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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-12-09
(45)【発行日】2022-12-19
(54)【発明の名称】熱発電装置
(51)【国際特許分類】
H02N 11/00 20060101AFI20221212BHJP
H01L 35/32 20060101ALI20221212BHJP
H01L 35/24 20060101ALI20221212BHJP
【ＦＩ】
H02N11/00 A
H01L35/32 Z
H01L35/24
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2018186342
(22)【出願日】2018-10-01
(65)【公開番号】P2020058118
(43)【公開日】2020-04-09
【審査請求日】2021-09-22
(73)【特許権者】
【識別番号】000102212
【氏名又は名称】ウシオ電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100106862
【弁理士】
【氏名又は名称】五十畑 勉男
(72)【発明者】
【氏名】中村 雅規
【審査官】中島 亮
(56)【参考文献】
【文献】特開平０５－１６８２６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－２９４７３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５２－０９７４４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－１９９７６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－１１１４５９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｋ ２４／００ －２７／３０
Ｈ０２Ｋ ３１／００ －３１／０４
Ｈ０２Ｋ ３５／００ －３５／０６
Ｈ０２Ｋ ３９／００
Ｈ０２Ｋ ４７／００ －４７／３０
Ｈ０２Ｋ ５３／００
Ｈ０２Ｋ ９９／００
Ｈ０２Ｎ １／００ － １／１２
Ｈ０２Ｎ ３／００ －９９／００
Ｈ０１Ｌ ３５／３２
Ｈ０１Ｌ ３５／２４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
光エネルギーを電気エネルギーに変換する熱発電装置であって、当該熱発電装置は、
端部に封止部を有して内部が密閉された一重管からなる管状容器と、
前記管状容器の内面に設けられた環状の熱電変換部と、
前記熱電変換部の内側に設けられた蓄熱部と、
前記熱電変換部に電気的に接続され、前記封止部を貫通するように設けられたリード部と、
を有するとともに、
前記環状の熱電変換部は、その外周面が前記管状容器の内面に当接して設けられており、
前記蓄熱部を構成する蓄熱材料が前記管状容器の内部に充填されていて、前記蓄熱材料が前記熱電変換部の内周面と接触している、
ことを特徴とした熱発電装置。
【請求項2】
前記熱電変換部は、環状の絶縁材を介して管軸方向に１つ置きに配置された環状の正孔輸送部と環状の電子輸送部とを備え、前記正孔輸送部と前記電子輸送部は、導電部により電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の熱発電装置。
【請求項3】
前記絶縁材は、前記管状容器の軸方向よりも半径方向に高い熱伝導率を有する方向性熱伝導材料からなることを特徴とする請求項２に記載の熱発電装置。
【請求項4】
前記導電部は、隣接する前記正孔輸送部と前記電子輸送部の内周面に当接されて、これらを導通する第１電極と、隣接する前記電子輸送部と前記正孔輸送部の外周面に当接されて、これらを導通する第２電極とからなり、前記第２電極は、前記管状容器の内面に当接されており、
前記リード部は前記電極のいずれかに接続されていることを特徴とする請求項２に記載の熱発電装置。
【請求項5】
前記熱電変換部は、軸方向の一端部に前記正孔輸送部が配置され、他端部に前記電子輸送部が配置されていて、前記リード部は、前記管状容器の内面に当接された前記第２電極に接続されていることを特徴とする請求項４に記載の熱発電装置。
【請求項6】
前記絶縁材は、一対の前記正孔輸送部と前記電子輸送部の内周面に当接する第１電極と、これに隣接する他の一対の前記正孔輸送部と前記電子輸送部の内周面に当接する第１電極との間に配置される第１絶縁材と、
一対の前記電子輸送部と前記正孔輸送部の外周面に当接する第２電極と、これに隣接する他の一対の前記電子輸送部と前記正孔輸送部の外周面に当接する第２電極との間に配置され、外周部が前記管状容器の内面に当接する第２絶縁材と、
からなることを特徴とする請求項２～５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】
この発明は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する熱発電装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来から、太陽光エネルギーを熱として蓄え、当該熱を利用して発電する技術が知られている。
特開平０５－１６７１０４号公報（特許文献１）には、平面型の熱発電用パネルを用いたものが開示されており、太陽光を一方の面で受けて、その熱を蓄熱槽内の蓄熱材に蓄熱する方式が採用されている。
図９（Ａ）にその概略構造が示されていて、熱電素子モジュール１００は、p型半導体１０１とｎ型半導体１０２を金属板１０３によって熱電対の形状に接合して熱電素子１０５を構成し、この隣接する熱電素子１０５を金属端子１０６によって直列に電気接続している。これら熱電素子モジュール１００は、一対のセラミック基板１０８、１０９によって支持されている。
特開平０５－１６７１０４号公報（特許文献１）には、平面型の熱発電用パネルを用いたものが開示されており、太陽光を一方の面で受けて、その熱を蓄熱槽内の蓄熱材に蓄熱する方式が採用されている。
図９（Ａ）にその概略構造が示されていて、熱電素子モジュール１００は、p型半導体１０１とｎ型半導体１０２を金属板１０３によって熱電対の形状に接合して熱電素子１０５を構成し、この隣接する熱電素子１０５を金属端子１０６によって直列に電気接続している。これら熱電素子モジュール１００は、一対のセラミック基板１０８、１０９によって支持されている。
【0003】
図９（Ｂ）は、その機能概略図であって、前記熱電素子モジュール１００の一端側に蓄熱槽１２０が当接され、その内部には蓄熱材１２１が収容されている。
太陽光は反射鏡１３０によって収束されて蓄熱槽１２０のホットプレート１２２を加熱し、内部の蓄熱材１２１を加熱する。
蓄熱材１２１の熱が熱電素子モジュール１００に伝えられて、該熱電素子モジュール１００において発電された電気エネルギーは端子１１１、１１２を介して取出されるものである。
太陽光は反射鏡１３０によって収束されて蓄熱槽１２０のホットプレート１２２を加熱し、内部の蓄熱材１２１を加熱する。
蓄熱材１２１の熱が熱電素子モジュール１００に伝えられて、該熱電素子モジュール１００において発電された電気エネルギーは端子１１１、１１２を介して取出されるものである。
【0004】
ところが、この公知例によれば、蓄熱槽が熱電素子モジュールに一面でしか接触していないため、蓄熱された熱を用いて夜間などに発電する場合には、他の面から熱が逃げやすく、蓄熱された熱が発電に利用される割合が少なく、有効利用されないという問題がある。
また、蓄熱材は繰り返し利用できることが肝要であるが、当該文献では蓄熱槽の封止構造に言及がなく、外気との接触を有効に遮断する構造が開示されていない。
また、蓄熱材は繰り返し利用できることが肝要であるが、当該文献では蓄熱槽の封止構造に言及がなく、外気との接触を有効に遮断する構造が開示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開平０５－１６７１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
この発明が解決しようとする課題は、上記従来技術の問題点に鑑みて、光エネルギーを電気エネルギーに変換する熱発電装置において、太陽熱によって蓄熱材に蓄えられた熱をロスなく電気エネルギーの変換に利用でき、また、蓄熱材の劣化をきたすことのない構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、この発明に係る熱発電装置では、光エネルギーを電気エネルギーに変換する熱発電装置であって、当該熱発電装置は、端部に封止部を有して内部が密閉された管状容器と、前記管状容器の内面に設けられた熱電変換部と、前記熱電変換部の内側に設けられた蓄熱部と、前記熱電変換部に電気的に接続され、前記封止部を貫通するように設けられたリード部と、を備えたことを特徴とする。
【0008】
また、前記熱電変換部は、絶縁材を介して管軸方向に１つ置きに配置された環状の正孔輸送部と環状の電子輸送部とを備え、前記正孔輸送部と前記電子輸送部は、導電部により電気的に接続されていることを特徴とする。
また、前記絶縁材は、前記管状容器の軸方向よりも半径方向に高い熱伝導率を有する方向性熱伝導材料からなることを特徴とする。
また、前記導電部は、隣接する前記正孔輸送部と前記電子輸送部の内周面に当接されて、これらを導通する第１電極と、隣接する前記電子輸送部と前記正孔輸送部の外周面に当接されて、これらを導通する第２電極とからなり、前記第２電極は、前記管状容器の内面に当接されており、前記リード部は前記電極のいずれかに接続されていることを特徴とする。
また、前記絶縁材は、前記管状容器の軸方向よりも半径方向に高い熱伝導率を有する方向性熱伝導材料からなることを特徴とする。
また、前記導電部は、隣接する前記正孔輸送部と前記電子輸送部の内周面に当接されて、これらを導通する第１電極と、隣接する前記電子輸送部と前記正孔輸送部の外周面に当接されて、これらを導通する第２電極とからなり、前記第２電極は、前記管状容器の内面に当接されており、前記リード部は前記電極のいずれかに接続されていることを特徴とする。
【0009】
また、前記熱電変換部は、軸方向の一端部に前記正孔輸送部が配置され、他端部に前記電子輸送部が配置されていて、前記リード部は、前記管状容器の内面に当接された前記第２電極に接続されていることを特徴とする。
また、前記絶縁材は、一対の前記正孔輸送部と前記電子輸送部の内周面に当接する第１電極と、これに隣接する他の一対の前記正孔輸送部と前記電子輸送部の内周面に当接する第１電極との間に配置される第１絶縁材と、一対の前記電子輸送部と前記正孔輸送部の外周面に当接する第２電極と、これに隣接する他の一対の前記電子輸送部と前記正孔輸送部の外周面に当接する第２電極との間に配置され、外周部が前記管状容器の内面に当接する第２絶縁材と、からなることを特徴とする。
また、前記絶縁材は、一対の前記正孔輸送部と前記電子輸送部の内周面に当接する第１電極と、これに隣接する他の一対の前記正孔輸送部と前記電子輸送部の内周面に当接する第１電極との間に配置される第１絶縁材と、一対の前記電子輸送部と前記正孔輸送部の外周面に当接する第２電極と、これに隣接する他の一対の前記電子輸送部と前記正孔輸送部の外周面に当接する第２電極との間に配置され、外周部が前記管状容器の内面に当接する第２絶縁材と、からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
この発明の熱発電装置によれば、熱電変換部が密閉された管状容器の内部に設けられ、該熱電変換部の内側に蓄熱部が設けられていることにより、発電時には、太陽光により蓄熱部に蓄熱された熱の全てが、内側から熱電変換部に伝達されて電気エネルギーへの変換に利用されるので、熱エネルギーの損失がなく効率的な熱電変換が行われる。
また、蓄熱部を構成する蓄熱材は、端部が封止された管状容器内に密閉状態で収容されているので、その劣化が抑制できる。
更には、熱電変換部を構成する正孔輸送部と電子輸送部との間に介在される絶縁材を、管状容器の半径方向に高い熱伝導率を有する方向性熱伝導材より構成することにより、太陽光からの熱伝導あるいは蓄熱部からの熱伝導が有効に機能する。
また、蓄熱部を構成する蓄熱材は、端部が封止された管状容器内に密閉状態で収容されているので、その劣化が抑制できる。
更には、熱電変換部を構成する正孔輸送部と電子輸送部との間に介在される絶縁材を、管状容器の半径方向に高い熱伝導率を有する方向性熱伝導材より構成することにより、太陽光からの熱伝導あるいは蓄熱部からの熱伝導が有効に機能する。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の熱発電装置の概略断面図。
【図4】熱電変換素子の他の配列を示す部分拡大図。
【図5】（昼間の）作用説明図。
【図6】（夜間の）作用説明図。
【図7】他の実施例の部分断面図。
【図8】更に他の実施例の部分断面図。
【図9】従来技術の説明図。
【発明を実施するための形態】
【0012】
図１は、本発明の熱発電装置の全体を示す断面図であり、図２（Ａ）～（Ｄ）は、それぞれ図１のＡ－Ａ断面図、Ｂ－Ｂ断面図、Ｃ－Ｃ断面図、Ｄ－Ｄ断面図である。
円筒状の管状容器１は、透光性材料、例えば、石英ガラスやソーダガラスなどのガラス管などからなり、中央の本体部２と、その両端の封止部３、３とからなる。前記管状容器１の本体部２の内面には、熱電変換部４が設けられている。
この熱電変換部４は、熱電変換素子５と絶縁材８と導電部１０とを有している。熱電変換素子５は、共に環状の正孔輸送部６と電子輸送部７とからなり、当該正孔輸送部６と電子輸送部７とは、管状容器１の内面に管軸方向に１つ置きに所定間隔で配置されている。
円筒状の管状容器１は、透光性材料、例えば、石英ガラスやソーダガラスなどのガラス管などからなり、中央の本体部２と、その両端の封止部３、３とからなる。前記管状容器１の本体部２の内面には、熱電変換部４が設けられている。
この熱電変換部４は、熱電変換素子５と絶縁材８と導電部１０とを有している。熱電変換素子５は、共に環状の正孔輸送部６と電子輸送部７とからなり、当該正孔輸送部６と電子輸送部７とは、管状容器１の内面に管軸方向に１つ置きに所定間隔で配置されている。
【0013】
そして、これら正孔輸送部６と電子輸送部７の間には絶縁材８が設けられていて、不所望の箇所でこれらが電気的導通をすることを防止している。
図３にもその詳細が示されるように、この絶縁材８、例えば、左端に位置する第1の正孔輸送部６１と第１の電子輸送部７１の間に位置する第１の絶縁材８１は、これら第１の正孔輸送部６１と第１の電子輸送部７１よりも管状容器１の内面側に突出していて、当該管状容器１の内面に当接している。また、前記第１の電子輸送部７１と第２の正孔輸送部６２の間の第２の絶縁材８２は、これら第１の電子輸送部７１と第２の正孔輸送部６２よりも管状容器１の中心側に突出している。
図３にもその詳細が示されるように、この絶縁材８、例えば、左端に位置する第1の正孔輸送部６１と第１の電子輸送部７１の間に位置する第１の絶縁材８１は、これら第１の正孔輸送部６１と第１の電子輸送部７１よりも管状容器１の内面側に突出していて、当該管状容器１の内面に当接している。また、前記第１の電子輸送部７１と第２の正孔輸送部６２の間の第２の絶縁材８２は、これら第１の電子輸送部７１と第２の正孔輸送部６２よりも管状容器１の中心側に突出している。
【0014】
導電部１０は、第１電極１１と第２電極１２とからなり、第１電極１１は、隣接する正孔輸送部６と電子輸送部７の内周面に当接していてこれらを電気的に接続するとともに、第２電極１２は、隣接する電子輸送部７と正孔輸送部６の外周面に当接していてこれらを電気的に接続するとともに、管状容器１の内面に当接している。
そして、図１および図３に示された配置の一例では、第１の正孔輸送部６１の外周面に当接された第２電極１２と、これに隣接した一対の第１の電子輸送部７１と第２の正孔輸送部６２の外周面に当接された第２電極１２との間には、第１の絶縁材８１が介在していてこれらを電気的に絶縁している。
そして、図１および図３に示された配置の一例では、第１の正孔輸送部６１の外周面に当接された第２電極１２と、これに隣接した一対の第１の電子輸送部７１と第２の正孔輸送部６２の外周面に当接された第２電極１２との間には、第１の絶縁材８１が介在していてこれらを電気的に絶縁している。
【0015】
また一方、一対の第１の正孔輸送部６１と第１の電子輸送部７１の内周面に当接された第１電極１１と、これに隣接した他の一対の第２の正孔輸送部６２と第２の電子輸送部７２の内周面に当接された第１電極１１との間には、第２の絶縁材８２が介在してこれらを絶縁している。
このような構成により、第２電極１２－第１の正孔輸送部６１－第１電極１１－第１の電子輸送部７１－第２電極１２－第２の正孔輸送部６２・・・という電気的接続がなされる。
このような構成により、第２電極１２－第１の正孔輸送部６１－第１電極１１－第１の電子輸送部７１－第２電極１２－第２の正孔輸送部６２・・・という電気的接続がなされる。
【0016】
前記正孔輸送部６および電子輸送部７の材料としては、有機材料、無機材料のいずれであってもよい。
有機材料からなる正孔輸送部６としては、ＣｕＰｃ、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ、ｍ－ＴＤＡＴＡ、ＴＰＤ、α－ＮＰＤ、ＴＣＴＡ、ＴＡＰＣなどが使用される。また、無機材料からなる正孔輸送部６としては、縮退半導体からなるｐ型半導体が使用される。
一方、電子輸送部７としては、有機材料の場合、Ａｌｑ３、ＢＣＰ、ｔ－Ｂｕ－ＰＢＤ、シロール誘導体、ＢＮＤ、ＰＢＤなどが使用され、無機材料の場合、縮退半導体からなるｎ型半導体が使用される。
有機材料からなる正孔輸送部６としては、ＣｕＰｃ、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ、ｍ－ＴＤＡＴＡ、ＴＰＤ、α－ＮＰＤ、ＴＣＴＡ、ＴＡＰＣなどが使用される。また、無機材料からなる正孔輸送部６としては、縮退半導体からなるｐ型半導体が使用される。
一方、電子輸送部７としては、有機材料の場合、Ａｌｑ３、ＢＣＰ、ｔ－Ｂｕ－ＰＢＤ、シロール誘導体、ＢＮＤ、ＰＢＤなどが使用され、無機材料の場合、縮退半導体からなるｎ型半導体が使用される。
【0017】
そして、熱電変換素子の特性向上のためには、前記正孔輸送部６および電子輸送部７のそれぞれの構造をポーラス構造とすることが有用である。ポーラス構造とすることで、該正孔輸送部６および電子輸送部７が低熱伝導率材となる。素子自体に熱が伝わりにくいので、温度差が維持されることにより、更なる熱電変換の性能アップが期待できる。
【0018】
また、導電部１０を構成する第１電極１１や第２電極１２は、銅、鉄、チタン、アルミニウム、ＳＵＳなどの金属や、ＴＣＯ、ＴＩＯ、ＦＴＯなどの透明導電材料が使用される。そして、後述する蓄熱部に効率良く熱を蓄えるために、蓄熱部に光が効果的に届くようにするという観点から、透明導電材料を使用することが好ましい。
この導電部１０（第１電極１１、第２電極１２）と熱電変換素子５（正孔輸送部６、電子輸送部７）との間には、アルミニウムや銀ロウなどの接合層を設ける構成としてもよい。
この導電部１０（第１電極１１、第２電極１２）と熱電変換素子５（正孔輸送部６、電子輸送部７）との間には、アルミニウムや銀ロウなどの接合層を設ける構成としてもよい。
【0019】
また、正孔輸送部６と電子輸送部7の間に介在される絶縁材８としては、ＰＤＭＳやＳｉＯ２が用いられる。
この絶縁材８は、前記管状容器１の軸方向への熱伝導率よりも半径方向への熱伝導率が高い方向性熱伝導材料から構成することが好適である。こうすることで、管状容器１の周囲からの太陽光による熱を、後述する管状容器１の中心部に位置する蓄熱部１３に効率的に熱を伝導することができる。
このような方向性熱伝導材料としては、シリコン樹脂やガラスなどの誘電体からなるマトリックスに、カーボンファイバー（カーボンナノチューブを含む）や、アルミファイバーなどの繊維材料を管状容器１の半径方向に整列するように分散させたものを使用することができる。
この絶縁材８は、前記管状容器１の軸方向への熱伝導率よりも半径方向への熱伝導率が高い方向性熱伝導材料から構成することが好適である。こうすることで、管状容器１の周囲からの太陽光による熱を、後述する管状容器１の中心部に位置する蓄熱部１３に効率的に熱を伝導することができる。
このような方向性熱伝導材料としては、シリコン樹脂やガラスなどの誘電体からなるマトリックスに、カーボンファイバー（カーボンナノチューブを含む）や、アルミファイバーなどの繊維材料を管状容器１の半径方向に整列するように分散させたものを使用することができる。
【0020】
前述した熱電変換部４が形成された管状容器１の内部には、蓄熱部１３を構成する蓄熱材料が充填されている。
この蓄熱材料は顕熱性蓄熱材料や潜熱性蓄熱材料など、種々の蓄熱材料が利用できるが、その中でも潜熱性蓄熱材料が好ましく、蓄熱時における蓄熱部１３の温度上昇量が小さいので、管状容器１内の部材の劣化等が抑制される。
このような蓄熱材料としては、パラフィンや糖アルコール、無機塩水和物、脂肪族炭化水素化合物、エステル、脂肪酸などが使用される。
この蓄熱材料は顕熱性蓄熱材料や潜熱性蓄熱材料など、種々の蓄熱材料が利用できるが、その中でも潜熱性蓄熱材料が好ましく、蓄熱時における蓄熱部１３の温度上昇量が小さいので、管状容器１内の部材の劣化等が抑制される。
このような蓄熱材料としては、パラフィンや糖アルコール、無機塩水和物、脂肪族炭化水素化合物、エステル、脂肪酸などが使用される。
【0021】
このように、熱電変換部４が設けられ、蓄熱部１３を構成する蓄熱材料が充填された管状容器１の両端には、封止部３、３が形成されていて、管状容器１内部を密閉している。
この封止部３、３は、ランプ技術における発光管におけるピンチシールなどの封止部構造と同様なものである。管状容器１の両端の封止部３、３内に埋設される金属箔１５、１５に、内部リード１６、１６と、封止部３、３から外部に延びる外部リード１７、１７とが溶接接合されていて、これら内部リード１６と外部リード１７とでリード部１８が構成されている。そして、前記管状容器１の両端部を加熱軟化して前記金属箔１５、１５部分を中心としてこれを圧潰して封止部３、３を形成する。その結果、内部に蓄熱材が封入された管状容器１の両端が封止され、該管状容器１内が液密状態に密閉されるものである。
また、この実施例においては、両端の封止部３、３における内部リード１６、１６は、それぞれ第２電極１２、１２に接続されている。
この封止部３、３は、ランプ技術における発光管におけるピンチシールなどの封止部構造と同様なものである。管状容器１の両端の封止部３、３内に埋設される金属箔１５、１５に、内部リード１６、１６と、封止部３、３から外部に延びる外部リード１７、１７とが溶接接合されていて、これら内部リード１６と外部リード１７とでリード部１８が構成されている。そして、前記管状容器１の両端部を加熱軟化して前記金属箔１５、１５部分を中心としてこれを圧潰して封止部３、３を形成する。その結果、内部に蓄熱材が封入された管状容器１の両端が封止され、該管状容器１内が液密状態に密閉されるものである。
また、この実施例においては、両端の封止部３、３における内部リード１６、１６は、それぞれ第２電極１２、１２に接続されている。
【0022】
なお、本実施例では封止部３、３の構造としてピンチシール構造を示したが、外部環境に対して気密を保持した状態で導通が取れる構造であれば、ピンチシール構造に限らない。例えば、金属箔部分をシュリンクシールするシュリンクシール構造や段接ぎシール、サファイヤランプで見られるような管状容器１の端部をメタライズし金属板等からなる封止板を接合するような構造であっても良い。また、シュリンクシール構造や段接ぎシールにおいては、金属箔ではなく、金属パイプをガラスと溶着させ、該金属パイプの外部端部を圧着封止等しても良い。
【0023】
図４に他の実施例が示されていて、この実施例では、熱電変換部４の正孔輸送部６と電子輸送部７の配列が図３の実施例とは異なる配列をしている例である。
図４に示すように、軸方向の左端部に第１の電子輸送部７１が配置され、その次に絶縁材８１を介在させて第１の正孔輸送部６１が配置される。そして、第１の絶縁材８１の内周面は、第１電極１１を貫通するように内方に延び、外周面は第２電極１２に当接している。こうすることで、第１の絶縁材８１により第１の電子輸送部７１と第１の正孔輸送部６１を環状の内周面側で絶縁し、外周面側で電気的接続をしている。
このような配列とする場合、内部リード１６は、内側の第１電極１１に接続される。
図４に示すように、軸方向の左端部に第１の電子輸送部７１が配置され、その次に絶縁材８１を介在させて第１の正孔輸送部６１が配置される。そして、第１の絶縁材８１の内周面は、第１電極１１を貫通するように内方に延び、外周面は第２電極１２に当接している。こうすることで、第１の絶縁材８１により第１の電子輸送部７１と第１の正孔輸送部６１を環状の内周面側で絶縁し、外周面側で電気的接続をしている。
このような配列とする場合、内部リード１６は、内側の第１電極１１に接続される。
【0024】
また、ここでは図示しないが、図４の配列で、右端側を電子輸送部７とすることで、内部リード１６を外側の第２電極１２に接続する構成とすることも可能である。
このように、正孔輸送部６と電子輸送部７の配列を変更することで、内部リード１６を第１電極１１か第２電極１２のいずれかに接続する構成とすることができる。
ただ、内部リード１６を、管状容器１の管壁に沿って配置された第２電極１２に接続する構造とすることでその配線作業が簡便になるという利点がある。
このように、正孔輸送部６と電子輸送部７の配列を変更することで、内部リード１６を第１電極１１か第２電極１２のいずれかに接続する構成とすることができる。
ただ、内部リード１６を、管状容器１の管壁に沿って配置された第２電極１２に接続する構造とすることでその配線作業が簡便になるという利点がある。
【0025】
次いで本発明の熱発電装置の作用を図５、図６に基づいて説明する。
図５は、図１～３に示された構成に関する昼間における作用図で、太陽光が照射されて管状容器１の外側温度が内部温度（蓄熱部１３の温度）よりも高い状態となる。太陽光による熱は、管状容器１の外部から方向性熱伝導材料からなる絶縁材８を介して管状容器１内部の蓄熱部１３に伝導される。
そして、外部温度が内部温度よりも高い状態のとき、熱電変換素子５の電荷は温度の低い方、即ち、管状容器１の中心部側に向かって移動する。
つまり、熱電変換素子５の正孔輸送部６では、正の電荷をもつ正孔が高温側から低温側に（半径方向の外側から内側に向かって）移動する。また、電子輸送部７においては、負の電荷をもつ電子が高温側から低温側に移動する。
これにより、正孔輸送部６では電流が半径方向の外側から内側に向かって流れ、また、電子輸送部７においては電流が内側から外側に向かって流れる。そして、これらの正孔輸送部６と電子輸送部７は内側の第１電極１１によって接続されているので、電流は熱電変換素子５内を図５の左端側から右側に流れることになる。
そして、ここから外部に取り出される電流は、図５の右方から左方に流れる。
図５は、図１～３に示された構成に関する昼間における作用図で、太陽光が照射されて管状容器１の外側温度が内部温度（蓄熱部１３の温度）よりも高い状態となる。太陽光による熱は、管状容器１の外部から方向性熱伝導材料からなる絶縁材８を介して管状容器１内部の蓄熱部１３に伝導される。
そして、外部温度が内部温度よりも高い状態のとき、熱電変換素子５の電荷は温度の低い方、即ち、管状容器１の中心部側に向かって移動する。
つまり、熱電変換素子５の正孔輸送部６では、正の電荷をもつ正孔が高温側から低温側に（半径方向の外側から内側に向かって）移動する。また、電子輸送部７においては、負の電荷をもつ電子が高温側から低温側に移動する。
これにより、正孔輸送部６では電流が半径方向の外側から内側に向かって流れ、また、電子輸送部７においては電流が内側から外側に向かって流れる。そして、これらの正孔輸送部６と電子輸送部７は内側の第１電極１１によって接続されているので、電流は熱電変換素子５内を図５の左端側から右側に流れることになる。
そして、ここから外部に取り出される電流は、図５の右方から左方に流れる。
【0026】
図６に夜間における発電状態が説明されていて、太陽が没する夜間は昼間とは温度勾配が逆転し、管状容器１の外部温度が蓄熱部１３の温度よりも低くなる。この温度勾配に合わせて熱電変換素子５の電荷は温度の低い方、即ち、放電容器１の半径方向の外側に移動し、熱電変換素子５内を流れる電流の向きは昼間（図５）とは逆転して、図６の右側から左側に流れる。これにより、外部に取り出される電流は、図６の左方から右方に流れる。
【0027】
図７に他の実施例が示されていて、外部に取り出された電流の回路中に整流ダイオード２０が配置されている。こうすることで、昼間においては電流の流れが阻止され、発電作用が行われず、昼間の間に太陽光により蓄熱部１３に蓄えられたエネルギーが発電により消費されることがなく、専ら蓄熱のみがなされる。
図７に示すように、この昼間に蓄えられたエネルギーを夜間に発電に利用することでより多くの電力を供給することができる。
図７に示すように、この昼間に蓄えられたエネルギーを夜間に発電に利用することでより多くの電力を供給することができる。
【0028】
図８に更に他の実施例が示されていて、蓄熱部１３を構成する蓄熱材料が導電性である場合、図に示すように、熱電変換部４全体を絶縁被覆層２１で被覆することができる。こうすることで、熱電変換部４の内周面における第１電極１１相互間や、端面における第１電極１１と第２電極１２間での短絡を防止できる。
この絶縁被覆層２１の絶縁材料としては、シリコン系、ウレタン・アクリル系、フッ素系、樹脂系、アルミナなどの酸化無機材を用いることができる。
なお、段落００１９で例示した蓄熱材料のうち、導電性を有するものは、無機塩水和物（水分を吸収して導電性となる）、糖アルコール（糖アルコール自体は絶縁性であるが、導電性溶媒に溶かして使用）である。
この絶縁被覆層２１の絶縁材料としては、シリコン系、ウレタン・アクリル系、フッ素系、樹脂系、アルミナなどの酸化無機材を用いることができる。
なお、段落００１９で例示した蓄熱材料のうち、導電性を有するものは、無機塩水和物（水分を吸収して導電性となる）、糖アルコール（糖アルコール自体は絶縁性であるが、導電性溶媒に溶かして使用）である。
【0029】
本発明の熱発電装置の一具体例を以下に記載する。
＜寸法・材質例＞
○管状容器
・材質：石英ガラス
・長さ：１０００ｍｍ
・外径：２０ｍｍ
・内径：１８ｍｍ
○熱電変換素子：
・正孔輸送部
・材質：ＣｕＰｃ
・寸法：幅１０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ
・電子輸送部：
・材質：ＢＣＰ
・寸法：幅１０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ
○導電部（電極）
・材質：ＴＣＯ
・寸法：厚さ１０μｍ
○絶縁材（方向性熱伝導材料）：
・材質：シリコン樹脂（絶縁性）＋カーボンナノファイバー（熱伝導性）
・寸法：幅２ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ以上
○蓄熱部（蓄熱材料）：
・材質：パラフィン（融点：４６℃）
＜寸法・材質例＞
○管状容器
・材質：石英ガラス
・長さ：１０００ｍｍ
・外径：２０ｍｍ
・内径：１８ｍｍ
○熱電変換素子：
・正孔輸送部
・材質：ＣｕＰｃ
・寸法：幅１０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ
・電子輸送部：
・材質：ＢＣＰ
・寸法：幅１０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ
○導電部（電極）
・材質：ＴＣＯ
・寸法：厚さ１０μｍ
○絶縁材（方向性熱伝導材料）：
・材質：シリコン樹脂（絶縁性）＋カーボンナノファイバー（熱伝導性）
・寸法：幅２ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ以上
○蓄熱部（蓄熱材料）：
・材質：パラフィン（融点：４６℃）
【0030】
次いで、本発明の熱発電装置の製造方法の一例を挙げると以下の通りである。
＜第１の方法＞
（１）ペットフィルム等の平板状の絶縁性フィルムの一方の面にスパッタ蒸着技術を用いて、導電部（電極）を形成する。
（２）半導体の製膜技術と同様に、第２電極を形成する部分をマスクし、それ以外をエッチングにより除去する。
（３）次いで、除去した部分に絶縁材（方向性熱伝導材料）を形成する。
（４）その後、マスクを除去し、正孔輸送部を形成する部分以外にマスクを付け、半導体製膜技術を用いて正孔輸送部を形成する。
（５）次に、同様の方法で電子輸送部を形成する。
（６）同様にマスク形成により必要な部分に絶縁材や第１電極を形成する。
（７）形成された平板状の熱電変換部をペットフィルムごと丸めて、ガラス管の中に挿入し、該ガラス管の内面にペットフィルムを当接させる。
（８）第２電極にリード線を接続する。
（９）ガラス管内に蓄熱材料としてパラフィンを充填する。
（１０）ガラス管の両端を加熱溶融し、縮径して封止部を形成する。
（１１）必要に応じてリード線等に整流ダイオードを取り付ける。
＜第１の方法＞
（１）ペットフィルム等の平板状の絶縁性フィルムの一方の面にスパッタ蒸着技術を用いて、導電部（電極）を形成する。
（２）半導体の製膜技術と同様に、第２電極を形成する部分をマスクし、それ以外をエッチングにより除去する。
（３）次いで、除去した部分に絶縁材（方向性熱伝導材料）を形成する。
（４）その後、マスクを除去し、正孔輸送部を形成する部分以外にマスクを付け、半導体製膜技術を用いて正孔輸送部を形成する。
（５）次に、同様の方法で電子輸送部を形成する。
（６）同様にマスク形成により必要な部分に絶縁材や第１電極を形成する。
（７）形成された平板状の熱電変換部をペットフィルムごと丸めて、ガラス管の中に挿入し、該ガラス管の内面にペットフィルムを当接させる。
（８）第２電極にリード線を接続する。
（９）ガラス管内に蓄熱材料としてパラフィンを充填する。
（１０）ガラス管の両端を加熱溶融し、縮径して封止部を形成する。
（１１）必要に応じてリード線等に整流ダイオードを取り付ける。
【0031】
＜第２の方法＞
（１）ペットフィルム等の平板フィルム上にインクジェットプリンタによる製膜技術を用いて熱電変換部を形成する。
（２）次に、熱電変換部に絶縁材料をコーティングし、絶縁被覆層を形成する。（３）ガラス管にペットフィルムを丸めて挿入し、ペットフィルムがガラス管と当接するようにガラス管の中に配置する。
（４）第２電極にリード線を接続する。
（５）ガラス管の一方の端を加熱縮径して、封止部を形成する。また、他端も同様に封止部を形成するが、蓄熱材料を充填するための細管を付けておく。
（６）この細管を利用して、導電性を有する蓄熱材料（例えば液状の糖アルコールや無機塩水和物）をガラス管の中に充填する。
（７）細管を加熱溶融して封止する。
（１）ペットフィルム等の平板フィルム上にインクジェットプリンタによる製膜技術を用いて熱電変換部を形成する。
（２）次に、熱電変換部に絶縁材料をコーティングし、絶縁被覆層を形成する。（３）ガラス管にペットフィルムを丸めて挿入し、ペットフィルムがガラス管と当接するようにガラス管の中に配置する。
（４）第２電極にリード線を接続する。
（５）ガラス管の一方の端を加熱縮径して、封止部を形成する。また、他端も同様に封止部を形成するが、蓄熱材料を充填するための細管を付けておく。
（６）この細管を利用して、導電性を有する蓄熱材料（例えば液状の糖アルコールや無機塩水和物）をガラス管の中に充填する。
（７）細管を加熱溶融して封止する。
【0032】
＜第３の方法＞
（１）ガラス管の内側全面に、マスクを用いて電極パターンを形成し、スプレー熱分解法（ＳＰＤ）等を用いて導電膜を該電極パターンに合わせて形成し、焼結処理を行う。
（２）インクジェットプリンタ技術を用いて熱電素子部分を前記導電膜上に直接描画し、焼結処理を行う。
（３）異方向性材料を熱電素子部分まで形成したガラス管内面に、例えば吸い上げ法により塗布し、焼結処理を行う。その後、表面研磨、または、エッチングにより、不要な箇所に形成された異方向性材料を除去して、絶縁材を形成する。
（４）熱電素子部分のガラス管中心方向の面に（１）と同様の手法で導電性膜を電極パターンに合わせて形成し、焼結処理を行う。
（５）必要に応じて、最内表面や熱電素子側面にコーティング材を塗布乾燥して、絶縁被覆層を形成する。
（６）第２電極にリード線を接続させる。
（７）ガラス管の両端を加熱溶融し、縮径して、封止部を形成する。
（８）ガラス管内に蓄熱材としてパラフィンを充填する。
（９）前記パラフィンの充填後に、ガラス管内を気密に封止するためには、該封止部に埋設した金属パイプを圧着封止したり、ガラス管に前もって形成した枝管を加熱溶融したりする等ができる。
（１）ガラス管の内側全面に、マスクを用いて電極パターンを形成し、スプレー熱分解法（ＳＰＤ）等を用いて導電膜を該電極パターンに合わせて形成し、焼結処理を行う。
（２）インクジェットプリンタ技術を用いて熱電素子部分を前記導電膜上に直接描画し、焼結処理を行う。
（３）異方向性材料を熱電素子部分まで形成したガラス管内面に、例えば吸い上げ法により塗布し、焼結処理を行う。その後、表面研磨、または、エッチングにより、不要な箇所に形成された異方向性材料を除去して、絶縁材を形成する。
（４）熱電素子部分のガラス管中心方向の面に（１）と同様の手法で導電性膜を電極パターンに合わせて形成し、焼結処理を行う。
（５）必要に応じて、最内表面や熱電素子側面にコーティング材を塗布乾燥して、絶縁被覆層を形成する。
（６）第２電極にリード線を接続させる。
（７）ガラス管の両端を加熱溶融し、縮径して、封止部を形成する。
（８）ガラス管内に蓄熱材としてパラフィンを充填する。
（９）前記パラフィンの充填後に、ガラス管内を気密に封止するためには、該封止部に埋設した金属パイプを圧着封止したり、ガラス管に前もって形成した枝管を加熱溶融したりする等ができる。
【0033】
以上説明したように、本発明に係る熱発電装置によれば、熱電変換部が密閉された管状容器の内部に設けられ、該熱電変換部の内側に蓄熱部が設けられていることにより、特に夜間の発電時には、太陽光により蓄熱部に蓄熱された熱の全てが、内側から熱電変換部に伝達されて電気エネルギーへの変換に利用されるので、熱エネルギーの損失がなく効率的な熱電変換が行われる。
また、蓄熱部を構成する蓄熱材料は、端部が封止された管状容器内に密閉状態で収容されているので、その劣化が抑制できる。
また、蓄熱部を構成する蓄熱材料は、端部が封止された管状容器内に密閉状態で収容されているので、その劣化が抑制できる。
【符号の説明】
【0034】
１ ：管状容器
２ ：本体部
３ ：封止部
４ ：熱電変換部
５ ：熱電変換素子
６ ：正孔輸送部
７ ：電子輸送部
８ ：絶縁材
１０：導電部
１１：第１電極
１２：第２電極
１３：蓄熱部
１５：金属箔
１６：内部リード
１７：外部リード
１８：リード部
２０：整流ダイオード
２１：絶縁被覆層
２ ：本体部
３ ：封止部
４ ：熱電変換部
５ ：熱電変換素子
６ ：正孔輸送部
７ ：電子輸送部
８ ：絶縁材
１０：導電部
１１：第１電極
１２：第２電極
１３：蓄熱部
１５：金属箔
１６：内部リード
１７：外部リード
１８：リード部
２０：整流ダイオード
２１：絶縁被覆層
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】