(57)【要約】【課題】発電効率に優れ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の温度変化により温度が経時的に上下され電気分極する第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に電圧を印加する電圧印加装置９と第１デバイス３の温度変化を予測する温度予測プログラムＰと温度予測プログラムＰの予測に基づいて電圧印加装置９を制御するための制御ユニット１０とを備える。制御ユニット１０は温度予測プログラムＰによって予測される第１デバイス３の昇温開始時間において、第１デバイス３の電圧が所定値に達するように第１デバイス３が昇温を開始する前に電圧印加装置９を作動させて第１デバイス３に電圧を印加し電圧の印加時において時間に対して電圧が正の勾配を有するように第１デバイス３の昇圧速度を調整する。【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、
前記熱源の温度変化により温度が経時的に上下され、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デバイスに電圧を印加する電圧印加手段と、
前記第１デバイスの温度変化を予測する予測手段と、
前記予測手段の予測に基づいて前記電圧印加手段を制御するための制御手段と
を備え、
前記制御手段は、
前記予測手段によって予測される前記第１デバイスの昇温開始時間において、前記第１デバイスの電圧が所定値に達するように、
前記第１デバイスが昇温を開始する前に前記電圧印加手段を作動させて前記第１デバイスに電圧を印加し、かつ、
前記電圧の印加時において、時間に対して電圧が正の勾配を有するように、前記第１デバイスの昇圧速度を調整する
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、詳しくは、自動車などの車両に搭載される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、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おり、さらに、より効率的に発電するために、第１デバイスの温度変化を予測手段により予測し、その予測される温度変化に基づいて、第１デバイスに電圧を印加する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２０１５−１０４１７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、上記した発電システムでは、さらなる発電効率の向上が要求されている。
【０００７】
本発明は、発電効率に優れる発電システムである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明［１］は、温度が経時的に上下する熱源と、前記熱源の温度変化により温度が経時的に上下され、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デバイスに電圧を印加する電圧印加手段と、前記第１デバイスの温度変化を予測する予測手段と、前記予測手段の予測に基づいて前記電圧印加手段を制御するための制御手段とを備え、前記制御手段は、前記予測手段によって予測される前記第１デバイスの昇温開始時間において、前記第１デバイスの電圧が所定値に達するように、前記第１デバイスが昇温を開始する前に前記電圧印加手段を作動させて前記第１デバイスに電圧を印加し、かつ、前記電圧の印加時において、時間に対して電圧が正の勾配を有するように、前記第１デバイスの昇圧速度を調整する、発電システムを含んでいる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の発電システムでは、第１デバイスが昇温するタイミングで第１デバイスの電圧が所定値に達するように、第１デバイスが昇温を開始する前に電圧印加手段を作動させて第１デバイスに電圧を印加し、また、その電圧の印加時において、時間に対して電圧が正の勾配を有するように、第１デバイスの昇圧速度が調整されている。
【００１０】
そのため、本発明の発電システムは、発電効率に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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、第１デバイスの温度変化および電圧変化を示す模式グラフである。
【図３】図３は、実施例１〜２および比較例１〜２における発電量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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の温度変化により温度が経時的に上下され、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に電圧を印加する電圧印加手段としての電圧印加装置９と、その電圧印加装置９を作動および停止させるための制御ユニット１０とを備えている。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
このような内燃機関において、排気工程では、高温の排気ガスが、排気ガス管を介して排気され、その排気ガスを熱媒体として熱エネルギーが伝達され、排気ガス管の内部温度が上昇する。
【００１８】
一方、その他の工程（排気工程を除く工程）では、排気ガス管中の排気ガス量が低減されるため、排気ガス管の内部温度は、排気工程に比べて、下降する。
【００１９】
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。
【００２０】
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、内燃機関における各気筒の排気ガス管の内部は、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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
より具体的には、例えば、熱源として、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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
また、熱源２として、好ましくは、内燃機関が挙げられる。
【００３０】
第１デバイス３は、熱源２の温度変化に応じて電気分極するデバイスである。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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、その周囲が固定部材により固定され、熱源２に接触するか、または、熱源２の熱を伝達する熱媒体（上記した排気ガス、光など）に接触（曝露）されるように配置される。
【００３６】
固定部材としては、特に制限されず、例えば、後述する第２デバイス４（例えば、電極など）を用いることもできる。
【００３７】
そして、このような場合には、ピエゾ素子は、熱源２の経時的な温度変化により、（場合により熱媒体（上記した排気ガス、光など）を介して）加熱または冷却され、これにより、膨張または収縮する。
【００３８】
このとき、ピエゾ素子は、固定部材により体積膨張が抑制されているため、ピエゾ素子は、固定部材に押圧され、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。
【００３９】
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。
【００４０】
そのため、上記したように熱源２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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
第１デバイス３として焦電素子が用いられる場合には、焦電素子は、熱源２に接触するか、または、熱源２の熱を伝達する熱媒体（上記した排気ガス、光など）に接触（曝露）されるように配置される。
【００４７】
このような場合において、焦電素子は、熱源２の経時的な温度変化により、（場合により熱媒体（上記した排気ガス、光など）を介して）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。
【００４８】
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。
【００４９】
そのため、上記したように熱源２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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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）、Ｃａ３（ＶＯ４）２、Ｃａ３（ＶＯ４）２／Ｎｉ、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＮｂＯ３／Ｎｉ、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＴａＯ３／Ｎｉ、Ｌｉ（Ｎｂ０．４Ｔａ０．６）Ｏ３、Ｌｉ（Ｎｂ０．４Ｔａ０．６）Ｏ３／Ｎｉ、Ｃａ３｛（Ｎｂ，Ｔａ）Ｏ４｝２、Ｃａ３｛（Ｎｂ，Ｔａ）Ｏ４｝２／Ｎｉなどを用いることができる。
【００５３】
また、第１デバイス３としては、さらに、ＬａＮｂＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＫＮｂＯ３、ＭｇＮｂＯ３、ＣａＮｂＯ３、（Ｋ１／２Ｎａ１／２）ＮｂＯ３、（Ｋ１／２Ｎａ１／２）ＮｂＯ３／Ｎｉ、（Ｂｉ１／２Ｋ１／４Ｎａ１／４）ＮｂＯ３、（Ｓｒ１／１００（Ｋ１／２Ｎａ１／２）９９／１００）ＮｂＯ３、（Ｂａ１／１００（Ｋ１／２Ｎａ１／２）９９／１００）ＮｂＯ３、（Ｌｉ１／１０（Ｋ１／２Ｎａ１／２）９／１０）ＮｂＯ３、Ｓｒ２ＮａＮｂ５Ｏ１５、Ｓｒ１９／１０Ｃａ１／１０ＮａＮｂ５Ｏ１５、Ｓｒ１９／１０Ｃａ１／１０ＮａＮｂ５Ｏ１５／Ｎｉ、Ｂａ２ＮａＮｂＯ１５、Ｂａ２Ｎｂ２Ｏ６、Ｂａ２ＮａＮｂＯ１５／Ｎｉ、Ｂａ２Ｎｂ２Ｏ６／Ｎｉなどの誘電体や、例えば、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３、Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｔａ２／３）Ｏ３、Ｐｂ（Ｙｂ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３、Ｐｂ（Ｙｂ１／２Ｔａ１／２）Ｏ３、Ｐｂ（Ｉｎ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３、Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３、Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｔａ１／２）Ｏ３、ＰｂＴｉＯ３などのリラクサーペロブスカイト型結晶構造の誘電体などを用いることもできる。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
図１において、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。
【００６０】
第２デバイス４は、上記の第１デバイス３を挟んで対向配置される１対（２つ）の電極（例えば、銅電極、銀電極など）２２、および、それら電極２２に接続される取出導線２７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。
【００６１】
より具体的には、第２デバイス４の取出導線２７は、第１デバイス３から電力を取り出すための環状の電気回路（取出回路）を形成しており、この電気回路（環状の取出導線２７）中に、第１デバイス３と、その第１デバイス３を挟んで対向配置される１対（２つ）の電極２２と、その第１デバイス３から取り出された電力が供給されるバッテリー７とが介在されている。
【００６２】
また、取出導線２７におけるバッテリー７と電極２２との間、具体的には、第１デバイス３を挟む２点（２つの接続点Ａ）において、後述する印加導線２８の印加専用部分３２（後述）が接続されている。これにより、取出導線２７の一部（電極２２と接続点Ａとで区画される部分）が、印加導線２８（後述）として共用されている。
【００６３】
つまり、取出導線２７は、印加導線２８（後述）と共用され、詳しくは後述するように、電圧印加装置９からの電圧を第１デバイス３に印加するために用いられるとともに、第１デバイス３から電力を取り出すために用いられる共用部分２９と、印加導線２８（後述）と共用されない部分、すなわち、電圧印加装置９からの電圧を第１デバイス３に印加するためには用いられず、第１デバイス３から電力を取り出すために用いられる取出専用部分３０とを備えている。
【００６４】
共用部分２９は、取出導線２７と印加導線２８（後述）との接続点（２つの接続点Ａ）から、電極２２に至るまでの領域（具体的には、２つの接続点Ａと、それぞれの接続点Ａに近接する側の電極２２との間の領域）であって、その途中部分において、第１デバイス３および１対の電極２２が介在されている。
【００６５】
このような共用部分２９は、取出導線２７の一部であるとともに、印加導線２８（後述）の一部でもあり、そのため、第２デバイス４として電力を取り出すために用いられるとともに、電圧印加装置９（後述）として電圧を印加するためにも用いられる。
【００６６】
取出専用部分３０は、取出導線２７において共用部分２９を除く部分であって、バッテリー７が介在されている。
【００６７】
また、図示しないが、取出専用部分３０には、必要により、例えば、昇圧器、交流／直流変換器（ＡＣ−ＤＣコンバーター）などを介在させることもできる。
【００６８】
また、取出専用部分３０には、さらに、第１デバイス３から電力を取り出すための取出回路（取出導線２７）を開閉するためのスイッチ２３が備えられている。
【００６９】
スイッチ２３としては、特に制限されず、公知のスイッチ機構を採用することができる。また、スイッチ２３は、後述する制御ユニット１０に電気的に接続されており（図１破線参照）、その開閉が制御されている。
【００７０】
電圧印加装置９は、第１デバイス３に電圧を印加するため、第１デバイス３に直接または近接して設けられる。
【００７１】
電圧印加装置９は、上記の第１デバイス３に電圧を印加するための電圧印加電源３１、および、その電圧印加電源３１に接続される印加導線２８を備えている。
【００７２】
より具体的には、電圧印加装置９の印加導線２８は、上記共用部分２９を取出導線２７と共用して、環状の電気回路（印加回路）を形成しており、この電気回路（環状の印加導線２８）中に、第１デバイス３と、その第１デバイス３を挟んで対向配置される１対（２つ）の電極２２と、電圧印加電源３１とが介在されている。
【００７３】
つまり、電圧印加装置９の印加導線２８は、上記取出導線２７と共用される上記共用部分２９と、上記取出導線２７と共用されない印加専用部分３２とを備えている。
【００７４】
印加専用部分３２は、印加導線２８において共用部分２９を除く部分であって、その両端部が、それぞれ、取出導線２７の第１デバイス３に対する一方側の途中部分（一方側の接続点Ａ）と、他方側の途中部分（他方側の接続点Ａ）とに、電気的に接続されている。また、印加専用部分３２の途中部分には、電圧印加電源３１が介在されている。
【００７５】
これにより、電圧印加電源３１は、第２デバイス４の電極２２に電気的に接続されており、電極２２が、電圧印加装置９により電圧を印加するための電極として共用されている。
【００７６】
そのため、この発電システム１では、電圧印加電源３１から電圧を印加し、第２デバイス４の電極２２および取出導線２７を介して、第１デバイス３に電圧を印加することができる。
【００７７】
制御ユニット１０は、発電システム１における電気的な制御を実行するユニット（例えば、ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）であり、メモリ１３と、中央処理装置（ＣＰＵ）１４とを備えるマイクロコンピュータで構成されている。
【００７８】
メモリ１３は、ＲＯＭおよびＲＡＭを備えており、ＲＯＭに各種プログラムや固定データが格納されるとともに、ＲＡＭに一時的な入力データが格納される。
【００７９】
そして、メモリ１３のＲＯＭには、第１デバイス３の温度を予測する予測手段としての温度予測プログラムＰが格納されている。
【００８０】
温度予測プログラムＰは、熱源２の稼働状態や、第１デバイス３の温度の推移（履歴）などから、第１デバイス３の温度、および、温度変化の周期を予測するプログラムであり、予め測定されたデータに基づいて作成されている。
【００８１】
また、中央処理装置（ＣＰＵ）１４は、図示しないが、例えば、熱源２の出力計や、第１デバイス３の温度を測定する温度計（熱電対など）など、種々の検知装置に電気的に接続されており、各種データが入力可能とされている。これにより、メモリ１３のＲＡＭには、上記した熱源２の稼働状態や、第１デバイス３の温度の推移（履歴）などの、温度予測プログラムＰを処理するための一時的な数値が入力および格納される。
【００８２】
中央処理装置（ＣＰＵ）１４は、メモリ１３の温度予測プログラムＰに基づいて温度を予測演算し、その予測温度に基づいて電圧印加装置９を作動および停止させるための制御手段であって、破線で示すように、メモリ１３に電気的に接続されるとともに、電圧印加装置９に電気的に接続されている。
【００８３】
このような中央処理装置（ＣＰＵ）１４では、詳しくは後述するが、温度予測プログラムＰに従い、上記した検知装置（熱源２の出力計、第１デバイス３の温度計など）により検知される情報に基づいて、第１デバイス３の温度を予測可能としている。
【００８４】
また、中央処理装置（ＣＰＵ）１４は、温度予測プログラムＰにより予測される第１デバイス３の温度状態に基づいて、電圧印加装置９を作動および停止可能としている。
【００８５】
また、このような発電システム１は、さらに、整流手段としての整流器２１を備えることができる。
【００８６】
すなわち、この発電システム１では、図１に示されるように、第１デバイス３を含む環状の電気回路として、取出導線２７により形成される回路（取出回路）と、印加導線２８により形成される回路（印加回路）とが存在する。そのため、例えば、後述するように電圧印加装置９により電圧を印加しない状態（ＯＦＦ）である場合などには、第１デバイス３から生じた電力が、取出導線２７を介してバッテリー７に供給される一方、印加導線２８を介して電圧印加装置９の電圧印加電源３１にも供給される場合がある。
【００８７】
このような場合には、電圧印加電源３１に破損を生じる場合があるため、好ましくは、電圧印加電源３１を含む電気回路中に整流器２１を設け、第１デバイス３から取り出された電力が電圧印加電源３１に供給されることを規制する。
【００８８】
整流器２１は、環状の電気回路（印加回路）を形成する印加導線２８において、電圧印加電源３１と第１デバイス３との間に介在するように配置される。
【００８９】
このような整流器２１としては、例えば、公知のダイオードなどが用いられる。
【００９０】
整流器２１を備えることにより、第１デバイス３から生じた電力が電圧印加装置９の電圧印加電源３１に供給されることを規制することができ、電圧印加電源３１にダメージを生じることを抑制することができる。
【００９１】
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、その熱源２により、第１デバイス３を、加熱および／または冷却する。
【００９２】
このような発電システム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、２００〜１２００℃、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、１００〜８００℃、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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
また、このような発電システム１では、より効率的に発電するため、第１デバイス３の温度状態に応じて、第１デバイス３に電圧を印加する。
【００９６】
すなわち、この発電システム１では、上記した熱源２による加熱および／または冷却とともに、上記した温度予測プログラムＰにより、第１デバイス３の温度を予測し、その温度予測プログラムＰにより予測される第１デバイス３の温度に基づいて、中央処理装置（ＣＰＵ）１４の制御により、電圧印加装置９を作動および停止させる。
【００９７】
第１デバイス３の温度を予測する方法は、特に制限されず、例えば、特開２０１５−１０４１７７号公報に記載される温度予測プログラムなどが採用される。具体的には、熱源２の稼働状態や、第１デバイス３の温度の推移（履歴）などの各種情報が、図示しない検知装置により連続的に検知され、電気信号としてメモリ１３に入力される。そして、これらの各種情報に基づいて、公知の演算方法により、第１デバイス３の温度変化が温度予測プログラムＰに従って予測される。
【００９８】
第１デバイス３の温度変化の周期（１サイクルの加熱および冷却に所要する時間）は、例えば、０．０１秒以上、好ましくは、０．０２秒以上であり、例えば、４０秒以下、好ましくは、２０秒以下である。
【００９９】
そして、この発電システム１では、温度予測プログラムＰに従って予測される第１デバイス３の昇温開始時間において、第１デバイス３の電圧が所定値（後述）に達するように、第１デバイス３に電圧を印加する。
【０１００】
より具体的には、この発電システム１では、温度予測プログラムＰに従って、第１デバイス３が昇温することが予測されるときに、第１デバイス３が昇温を開始する点（図２の昇温開始点Ａ）よりも前から、中央処理装置（ＣＰＵ）１４によって電圧印加装置９を作動させ、印加導線２８（印加回路）を介して、第１デバイス３に電圧を印加する（図２の印加開始点Ｂ）。
【０１０１】
印加開始点Ｂから昇温開始点Ａまでの時間は、第１デバイス３の厚さや温度条件により異なるが、例えば、０．５秒以上、好ましくは、１秒以上であり、例えば、５秒以下、好ましくは、３秒以下である。
【０１０２】
また、印加される電圧（図２の目標電圧値Ｃ）は、例えば、１００Ｖ以上、好ましくは、３００Ｖ以上であり、例えば、１５００Ｖ以下、好ましくは、１０００Ｖ以下である。
【０１０３】
また、この発電システム１では、上記の電圧の印加時において、第１デバイス３の電圧の昇圧速度を調整する。具体的には、時間に対して電圧が正の勾配を有するように、第１デバイス３の昇圧速度を調整する。
【０１０４】
時間に対して電圧が正の勾配を有する状態は、電圧が瞬間的に上昇する状態（すなわち、時間に対する電圧の勾配が０である状態）ではなく、時間の経過に応じて所定の速度で電圧が上昇する状態を示す。
【０１０５】
電圧の上昇する速度（昇圧速度）は、特に制限されないが、例えば、１００Ｖ／ｓ以上、好ましくは、３００Ｖ／ｓ以上、より好ましくは、５００Ｖ／ｓ以上であり、例えば、１５００Ｖ／ｓ未満、好ましくは、１０００Ｖ／ｓ以下である。
【０１０６】
また、第１デバイス３の種類により異なるが、電圧が目標電圧値Ｃに到達するまでの時間（昇圧所要時間）が、０．２秒を超過し、好ましくは、０．５秒以上、例えば、１秒以下である。
【０１０７】
なお、電圧が目標電圧値Ｃに到達するまでの時間（昇圧所要時間）が０．２秒以下である場合、電圧が瞬間的に上昇した（すなわち、時間に対する電圧の勾配が０である）と見なす。
【０１０８】
このような昇圧速度となるように、かつ、第１デバイス３が昇温するタイミングにおいて第１デバイス３の電圧が上記した所定値となるように、第１デバイス３に電圧を印加することによって、第１デバイス３による発電効率の向上を図ることができる。
【０１０９】
また、この発電システム１では、好ましくは、第１デバイス３の電圧を、上記した所定値（図２の目標電圧値Ｃ）において維持する。
【０１１０】
より具体的には、この発電システム１では、第１デバイス３が昇温開始する前に、第１デバイス３の電圧を上記した所定値に到達させ、その後、第１デバイス３が昇温するまでの間、電圧印加装置９の作動を継続させる。
【０１１１】
これにより、第１デバイス３の電圧を上記した所定値において維持する。
【０１１２】
このような場合、第１デバイス３の電圧を維持する時間（電圧維持時間）は、特に制限されないが、例えば、０．５秒以上、好ましくは、１秒以上であり、例えば、１．８秒以下、好ましくは、１．５秒以下である。
【０１１３】
第１デバイス３が昇温するまでの間、第１デバイス３の電圧を維持することにより、発電効率の向上を図ることができる。
【０１１４】
そして、第１デバイス３が昇温開始すると、制御ユニット１０によって電圧印加装置９を停止させ、第１デバイス３に対する電圧の印加を停止する。
【０１１５】
なお、上記した電圧印加装置９の作動中は、スイッチ２３を開状態にして、取出導線２７（取出回路）を開状態とする。これにより、第１デバイス３とバッテリー７との接続を遮断する。
【０１１６】
そして、第１デバイス３が昇温すると、上記のように第１デバイスが電気分極し、電圧が上昇する。
【０１１７】
その後、この発電システム１では、第１デバイス３が降温状態であると予測されるタイミング（図２の降温開始点Ｄ）ときには、電圧の印加を停止した状態で、スイッチ２３を閉状態にして、取出導線２７（取出回路）を閉状態とする。
【０１１８】
これにより、取出導線２７（取出回路）を介して、第１デバイス３の電圧が、バッテリー７に取り出され、第１デバイス３の電圧が低下する。
【０１１９】
その後、再度、第１デバイス３が昇温すると予測されるときに、上記した処理を繰り返し、第１デバイス３に電圧を印加する。このように第１デバイス３に電圧を印加することにより、第１デバイス３の発電効率の向上を図ることができる。
【０１２０】
このような発電システム１では、第１デバイス３が昇温するタイミングにおいて第１デバイス３の電圧が所定値となるように、第１デバイス３に電圧を印加し、かつ、その電圧の印加時において、時間に対して電圧が正の勾配を有するように、第１デバイス３の昇圧速度が調整されている。
【０１２１】
そのため、上記の発電システム１は、発電効率に優れる。
【０１２２】
そして、このような発電システム１は、特に制限されないが、例えば、自動車などに搭載される。このような場合、第１デバイス３は、例えば、自動車のエキゾーストマニホールドにおける分岐管の内部または表面などに配置され、自動車のエンジンおよび排ガスが、熱源２として用いられる。
【０１２３】
そして、エンジンの燃焼サイクルに応じて排ガスの温度が経時的に上下され、第１デバイス３が加熱および／または冷却され、上記の発電システム１により発電される。
【０１２４】
なお、上記した説明では、第１デバイス３が昇温開始するときに、第１デバイス３に対する電圧の印加を停止しているが、例えば、第１デバイス３の昇温開始後も、電圧の印加を継続し、第１デバイス３の昇温途中や、第１デバイス３が降温開始するときに、第１デバイス３に対する電圧の印加を停止することもできる。
【０１２５】
また、上記した説明では、発電システム１は、バッテリー７を備えているが、第１デバイス３により生じた電力が蓄積または利用されるデバイスであれば、特に制限されず、バッテリー７に代替して、灯火装置などの電気負荷デバイスなどを備えることもできる。
【実施例】
【０１２６】
次に、本発明を、実施例および比較例に基づいて説明するが、本発明は、下記の実施例によって限定されるものではない。なお、「部」および「％」は、特に言及がない限り、質量基準である。また、以下の記載において用いられる配合割合（含有割合）、物性値、パラメータなどの具体的数値は、上記の「発明を実施するための形態」において記載されている、それらに対応する配合割合（含有割合）、物性値、パラメータなど該当記載の上限値（「以下」、「未満」として定義されている数値）または下限値（「以上」、「超過」として定義されている数値）に代替することができる。
【０１２７】
実施例１〜２および比較例１〜２
発電素子としてのピエゾ素子（第１デバイス、構造：ＰＺＴ、キュリー点（Ｔｃ）１６５℃、比誘電率：５５００、製番：Ｃ−９１、富士セラミックス製）を、厚み０．５ｍｍサイズに研削した。
【０１２８】
次いで、その表面および裏面に、銀スパッタを用いて銀イオンを約１０分間蒸着させ、銀電極（第２デバイス）を形成した。
【０１２９】
その後、貼着テープを用いて、２つの導線（リード線）の一方側を各銀電極上に貼着させるとともに、他方側をデジタルマルチメータに接続した。
【０１３０】
熱源としてヒートガンを用い、その噴射口を発電素子に向けるとともに、噴射口が発電素子から３ｃｍ離間するように、ヒートガンおよび発電素子を、それぞれ配置した。
【０１３１】
ヒートガンから熱風を噴き出し、経時的にヒートガンのＯＮ／ＯＦＦを切り替えることにより、ヒートガンおよび熱風の温度を経時的に上下させ、この温度変化により、発電素子の温度を経時的に上下させるとともに電気分極させ、電極および導線を介して、発電電圧（電力）を取り出した。
【０１３２】
なお、発電素子の温度を赤外線放射温度計により測定し、その温度が、１５０℃〜１９０
【０１３３】
℃となるように、熱風温度を調整した。また、加熱と放冷とは、加熱／放冷＝５ｓ／２０ｓ周期で切り替えた。
【０１３４】
そして、発電素子から取り出された電力の電圧変化を電圧計により観測した。発電電圧と温度変化との関係を、図３に示す。
【０１３５】
さらに、上記の加熱および放冷条件において、電圧印加装置（型番：ＭＯＤＥＬ６７７Ｂ、トレックジャパン社製）によって発電素子に３００Ｖの電圧を、種々の条件で印加した。
【０１３６】
電圧の印加条件を、下記表１に示す。
【０１３７】
【表１】
2019110686.tif 000003
【０１３８】
なお、比較例１〜２では、昇圧所要時間を０．２秒とし、電圧を瞬間的に上昇させた。すなわち、比較例１〜２では、時間に対する電圧の勾配を０とした。
【０１３９】
そして、上記の操作において発電素子に電圧を印加するための電力（インプット電力）と、発電素子から回収される電力（アウトプット電力）との差（正味電力）、すなわち、発電量を求めた。その結果を図３に示す。
【符号の説明】
【０１４０】
１      発電システム
２      熱源
３      第１デバイス
４      第２デバイス
７      バッテリー
９      電圧印加装置
１０    制御ユニット
２３    スイッチ
【図１】
2019110686.tif 000004
【図２】
2019110686.tif 000005
【図３】
2019110686.tif 000006