯が断続的に繰り返される発光装置（明滅（点滅）式の発光装置）である場合には、その発光装置は、点灯（発光）時における光の熱エネルギーにより、周期的に温度変化、より具体的には、高温状態と低温状態とが、周期的に繰り返される。
【００２８】
また、熱源２としては、さらに、例えば、複数の熱源を備え、それら複数の熱源間の切り替えにより、温度変化を生じることもできる。
【００２９】
より具体的には、例えば、熱源２として、低温熱源（冷却材など）と、その低温熱源より温度の高い高温熱源（例えば、加熱材など）との２つの熱源を用意し、経時的に、それら低温熱源および高温熱源を、交互に切り替えて用いる形態が挙げられる。
【００３０】
これにより、熱源としての温度を、経時的に上下させることができ、とりわけ、低温熱源および高温熱源の切り替えを周期的に繰り返すことにより、周期的に温度変化させることができる。
【００３１】
切り替え可能な複数の熱源を備える熱源２としては、特に制限されないが、例えば、燃焼用低温空気供給系、蓄熱式熱交換器、高温ガス排気系、および、供給／排気切替弁を備えた高温空気燃焼炉（例えば、再公表９６−５４７４号公報に記載される高温気体発生装置）、例えば、高温熱源、低温熱源および水素吸蔵合金を用いた海水交換装置（水素吸蔵合金アクチュエータ式海水交換装置）などが挙げられる。
【００３２】
これら熱源２としては、上記熱源を単独使用または２種類以上併用することができる。
【００３３】
熱源２として、好ましくは、経時により周期的に温度変化する熱源が挙げられる。
【００３４】
また、熱源２として、好ましくは、内燃機関が挙げられ、熱媒体として、好ましくは、排ガスが挙げられる。
【００３５】
第１デバイス３は、熱源２の熱エネルギーが熱媒体を介して伝達され、熱源２の温度変化により電気分極するデバイスである。
【００３６】
ここでいう電気分極とは、結晶の歪みにともなう正負イオンの変位により誘電分極し電位差が生じる現象、例えばピエゾ効果、および／または、温度変化により誘電率が変化し電位差が生じる現象、例えば焦電効果などのように、材料に起電力が発生する現象と定義する。
【００３７】
このような第１デバイス３として、より具体的には、例えば、ピエゾ効果により電気分極するデバイス、焦電効果により電気分極するデバイスなどが挙げられる。
【００３８】
ピエゾ効果は、応力または歪みが加えられたときに、その応力または歪みの大きさに応じて電気分極する効果（現象）である。
【００３９】
このようなピエゾ効果により電気分極する第１デバイス３としては、特に制限されず、公知のピエゾ素子（圧電素子）を用いることができる。
【００４０】
第１デバイス３としてピエゾ素子が用いられる場合には、ピエゾ素子は、例えば、その周囲が熱伝導部材５（後述）により固定され、体積膨張が抑制された状態において、配置される。
【００４１】
そして、このような場合には、ピエゾ素子は、排ガスの経時的な温度変化により、加熱または冷却され、これにより、膨張または収縮する。
【００４２】
このとき、ピエゾ素子は、熱伝導部材５（後述）により体積膨張が抑制されているため、ピエゾ素子は、熱伝導部材５（後述）に押圧され、ピエゾ効果（圧電効果）、または、キュリー点付近での相変態により、電気分極する。これにより、詳しくは後述するが、第２デバイス４を介して、ピエゾ素子から電力が取り出される。
【００４３】
また、このようなピエゾ素子は、通常、加熱状態または冷却状態が維持され、その温度が一定（すなわち、体積一定）になると、電気分極が中和され、その後、冷却または加熱されることにより、再度、電気分極する。
【００４４】
そのため、上記したように熱媒体が周期的に温度変化し、高温状態と低温状態とが周期的に繰り返される場合などには、ピエゾ素子が周期的に繰り返し加熱および冷却されるため、ピエゾ素子の電気分極およびその中和が、周期的に繰り返される。
【００４５】
その結果、後述する第２デバイス４により、電力が、周期的に変動する波形（例えば、交流、脈流など）として取り出される。
【００４６】
焦電効果は、例えば、絶縁体（誘電体）などを加熱および冷却する時に、その温度変化に応じて絶縁体が電気分極する効果（現象）であって、第１効果および第２効果を含んでいる。
【００４７】
第１効果は、絶縁体の加熱時および冷却時において、その温度変化により自発分極し、絶縁体の表面に、電荷を生じる効果とされている。
【００４８】
また、第２効果は、絶縁体の加熱時および冷却時において、その温度変化により結晶構造に圧力変形が生じ、結晶構造に加えられる応力または歪みにより、圧電分極を生じる効果（ピエゾ効果、圧電効果）とされている。
【００４９】
このような焦電効果により電気分極するデバイスとしては、特に制限されず、公知の焦電素子を用いることができる。
【００５０】
そして、焦電素子は、熱媒体の経時的な温度変化により、加熱または冷却され、その焦電効果（第１効果および第２効果を含む）により、電気分極する。これにより、詳しくは後述するが、第２デバイス４を介して、焦電素子から電力が取り出される。
【００５１】
また、このような焦電素子は、通常、加熱状態または冷却状態が維持され、その温度が一定になると、電気分極が中和され、その後、冷却または加熱されることにより、再度、電気分極する。
【００５２】
そのため、上記したように熱媒体が周期的に温度変化し、高温状態と低温状態とが周期的に繰り返される場合などには、焦電素子が周期的に繰り返し加熱および冷却されるため、焦電素子の電気分極およびその中和が、周期的に繰り返される。
【００５３】
その結果、後述する第２デバイス４により、電力が、周期的に変動する波形（例えば、交流、脈流など）として取り出される。
【００５４】
このような第１デバイス３として、具体的には、上記したように、公知の焦電素子（例えば、ＢａＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３、（ＣａＢｉ）ＴｉＯ３、ＢａＮｄ２Ｔｉ５Ｏ１４、ＢａＳｍ２Ｔｉ４Ｏ１２、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）など）、公知のピエゾ素子（例えば、水晶（ＳｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ロッシェル塩（酒石酸カリウム−ナトリウム）（ＫＮａＣ４Ｈ４Ｏ６）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、リチウムテトラボレート（Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７）、ランガサイト（Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、電気石（トルマリン）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）など）などを用いることができる。
【００５５】
これら第１デバイス３は、単独使用または２種類以上併用することができる。
【００５６】
第１デバイス３のキュリー点は、例えば、−７７℃以上、好ましくは、−１０℃以上であり、例えば、１３００℃以下、好ましくは、９００℃以下である。
【００５７】
また、第１デバイス３（絶縁体（誘電体））の比誘電率は、例えば、１以上、好ましくは、１００以上、より好ましくは、２０００以上である。
【００５８】
このような発電システム１では、第１デバイス３（絶縁体（誘電体））の比誘電率が高いほど、エネルギー変換効率が高く、高電圧で電力を取り出すことができるが、第１デバイス３の比誘電率が上記下限未満であれば、エネルギー変換効率が低く、得られる電力の電圧が低くなる場合がある。
【００５９】
なお、第１デバイス３（絶縁体（誘電体））は、熱源２の温度変化によって電気分極するが、その電気分極は、電子分極、イオン分極および配向分極のいずれでもよい。
【００６０】
例えば、配向分極によって分極が発現する材料（例えば、液晶材料など）では、その分子構造を変化させることにより、発電効率の向上を図ることができるものと期待されている。
【００６１】
また、第１デバイス３の形状は、特に制限されず、例えば、薄膜型（シート状）、バルク型（塊状）などが挙げられる。具体的には、平面視矩形状の立方体形状が挙げられる。
【００６２】
第１デバイス３の寸法は、適宜設定されており、第１デバイス３の形状が、平面視矩形状の立方体形状である場合には、具体的には、厚み（厚み方向長さ）が、例えば、１ｍｍ以上、好ましくは、３ｍｍ以上であり、また、例えば、３０ｍｍ以下、好ましくは、１０ｍｍである。第１デバイス３の伝達方向または幅方向における一辺の長さは、例えば、１ｍｍ以上、好ましくは、３ｍｍ以上であり、また、例えば、５０ｍｍ以下、好ましくは、３５ｍｍ以下である。
【００６３】
第１デバイス３の厚み（厚み方向長さ）、および、伝達方向または幅方向における一辺の長さが、上記上限以下であれば、熱伝導部材５（後述）から第１デバイス３全体に、熱を伝導できる。
【００６４】
第１デバイス３の厚み（厚み方向長さ）、および、伝達方向または幅方向における一辺の長さが、上記下限以上であれば、エネルギー変換効率が高く、得られる電力の電圧を高くできる。
【００６５】
また、このような第１デバイス３は、熱媒体の伝達方向に沿って配置されている。詳しくは、第１デバイス３は、熱媒体の伝達方向と第１デバイス３の厚み方向とが直交するように、配置され、また、熱源２に対向配置されている。
【００６６】
第２デバイス４は、第１デバイス３から電力を取り出すために設けられる。
【００６７】
このような第２デバイス４は、図１および図２に示すように、例えば、第１デバイス３を厚み方向に挟んで対向配置される２つの電極（例えば、銅電極、銀電極など）、例えば、それら電極に接続される導線（図示せず）などを備えており、第１デバイス３に電気的に接続されている。
【００６８】
熱伝導部材５は、熱媒体を介して伝達された熱エネルギーを第１デバイス３に伝導するために設けられ、第１デバイス３の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する。
【００６９】
熱伝導部材５の材料としては、第１デバイス３の熱伝導率よりも高ければ、特に制限はなく、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、白金、パラジウム、銅、チタン酸ジルコン酸鉛、鉄などの金属材料が挙げられる。
【００７０】
また、熱伝導部材５の熱伝導率は、第１デバイス３の熱伝導率よりも高く、具体的には、熱伝導部材５の熱伝導率は、例えば、１．５Ｗ／ｍＫ以上、好ましくは、１０Ｗ／ｍＫ以上、また、好ましくは、１００Ｗ／ｍＫ以下である。
【００７１】
熱伝導部材５は、第１デバイス３のサイズと同じサイズを有する開口部１２が区画される平面視矩形枠形状を有する。
【００７２】
熱伝導部材５は、詳しくは、第１デバイス３よりも熱媒体の伝達方向上流側に配置される第１熱伝導部材６と、第１熱伝導部材６と対向配置され、第１デバイス３よりも熱媒体の伝達方向下流側に配置される２熱伝導部材７と、第１熱伝導部材６および第２熱伝導部材７を接続し、第１熱伝導部材６から第２熱伝導部材７に熱エネルギーを伝導する１対の第３熱伝導部材８とを一体的に備える。
【００７３】
第１熱伝導部材６は、平板形状を有し、幅方向に沿って直線上に延び、第１デバイス３よりも熱媒体の伝達方向上流側において、第１デバイス３の上流側側面と接触するように、配置されている。詳しくは、第１熱伝導部材６は、熱源２に対向配置されており、熱媒体が対向方向（伝達方向上流側）からそのまま接触（曝露）可能とされている。
【００７４】
第２熱伝導部材７は、平板形状を有し、幅方向に沿って直線上に延び、第１熱伝導部材６と対向配置され、第１デバイス３よりも熱媒体の伝達方向下流側において、第１デバイス３の下流側側面と接触するように、配置されている。詳しくは、第２熱伝導部材７は、伝達方向上流側から伝達方向下流側に流れ込んだ熱媒体が接触（曝露）可能とされている。
【００７５】
１対の第３熱伝導部材８は、平板形状を有し、第１熱伝導部材６および第２熱伝導部材７を接続するように設けられている。詳しくは、１対の第３熱伝導部材８は、第１デバイス３を幅方向両側から挟むように配置され、伝達方向に沿って直線上に延び、第１熱伝導部材６の幅方向両端部と第２熱伝導部材７の幅方向両端部とに架設されている。これによって、１対の第３熱伝導部材８は、第１デバイス３の幅方向両側面に接触するように配置されている。
【００７６】
第１熱伝導部材６、第２熱伝導部材７および第３熱伝導部材８の厚み方向長さは、第１デバイス３の厚み方向長さよりも短く、図２に示すように、熱伝導部材５（第１熱伝導部材６、第２熱伝導部材７および第３熱伝導部材８）は、第１デバイス３の周側面において厚み方向中央部のみに接触し、第１デバイス３の周側面における厚み方向上側部および厚み方向下側部は、熱伝導部材５から露出している。
【００７７】
そのため、第１デバイス３の周側面における厚み方向上側部および厚み方向下側部と、熱伝導部材５の上面および下面とに跨るように、セラミック系接着剤などの公知の絶縁性接着剤からなる接着剤層９を設けて、第１デバイス３を熱伝導部材５に固定している。
【００７８】
詳しくは、図１が参照されるように、接着剤層９は、第１熱伝導部材６の幅方向両端部の上面および下面と、それらに対応する第１デバイス３の上流側側面の幅方向両端部における上側面および下側面とにわたって、それぞれ４ヶ所設けられている。
【００７９】
また、接着剤層９は、第２熱伝導部材７の幅方向両端部の上面および下面と、それらに対応する第１デバイス３の下流側側面の幅方向両端部における上側面および下側面とにわたって、それぞれ４ヶ所設けられている。
【００８０】
そして、図１に示す発電システム１は、第２デバイス４に設けられた導線と昇圧器１４とを電気的に接続することによって、昇圧器１４、交流／直流変換器（ＡＣ−ＤＣコンバーター）１５およびバッテリー１６に、順次、電気的に接続されている。
【００８１】
これにより、熱伝導部材５が第２デバイス４に接触することなく、熱伝導部材５に第１デバイス３が固定（接触）される。
【００８２】
このような発電システム１において、まず、熱媒体の伝達方向上流側に配置される第１熱伝導部材６に、熱源２からの熱媒体が対向方向からそのまま接触することにより、熱媒体を介して伝達された熱エネルギーが、第１熱伝導部材６に伝導され、第１熱伝導部材６の温度が上昇する。そして、その熱エネルギーが、第３熱伝導部材８を介して、熱媒体の伝達方向下流側に配置される第２熱伝導部材７に伝導される。そのため、第２熱伝導部材７は、伝達方向上流側から伝達方向下流側に流れ込んだ熱媒体による温度の上昇に加えて、第１熱伝導部材６から第３熱伝導部材８を介して熱伝導された熱エネルギーによっても温度が上昇する。
【００８３】
そして、第１デバイス３には、第１熱伝導部材６および第２熱伝導部材７を介して、熱エネルギーが伝導され、第１デバイス３の温度が上昇する。
【００８４】
そのため、第１デバイス３において、伝達方向上流側の温度と伝達方向下流側の温度との差を小さくすることができ、第１デバイス３全体の温度を均一にすることができる。その結果、発電効率が向上する。
【００８５】
また、第１デバイス３全体の温度が均一であるため、第１デバイス３において、伝達方向上流側の熱膨張率と伝達方向下流側の熱膨張率との差を小さくすることができ、第１デバイス３において、内部応力を均一にすることができる。その結果、第１デバイス３の破損を抑制できる。
【００８６】
とりわけ、この実施形態では、第１デバイス３の周側面（上流側側面、下流側側面、および、幅方向両側面）のすべてにわたって、熱伝導部材５（第１熱伝導部材６、第２熱伝導部材７、および、第３熱伝導部材８）が接触しているので、熱伝導部材５が第１デバイス３の周囲のすべての方向から、第１デバイス３に熱エネルギーを伝導するため、上記した効果をより一層得ることができる。
【００８７】
図１に示す発電システム１は、第１デバイス３を１つ備えるが、第１デバイス３の数は特に限定されず、複数でもよい。
【００８８】
詳しくは、図３に示すように、第１デバイス３は、熱媒体の伝達方向に沿って、間隔を隔てて複数、整列配置されるとともに、熱媒体の幅方向に沿って、間隔を隔てて複数、整列配置されている。
【００８９】
そして、各第１デバイス３には、上記と同様に、第２デバイス４が電気的に接続されている。
【００９０】
なお、各第１デバイス３に配置される第２デバイス４（電極）は、図示しない導線により、互いに連結されている。
【００９１】
また、熱伝導部材５は、平面視碁板目形状に形成されている。
【００９２】
この熱伝導部材５は、複数の横枠１０と、複数の縦枠１１とを備える。
【００９３】
複数の横枠１０のそれぞれは、幅方向に沿って、直線上に延び、複数の横枠１０は、伝達方向に間隔を隔てて複数、整列配置されている。
【００９４】
複数の縦枠１１のそれぞれは、伝達方向に沿って、直線上に延び、複数の縦枠１１は、幅方向に間隔を隔てて複数、整列配置されている。
【００９５】
また、複数の横枠１０と複数の縦枠１１とは、互いに直交するように、配置されている。これにより、熱伝導部材５は、碁板目形状に形成されている。
【００９６】
さらに、熱伝導部材５は、互いに隣接する２つの横枠１０と、その２つの横枠１０を架設するように、配置され、互いに隣接する２つの縦枠１１とによって区画される複数の開口部１２を備えている。
【００９７】
開口部１２は、伝達方向に沿って、間隔を隔てて複数、整列配置されるとともに、幅方向に沿って、間隔を隔てて複数、整列配置されている。
【００９８】
各開口部１２のサイズは、第１デバイス３のサイズと同じである。
【００９９】
そして、このような開口部１２には、第１デバイス３が配置されている。
【０１００】
上記したように、各開口部１２のサイズと第１デバイス３のサイズと同じであるため、第１デバイス３の周囲（四方）のすべては、熱伝導部材５に接触する。具体的には、第１デバイス３は、互いに隣接する２つの横枠１０に挟まれ、また、互いに隣接する２つの縦枠１１に挟まれるように、２つの横枠１０および２つの縦枠１１に接触している。
【０１０１】
また、図１に示す実施形態と同様に、第１デバイス３の周側面における厚み方向上側部および厚み方向下側部と横枠１０の上面および下面とに跨るように、接着剤層９（図４参照）を設けて、第１デバイス３を横枠１０に固定している。
【０１０２】
これにより、各開口部１２に配置された第１デバイス３と、各第１デバイス３に、電気的に接続された第２デバイス４と、各第１デバイス３に接触する熱伝導部材５とを備える第１デバイス集合体１３が、構成される。
【０１０３】
第１デバイス集合体１３においては、伝達方向最上流側に位置する横枠１０ａが、第１熱伝導部材に相当し、伝達方向最下流側に位置する横枠１０ｂが、第２熱伝導部材に相当し、縦枠１１が第３熱伝導部材に相当する。
【０１０４】
また、各第１デバイス３においては、例えば、任意の第１デバイス３ａに対して伝達方向直上流側に位置する横枠１０ａｘが、第１熱伝導部材に相当し、伝達方向直下流側に位置する横枠１０ａｙが、第２熱伝導部材に相当し、それらを架設するように配置され、互いに隣接する縦枠１１ａが第３熱伝導部材に相当する。
【０１０５】
また、任意の第１デバイス３ｂに対して伝達方向直上流側に位置する横枠１０ｂｘが、第１熱伝導部材に相当し、伝達方向直下流側に位置する横枠１０ｂｙが、第２熱伝導部材に相当し、それらを架設するように配置され、互いに隣接する縦枠１１ｂが第３熱伝導部材に相当する。
【０１０６】
この場合において、任意の第１デバイス３ａに対して、伝達方向直下流側に位置し、第２熱伝導部材に相当する横枠１０ａｙと、任意の第１デバイス３ｂに対して、伝達方向直上流側に位置し、第１熱伝導部材に相当する横枠１０ｂｘとは、同じ横枠１０が共用される。
【０１０７】
このような発電システム１において、伝達方向最上流側に位置する横枠１０ａに、熱媒体が対向方向からそのまま接触することにより、熱媒体を介して伝達された熱エネルギーが、横枠１０ａに伝導され、横枠１０ａの温度が上昇する。そして、その熱エネルギーが、複数の縦枠１１を介して、伝達方向最下流側に位置する横枠１０ｂまで伝導される。
【０１０８】
そのため、横枠１０ｂは、伝達方向上流側から伝達方向下流側に流れ込んだ熱媒体による温度の上昇に加えて、横枠１０ａから複数の縦枠１１を介して熱伝導された熱エネルギーによっても温度が上昇する。
【０１０９】
そして、横枠１０ａを介して、熱エネルギーが、伝達方向最上流側に位置する第１デバイス３に伝導されるとともに、横枠１０ｂを介して、熱エネルギーが、伝達方向最下流側に位置する第１デバイス３に伝導される。
【０１１０】
これにより、伝達方向最下流側に位置する第１デバイス３の温度と、伝達方向最上流側に位置する第１デバイス３の温度との差を小さくすることができ、第１デバイス集合体１３全体の温度を均一にすることができる。その結果、発電効率が向上する。
【０１１１】
一方、熱伝導部材５は、平面視碁板目形状に形成されているため、横枠１０ａに伝導された熱エネルギーは、複数の縦枠１１を介して、伝達方向下流側に伝導されるとともに、複数の横枠１０を介して、幅方向に伝達される。つまり、横枠１０ａに伝導された熱エネルギーは、複数の横枠１０および複数の縦枠１１を介して、熱伝導部材５全体に伝導され、その結果、熱伝導部材５全体の温度を均一にすることができる。
【０１１２】
そして、各第１デバイス３では、各第１デバイス３に対して、伝達方向直上流側に位置する横枠１０（第１熱伝導部材）、および、各第１デバイス３に対して、伝達方向直下流側に位置する横枠１０（第２熱伝導部材）を介して、横枠１０ａから縦枠１１を介して熱伝導された熱エネルギーが伝導され、第１デバイス３の温度が上昇する。
【０１１３】
そのため、各第１デバイス３において、伝達方向上流側の温度と伝達方向下流側の温度との差を小さくすることができ、各第１デバイス３全体の温度を均一にすることができる。その結果、発電効率が向上する。
【０１１４】
また、各第１デバイス３全体の温度が均一であるため、各第１デバイス３において、伝達方向上流側の熱膨張率と伝達方向下流側の熱膨張率との差を小さくすることができ、各第１デバイス３において、内部応力を均一にすることができる。その結果、各第１デバイス３の破損を抑制できる。
【０１１５】
また、熱伝導部材５全体の温度が均一であるため、各第１デバイス３同士の温度差を小さくすることができる。その結果、発電効率が向上する。
【０１１６】
とりわけ、この実施形態では、各第１デバイス３の周側面（上流側側面、下流側側面、および、幅方向両側面）のすべてにわたって、熱伝導部材５（互いに隣接する２つの横枠１０（第１熱伝導部材および第２熱伝導部材）、および、互いに隣接する２つの縦枠１１（第３熱伝導部材））が接触しているので、熱伝導部材５が各第１デバイス３の周囲のすべての方向から、各第１デバイス３に熱エネルギーを伝導するため、上記した効果をより一層得ることができる。
【０１１７】
そして、図３に示す発電システム１は、第２デバイス４に設けられた導線と昇圧器１４とを電気的に接続することによって、昇圧器１４、交流／直流変換器（ＡＣ−ＤＣコンバーター）１５およびバッテリー１６に、順次、電気的に接続されている。
【０１１８】
このような発電システム１により、発電するには、例えば、まず、熱源２の温度を経時的に上下、好ましくは、周期的に温度変化させ、熱媒体を介して伝達された熱エネルギーが、上記の熱伝導部材５から第１デバイス３に伝導されることにより、第１デバイス３を加熱および／または冷却する。
【０１１９】
そして、このような温度変化に応じて、上記した第１デバイス３を、好ましくは、周期的に電気分極させる。その後、第２デバイス４を介することにより、電力を、第１デバイス３の周期的な電気分極に応じて周期的に変動する波形（例えば、交流、脈流など）として、取り出す。
【０１２０】
このような熱電システム１において、熱源２の温度は、高温状態における温度が、例えば、５００〜１２００℃、好ましくは、７００〜９００℃であり、低温状態における温度が、上記の高温状態における温度未満、より具体的には、例えば、２００〜８００℃、好ましくは、２００〜５００℃であり、高温状態と低温状態との温度差が、例えば、１０〜６００℃、好ましくは、２０〜５００℃である。
【０１２１】
また、それら高温状態と低温状態との繰り返し周期は、例えば、１０〜４００サイクル／秒、好ましくは、３０〜１００サイクル／秒である。
【０１２２】
そして、このようにして発電システム１により取り出された電力を、第２デバイス４に接続される昇圧器１４において、周期的に変動する波形（例えば、交流、脈流など）の状態で昇圧する。昇圧器１４としては、交流電圧を、例えば、コイル、コンデンサなどを用いた簡易な構成により、優れた効率で昇圧できる昇圧器が、用いられる。
【０１２３】
次いで、昇圧器１４において昇圧された電力を、交流／直流変換器１５において直流電圧に変換した後、バッテリー１６に蓄電する。
【０１２４】
このような発電システム１によれば、温度が経時的に上下する熱源２を用いるため、変動する電圧（例えば、交流電圧）を取り出すことができ、その結果、一定電圧（直流電圧）として取り出す場合に比べて、簡易な構成により、優れた効率で昇圧して、蓄電することができる。
【０１２５】
また、熱源２が、周期的に温度変化する熱源であれば、電力を、周期的に変動する波形として取り出すことができ、その結果、簡易な構成により、より優れた効率で昇圧して、蓄電することができる。
【０１２６】
図５は、本発明の発電システムが車載された一実施形態を示す概略構成図、図６は、図５に示す発電システムの要部拡大図である。
【０１２７】
図５において、自動車１７は、エンジン２３、エキゾーストマニホールド２４、触媒搭載部１９、エキゾーストパイプ２０、マフラー２１および排出パイプ２２を備えている。
【０１２８】
エンジン２３は、多気筒（４気筒型）多サイクル（４サイクル）方式のエンジンであって、各気筒に、エキゾーストマニホールド２４の分岐管２５（後述）の上流側端部が接続されている。
【０１２９】
エキゾーストマニホールド２４は、エンジン２３の各気筒から排出される排ガスを収束するために設けられる排気多岐管であって、エンジン２３の各気筒に接続される複数（４つ）の分岐管２５（これらを区別する必要がある場合には、図５の上側から順に、分岐管２５ａ、分岐管２５ｂ、分岐管２５ｃおよび分岐管２５ｄと称する。）と、それら分岐管２５の下流側において、各分岐管２５を１つに統合する集気管２６とを備えている。
【０１３０】
また、各分岐管２５は、その流れ方向途中において、箱型空間２７を、それぞれ１つ備えている。箱型空間２７は、分岐管２５に連通するように介装される略直方体状の空間であって、その内側において、第１デバイス集合体１３（複数の第１デバイス３、図示しない第２デバイス４、および、熱伝導部材５）を備えている（図６参照）。
【０１３１】
このようなエキゾーストマニホールド２４では、分岐管２５の上流側端部が、それぞれ、エンジン２３の各気筒に接続されるとともに、分岐管２５の下流側端部と集気管２６の上流側端部とが接続されている。また、集気管２６の下流側端部は、触媒搭載部１９の上流側端部に接続されている。
【０１３２】
触媒搭載部１９は、例えば、触媒担体およびその担体上にコーティングされる触媒を備えており、エンジン２３から排出される排ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）などの有害成分を浄化するために、エキゾーストマニホールド２４の下流側端部に接続されている。
【０１３３】
エキゾーストパイプ２０は、触媒搭載部１９において浄化された排ガスをマフラー２１に案内するために設けられており、上流側端部が触媒搭載部１９に接続されるとともに、下流側端部がマフラー２１に接続されている。
【０１３４】
マフラー２１は、エンジン２３（とりわけ、爆発工程）において生じる騒音を、静音化すために設けられており、その上流側端部がエキゾーストパイプ２０の下流側端部に接続されている。また、マフラー２１の下流側端部は、排出パイプ２２の上流側端部に接続されている。
【０１３５】
排出パイプ２２は、エンジン２３から排出され、エキゾーストマニホールド２４、触媒搭載部１９、エキゾーストパイプ２０およびマフラー２１を順次通過し、浄化および静音化された排ガスを、外気に放出するために設けられており、その上流側端部がマフラー２１の下流側端部に接続されるとともに、その下流側端部が、外気に開放されている。
【０１３６】
そして、この自動車１７は、図５において点線で示すように、発電システム１を搭載している。
【０１３７】
発電システム１は、上記したように、エンジン２３（熱源２）、第１デバイス集合体１３（第１デバイス３、第２デバイス４、および、熱伝導部材５）（図３参照）を備えている。
【０１３８】
第１デバイス集合体１３は、箱型空間２７内において、排ガスの流れ方向に沿って、複数配置されている。詳しくは、複数の第１デバイス集合体１３は、流れ方向に直交する方向に沿って、間隔を隔てて複数、整列配置される。また、第１デバイス集合体１３は、流れ方向と第１デバイス集合体１３の厚み方向とが直交するように、配置され、必要により設けられる固定部材（図示せず）により、固定されている。
【０１３９】
これにより、第１デバイス集合体１３は、排ガスに接触（曝露）可能とされている。
【０１４０】
また、第２デバイス４に設けられた導線（図示せず）と昇圧器１４とを電気的に接続することによって、図５に示すように、発電システム１は、昇圧器１４、交流／直流変換器１５およびバッテリー１６に、順次、電気的に接続されている。
【０１４１】
そして、このような自動車１７では、エンジン２３の駆動により、各気筒において、ピストンの昇降運動が繰り返され、吸気工程、圧縮工程、爆発工程および排気工程が順次実施され、その温度が経時的に上下される。
【０１４２】
より具体的には、例えば、まず、分岐管２５ａに接続される気筒において、ピストンが昇降運動し、吸気工程、圧縮工程、爆発工程および排気工程が実施される。これにより、燃料が燃焼され、動力が出力されるとともに、高温の排気ガスが、分岐管２５ａの内部を排気工程において通過する。
【０１４３】
このとき、エンジン２３の熱エネルギーが、排気ガス（熱媒体）を介して伝達され、分岐管２５ａの内部温度は、排気工程において上昇し、その他の工程（吸気工程、圧縮工程、爆発工程）において下降するので、ピストンサイクルに応じて、経時的に上下し、高温状態と低温状態とが、周期的に繰り返される。
【０１４４】
また、分岐管２５ａに接続される気筒とはタイミングを異にして、分岐管２５ｃに接続される気筒、分岐管２５ｂに接続される気筒、および、分岐管２５ｄに接続される気筒の３つの気筒において、順次、ピストンが昇降運動し、吸気工程、圧縮工程、爆発工程および排気工程が実施される。
【０１４５】
具体的には、上記のピストンの昇降運動は、各気筒において、同一周期であり、かつ、位相が異なる。例えば、まず、分岐管２５ａに接続される気筒で爆発工程が実施され、次いで、分岐管２５ｃに接続される気筒で爆発工程が実施され、次いで、分岐管２５ｂに接続される気筒で爆発工程が実施され、その後、分岐管２５ｄに接続される気筒で爆発工程が実施される。
【０１４６】
これにより、燃料が燃焼され、動力が出力されるとともに、分岐管２５ａとは異なるタイミングにおいて、高温の排気ガスが、分岐管２５ｃ、分岐管２５ｂおよび分岐管２５ｄの内部を排気工程において通過する。
【０１４７】
このとき、エンジン２３の熱エネルギーが、排気ガス（熱媒体）を介して伝達され、分岐管２５ｃ、分岐管２５ｂおよび分岐管２５ｄの内部温度は、排気工程において上昇し、その他の工程（吸気工程、圧縮工程、爆発工程）において下降するので、ピストンサイクルに応じて、経時的に上下し、高温状態と低温状態とが、周期的に繰り返される。
【０１４８】
このようなピストンサイクルが繰り返されることにより、分岐管２５ａ、分岐管２５ｂ、分岐管２５ｃおよび分岐管２５ｄが、周期的に温度変化する。また、その温度変化は、分岐管２５ａ、分岐管２５ｂ、分岐管２５ｃおよび分岐管２５ｄのそれぞれにおいて、同一周期であり、かつ、位相が異なる。
【０１４９】
そして、この発電システム１では、上記したように、各分岐管２５の内部（箱型空間２７内）に、第１デバイス集合体１３が配置されている。
【０１５０】
そのため、エンジン２３（熱源２）から排出される排ガスが、分岐管２５内（箱型空間２７内）に導入されると、その箱型空間２７内において、第１デバイス集合体１３が排ガス（熱媒体）に接触（曝露）される。
【０１５１】
このとき、上記したように、複数の横枠１０と、複数の縦枠１１を介して、各第１デバイス３に熱エネルギーが均一に伝導する。
【０１５２】
そのため、各第１デバイス３において、流れ方向上流側の温度と流れ方向下流側の温度との差を小さくすることができ、各第１デバイス３全体に、エンジン２３の熱エネルギーを均一に伝導することができる。その結果、発電効率が向上する。
【０１５３】
また、各第１デバイス３全体の温度が均一であるため、各第１デバイス３において、流れ方向上流側の熱膨張率と流れ方向下流側の熱膨張率との差を小さくすることができ、各第１デバイス３において、内部応力を均一にすることができる。その結果、各第１デバイス３の破損を抑制できる。
【０１５４】
そして、これにより、各第１デバイス３を、周期的に高温状態または低温状態にすることができ、第１デバイス３を、その素子（例えば、ピエゾ素子、焦電素子など）に応じた効果（例えば、ピエゾ効果、焦電効果など）により、電気分極させることができる。
【０１５５】
上記実施形態では、図１に示すように、第１デバイス３は、熱媒体の伝達方向と第１デバイス３の厚み方向とが直交するように、配置されているが、これに限定されず、熱媒体の伝達方向と第１デバイス３の厚み方向とが直交しないように（例えば、熱媒体の伝達方向と第１デバイス３の厚み方向とが平行になるように）、配置してもよい（図示せず）。
【０１５６】
また、上記実施形態では、図６に示すように、箱型空間２７内に、第１デバイス集合体１３を複数、配置しているが、第１デバイス集合体１３の数は特に限定されず、１つでもよい（図示せず）。
【０１５７】
また、上記実施形態では、図６に示すように、第１デバイス集合体１３は、排ガスの流れ方向と第１デバイス集合体１３の厚み方向とが直交するように、配置されているが、これに限定されず、流れ方向と第１デバイス集合体１３の厚み方向とが直交しないように（例えば、流れ方向と第１デバイス集合体１３の厚み方向とが平行になるように）、配置してもよい（図示せず）。
【０１５８】
また、上記実施形態では、図１に示すように、１対の第３熱伝導部材８は、第１デバイス３を幅方向両側から挟むように配置されているが、第３熱伝導部材８は、１対でなくてよく、第１デバイス３の幅方向片側のみに配置してもよい（図示せず）。
【０１５９】
また、上記実施形態では、図２に示すように、熱伝導部材５（第１熱伝導部材６、第２熱伝導部材７および第３熱伝導部材８）は、第１デバイス３の周側面において厚み方向中央部のみに接触いているが、これに限定されず、熱伝導部材５が、第１デバイス３の周側面のすべてに接触してもよい（図示せず）。
【０１６０】
また、上記実施形態では、分岐管２５に設けられた箱型空間２７に、第１デバイス集合体１３が配置されているが、エキゾーストパイプ２０の流れ方向途中において、箱型空間（図示せず）を設け、この箱型空間（図示せず）内に、第１デバイス集合体１３を配置することもできる。このような場合には、自動車の運転状況に応じて、エキゾーストパイプ２０を通過する排ガスの温度が経時的に上下し、これにより、第１デバイス３を、電気分極させることができる。
【符号の説明】
【０１６１】
１      発電システム
２      熱源
３      第１デバイス
４      第２デバイス
５      熱伝導部材
６      第１熱伝導部材
７      第２熱伝導部材
８      第３熱伝導部材
【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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