(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め設定された電極間距離を隔てて互いに対向して配置されるエミッタ電極（２１）とコレクタ電極（２２）とを備え、前記エミッタ電極から放出される熱電子を前記コレクタ電極で捕獲することにより熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電子発電素子（１１）と、
前記エミッタ電極と前記コレクタ電極とを電気的に接続する配線（１２，１５）と、
前記配線を介して前記エミッタ電極と前記コレクタ電極との間で電流が流れる通電経路上に接続される負荷回路（１３，１６）と、
前記通電経路を連通するオン状態と、前記通電経路を遮断するオフ状態との何れかの状態に切り替わる切替回路（１４，１７）とを備え、
前記負荷回路は、抵抗（１３）と、前記コレクタ電極に正極が接続される電源（１６）とを含み、
前記配線は、前記抵抗が接続される前記通電経路を構成する第１配線（１２）と、前記電源が接続される前記通電経路を構成する第２配線（１５）とを備えるとともに、前記第１配線と前記第２配線とで互いに独立に通電可能となるように構成され、
前記切替回路（１４，１７）は、前記第１配線の前記通電経路と前記第２配線の前記通電経路とでそれぞれ独立に前記オン状態と前記オフ状態との何れかの状態に切り替わる
ことを特徴とする熱移動装置（２）。
【請求項２】
前記エミッタ電極と前記コレクタ電極の少なくとも一方は、半導体を材料として形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の熱移動装置。
【請求項３】
前記半導体は、ダイヤモンドである
ことを特徴とする請求項２に記載の熱移動装置。
【請求項４】
前記エミッタ電極を形成する前記半導体に添加されるドーパントの濃度は、前記コレクタ電極を形成する前記半導体に添加されるドーパントの濃度よりも高い
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の熱移動装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の熱移動装置と、
前記切替回路を制御する制御装置（４）とを備える
ことを特徴とする温度制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載の温度制御装置を備えることを特徴とする内燃機関（１００）。
【請求項７】
請求項５に記載の温度制御装置を備えることを特徴とする内燃機関排気システム（２００）。
【請求項８】
請求項５に記載の温度制御装置を備えることを特徴とする溶解炉（３００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電子発電素子を備えた熱移動装置、温度制御装置、内燃機関、内燃機関排気システムおよび溶解炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エミッタ電極から放出される熱電子を、エミッタ電極と対向するコレクタ電極で捕獲することにより、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電子発電素子が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３４９３９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１に記載の熱電子発電素子では、エミッタ電極から放出される熱電子の量が、エミッタ電極に接する熱源の温度に依存するため、この熱源の温度を制御することができない。
【０００５】
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、熱電子発電素子を用いて熱源の温度制御を可能とする技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するためになされた本発明の熱移動装置は、熱電子発電素子と、配線と、負荷回路と、切替回路とを備える。
熱電子発電素子は、予め設定された電極間距離を隔てて互いに対向して配置されるエミッタ電極とコレクタ電極とを備え、エミッタ電極から放出される熱電子をコレクタ電極で捕獲することにより熱エネルギーを電気エネルギーに変換する。
【０００７】
配線は、エミッタ電極とコレクタ電極とを電気的に接続する。負荷回路は、配線を介してエミッタ電極とコレクタ電極との間で電流が流れる通電経路上に接続される。切替回路は、通電経路を連通するオン状態と、通電経路を遮断するオフ状態との何れかの状態に切り替わる。
【０００８】
このように構成された本発明の熱移動装置は、切替回路がオフ状態に切り替わることにより、エミッタ電極からコレクタ電極への熱電子の移動を抑制し、エミッタ電極とコレクタ電極とを隔てる空間の真空度に応じた真空断熱を実現することができる。これにより、本発明の熱移動装置は、熱移動装置が熱を移動させる対象となる熱源を保温することができる。
【０００９】
一方、本発明の熱移動装置は、切替回路がオン状態に切り替わることにより、負荷回路の抵抗値または電圧に応じた量の熱電子をエミッタ電極からコレクタ電極へ移動させることができる。これにより、本発明の熱移動装置は、熱移動装置が熱を移動させる対象となる熱源から熱を放出させることができる。
【００１０】
このように本発明の熱移動装置は、切替回路がオン状態とオフ状態との何れかの状態に切り替わることにより、熱源からの熱の放出を制御することができ、熱源の温度制御を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態の温度制御装置１の概略構成を示す図である。
【図２】熱移動装置２の真空断熱状態を示す図である。
【図３】熱移動装置２の発電状態を示す図である。
【図４】第２実施形態の温度制御装置１の概略構成を示す図である。
【図５】熱移動装置２がヒートポンプとして動作している状態を示す図である。
【図６】第３実施形態の温度制御装置１の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１実施形態）
以下に本発明の第１実施形態を図面とともに説明する。
本実施形態の温度制御装置１は、図１に示すように、車両に搭載されたエンジン１００からの排気を車両の外部へ排出するエンジン排気システム２００に設置され、熱移動装置２と、温度センサ３と、制御部４とを備える。
【００１３】
エンジン排気システム２００は、エンジン１００から排出される排気の通路を構成する排気管（不図示）と、排気管の内部を通過する排気を触媒により浄化する浄化装置（不図示）とを備える。
【００１４】
熱移動装置２は、熱電子発電素子１１と、配線１２と、負荷抵抗１３と、スイッチ１４とを備える。
熱電子発電素子１１は、エミッタ電極２１、コレクタ電極２２、絶縁部材２３、エミッタ保持部材２４、コレクタ保持部材２５および絶縁部材２６を備える。
【００１５】
エミッタ電極２１は、熱電子を放出するための電極であり、本実施形態ではタングステンを材料として平板状に形成されている。
コレクタ電極２２は、エミッタ電極２１から放出される熱電子を捕獲するための電極であり、本実施形態ではタングステン（Ｗ）を材料として平板状に形成されている。そしてコレクタ電極２２は、予め設定された電極間距離ｄ１を隔ててエミッタ電極２１と対向するように配置される。
【００１６】
絶縁部材２３は、エミッタ電極２１とコレクタ電極２２とが上記電極間距離ｄ１を隔てて配置されている状態を保持するために、エミッタ電極２１とコレクタ電極２２との間に配置される。絶縁部材２３は、本実施形態では酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３) を材料として中空筒状に形成されている。そしてエミッタ電極２１が、筒状に形成されている絶縁部材２３における軸方向の一端側の開口部を塞ぐように配置されるとともに、コレクタ電極２２が絶縁部材２３における軸方向の他端側の開口部を塞ぐように配置される。これにより、エミッタ電極２１とコレクタ電極２２と絶縁部材２３とにより囲まれた中空部２７が密閉される。なお本実施形態では、中空部２７にセシウム（Ｃｓ）の気体が封入されている。
【００１７】
エミッタ保持部材２４は、エミッタ電極２１を保持するための部材であり、本実施形態ではクロム（Ｃｒ）を材料として平板状に形成されている。エミッタ保持部材２４は、エミッタ電極２１においてコレクタ電極２２と対向している面とは反対側の面でエミッタ電極２１と接合されることにより、エミッタ電極２１を保持する。
【００１８】
そしてエミッタ保持部材２４は、エミッタ保持部材２４においてエミッタ電極２１と接合されている面とは反対側の面で、エンジン排気システム２００の触媒より上流側における排気管の外周面に取り付けられる。
【００１９】
コレクタ保持部材２５は、コレクタ電極２２を保持するための部材であり、本実施形態では鉄（Ｆｅ）を材料として平板状に形成されている。コレクタ保持部材２５は、コレクタ電極２２においてエミッタ電極２１と対向している面とは反対側の面でコレクタ電極２２と接合されることにより、コレクタ電極２２を保持する。
【００２０】
絶縁部材２６は、エミッタ保持部材２４とコレクタ保持部材２５とが予め設定された部材間距離ｄ２を隔てて配置されている状態を保持するために、エミッタ保持部材２４とコレクタ保持部材２５との間に配置される。絶縁部材２６は、本実施形態では酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３) を材料として中空筒状に形成されている。そしてエミッタ保持部材２４が、筒状に形成されている絶縁部材２６における軸方向の一端側の開口部を塞ぐように配置されるとともに、コレクタ保持部材２５が絶縁部材２６における軸方向の他端側の開口部を塞ぐように配置される。これにより、エミッタ保持部材２４とコレクタ保持部材２５と絶縁部材２６とにより囲まれた中空部２８にエミッタ電極２１およびコレクタ電極２２が配置される。
【００２１】
配線１２は、エミッタ電極２１とコレクタ電極２２とを電気的に接続する。
負荷抵抗１３は、配線１２を介してエミッタ電極２１とコレクタ電極２２との間で電流が流れる通電経路上に配置され、一端がスイッチ１４を介してエミッタ電極２１に接続されるとともに、他端がコレクタ電極２２に接続される。
【００２２】
スイッチ１４は、配線１２を介してエミッタ電極２１とコレクタ電極２２との間で電流が流れる通電経路上に配置され、一端がエミッタ電極２１に接続されるとともに、他端が負荷抵抗１３に接続される。そしてスイッチ１４は、エミッタ電極２１と負荷抵抗１３との間の通電経路を連通するオン状態と、その通電経路を遮断するオフ状態との何れかの状態になるように駆動される。
【００２３】
温度センサ３は、エンジン排気システム２００の触媒の付近に取り付けられ、触媒の温度を検出する。
制御部４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ及びこれらの構成を接続するバスラインなどからなる周知のマイクロコンピュータを中心に構成され、ＲＯＭに記憶されたプログラムに基づいて各種処理を実行する。
【００２４】
そして制御部４は、温度センサ３による温度検出値に基づいて、スイッチ１４をオン状態にするかオフ状態にするかを決定し、この結果に基づいて、オン指示信号またはオフ指示信号をスイッチ１４へ出力する処理を実行する。
【００２５】
具体的には、制御部４は、温度センサ３による温度検出値に基づいて、触媒の温度が活性温度（例えば３００℃）未満であると判断した場合には、スイッチ１４をオフ状態にすると決定する。また制御部４は、温度センサ３による温度検出値に基づいて、触媒の温度が活性温度以上であると判断した場合には、スイッチ１４をオン状態にすると決定する。
【００２６】
スイッチ１４は、制御部４からオフ指示信号が入力すると、スイッチ１４をオフ状態にする。これにより、輻射でのみ熱がエミッタ電極２１からコレクタ電極２２へ伝導し（図２の矢印Ｈ１を参照）、熱移動装置２は真空断熱状態となる。
【００２７】
スイッチ１４は、制御部４からオン指示信号が入力すると、スイッチ１４をオン状態にする。これにより、エミッタ電極２１からコレクタ電極２２へ移動した熱電子により負荷抵抗１３に電流が流れ（図３の矢印Ｈ２と電流ｉ１を参照）、熱移動装置２は発電状態となる。なお、負荷抵抗１３の抵抗値により蒸発潜熱による熱量を制御することができる。具体的には、エミッタ電極２１とコレクタ電極２２とが短絡された状態で蒸発潜熱による熱量が最大となり、負荷抵抗１３の抵抗値が大きくなるほど蒸発潜熱による熱量が小さくなる。
【００２８】
このように構成された熱移動装置２は、熱電子発電素子１１と、配線１２と、負荷抵抗１３と、スイッチ１４とを備える。
熱電子発電素子１１は、電極間距離ｄ１を隔てて互いに対向して配置されるエミッタ電極２１とコレクタ電極２２とを備え、エミッタ電極２１から放出される熱電子をコレクタ電極２２で捕獲することにより熱エネルギーを電気エネルギーに変換する。
【００２９】
配線１２は、エミッタ電極２１とコレクタ電極２２とを電気的に接続する。負荷抵抗１３は、配線１２を介してエミッタ電極２１とコレクタ電極２２との間で電流が流れる通電経路上に接続される。スイッチ１４は、通電経路を連通するオン状態と、通電経路を遮断するオフ状態との何れかの状態に切り替わる。
【００３０】
このように熱移動装置２は、スイッチ１４がオフ状態に切り替わることにより、エミッタ電極２１からコレクタ電極２２への熱電子の移動を抑制し、エミッタ電極２１とコレクタ電極２２とを隔てる中空部２７の真空度に応じた真空断熱を実現することができる。これにより熱移動装置２は、エンジン排気システム２００の触媒を保温することができる。
【００３１】
一方、熱移動装置２は、スイッチ１４がオン状態に切り替わることにより、負荷抵抗１３の抵抗値に応じた量の熱電子をエミッタ電極２１からコレクタ電極２２へ移動させることができる。これにより熱移動装置２は、エンジン排気システム２００の触媒から熱を放出させることができる。そして、負荷抵抗１３に電流が流れることにより、発電が可能となる。
【００３２】
このように熱移動装置２は、スイッチ１４がオン状態とオフ状態との何れかの状態に切り替わることにより、エンジン排気システム２００の触媒からの熱の放出を制御することができ、エンジン排気システム２００の触媒の温度制御を可能とする。
【００３３】
以上説明した実施形態において、負荷抵抗１３は本発明における負荷回路、スイッチ１４は本発明における切替回路、制御部４は本発明における制御装置、エンジン排気システム２００は本発明における内燃機関排気システムである。
【００３４】
（第２実施形態）
以下に本発明の第２実施形態を図面とともに説明する。なお第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００３５】
本実施形態の温度制御装置１は、図４に示すように、車両に搭載されたエンジン１００に設置され、熱移動装置２と、温度センサ３と、制御部４とを備える。
熱移動装置２は、熱電子発電素子１１と、配線１２と、負荷抵抗１３と、スイッチ１４と、配線１５と、電源１６と、スイッチ１７とを備える。
【００３６】
熱電子発電素子１１のエミッタ保持部材２４は、車両が搭載するエンジンの燃焼室における外壁に取り付けられる。
配線１５は、エミッタ電極２１とコレクタ電極２２とを電気的に接続する。
【００３７】
電源１６は、配線１５を介してエミッタ電極２１とコレクタ電極２２との間で電流が流れる通電経路上に配置され、正極がコレクタ電極２２に接続されるとともに、負極がスイッチ１７を介してエミッタ電極２１に接続される。
【００３８】
スイッチ１７は、配線１５を介してエミッタ電極２１とコレクタ電極２２との間で電流が流れる通電経路上に配置され、一端がエミッタ電極２１に接続されるとともに、他端が電源１６の負極に接続される。そしてスイッチ１７は、エミッタ電極２１と電源１６との間の通電経路を連通するオン状態と、その通電経路を遮断するオフ状態との何れかの状態になるように駆動される。
【００３９】
温度センサ３は、上記の燃焼室における外壁に取り付けられ、エンジン外壁の温度を検出する。
制御部４は、温度センサ３による温度検出値に基づいて、スイッチ１４，１７をオン状態にするかオフ状態にするかを決定し、この結果に基づいて、オン指示信号またはオフ指示信号をスイッチ１４，１７へ出力する処理を実行する。
【００４０】
具体的には、制御部４は、温度センサ３による温度検出値に基づいて、エンジン外壁の温度を上昇させる必要があると判断した場合には、スイッチ１４，１７をオフ状態にすると決定する。これにより制御部４は、オフ指示信号をスイッチ１４へ出力するとともに、オフ指示信号をスイッチ１７へ出力する。
【００４１】
また制御部４は、温度センサ３による温度検出値に基づいて、エンジン外壁の温度を維持させるか下げる必要があると判断した場合には、スイッチ１４をオン状態にするとともにスイッチ１７をオフ状態にすると決定する。これにより制御部４は、オン指示信号をスイッチ１４へ出力するとともに、オフ指示信号をスイッチ１７へ出力する。
【００４２】
また制御部４は、温度センサ３による温度検出値に基づいて、エンジン外壁の温度を更に下げる必要があると判断した場合には、スイッチ１４をオフ状態にするとともにスイッチ１７をオン状態にすると決定する。これにより制御部４は、オフ指示信号をスイッチ１４へ出力するとともに、オン指示信号をスイッチ１７へ出力する。
【００４３】
スイッチ１４，１７はそれぞれ、制御部４からオフ指示信号が入力すると、スイッチ１４，１７をオフ状態にする。またスイッチ１４，１７はそれぞれ、制御部４からオン指示信号が入力すると、スイッチ１４，１７をオン状態にする。
【００４４】
制御部４がオフ指示信号をスイッチ１４，１７へ出力した場合には、輻射でのみ熱がエミッタ電極２１からコレクタ電極２２へ伝導し（図２を参照）、熱移動装置２は真空断熱状態となる。
【００４５】
制御部４がオン指示信号をスイッチ１４へ出力するとともにオフ指示信号をスイッチ１７へ出力した場合には、エミッタ電極２１からコレクタ電極２２へ移動した熱電子により負荷抵抗１３に電流が流れ（図３を参照）、熱移動装置２は発電状態となる。
【００４６】
制御部４がオフ指示信号をスイッチ１４へ出力するとともにオン指示信号をスイッチ１７へ出力した場合には、電源１６の電圧に応じた量の熱電子がエミッタ電極２１からコレクタ電極２２へ移動することにより電源１６に電流が流れる（図５の矢印Ｈ３と電流ｉ２を参照）。これにより、熱移動装置２はヒートポンプとして動作し、エンジン外壁を冷却する。なお、電源１６の電圧により蒸発潜熱による熱量を制御することが可能である。具体的には、蒸発潜熱による熱量は、電源１６の電圧が大きくなるほど大きくなり、電源１６の電圧が所定の飽和電圧以上になると飽和する。
【００４７】
このように構成された熱移動装置２は、熱電子発電素子１１と、配線１２と、負荷抵抗１３と、スイッチ１４と、配線１５と、電源１６と、スイッチ１７とを備える。
配線１２は、負荷抵抗１３が接続される通電経路を構成する。配線１５は、電源１６が接続される通電経路を構成する。そして、配線１２と配線１５は、互いに独立に通電可能となるように構成されている。
【００４８】
また、スイッチ１４とスイッチ１７は、配線１２の通電経路と配線１５の通電経路とでそれぞれ独立にオン状態とオフ状態との何れかの状態に切り替わる。
このように熱移動装置２は、スイッチ１４，１７がオフ状態に切り替わることにより、エミッタ電極２１からコレクタ電極２２への熱電子の移動を抑制し、エミッタ電極２１とコレクタ電極２２とを隔てる中空部２７の真空度に応じた真空断熱を実現することができる。これにより熱移動装置２は、エンジン１００の燃焼室を保温することができる。
【００４９】
一方、熱移動装置２は、スイッチ１４がオン状態に切り替わることにより、負荷抵抗１３の抵抗値に応じた量の熱電子をエミッタ電極２１からコレクタ電極２２へ移動させることができる。これにより熱移動装置２は、エンジン１００の燃焼室から熱を放出させることができる。そして、負荷抵抗１３に電流が流れることにより、発電が可能となる。
【００５０】
また熱移動装置２は、スイッチ１７がオン状態に切り替わることにより、電源１６の電圧に応じた量の熱電子をエミッタ電極２１からコレクタ電極２２へ移動させることができる。これにより熱移動装置２は、エンジン１００の燃焼室から熱を放出させることができる。
【００５１】
このように熱移動装置２は、スイッチ１４，１７がオン状態とオフ状態との何れかの状態に切り替わることにより、エンジン１００の燃焼室からの熱の放出を制御することができ、エンジン１００の燃焼室の温度制御を可能とする。
【００５２】
以上説明した実施形態において、負荷抵抗１３と電源１６は本発明における負荷回路、スイッチ１４，１７は本発明における切替回路、配線１２は本発明における第１配線、配線１５は本発明における第２配線、エンジン１００は本発明における内燃機関である。
【００５３】
（第３実施形態）
以下に本発明の第３実施形態を図面とともに説明する。なお第３実施形態では、第２実施形態と異なる部分を説明する。
【００５４】
本実施形態の温度制御装置１は、図６に示すように、溶解炉３００（例えば、金属溶解炉またはガラス溶解炉）に設置され、熱移動装置２と、温度センサ３と、制御部４とを備える。
【００５５】
熱移動装置２は、熱電子発電素子１１と、配線１２と、負荷抵抗１３と、スイッチ１４と、配線１５と、電源１６と、スイッチ１７とを備える。
熱電子発電素子１１のエミッタ保持部材２４は、溶解炉３００の外壁に取り付けられる。
【００５６】
温度センサ３は、溶解炉３００の外壁に取り付けられ、溶解炉３００の温度を検出する。
制御部４は、温度センサ３による温度検出値に基づいて、スイッチ１４，１７をオン状態にするかオフ状態にするかを決定し、この結果に基づいて、オン指示信号またはオフ指示信号をスイッチ１４，１７へ出力する処理を実行する。
【００５７】
具体的には、制御部４は、温度センサ３による温度検出値に基づいて、溶解炉３００を所定温度まで上昇させる必要があると判断した場合には、スイッチ１４，１７をオフ状態にすると決定する。これにより制御部４は、オフ指示信号をスイッチ１４へ出力するとともに、オフ指示信号をスイッチ１７へ出力する。
【００５８】
また制御部４は、溶解炉３００を所定温度に維持するために余剰の熱量があると判断した場合には、スイッチ１４をオン状態にするとともにスイッチ１７をオフ状態にすると決定する。これにより制御部４は、オン指示信号をスイッチ１４へ出力するとともに、オフ指示信号をスイッチ１７へ出力する。
【００５９】
また制御部４は、溶解炉３００を所定温度に維持する必要があると判断した場合には、スイッチ１４をオフ状態にするとともにスイッチ１７をオン状態にするか、スイッチ１４をオン状態にするとともにスイッチ１７をオフ状態にすると決定する。これにより制御部４は、オフ指示信号をスイッチ１４へ出力するとともにオン指示信号をスイッチ１７へ出力するか、オン指示信号をスイッチ１４へ出力するとともにオフ指示信号をスイッチ１７へ出力する。
【００６０】
スイッチ１４，１７はそれぞれ、制御部４からオフ指示信号が入力すると、スイッチ１４，１７をオフ状態にする。またスイッチ１４，１７はそれぞれ、制御部４からオン指示信号が入力すると、スイッチ１４，１７をオン状態にする。
【００６１】
制御部４がオフ指示信号をスイッチ１４，１７へ出力した場合には、輻射でのみ熱がエミッタ電極２１からコレクタ電極２２へ伝導し（図２を参照）、熱移動装置２は真空断熱状態となる。これにより、溶解炉３００からの熱が熱移動装置２を介して外部へ放出されるのを最低限に抑制することができる。
【００６２】
制御部４がオン指示信号をスイッチ１４へ出力するとともにオフ指示信号をスイッチ１７へ出力した場合には、エミッタ電極２１からコレクタ電極２２へ移動した熱電子により負荷抵抗１３に電流が流れ（図３を参照）、熱移動装置２は発電状態となる。これにより、溶解炉３００から放出される熱エネルギーを電気エネルギーに変換して再利用することができる。
【００６３】
制御部４がオフ指示信号をスイッチ１４へ出力するとともにオン指示信号をスイッチ１７へ出力した場合には、電源１６の電圧に応じた量の熱電子がエミッタ電極２１からコレクタ電極２２へ移動することにより電源１６に電流が流れる（図５の矢印Ｈ３と電流ｉ２を参照）。これにより、熱移動装置２はヒートポンプとして動作し、エンジン外壁を冷却することができる。なお、電源１６の電圧により蒸発潜熱による熱量を制御することが可能である。具体的には、蒸発潜熱による熱量は、電源１６の電圧が大きくなるほど大きくなり、電源１６の電圧が所定の飽和電圧以上になると飽和する。
【００６４】
このように熱移動装置２は、スイッチ１４，１７がオフ状態に切り替わることにより、エミッタ電極２１からコレクタ電極２２への熱電子の移動を抑制し、エミッタ電極２１とコレクタ電極２２とを隔てる中空部２７の真空度に応じた真空断熱を実現することができる。これにより熱移動装置２は、溶解炉３００を保温することができる。
【００６５】
一方、熱移動装置２は、スイッチ１４がオン状態に切り替わることにより、負荷抵抗１３の抵抗値に応じた量の熱電子をエミッタ電極２１からコレクタ電極２２へ移動させることができる。これにより熱移動装置２は、溶解炉３００から熱を放出させることができる。そして、負荷抵抗１３に電流が流れることにより、発電が可能となる。
【００６６】
また熱移動装置２は、スイッチ１７がオン状態に切り替わることにより、電源１６の電圧に応じた量の熱電子をエミッタ電極２１からコレクタ電極２２へ移動させることができる。これにより熱移動装置２は、溶解炉３００から熱を放出させることができる。
【００６７】
このように熱移動装置２は、スイッチ１４，１７がオン状態とオフ状態との何れかの状態に切り替わることにより、溶解炉３００からの熱の放出を制御することができ、溶解炉３００の温度制御を可能とする。
【００６８】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採ることができる。
例えば上記実施形態では、エミッタ電極２１とコレクタ電極２２がタングステン（Ｗ）を材料として形成されているものを示したが、これに限定されるものではない。
【００６９】
例えば、エミッタ電極２１とコレクタ電極２２の少なくとも一方は、半導体を材料として形成されているようにしてもよい。半導体に添加されるドーパントの濃度に応じて、エミッタ電極２１とコレクタ電極２２から放出される熱電子の量を調整することができるからである。
【００７０】
また、エミッタ電極２１とコレクタ電極２２が、燐（Ｐ）を添加したＮ型ダイヤモンドを材料として形成されるようにしてもよい。ダイヤモンドは負性電子親和力を持った材料であり、熱電子発電素子１１による発電効率を金属に比べて向上させることができる。また、ダイヤモンドに燐（Ｐ）を添加することにより、伝導帯より約０．６ｅＶ低い位置にドナー準位が形成される。
【００７１】
また、エミッタ電極２１を形成する半導体に添加されるドーパントの濃度は、コレクタ電極２２を形成する半導体に添加されるドーパントの濃度よりも高いようにしてもよい。例えば、エミッタ電極２１を形成するＮ型ダイヤモンドに添加される燐（Ｐ）の濃度が、コレクタ電極２２を形成するＮ型ダイヤモンドに添加される燐（Ｐ）の濃度よりも高くなるようにするとよい。そして、例えば、エミッタ電極２１の燐濃度を２×１０２０［／ｃｍ３］、コレクタ電極２２の燐濃度を２×１０１９［／ｃｍ３］とするとよい。これにより、エミッタ電極２１から放出される熱電子の数を、コレクタ電極２２から放出される熱電子の数よりも多くすることができ、熱電子発電素子１１による発電効率を向上させることができる。
【００７２】
また、エミッタ電極２１とコレクタ電極２２が、窒素（Ｎ）を添加したＮ型ダイヤモンドを材料として形成されるようにしてもよい。
また、エミッタ電極２１が、窒素（Ｎ）を添加したＮ型ダイヤモンドを材料として形成され、コレクタ電極２２が、燐（Ｐ）を添加したＮ型ダイヤモンドを材料として形成されるようにしてもよい。
【００７３】
また、エミッタ電極２１が、硫黄（Ｓ）を添加したＮ型ダイヤモンドを材料として形成され、コレクタ電極２２が、アンチモン（Ｓｂ）を添加したＮ型ダイヤモンドを材料として形成されるようにしてもよい。ダイヤモンドに硫黄原子を添加すると、伝導帯より約０．２ｅＶ低い位置にドナー準位が形成される。また、ダイヤモンドにアンチモン原子を添加すると、伝導帯より約０．４ｅＶ低い位置にドナー準位が形成される。
【００７４】
また、エミッタ電極２１が、窒化ホウ素（ＢＮ）、または、炭素原子を主にした非晶質構造を有する炭素膜であり、エミッタ電極２１の表面を水素原子で終端した構造とするようにしてもよい。窒化ホウ素（ＢＮ）と上記の炭素膜は、負性電子親和力を持った材料であり、発電効率を金属に比べて向上させることができる。さらに、水素原子で終端することにより、極めて安定した負性電子親和力が得られ、高効率の熱電子放出を長時間にわたって実現することが可能となる。
【００７５】
また上記第１実施形態では、負荷回路として負荷抵抗１３を用いたものを示したが、負荷抵抗１３の代わりに電源１６を用いるようにしてもよい。
また上記第１，２，３実施形態では、負荷抵抗１３の抵抗値が一定であるものを示した。しかし、負荷抵抗１３を例えば可変抵抗とすることにより、負荷抵抗１３の抵抗値を変更可能に構成し、負荷抵抗１３の抵抗値に応じて、エミッタ電極２１から放出される熱電子の量を制御するようにしてもよい。
【００７６】
また上記第２，３実施形態では、電源１６の電圧が一定であるものを示した。しかし、電源１６の電圧を変更可能に構成し、電源１６の電圧に応じて、エミッタ電極２１から放出される熱電子の量を制御するようにしてもよい。
【００７７】
また、上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加または置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。
【符号の説明】
【００７８】
１…温度制御装置、２…熱移動装置、４…制御部、１１…熱電子発電素子、１２…配線、１３…負荷抵抗、１４…スイッチ、１５…配線、１６…電源、１７…スイッチ、２１…エミッタ電極、２２…コレクタ電極、１００…エンジン、２００…エンジン排気システム、３００…溶解炉
【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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