(57)【要約】【課題】低温度差による発電が可能で、モバイル・ユビキタスセンサー用電源として利用可能な小型熱発電装置を提供する。【解決手段】本発明の熱発電装置は、受熱部１０４と放熱部１０３との間を複数回往復する流路１０２に、気相及び液相の熱媒体を封入してなる自励振動ヒートパイプと、前記流路に配置され、前記熱媒体の相変化によって発生する圧力振動を電力に変換する圧電素子１００とを有する。自励振動ヒートパイプ内に発生した核沸騰による細管軸方向の振動エネルギーを電力に変換できるため、従来の自励振動ヒートパイプを用いた発電装置よりも小型・高効率の熱発電装置を提供できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受熱部と放熱部との間を複数回往復する流路に、気相及び液相の熱媒体を封入してなる自励振動ヒートパイプと、
前記流路に配置され、前記熱媒体の相変化によって発生する圧力振動を電力に変換する圧電素子と、
を有する熱発電装置。
【請求項２】
前記圧電素子により得られた前記電力を直流電流に整流する整流回路と、
前記整流回路により得られた前記直流電流を蓄える蓄電部と、
を有する請求項１に記載の熱発電装置。
【請求項３】
前記放熱部から前記受熱部に向かう前記流路の延長線上に、前記圧電素子が配置されている請求項１または２に記載の熱発電装置。
【請求項４】
前記受熱部から前記放熱部に向かう前記流路の延長線上に、前記圧電素子が配置されている請求項１〜３のいずれかに記載の熱発電装置。
【請求項５】
前記流路の延長線上であって前記流路の中心軸の延長線上に、前記圧電素子の中心が位置するように前記発電素子が配置されている請求項３または４に記載の熱発電装置。
【請求項６】
前記流路において、前記圧電素子が配置されている部分の径が、他の部分よりも小さい請求項１〜５のいずれかに記載の熱発電装置。
【請求項７】
前記受熱部または前記放熱部の少なくとも一方に、蓄熱材からなる蓄熱部を有する請求項１〜６のいずれかに記載の熱発電装置。
【請求項８】
前記受熱部と前記放熱部との間に、断熱材からなる断熱部を有する請求項１〜７のいずれかに記載の熱発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度差により発電する熱発電装置に関する。特に、センサーネットワークや、モバイル機器、ウェアラブル機器等に搭載される熱発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
メンテナンスフリーのユビキタスセンサーネットワークを構築するためには、環境に存在するエネルギーを利用した自己発電装置が必要である。環境に存在するエネルギーの中でも量が多く、利用できれば多大な効果が期待できるものとして、低温度差の熱源が挙げられる。
【０００３】
この低温度差熱源から発電が可能な装置として、自励振動ヒートパイプを用いた熱発電装置がある。自励振動ヒートパイプとは、細管（流路）が受熱部と放熱部の間で複数回往復するように、かつループ状になるように配置され、気相と液相の二相の作動流体（熱媒体）が封入されていることを特徴とするヒートパイプである。現在、主にＣＰＵの冷却装置として用いられている。また、自励振動ヒートパイプは、熱媒体の振動流によって熱媒体が輸送されるため、重力の影響を受け難く適用姿勢を選ばない。このためウェアラブル用途や宇宙用途にも利用可能である。
【０００４】
自励振動ヒートパイプの作動原理を、図を用いて説明する。
【０００５】
図１３は自励振動ヒートパイプの断面を示す模式図である。図１３に示すように、流路としての細管が受熱部９０１と放熱部９０２との間を複数回往復するように配置されている。細管内には作業流体としての熱媒体が封入されており、熱媒体は気相９０３と液相９０４とからなる。受熱部９０１に熱が加えられると、受熱部９０１では、細管内の熱媒体の液相９０４からの核沸騰により断続的な圧力振動が発生する。一方、放熱部９０２では、気相９０３の凝集が起こる。これらに伴い、核沸騰による気泡の急激な発生と瞬断（気泡の断熱膨張時の温度降下による）が起こり、圧力波が伝播する。この圧力波は細管内の全ての蒸気泡群に弾性的且つ間欠的圧縮作用を及ぼすことにより、作動流体の振動を促す。
【０００６】
また、同時に、気泡の発生と凝集による熱媒体の循環が起こる。この液相熱媒体の受放熱による顕熱輸送と、気相熱媒体による潜熱輸送の双方による効果によって、従来の毛細管力を用いたヒートパイプと比べて高い熱輸送能力を持っている。熱媒体の封入率が５０％以上のとき、輸送熱量の約８０％は顕熱輸送によって行われることが報告されている（非特許文献１，２）。
【０００７】
この自励振動ヒートパイプによって得られる振動や熱輸送能力を用いた熱発電装置が考案されている。自励振動ヒートパイプを用いた熱発電装置としては、熱電素子を組み合わせたもの（例えば、特許文献１参照）、磁性流体を組み合わせたもの（特許文献２参照）がある。特許文献１では、熱電素子の冷却面に自励振動ヒートパイプを配置し、熱電素子の熱勾配を維持することで高効率発電を行っている。特許文献２では、自励振動ヒートパイプ中に磁性流体を封入して磁界中に配置し、発生する振動を利用して鎖交磁束を変化させて発電を行っている。
【特許文献１】特開２００４−３５０３３５号公報
【特許文献２】特開２００２−０３４２３３号公報
【非特許文献１】S.Nishinoet.al.:12thInternational Heat Transfer Conference,4,477-482(2002)
【非特許文献２】永田真一ほか：第３８回日本伝熱シンポジウム講演論文集, 3,731-732
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来の構成では以下の問題点がある。
【０００９】
特許文献１の場合、装置の小型化を考えた時に熱電素子の体積減少よる発電効率の低下が起こる。また、自励振動ヒートパイプの小型化にともなって熱媒体の量も減少するため、熱輸送量の約８０％を占める液相による顕熱輸送が減少する。その結果、熱輸送量が減少するため、熱電発電に必要な温度勾配を維持できなくなる。したがって、これらの問題のため、特許文献１の装置を小型化する場合、発電効率は著しく減少してしまう。
【００１０】
特許文献２のように電磁流体を用いる場合においては、発生する電力が電磁流体の体積に依存しており、小型化による発電効率の減少が著しいという問題がある。また、導電性液体に、例えば金属ナトリウムを用いた場合、沸騰が発生する温度が５００℃から１０００℃であるため、低温度差熱源からの発電が難しい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記した従来の課題を解決するために、本発明の熱発電装置は、受熱部と放熱部との間を複数回往復する流路に、気相及び液相の熱媒体を封入してなる自励振動ヒートパイプと、前記流路に配置され、前記熱媒体の相変化によって発生する圧力振動を電力に変換する圧電素子とを有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の熱発電装置によれば、自励振動ヒートパイプ内に発生した核沸騰による圧力振動のエネルギーを電力に変換でき、従来の自励振動ヒートパイプを用いた発電装置よりも小型、高効率の熱発電装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の熱発電装置は、受熱部と放熱部との間を複数回往復する流路に、気相及び液相の熱媒体を封入してなる自励振動ヒートパイプと、前記流路に配置され、前記熱媒体の相変化によって発生する圧力振動を電力に変換する圧電素子とを有する。
【００１４】
本構成により、液相状態の熱媒体からの核沸騰によって発生する圧力振動を、流路に配置した圧電素子によって電力に変換できる。核沸騰によって発生する圧力振動は装置の小型化によっても効率が低下しないため、従来の自励振動ヒートパイプを用いた発電装置よりも装置の小型化が可能である。
【００１５】
また、本構成によれば、熱から核沸騰、核沸騰から圧電効果による電力へとエネルギーが変換されるので、エネルギー変換過程における損失を抑えることが可能である。その結果、小型化しても発電効率を維持することができる。
【００１６】
さらに、作動流体に低い沸点を持つ流体を用いた場合には、低温度環境での発電が可能となる。
【００１７】
また、上記構成において、前記圧電素子により得られた前記電力を直流電流に整流する整流回路と、前記整流回路により得られた前記直流電流を蓄える蓄電部と、を有することが好ましい。かかる構成により、圧電素子により得られた電力を効率良く取り出すことが可能となる。
【００１８】
また、上記構成において、前記放熱部から前記受熱部に向かう前記流路の延長線上に、前記圧電素子が配置されていることが好ましい。また、上記構成において、前記受熱部から前記放熱部に向かう前記流路の延長線上に、前記圧電素子が配置されていることが好ましい。また、上記構成において、前記流路の延長線上であって前記流路の中心軸の延長線上に、前記圧電素子の中心が位置するように前記発電素子が配置されていることが好ましい。これらの構成によれば、圧力振動が圧電素子に効率良く伝わるため、圧電素子のたわみ量が増加し、装置の発電効率を向上することが可能となる。
【００１９】
また、上記構成において、前記流路において、前記圧電素子が配置されている部分の径が、他の部分よりも小さいことが好ましい。かかる構成によれば、寸法が急激に小さくなった部位において圧力の上昇が発生する。この圧力上昇のもっとも大きい部位に圧電素子の中心を配置することで、圧電素子のひずみを増加させることができる。これにより、装置の発電効率を向上できる。
【００２０】
また、上記構成において、前記受熱部または前記放熱部の少なくとも一方に、蓄熱材からなる蓄熱部を有することが好ましい。また、上記構成において、前記受熱部と前記放熱部との間に、断熱材からなる断熱部を有することが好ましい。これらの構成によれば、装置の微小化によって困難になった温度勾配の維持を容易にすることが出来る。このため、小型化しても発電効率を維持することが出来る。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
図１（ａ）は、本実施の形態における熱発電装置の斜視図であり、図１（ｂ）は図１(ａ)のＡ−Ａ線における断面図である。以下、同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００２３】
図１（a）（b）において、１００は圧電素子、１０１は圧力発電部、１０１ａは振動板、１０２は流路、１０２ａは流路のターン部、１０３は放熱部、１０４は受熱部である。流路１０２内には作動流体としての熱媒体が、気相状態および液相状態で封入されている。１０５は、圧電素子１００のそれぞれに接続された整流回路、１０６は各整流回路に接続された蓄電部である。
【００２４】
図１（ｂ）において、受熱部１０４において熱媒体に熱が伝わり、熱媒体の気相と液相との界面で断続的な核沸騰が生じる。核沸騰の後、膨張した気泡は断熱膨張し温度降下を起こすため、膨張の瞬断が起こる。本実施の形態における熱発電装置はこの核沸騰と瞬断による圧力波と、これに付随して起こる間欠的圧縮作用による振動エネルギーとを圧電素子１００に伝えることによって発電を行う。流路１０２に沿った圧力振動の伝播方向に対して圧電素子１００を垂直に配置することにより、圧力を効率よく圧電素子に伝えることが出来る。このとき、圧電素子の曲げ中心が圧電素子の膜厚寸法の中心と一致すると、圧電膜の引張り部と圧縮部において逆位相の電界が発生し、電界が打ち消しあってしまう。このため、圧電素子１００に振動板１０１ａを結合させ、曲げ中心が圧電素子中にならないように設定することが望ましい。
【００２５】
圧電素子１００に伝えられた振動エネルギーは、圧電素子１００により電力に変換される。このとき、圧電素子１００からはそれぞれ位相の異なる交流電流が発生する。発生した交流電流は、それぞれの圧電素子１００に接続された整流回路１０５により整流され直流電流に変換される。整流回路１０５により得られた直流電流は、整流回路に接続された蓄電部１０６に電気エネルギーとして蓄えられる。蓄電部１０６としては、コンデンサや２次電池などを用いることができる。
【００２６】
（実施の形態２）
図２は、本実施の形態２における熱発電装置の断面図である。本実施形態では、圧力発電部１０１を放熱部１０３側にも設けたものである。このように圧力発電部を、放熱部１０３および受熱部１０４の双方に配置することにより、熱発電装置の単位体積あたりの発電量を増やすことが出来る。圧力発電部１０１の構成としては、実施の形態１と同様の構成を用いることができる。なお、圧力発電部を、放熱部側のみに設けた構成とすることも可能である。
【００２７】
（実施の形態３）
図３は、本実施の形態３における熱発電装置の断面図である。本実施形態では、受熱部１０４に蓄熱材からなる蓄熱部３０１を取付けている。このような構成により、熱勾配の維持時間を伸ばすことができ、不安定な温度入力に対しても安定に動作させることが可能となる。
【００２８】
（実施の形態４）
図４は、本実施の形態４における熱発電装置の断面図である。本実施形態では、受熱部１０４と放熱部１０３との間に、断熱材からなる断熱部４０１を配置することで、熱勾配の維持時間を伸ばすことができ、不安定な温度入力に対しても安定に動作させることが可能となる。
【００２９】
（実施の形態５）
図５は、本実施の形態５における熱発電装置の断面図である。本実施形態では、放熱部１０３から受熱部１０４に向かう流路の延長上であって、流路の中心軸５０２の延長線上に圧電素子１００の中心がくるように構成している。この構成により、熱媒体の核沸騰により発生した圧力が圧電素子１００の中心に効率的に伝わるようになる。その結果、圧電素子１００のたわみ量が増し発電量を増加させることができる。
【００３０】
（実施の形態６）
図６は、本実施の形態６における熱発電装置の断面図である。本実施形態では、圧力発電部１０１を配置した部分の流路の径６０１を、流路の他の部位よりも小さくさせている。この構成により、流路の径が急激に小さくなった部分で圧力が高まり、圧力発生部の圧電素子１００に大きな圧力が伝わる。これにより発電量を大きくすることができる。なお、流路の径を小さくした箇所を圧電素子１００の中心位置に合わせることにより、より発電量を大きくすることが可能となる。
【００３１】
（実施例１）
本実施例における熱発電装置は、スパッタリングによる薄膜形成とフォトリソグラフィ、エッチング、陽極接合を用いて作製する。
【００３２】
図７に本実施例の熱発電装置の製造プロセスを示す。図７〜図９は発電部分のプロセスフローであり、図１０は流路部分のプロセスフローである。図７〜図１０は基板中心部の断面図と基盤上面図によって表現している。図１１は発電部分と流路部分の組み立て図である。図７（ａ１）において７０１ａはシリコン基板、７０１ｂは下部Ｐｔ電極、７０１ｃはＰＺＴ圧電膜である。図７（ａ２）において７０１ｄは犠牲層Ａであり、図７（ａ４）に示す７０１ｅは犠牲層Ｂである。図７（ａ６）における７０１ｆは絶縁層であり、図８（ａ７）に示す７０１ｇは上部Ｐｔ電極である。図８（ａ８）の７０１ｈは犠牲層Ｃ、図８（ａ１０）の７０１ｉは保護層、図８（ａ１１）の７０１ｊは整流回路、７０１ｋは蓄電装置である。図８（ａ１２）に示す７０１ｌは犠牲層Ｄである。図１０（ｂ）の７０２ａはシリコン基板であり、７０２ｂは熱媒体注入口であり、７０２ｃは犠牲層Ｅである。図１１（ｃ１）の７０３ａは発電部加工基板であり、７０３ｂは流路加工基板、７０３ｃはガラス基板である。
【００３３】
まず、発電部分の製造方法について説明する。図７（ａ１）に示すように、まず厚さを２００μｍ厚に加工したシリコン基板７０１ａ上に、スパッタリングによって下部白金Ｐｔ電極７０１ｂと、１μｍ厚のＰＺＴ圧電膜７０１ｃを形成する。
【００３４】
次に図７（ａ２）ではＰＺＴ圧電膜７０１ｃ上に犠牲層Ａ７０１ｄを塗布し、リソグラフィにより、犠牲層Ａ７０１ｄを図に示すパターンに加工する。その後、この犠牲層Ａ７０１ｄを用いてエッチングすることにより、ＰＺＴ圧電膜７０１ｃを同じパターンに加工し、犠牲層Ａ７０１ｄを除去する（図７（ａ３））。次の工程では、図７（ａ４）のようなパターンに犠牲層Ｂ７０１ｅをリソグラフィにて加工し、その後エッチングにより下部Ｐｔ電極７０１ｂを加工する。その後、犠牲層Ｂ７０１ｅの剥離を行うことにより、図７（ａ５）のように下部電極７０１ｂをＰＺＴ圧電膜７０１ａの側方より露出させる。
【００３５】
次にＰＺＴ圧電膜の両面の電極を絶縁するための絶縁層７０１ｆ（レジスト）を図７（ａ６）のようにパターンニングする。
【００３６】
次に図８（ａ７）に示すように、上部Ｐｔ電極７０１ｇをスパッタによって膜付けする。次に上部Ｐｔ電極７０１ｇ上に犠牲層Ｃ７０１ｈをリソグラフィによってパターンニングし（図８（ａ８））、エッチングと犠牲層Ｃ７０１ｈの剥離を行うことで図８（ａ８）に示すパターンと反転した形状に上部Ｐｔ電極を加工することができる（図８（ａ９））。ここで、図８（ａ９）に示すように、下部Ｐｔ電極７０１ｂを基板表面に露出させることでＰＺＴ圧電膜７０１ｃより発生する電力を取り出すことができるようにしている。
【００３７】
以上のようにして、形成した配線上にリソグラフィにより保護層７０１ｉを形成し、配線が必要な箇所以外は表面に露出させないようにし（図８（ａ１０））、露出した配線上に整流回路７０１ｊ及び蓄電装置７０１ｋを実装する。今回はチップ上の整流回路７０１ｊを使用するが、シリコン基板を露出する構造にして基板上に整流回路を作成しても良い。各発電素子にて発生した電力は、それぞれ位相の異なる交流電流であるため、お互いの電流を打ち消しあってしまう。このため、それぞれの素子に整流回路７０１ｊを設置し、直流電流にしてからコンデンサなどの蓄電装置７０１ｋに電力を蓄える構成を採用する。
【００３８】
次に図８（ａ１２）に示すように、シリコン基板７０１ａ側に犠牲層Ｄ７０１ｌを図に示したパターンに加工する。その後ドライエッチングによって犠牲層Ｄ７０１ｌと逆パターンに流路を形成する（図９（ａ１３））。
【００３９】
以上の工程によって発電部を作成する（図９（ａ１４））。
【００４０】
次に、別のシリコン基板７０２ａ上に流路を加工する。まず図１０（ｂ１）に示すように、基板と水平方向にリソグラフィとドライエッチングにより、流路を形成する。このとき、熱媒体注入口７０２ｂを基板上に形成しておく。次に図１０（ｂ２）に示すようなパターンをリソグラフィによって加工し、図１０（ｂ３）のようにドライエッチングによって基板を貫通する。犠牲層Ｅ７０２ｃを取り除いた状態が図１０（ｂ４）である。この図における破線は基板裏面の流路の輪郭線を現している。
【００４１】
以上のようにして作成した発電部加工基板７０３ａと流路加工基板７０３ｂとガラス基板７０３ｃを、図１１（ｃ１）のように接合することで流路を形成することができる。また、本実施例では、３つの基板のうち、パイレックス（登録商標）ガラス基板に熱媒体の封入用の流路を作製し、封止用チューブ（図示せず）を接続する。この封止用チューブに真空ポンプを接続し、流路内を真空とした後に、水を熱媒体として封入する。熱媒体の封入後、熱媒体封入用の流路を紫外線硬化樹脂で満たし、ガラス側から紫外線を照射して封止する。
【００４２】
以上のような製造プロセスにより、数十〜数百μｍの径の流路が得られると共に、基板厚さ方向に蛇行させ、かつ流路同士を高密度に集積させることが可能となる。流路の細径化により、熱媒体の単位体積あたりの管壁面積が増大するため、熱抵抗が減少する。したがって、熱から自励振動へのエネルギー変換が容易になり、エネルギー変換過程における損失が減少する。
【００４３】
本実施例では、流路の径が２００μｍ、圧力発電部における流路の長さが６００μｍ、基板と垂直な方向の流路の長さが１０００μｍである。また、隣り合う流路の間隔は２００μｍ、ＰＺＴ圧電膜の膜厚は１μｍ、振動板の膜厚は１０μｍである。熱発電装置全体の大きさは、６ｍｍ×６ｍｍ、厚さ２ｍｍであり、その中に圧力発電部を７２個配置している。
【００４４】
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施例では流路をＺ方向とＸ−Ｙ方向に蛇行して配置している。この構成により、従来のヒートパイプにおけるボトムヒートモード、トップヒートモードに加え、これらの方向と直行する方向からの温度勾配からでもヒートパイプの駆動が可能となる。
【００４５】
なお、本実施例では、ループ型流路において必須である逆支弁の加工が困難であること、熱媒体の封止が容易であるという観点から非ループ型流路形状に加工しているが、ループ型の流路形状であっても同様に圧力振動を用いて発電することができる。
【００４６】
本実施例の熱発電装置では、放熱部の作動体温度が３８℃、受熱部作動流体温度が５２℃のとき５ｋＰａの圧力差が発生し、２４Ｖ程度の電位が各圧電素子に発生する。圧電素子一つあたり最大で約４１ｎＷの発電量となり、装置全体では約３μＷの発電量が得られる。
【００４７】
（実施例２）
図２は、本実施例における熱発電装置の断面図である。実施例１との違いは、受熱部側に加え、放熱部側にも圧力発電部を設けている点である。かかる構成によれば、装置の単位体積あたりの圧電素子の面積を増やせるため発生電力が増加する。
【００４８】
本実施例の熱発電装置は、実施例１と同様の製造プロセスを用いて、圧電素子を加工したシリコン基板を、流路を形成したシリコン基板の両面に配置することにより得られる。また、本実施例では熱媒体封入後の流路の封止には実施例１と同様に紫外線硬化樹脂を用いるが、より簡便に封止したいのであれば、低粘度の瞬間接着剤を用いてもよい。
【００４９】
かかる構成によれば、５．２ｍｍ×５．２ｍｍの熱発電装置において、圧力発電部を１４４個配置することが出来る。そして、装置全体では６μＷ程度の発電量が得られる。
【００５０】
（実施例３）
図３は、本実施例における熱発電装置の断面図である。実施例１との違いは、受熱部１０４側に蓄熱材からなる蓄熱部３０１を配置したことである。かかる構成によれば、蓄熱部に熱を蓄積することができるため、熱勾配の維持時間を伸ばすことができ、不安定な温度入力に対しても安定動作が可能となる。
【００５１】
本実施例の熱発電装置は、実施例１と同様の製造プロセスを用いて熱発電装置を作製した後、受熱部側に蓄熱材を塗布することにより得られる。蓄熱材としては、酢酸ナトリウム系の蓄熱材を用いることができる。受熱部に蓄熱材を配置することにより、安定した熱入力を維持することができる。
【００５２】
（実施例４）
図４は、本実施例における熱発電装置の断面図である。実施例１との違いは、受熱部と放熱部の間に、断熱材からなる断熱部を配置している点である。本実施例においては、断熱部４０１をエポキシ系ドライフィルムレジストによって形成している。かかる構成によれば、断熱部により受熱部と放熱部との間の熱の伝導が低減できるため、熱勾配の維持時間を伸ばすことができ、不安定な温度入力に対しても安定動作ができる。
【００５３】
本実施例の熱発電装置の製造プロセスを図１２に示す。圧電素子を形成したシリコン基板にドライフィルムレジスト８０１を塗布し、露光、現像を行う（図１２（ａ）、（ｂ））。その後、流路を形成したガラス基板８０２を圧着させながら熱処理を行い、接着する（図１２（ｃ）、（ｄ））。この断熱部を配置することにより、熱媒体以外による熱拡散を防ぐことができ、温度勾配を維持することが可能となる。
【００５４】
（実施例５）
図５は本実施例における熱発電装置の断面図である。実施例１との違いは、放熱部１０３から受熱部１０４に向かう流路の延長上であって、流路の中心軸５０２の延長線上に圧電素子１００の中心がくるように構成している点である。これにより、熱媒体の核沸騰により発生した圧力が圧電素子１００の中心に効率的に伝わるようになり、圧電素子のたわみが最も大きくなる。
【００５５】
本実施例の熱発電装置は実施例１と同様の製造プロセスで作製できる。流路の寸法は圧力発電部における流路の長さが７００μｍ、流路の径が２００μｍ、基板と垂直な方向の流路の長さが１０００μｍである。
【００５６】
本実施例では、熱媒体に水を用いた場合、放熱部作動流体温度３８℃、受熱部作動流体温度５２℃のとき５ｋＰａの圧力差が発生し、４６Ｖ程度の電位が発生する。圧電素子一つあたり約１５５ｎＷの発電量となり、装置全体では約３μＷの発電量が得られる。このように、低温度差での熱発電が可能となる。
【００５７】
（実施例６）
図６は本実施例における熱発電装置の断面図である。実施例１との違いは圧力発電部の圧電素子１００の中心において、流路１０２の径を他の部分よりも狭くしている点である。かかる構成によれば、圧電素子の中心で圧力が上昇し、よりも大きなひずみが得られるため、発電効率を上昇できる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明にかかる熱発電装置は、例えば、ユビキタスセンサー用小型自己発電装置等として有用である。またモバイル用補助電源、集積回路用廃熱回収発電装置等の用途にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明にかかる実施の形態１及び実施例１の熱発電装置の構成図
【図２】本発明にかかる実施の形態２および実施例２の熱発電装置の断面図
【図３】本発明にかかる実施の形態３および実施例３の熱発電装置の断面図
【図４】本発明にかかる実施の形態４および実施例4の熱発電装置の断面図
【図５】本発明にかかる実施の形態５および実施例5の熱発電装置の断面図
【図６】本発明にかかる実施の形態６および実施例6の熱発電装置の断面図
【図７】本発明にかかる実施例１における熱発電装置の製造プロセスを示す図
【図８】本発明にかかる実施例１における熱発電装置の製造プロセスを示す図
【図９】本発明にかかる実施例１における熱発電装置の製造プロセスを示す図
【図１０】本発明にかかる実施例１における熱発電装置の製造プロセスを示す図
【図１１】本発明にかかる実施例１における熱発電装置の製造プロセスを示す図
【図１２】本発明にかかる実施例４における熱発電装置の製造プロセスを示す図
【図１３】従来の自励振動ヒートパイプの模式図
【符号の説明】
【００６０】
１００    圧電素子
１０１    圧力発電部
１０１ａ    振動板
１０２    流路
１０２ａ    ターン部
１０３    放熱部
１０４    受熱部
１０５    整流回路
１０６    蓄電部
３０１    蓄熱部
４０１    断熱部
７０１ａ    シリコン基板
７０１ｂ    下部Ｐｔ電極
７０１ｃ    ＰＺＴ圧電膜
７０１ｄ    犠牲層Ａ
７０１ｅ    犠牲層Ｂ
７０１ｆ    絶縁層
７０１ｇ    上部Ｐｔ電極
７０１ｈ    犠牲層Ｃ
７０１ｉ    保護層
７０１ｊ    整流回路
７０１ｋ    蓄電装置
７０１ｌ    犠牲層Ｄ
７０２ａ    シリコン基板
７０２ｂ    熱媒体注入口
７０２ｃ    犠牲層Ｅ
７０３ａ    発電部加工基板
７０３ｂ    流路加工基板
７０３ｃ    ガラス基板
８０１    ドライフィルムレジスト
８０２    ガラス基板
９０１    受熱部
９０２    放熱部
９０３    気相
９０４    液相
【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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