热电发电器、热电发电方法、电信号检测设备及方法

摘要

本发明涉及热电发电器、热电发电方法、电信号检测设备及方法。一种采用热电发电器的热电发电方法，包括以下步骤：将热电发电器置于变温环境中；分别使用第一和第二输出部分作为正极端子和负极端子，将第二支撑部件的温度高于第一支撑部件的温度时由第一和第二支撑部件之间的温度差导致产生的并且从第二热电转换部件流向第一热电转换部件的电流引出到外部；以及分别使用第三和第四输出部分作为正极端子和负极端子，将第一支撑部件的温度高于所述第二支撑部件的温度时由所述第一和第二支撑部件之间的温度差产生的并且从第四热电转换部件流向第三热电转换部件的电流引出到外部。

说明书

技术领域

本发明涉及热电发电器、热电发电方法、电信号检测设备以及电信号 检测方法。

背景技术

利用温度差的热电发电器包括热接收器、散热器以及设置在热接收器 与散热器之间的热电转换元件。例如，便携式通信设备(见 JP-A-2004-056866)和手表(见JP-A-2000-147161)为已知的使用这样的 热电发电器的设备的实施例。

发明内容

热电发电器需要热接收器与散热器之间具有温度差。从而，例如，在 由于热量通过热电转换元件从热接收器传输到散热器而导致在热接收器 和散热器之间没有温度差的情况下，热电发电失败。如果没有热量从热源 流入热接收器，则首先就不能产生电。因此，当将相关领域的热电发电器 置于例如通常的生活环境(具体地，房间里)时，很难进行热电发电。此 外，相关领域的热电发电器只有在有限的条件下才可以连续地实现热电发 电。在常温度范围中进行连续热电发电尤为困难。

传感设备一般需要通常由电池或商用电源提供的能量。因此，更换电 池或对电池充电是必要的，并且当进行布线时，设备的使用将受到限制。 包含根据人体温度发电的发电单元的设备是可用的。然而，由于传感设备 另外包括发电单元，所以设备的尺寸或复杂性增大。

因此，需要一种能够实现热电发电而无需热源的热电发电器、热电发 电方法、电信号检测设备以及电信号检测方法。

根据本发明的第一或第二实施方式，提供有一种热电发电器，包括：

(A)第一支撑部件；

(B)第二支撑部件，与第一支撑部件相对设置；

(C)热电转换元件，设置在第一支撑部件与第二支撑部件之间；以 及

(D)第一输出部和第二输出部，连接到热电转换元件，

其中，热电转换元件包括：

(C-1)第一热电转换部件，设置在第一支撑部件与第二支撑部件之 间；以及

(C-2)第二热电转换部件，设置在第一支撑部件与第二支撑部件之 间，由与第一热电转换部件的材料不同的材料制成，并串联电连接到第一 热电转换部件，

第一输出部连接到第一支撑部件侧上的第一热电转换部件的端部，以 及

第二输出部连接到第一支撑部件侧上的第二热电转换部件的端部。

在根据本发明的第一实施方式的热电发电器中，建立τ_SM1＞τ_SM2和 S₁₂≠S₂₂的关系，其中S₁₂是第一热电转换部件的与第二支撑部件接触的第 二表面的面积，假定S₁₁＞S₁₂，其中S₁₁是第一热电转换部件的与第一支撑 部件接触的第一表面的面积，S₂₂是第二热电转换部件的与第二支撑部件 接触的第二表面的面积，假定S₂₁＞S₂₂，其中S₂₁是第二热电转换部件的与 第一支撑部件接触的第一表面的面积，τ_SM1是第一支撑部件的热响应时间 常数，以及τ_SM2是第二支撑部件的热响应时间常数。

在根据本发明第二实施方式的热电发电器中，建立τ_SM1＞τ_SM2且 VL₁≠VL₂的关系，其中VL₁是第一热电转换部件的体积，VL₂是第二热电 转换部件的体积，τ_SM1是第一支撑部件的热响应时间常数，以及τ_SM2是第 二支撑部件的热响应时间常数。

根据本发明的第三实施方式，提供了一种热电发电器，包括：

(A)第一支撑部件；

(B)第二支撑部件，与第一支撑部件相对设置；

(C)第一热电转换元件，设置在第一支撑部件与第二支撑部件之间；

(D)第二热电转换元件，设置在第一支撑部件与第二支撑部件之间； 以及

(E)第一输出部和第二输出部，

其中，第一热电转换元件包括与第二支撑部件接触的第一热电转换部 件A以及与第一支撑部件接触的第一热电转换部件B，第一热电转换部件 A和第一热电转换部件B彼此接触设置，以及

第二热电转换元件包括与第一支撑部件接触的第二热电转换部件A 以及与第二支撑部件接触的第二热电转换部件B，第二热电转换部件A和 第二热电转换部件B彼此接触设置，

其中，第一热电转换元件和第二热电转换元件彼此串联电连接。

第一输出部连接到第一热电转换部件B的端部，

第二输出部连接到第二热电转换部件A的端部，以及

建立τ_SM1≠τ_SM2的关系，其中，τ_SM1是第一支撑部件的热响应时间常 数，以及τ_SM2是第二支撑部件的热响应时间常数。

根据本发明的第四实施方式，提供了一种热电发电器，包括：

(A)第一支撑部件；

(B)第二支撑部件，与第一支撑部件相对设置；

(C)第一热电转换元件，设置在第一支撑部件与第二支撑部件之间；

(D)第二热电转换元件，设置在第一支撑部件与第二支撑部件之间； 以及

(E)第一输出部、第二输出部、第三输出部和第四输出部，

其中，第一热电转换元件包括：

(C-1)第一热电转换部件，设置在第一支撑部件与第二支撑部件之 间；以及

(C-2)第二热电转换部件，设置在第一支撑部件与第二支撑部件之 间，由与第一热电转换部件的材料不同的材料制成，并串联电连接到第一 热电转换部件，

其中，第二热电转换元件包括：

(C-1)第三热电转换部件，设置在第一支撑部件与第二支撑部件之 间；以及

(C-2)第四热电转换部件，设置在第一支撑部件与第二支撑部件之 间，由与第三热电转换部件的材料不同的材料制成，并串联电连接到第三 热电转换部件，

第一输出部连接到第一热电转换部件，

第二输出部连接到第二热电转换部件，

第三输出部连接到第三热电转换部件，

其中，第四输出部连接到第四热电转换部件；以及

建立τ_SM1≠τ_SM2的关系，其中，τ_SM1是第一支撑部件的热响应时间常 数，以及τ_SM2是第二支撑部件的热响应时间常数。

根据本发明的第五实施方式，提供了一种热电发电器，包括：

(A)第一支撑部件；

(B)第二支撑部件，与第一支撑部件相对设置；

(C)第一热电转换元件，设置在第一支撑部件与第二支撑部件之间；

(D)第二热电转换元件，设置在第一支撑部件与第二支撑部件之间；

(E)第三热电转换元件，设置在第一支撑部件与第二支撑部件之间；

(F)第四热电转换元件，设置在第一支撑部件与第二支撑部件之间； 以及

(G)第一输出部、第二输出部、第三输出部和第四输出部，

其中，第一热电转换元件包括与第二支撑部件接触的第一热电转换部 件A，以及与第一支撑部件接触的第一热电转换部件B，第一热电转换部 件A和第一热电转换部件B彼此接触设置，

第二热电转换元件包括与第一支撑部件接触的第二热电转换部件A 以及与第二支撑部件接触的第二热电转换部件B，第二热电转换部件A和 第二热电转换部件B彼此接触设置，

第三热电转换元件包括与第二支撑部件接触的第三热电转换部件A 以及与第一支撑部件接触的第三热电转换部件B，第三热电转换部件A和 第三热电转换部件B彼此接触设置，

第四热电转换元件包括与第一支撑部件接触的第四热电转换部件A 以及与第二支撑部件接触的第四热电转换部件B，第四热电转换部件A和 第四热电转换部件B彼此接触设置，

第一热电转换元件和第二热电转换元件彼此串联电连接，

第三热电转换元件和第四热电转换元件彼此串联电连接，

第一输出部连接到第一热电转换元件，

第二输出部连接到第二热电转换元件，

第三输出部连接到第三热电转换元件，

第四输出部连接到第四热电转换元件，以及

建立τ_SM1≠τ_SM2的关系，其中τ_SM1是第一支撑部件的热响应时间常数， 以及τ_SM2是第二支撑部件的热响应时间常数。

根据本发明的第一实施方式，提供了一种使用本发明的第一实施方式 的热电发电器的热电发电方法。根据本发明的第二实施方式，提供了一种 使用本发明的第二实施方式的热电发电器的热电发电方法。根据本发明的 第三实施方式，提供了一种使用本发明的第三实施方式的热电发电器的热 电发电方法。

根据本发明的第一至第三实施方式的热电发电方法，包括以下步骤：

将热电发电器置于变温环境中；

使用第一输出部作为正极端子以及第二输出部作为负极端子，将第二 支撑部件的温度高于第一支撑部件的温度时由第一支撑部件与第二支撑 部件之间的温度差导致产生的并且从第二热电转换部件流向第一热电转 换部件的电流引出到外部(根据第一和第二实施方式的热电发电方法)， 或者使用第一输出部作为正极端子以及第二输出部作为负极端子，将从第 二热电转换元件流向第一热电转换元件的电流引出到外部(根据第三实施 方式的热电发电方法)。

根据本发明的第四实施方式A，提供了一种使用根据本发明的第四实 施方式的热电发电器的热电发电方法，包括以下步骤：

将热电发电器置于变温环境中；

使用第一输出部作为正极端子以及第二输出部作为负极端子，将第二 支撑部件的温度高于第一支撑部件的温度时由第一支撑部件与第二支撑 部件之间的温度差导致产生的并且从第二热电转换部件流向第一热电转 换部件的电流引出到外部，以及

使用第三输出部作为正极端子以及第四输出部作为负极端子，将第一 支撑部件的温度高于第二支撑部件的温度时由第一支撑部件与第二支撑 部件之间的温度差产生的并且从第四热电转换部件流向第三热电转换部 件的电流引出到外部，以及

根据本发明的第四实施方式B，提供了一种热电发电方法，包括：根 据本发明第四实施方式A的热电发电方法，使用第一输出部作为正极端子 以及第二输出部作为负极端子，将第二支撑部件的温度高于第一支撑部件 的温度时由第一支撑部件与第二支撑部件之间的温度差产生的并且从第 二热电转换部件流向第一热电转换部件的电流引出到外部，以及使用第三 输出部作为正极端子以及第四输出部作为负极端子，将从第四热电转换部 件流向第三热电转换部件的电流引出到外部，替代使用第一输出部作为正 极端子以及第二输出部作为负极端子，将第二支撑部件的温度高于第一支 撑部件的温度时由第一支撑部件与第二支撑部件之间的温度差导致产生 的并且从第二热电转换部件流向第一热电转换部件的电流引出到外部，以 及替代使用第三输出部作为正极端子以及第四输出部作为负极端子，将第 一支撑部件的温度高于第二支撑部件的温度时由第一支撑部件与第二支 撑部件之间的温度差导致产生的并且从第四热电转换部件流向第三热电 转换部件的电流引出到外部。

根据本发明的第五实施方式A，提供了一种使用根据本发明的第五实 施方式的热电发电器的热电发电方法，以及包括以下步骤：

将热电发电器置于变温环境中；

使用第一输出部作为正极端子以及第二输出部作为负极端子，将第二 支撑部件的温度高于第一支撑部件的温度时由第一支撑部件与第二支撑 部件之间的温度差产生的并且从第二热电转换元件流向第一热电转换元 件的电流引出到外部，以及

使用第四输出部作为正极端子以及第三输出部作为负极端子，将第一 支撑部件的温度高于第二支撑部件的温度时由第一支撑部件与第二支撑 部件之间的温度差产生的并且从第四热电转换部件流向第三热电转换部 件的电流引出到外部，以及

根据本发明的第五实施方式B的热电发电方法，提供了一种热电发 电方法，其中，根据本发明的第五实施方式A的热电发电方法，使用第一 输出部作为正极端子以及第二输出部作为负极端子，将第二支撑部件的温 度高于第一支撑部件的温度时由第一支撑部件与第二支撑部件之间的温 度差产生的并且从第二热电转换元件流向第一热电转换元件的电流引出 到外部，以及使用第三输出部作为正极端子以及第四输出部作为负极端 子，将从第四热电转换元件流向第三热电转换元件的电流引出到外部，替 代使用第一输出部作为正极端子以及第二输出部作为负极端子，将第二支 撑部件的温度高于第一支撑部件的温度时由第一支撑部件与第二支撑部 件之间的温度差产生的并且从第二热电转换元件流向第一热电转换元件 的电流引出到外部，以及替代使用第四输出部作为正极端子以及第三输出 部作为负极端子，将第一支撑部件的温度高于第二支撑部件的温度时由第 一支撑部件与第二支撑部件之间的温度差导致产生的并且从第四热电转 换部件流向第三热电转换部件的电流引出到外部。

根据本发明的第一实施方式，提供了一种使用本发明的第一实施方式 的热电发电器的电信号检测方法。根据本发明的第二实施方式，提供了一 种使用本发明的第二实施方式的热电发电器的电信号检测方法。根据本发 明的第三实施方式，提供了一种使用本发明的第三实施方式的热电发电器 的电信号检测方法。

根据本发明的第一至第三实施方式的电信号检测方法，包括以下步 骤：

将热电发电器置于变温环境中；

使用第一输出部作为正极端子以及第二输出部作为负极端子，将第二 支撑部件的温度高于第一支撑部件的温度时由第一支撑部件与第二支撑 部件之间的温度差导致产生的并且从第二热电转换部件流向第一热电转 换部件的电流引出到外部，被引出的电流作为电信号(根据本发明的第一 和第二实施方式的电信号检测方法)，或者使用第一输出部作为正极端子 以及第二输出部作为负极端子，将从第二热电转换元件流向第一热电转换 元件的电流引出到外部，被引出的电流作为电信号(根据本发明的第三实 施方式的电信号检测方法)；以及

从所述电信号获得不同种类的电信号。

根据本发明的第四实施方式A，提供了一种使用根据本发明的第四实 施方式的热电发电器的电信号检测方法，以及包括以下步骤：

将热电发电器置于变温环境中；

使用第一输出部作为正极端子以及第二输出部作为负极端子，将第二 支撑部件的温度高于第一支撑部件的温度时由第一支撑部件与第二支撑 部件之间的温度差导致产生的并且从第二热电转换部件流向第一热电转 换部件的电流引出到外部，被引出的电流作为电信号；以及

使用第三输出部作为正极端子以及第四输出部作为负极端子，将第一 支撑部件的温度高于第二支撑部件的温度时由第一支撑部件与第二支撑 部件之间的温度差产生的并且从第四热电转换部件流向第三热电转换部 件的电流引出到外部，被引出的电流作为电信号；以及

从所述电信号获得不同种类的电信号。

根据本发明的第四实施方式B的热电发电方法，提供了一种电信号 检测方法，其中，根据本发明的第四实施方式A的电信号检测方法，使用 第一输出部作为正极端子以及第二输出部作为负极端子，将当第二支撑部 件的温度高于第一支撑部件的温度时由第一支撑部件与第二支撑部件之 间的温度差导致产生的并且从第二热电转换部件流向第一热电转换部件 的电流引出到外部作为电信号，以及使用第三输出部作为正极端子以及第 四输出部作为负极端子，将从第四热电转换部件流向第三热电转换部件的 电流引出作为电信号，替代使用第一输出部作为正极端子以及第二输出部 作为负极端子，将第二支撑部件的温度高于第一支撑部件的温度时由第一 支撑部件与第二支撑部件之间的温度差导致产生的并且从第二热电转换 部件流向第一热电转换部件的电流引出到外部，以及替代使用第三输出部 作为正极端子以及第四输出部作为负极端子，将第一支撑部件的温度高于 第二支撑部件的温度时由第一支撑部件与第二支撑部件之间的温度差导 致产生的并且从第四热电转换部件流向第三热电转换部件的电流引出到 外部，其中从所述电信号中获得多种电信号。

根据本发明的第五实施方式A，提供了一种使用根据本发明的第五实 施方式的热电发电器的电信号检测方法，包括以下步骤：

将热电发电器置于变温环境中；

使用第一输出部作为正极端子以及第二输出部作为负极端子，将第二 支撑部件的温度高于第一支撑部件的温度时由第一支撑部件与第二支撑 部件之间的温度差导致产生的并且从第二热电转换元件流向第一热电转 换元件的电流引出到外部，被引出的电流作为电信号；以及

使用第四输出部作为正极端子以及第三输出部作为负极端子，将第一 支撑部件的温度高于第二支撑部件的温度时由第一支撑部件与第二支撑 部件之间的温度差产生的并且从第三热电转换元件流向第四热电转换元 件的电流引出到外部，被引出的电流作为电信号；以及

从所述电信号获得不同种类的电信号。

根据本发明的第五实施方式B的热电发电方法，提供了一种电信号 检测方法，其中，根据本发明的第五实施方式A的电信号检测方法，使用 第一输出部作为正极端子以及第二输出部作为负极端子，将第二支撑部件 的温度高于第一支撑部件的温度时由的第一支撑部件与第二支撑部件之 间的温度差导致产生的并且从第二热电转换元件流向第一热电转换元件 的电流引出到外部作为电信号，以及使用第三输出部作为正极端子以及第 四输出部作为负极端子，将从第四热电转换元件流向第三热电转换元件的 电流引出到外部作为电信号，替代使用第一输出部作为正极端子以及第二 输出部作为负极端子，将第二支撑部件的温度高于第一支撑部件的温度时 由第一支撑部件与第二支撑部件之间的温度差产生的并且从第二热电转 换元件流向第一热电转换元件的电流引出到外部，以及替代使用第四输出 部作为正极端子以及第三输出部作为负极端子，将第一支撑部件的温度高 于第二支撑部件的温度时由第一支撑部件与第二支撑部件之间的温度差 产生的并且从第三热电转换元件流向第四热电转换元件的电流引出到外 部，其中从所述电信号中获得多种电信号。

根据本发明的一个实施方式，提供了一种电信号检测设备，包括本发 明的第一至第五实施方式的热电发电器中的至少两个，其中从每个热电发 电器获得的电流作为电信号。

具体地，根据本发明的第一实施方式的电信号检测设备可以具有一个 形式，包括：

(01)至少一个根据本发明的第一实施方式的热电发电器以及至少一 个根据本发明的第二实施方式的热电发电器；

(02)至少一个根据本发明的第一实施方式的热电发电器以及至少一 个根据本发明的第三实施方式的热电发电器；

(03)至少一个根据本发明的第一实施方式的热电发电器以及至少一 个根据本发明的第四实施方式的热电发电器；

(04)至少一个根据本发明的第一实施方式的热电发电器以及至少一 个根据本发明的第五实施方式的热电发电器；

(05)至少一个根据本发明的第二实施方式的热电发电器以及至少一 个根据本发明的第三实施方式的热电发电器；

(06)至少一个根据本发明的第二实施方式的热电发电器以及至少一 个根据本发明的第四实施方式的热电发电器；

(07)至少一个根据本发明的第二实施方式的热电发电器以及至少一 个根据本发明的第五实施方式的热电发电器；

(08)至少一个根据本发明的第三实施方式的热电发电器以及至少一 个根据本发明的第四实施方式的热电发电器；

(09)至少一个根据本发明的第三实施方式的热电发电器以及至少一 个根据本发明的第五实施方式的热电发电器；

(10)至少一个根据本发明的第四实施方式的热电发电器以及至少一 个根据本发明的第五实施方式的热电发电器；

除了这十个组合之外，电信号检测设备可以是从根据第一至第五实施 方式的热电发电器选择三种(例如，三个热电发电器)的十个组合中的任 意一个、从中选择四种(例如，四个热电发电器)的五个组合中的任意一 个、或从中选择五种(例如，五个热电发电器)的一个组合。

第一支撑部件的热响应时间常数τ_SM1与第二支撑部件的热响应时间 常数τ_SM2在根据本发明的第一至第五实施方式的热电发电器、用于根据本 发明的第一至第五实施方式的热电发电方法、根据本发明的第一至第五实 施方式的电信号检测方法的热电发电器、以及本发明的实施方式的电信号 检测设备方面不同。从而，在将热电发电器置于变温环境中之后，第一支 撑部件的温度与第二支撑部件的温度之间产生温度差。结果，在热电转换 元件、第一热电转换元件或第二热电转换元件中产生热电发电。具体地， 假定在其中放置热电发电器的环境或气氛中存在温度变化或温度波动，则 在没有热源的情况下可以实现热电发电或电信号的生成。例如，这就使得 能够实现在远程位置进行远程监测或遥感，并且使得能够将发电单元安装 在难以重新安装的位置或者安装在难以进行物理布线或互联的位置。此 外，可以更自由地对发电单元进行设计和布局。

在根据本发明的第一至第五实施方式的电信号检测方法中，从一种电 信号中获得不同种类的电信号。此外，在本发明的实施方式的电信号检测 设备中，从单个电信号检测设备获得不同种类的电信号。此外，电信号检 测设备本身用作发电单元。从而，可以减小电信号检测设备的尺寸并降低 其复杂性，并可以持续监测。还可以降低整个系统的功耗。

附图说明

图1A是实施例1的热电发电器的示意性局部截面图；图1B是示意 性示出了第一支撑部件的温度(T_A)和第二支撑部件的温度(T_B)、这些 温度之间的温度差(ΔT＝T_B-T_A)的变化以及第一输出部和第二输出部之 间的电压V_1-2的变化的示图。

图2A是实施例2的热电发电器的示意性局部截面图；图2B是示出 了第一支撑部件的温度(T_A)和第二支撑部件的温度(T_B)、这些温度之 间的温度差(ΔT＝T_B-T_A)的变化以及第一输出部和第二输出部之间的电 压V_1-2的变化的示图。

图3A是实施例3的热电发电器的示意性局部截面图；图3B是示出 了第一支撑部件的温度(T_A)和第二支撑部件的温度(T_B)、这些温度之 间的温度差(ΔT＝T_B-T_A)的变化以及第一输出部和第二输出部之间的电 压V_1-2的变化的示图。

图4是实施例4的热电发电器的示意性局部平面图。

图5A至5B分别是图4中所示的实施例4沿箭头A-A、B-B、C-C、 D-D和E-E的热电发电器的示意性局部截面图。

图6A是实施例5的热电发电器的示意性局部截面图。

图7是系统地示出了实施例5的第一支撑部件的温度(T_A)和第二 支撑部件的温度(T_B)、这些温度之间的温度差(ΔT＝T_B-T_A)的变化、 第一输出部和第二输出部之间的电压V_1-2的变化以及第三输出部和第四输 出部之间的V_3-4的变化的示图。

图8A和8B是实施例6的热电发电器的示意性局部截面图。

图9是系统地示出了实施例6的第一支撑部件的温度(T_A)和第二 支撑部件的温度(T_B)、这些温度之间的温度差(ΔT＝T_B-T_A)的变化、 第一输出部和第二输出部之间的电压V_1-2的变化以及第三输出部和第四输 出部之间的V_3-4的变化的示图。

图10A和10B是实施例7的热电发电器的示意性局部截面图。

图11是系统地示出了实施例7的第一支撑部件的温度(T_A)和第二 支撑部件的温度(T_B)、这些温度之间的温度差(ΔT＝T_B-T_A)的变化、 第一输出部和第二输出部之间的电压V_1-2的变化以及第三输出部和第四输 出部之间的V_3-4的变化的示图。

图12A和12B是实施例8的热电发电器的示意性局部截面图。

图13是系统地示出了实施例8的第一支撑部件的温度(T_A)和第二 支撑部件的温度(T_B)、这些温度之间的温度差(ΔT＝T_B-T_A)的变化、 第一输出部和第二输出部之间的电压V_1-2的变化以及第三输出部和第四输 出部之间的V_3-4的变化的示图。

图14A和14B是实施例9的热电发电器的示意性局部截面图。

图15是系统地示出了实施例9的第一支撑部件的温度(T_A)和第二 支撑部件的温度(T_B)、这些温度之间的温度差(ΔT＝T_B-T_A)的变化、 第一输出部和第二输出部之间的电压V_1-2的变化以及第三输出部和第四输 出部之间的V_3-4的变化的示图。

图16A和16B是实施例10的热电发电器的示意性局部截面图。

图17A至17C是示出了整流电路的实施例的电路图；图17D是表示 本发明的实施方式的热电发电器的应用实施例的概图。

图18是表示第二支撑部件的温度T_B与第一支撑部件的温度T_A之间 的温度差ΔT(＝T_B-T_A)的变化响应于环境的假定正弦温度变化的模拟结 果的曲线图。

图19是表示在τ₂保持为0.1而参数ω为不同值的情况下，ΔT作为τ₁的函数的模拟结果的曲线图。

具体实施方式

以下将参照附图根据实施例来描述本发明。应指出的是，本发明不限 于以下实施例，并且以下实施例中示出的数值和材料是示例性的。将以以 下顺序给出描述。

1.本发明的实施方式的热电发电器和热电发电方法的整体描述

2.实施例1(根据本发明第一实施方式的热电发电器和热电发电方 法)

3.实施例2(根据本发明第二实施方式的热电发电方法，以及根据本 发明第一实施方式的热电发电器)

4.实施例3(根据本发明第三实施方式的热电发电器和热电发电方 法)

5.实施例4(实施例3的变形)

6.实施例5(根据本发明第四实施方式A的热电发电方法)

7.实施例6(根据本发明第四实施方式B的热电发电方法，以及根 据本发明第四实施方式的热电发电器)

8.实施例7(实施例6的变形)

9.实施例8(根据本发明第五实施方式A的热电发电方法)

10.实施例9(根据本发明第五实施方式B的热电发电方法，以及根 据本发明第五实施方式的热电发电器)

11.实施例10(实施例9的变形)

12.实施例11(实施例2的变形)

13.实施例12(根据本发明第一实施方式的电信号检测方法，以及根 据本发明实施方式的电信号检测设备)

14.实施例13(根据本发明第二实施方式的电信号检测方法)

15.实施例14(根据本发明的第三实施方式的电信号检测方法)

16.实施例15(根据本发明第四实施方式A的电信号检测方法)

17.实施例16(根据本发明第四实施方式B的电信号检测方法)

18.实施例17(根据本发明第五实施方式A的电信号检测方法)

19.实施例18(根据本发明第五实施方式B的电信号检测方法)，以 及其他

[本发明的实施方式的热电发电器和热电发电方法的整体描述]

以下涉及用于根据本发明第四实施方式A的热电发电方法以及用于 根据本发明第四实施方式A的电信号检测方法的热电发电器；根据本发明 第四实施方式的热电发电器，以及使用根据本发明第四实施方式的热电发 电器的本发明实施方式的电信号检测设备。(以下，这些将统称为“根据 第四实施方式A等的本发明”)

可以采用根据第四实施方式A等的发明的热电发电器，以使得：

第一输出部连接到第一支撑部件侧上的第一热电转换部件的端部；

第二输出部连接到第一支撑部件侧上的第二热电转换部件的端部；

第三输出部连接到第二支撑部件侧上的第三热电转换部件的端部；以 及

第四输出部连接到第二支撑部件侧上的第四热电转换部件的端部。

以下涉及用于根据本发明的第四实施方式B的热电发电方法以及用 于根据本发明第四实施方式B的电信号检测方法的热电发电器；根据本发 明第四实施方式的热电发电器；以及使用根据本发明第四实施方式的热电 发电器的本发明实施方式的电信号检测设备。(以下，这些将统称为“根 据第四实施方式B等的发明”)

可以采用根据第四实施方式B等的本发明的热电发电器，以使得：

第一输出部连接到第一支撑部件侧上的第一热电转换部件的端部；

第二输出部连接到第一支撑部件侧上的第二热电转换部件的端部；

第三输出部连接到第一支撑部件侧上的第三热电转换部件的端部；以 及

第四输出部连接到第一支撑部件侧上的第四热电转换部件的端部。

在根据实施方式B等的发明的这样的优选配置的热电发电器中，优 选地，建立τ_TE1≠τ_TE2的关系，其中τ_TE1是第一热电转换元件的热响应时间 常数，而τ_TE2是第二热电转换元件的热响应时间常数。

在这种情况下，可以采用热电发电器，以使得：

第一热电转换部件具有面积为S₁₁的第一表面以及面积为S₁₂的第二 表面(S₁₁＞S₁₂)；

第二热电转换部件具有面积为S₂₁的第一表面以及面积为S₂₂的第二 表面(S₂₁＞S₂₂)；

第三热电转换部件具有面积为S31的第一表面以及面积为S₃₂的第二 表面(S₃₁＞S₃₂)；以及

第四热电转换部件具有面积为S₄₁的第一表面以及面积为S₄₂的第二 表面(S₄₁＞S₄₂)，以及使得：

第一热电转换部件和第二热电转换部件的第一表面与第一支撑部件 接触；

第一热电转换部件和第二热电转换部件的第二表面与第二支撑部件 接触；

第三热电转换部件和第四热电转换部件的第一表面与第一支撑部件 接触；以及

第三热电转换部件和第四热电转换部件的第二表面与第二支撑部件 接触。

这种配置的第一热电转换部件、第二热电转换部件、第三热电转换部 件和第四热电转换部件可以具有例如去顶锥体的形状，更具体地，具有去 顶三棱锥、去顶四棱锥、去顶六棱锥或去顶圆锥的形状。

在这种情况下，可以建立VL₁≠VL₃且VL₂≠VL₄的关系，其中VL₁是 第一热电转换部件的体积，VL₂是第二热电转换部件的体积，VL₃是第三 热电转换部件的体积，以及VL₄是第四热电转换部件的体积。

这种配置的第一热电转换部件、第二热电转换部件、第三热电转换部 件和第四热电转换部件可以是例如柱形，更具体地，为三角柱、四角柱、 六角柱或圆柱。优选地，VL₁≠VL₂且VL₃≠VL₄。

以下涉及用于根据本发明第五实施方式A的热电发电方法以及用于 根据本发明第五实施方式A的电信号检测方法的热电发电器；根据本发明 第五实施方式的热电发电器，以及使用根据本发明第五实施方式的热电发 电器的根据本发明实施方式的电信号检测设备。(以下，这些将统称为“根 据第五实施方式A等的发明”)

可以采用根据第五实施方式A等的本发明的热电发电器，以使得：

第一输出部连接到第一热电转换部件B的端部；

第二输出部连接到第二热电转换部件A的端部；

第三输出部连接到第三热电转换部件A的端部；以及

第四输出部连接到第四热电转换部件B的端部。

可选地，以下涉及用于根据本发明第五实施方式B的热电发电方法 以及对于根据本发明第五实施方式B的电信号检测方法的热电发电器；根 据本发明第五实施方式的热电发电器；以及使用根据本发明第五实施方式 的热电发电器的本发明实施方式的电信号检测设备。(以下，这些将统称 为“根据第五实施方式B等的发明”)

可以采用根据第五实施方式B等的本发明的热电发电器，以使得：

第一输出部连接到第一热电转换部件B的端部；

第二输出部连接到第二热电转换部件A的端部；

第三输出部连接到第三热电转换部件B的端部；以及

第四输出部连接到第四热电转换部件A的端部。

在根据实施方式B等的本发明的这样的优选配置的热电发电器中， 优选地，建立τ_TE1≠τ_TE3且τ_TE2≠τ_TE4的关系，其中τ_TE1是第一热电转换元件 的热响应时间常数，τ_TE2是第二热电转换元件的热响应时间常数，τ_TE3是 第三热电转换元件的热响应时间常数，以及τ_TE4是第四热电转换元件的热 响应时间常数。

在这种情况下，可以采用热电发电器，以便建立VL₁≠VL₃且VL₂≠VL₄的关系，其中VL₁是第一热电转换元件的体积，VL₂是第二热电转换元件 的体积，VL₃是第三热电转换元件的体积，以及VL₄是第四热电转换元件 的体积。

可选地，可以建立S₁₂≠S₃₂且S₂₁≠S₄₁的关系或者S₁₂≠S₂₁且S₃₂≠S₄₁的 关系，其中S₁₂是第一热电转换部件A的接触第二支撑部件的部分的面积， S₂₁是第二热电转换部件B的部分的接触第一支撑部件的面积，S₃₂是第三 热电转换部件A的接触第二支撑部件的部分的面积，以及S₄₁是第四热电 转换部件A的接触第一支撑部件的部分的面积。

形成热电发电器的热电转换元件的数量实际上可以是随意的，并可以 根据在根据本发明的第一至第五实施方式B的热电发电方法中以及根据 本发明第一至第五实施方式B的电信号检测方法中的热电发电器、根据本 发明第一至第五实施方式的热电发电器、以及本发明实施方式的电信号检 测设备(这些还将被简单统称为“本发明”)所需的热电输出来确定，所 述热电发电器包括上述各种优选配置。

热响应时间常数τ由形成支撑部件、热电转换元件和热电转换部件的 材料的密度ρ、比热c和热传导系数h以及撑部件、热电转换元件和热电 转换部件的体积VL和面积S确定。热响应时间常数的值随着高的密度和 高的比热以及低热传导系数以及大体积和小面积的材料的使用而增加。可 以通过以下等式(1)确定热响应时间常数τ。

τ＝(ρ·c/h)×(V/S)...(1)

在本发明中，可以通过对热电发电器的一端产生阶梯温度变化并通过 用例如红外温度计监测生成的温度瞬态响应来测量热响应时间常数。可选 地，可以通过用连接到支撑部件的具有足够快的热时间常数的热电偶测量 温度转变来测量热响应时间常数。此外，可以通过在产生相似的温度变化 时对热电发电器的输出波形的监测来评估热电转换元件的上端和下端之 间的温度差，并通过测量该输出电压从最大电压变化到最小电压的时间， 从而来获得热电转换元件的热响应时间常数。

可以从下式(2)确定支撑部件的温度T_SM。

T_amb＝T_SM+τ_SM×(dT_SM/dt)...(2)，

其中，T_amb是其中放置热电发电器的环境温度，τ_SM是支撑部件的热 响应时间常数。

假定环境温度T_amb的温度变化为如下式(3)所示的正弦。

T_amb＝ΔT_amb×sin(ω·t)+A...(3)，

其中，T_amb是环境温度T_amb的温度变化的幅度，ω是由通过2π除以 温度变化周期(TM)的倒数而获得的值表示的角速度，A是一个常数。

对于环境温度T_amb的这样的温度变化，可以通过下式(4-1)和(4-2) 表示具有热响应时间常数τ1和τ2的支撑部件的热响应T₁和T₂。

T₁＝ΔT_amb(1+τ₁²ω²)^-1×sin(ω·t+k₁)+B₁...(4-1)

T₂＝ΔT_amb(1+τ₂²ω²)^-1×sin(ω·t+k₂)+B₂...(4-2)，

其中，sin(k₁)＝(τ₁·ω)·(1+τ₁²ω²)^-1，

cos(k₁)＝(1+τ₁²ω²)^-1，

sin(k₂)＝(τ₂·ω)·(1+τ₂²ω²)^-1，

cos(k₂)＝(1+τ₂²ω²)^-1，

k₁和k₂表示相位滞后，以及

B₁和B₂是温度变化的中心温度。

从而，可以由下式(5)来近似第一支撑部件的温度(T_A)与第二支 撑部件的温度(T_B)之间的温度差(ΔT＝T_B-T_A)。

其中，

C＝B₁-B₂，

M＝ω(τ₁²-τ₂²)，

N＝τ₂(1+τ₁²ω²)-τ₁(1+τ₂²ω²)

图19表示在τ₂保持为0.1而参数ω为不同值的情况下，ΔT作为τ₁的 函数的模拟结果。ΔT的值已经被归一化以使最大值为1。图19中的符号 A至O均表示温度变化周期TM，如下所示。

在根据第四实施方式A、第四实施方式B和第五实施方式A和第五 实施方式B的发明中，第一热电转换元件和第二热电转换元件的设置实际 上是任意的。例如，可以是如下设置。可以在单行上交替设置第一热电转 换元件和第二热电转换元件。可以在单行上交替设置一组多个第一热电转 换元件和一组多个第二热电转换元件。可以将单行第一热电转换元件与单 行第二热电转换元件相邻。可以将多行第一热电转换元件与多行第二热电 转换元件相邻。可以将热电发电器分为多个区域，从而可以将多个第一热 电转换元件或多个第二热电转换元件设置在每个区域中。

在本发明中，可以使用已知的材料来形成热电转换部件。这些材料的 实例包括：铋碲基材料(具体地，例如Bi₂Te₃，Bi₂Te_2.85Se_0.15)；碲铋锑基 材料；锑碲基材料(具体地，例如Sb₂Te₃)；铊碲基材料；铋硒基材料(具 体地，例如Bi₂Se₃)；铅碲基材料；锡碲基材料；锗碲基材料；Pb_1-xSn_xTe 化合物；锑铋基材料；锌锑基材料(具体地，例如Zn₄Sb₃)；钴锑基材料 (具体地，例如CoSb₃)；铁钴锑基材料；银锑碲基材料(具体地，例如 AgSbTe₂)；TAGS(碲化锑、锗和银)化合物；硅锗基材料；硅基材料[铁 硅基材料(具体地，例如β-FeSi₂)，锰硅基材料(具体地，例如MnSi₂)， 铬硅基材料(具体地，例如CrSi₂)，镁硅基材料(具体地，例如Mg₂Si)]； 方钴基材料[MX3化合物(M为Co、Rh或Ir，X为P、As或Sb)，以及 RM′₄X₁₂化合物(R为La、Ce、Eu、Yb等，M′为Fe、Ru或Os)]；硼化 合物[具体地，例如MB₆(M为Ca、Sr或Ba的碱土金属，以及诸如Y的 稀土金属)]；硅基材料；锗基材料；晶笼化合物(clathrate compound)； 赫斯勒化合物(Heusler compound)；半赫斯勒化合物(half-Heusler compound)；稀土近藤半导体材料(rare-earth Kondo semiconductor material)；过渡金属氧化物基材料(具体地，例如Na_xCoO₂、NaCo₂O₄、 Ca₃Co₄O₉)；氧化锌基材料；氧化钛基材料；氧化钴基材料；SrTiO₃；有机 热电转换材料(具体地，例如聚噻吩、聚苯胺)；合金；康铜， 合金；TGS(triglycine sulfate，甘氨酸硫酸盐)；PbTiO₃； Sr_0.5Ba_0.5Nb₂O₆；PZT；BaO-TiO₂基化合物，钨青铜(A_xBO₃)；15钙钛矿 基材料；24钙钛矿型材料；BiFeO₃；以及双层状钙钛矿基材料。热电转换 部件的材料可以偏离理想配比成分。这些材料中，优选地组合使用铋碲基 材料以及铋碲锑基材料。更具体地，对于第一热电转换部件、第三热电转 换部件、第一热电转换部件A、第二热电转换部件A、第三热电转换部件 A和第四热电转换部件A，优选地使用例如铋碲锑基材料，以及对于第二 热电转换部件、第四热电转换部件、第一热电转换部件B、第二热电转换 部件B、第三热电转换部件B和第四热电转换部件B，优选地使用例如铋 碲基材料。在这种情况下，第一热电转换部件、第三热电转换部件、第一 热电转换部件A、第二热电转换部件A、第三热电转换部件A和第四热电 转换部件A表现为p型半导体，而第二热电转换部件、第四热电转换部件、 第一热电转换部件B、第二热电转换部件B、第三热电转换部件B和第四 热电转换部件B表现为n型半导体。第一热电转换部件和第二热电转换部 件的材料都可以具有塞贝克效应(Seebeck effect)，或者可以仅是这些材 料中的一种具有塞贝克效应。类似地，第三热电转换部件和第四热电转换 部件的材料都可以具有塞贝克效应，或者可以仅是这些材料中的一种具有 塞贝克效应。对于第一热电转换部件A和第一热电转换部件B的组合、 第二热电转换部件A和第二热电转换部件B的组合、第三热电转换部件A 和第三热电转换部件B的组合以及第四热电转换部件A和第四热电转换 部件B的组合的情况是同样的。

制造热电转换部件和热电转换元件的方法实例以及用于将热电转换 部件和热电转换元件形成为期望的形状的方法的实例包括：切割形成热电 转换部件的材料的铸块、刻蚀热电转换部件的材料、用模具铸模、通过电 镀沉积；PVD或CVD方法与图案化技术的组合以及剥离方法。

第一支撑部件和第二支撑部件的材料的实例包括：氟树脂 (fluororesin)；环氧树脂；丙烯酸树脂；聚碳酸酯树脂；聚丙烯树脂； 聚苯乙烯树脂；聚乙烯树脂；热固性弹性体；热塑性弹性体(硅橡胶、乙 烯橡胶、丙烯橡胶、氯丁二烯橡胶)；以正构烷烃(normal paraffin)、化 学热存储材料、硫化橡胶(天然橡胶)为实例的潜热存储材料(latent heat storage material)；玻璃，陶瓷(例如，Al₂O₃、MgO、BeO、AlN、SiC、 TiO₂、陶器、瓷器)；诸如菱形状碳(DLC)和石墨的碳材料；木材；各 种金属[例如，铜(Cu)、铝(Al)、银(Ag)、金(Au)、铬(Cr)、铁(Fe)、 镁(Mg)、镍(Ni)、硅(Si)、锡(Sn)、钽(Ta)、钛(Ti)、钨(W)、 锑(Sb)、铋(Bi)、碲(Te)以及硒(Se)]；这些金属的合金；以及铜 纳米粒子。可以适当地选择并组合这些材料以形成第一支撑部件和第二支 撑部件。为了提高热传导效率，例如，可以将散热片或散热器连接到第一 支撑部件和第二支撑部件的外表面，或者使第一支撑部件和第二支撑部件 的外表面变得粗糙或设置为不规则。

潜热存储材料是一种在其相位或相转变随着热能变化时存储与外部 交换的潜热的材料。上述正构烷烃(例如，n十四烷、n-十五烷、n-十六 烷、n-十七烷、n-十八烷、n-十九烷、n-二十烷等)根据其组成甚至在室 温下也能引起相变。通过使用这样的潜热存储材料，作为热存储、作为第 一支撑部件或第二支撑部件或第一支撑部件或第二支撑部件的一部分，可 以以较小的体积实现具有大的热容量的结构。因此，可以将热电发电器中 的热电转换元件小型化。此外，由于潜热存储材料的温度几乎不变，因此 可以将其用作构成在长周期内接收温度波动的热电转换元件的材料。例 如，环氧树脂的熔解热为2.2千焦/千克，而熔点为25℃的正构烷烃的熔 解热为85千焦/千克。因此，正构烷烃可以存储比环氧树脂的热量高40 倍的热量。化学热存储材料利用材料的化学反应热，其实例包括 Ca(OH)₂/CaO₂+H₂以及Na₂S+5H₂O。

通过在支撑部件上设置电极可以实现第一热电转换部件与第二热电 转换部件之间、第三热电转换部件与第四热电转换部件之间、第一热电转 换元件与第二热电转换元件之间、第三热电转换元件与第四热电转换元件 之间的串联电连接。然而，电极不是必需的。实际上，只要是导电的，任 何材料都可以用作电极。例如，可以形成作为从热电转换部件或热电转换 元件依次形成的钛层、金层、镍层的叠层的电极结构。就热电发电器结构 而言且为了简单起见，优选地，电极的一部分用作输出部。在一些情况下， 热电转换部件或热电转换元件的延伸部可以形成电极。

例如，热电发电器可以用合适的树脂来密封。第一支撑部件或第二支 撑部件可以设置有热存储器。可以将热电转换部件或热电转换元件分隔 开，而其间无任何填充或用绝缘材料来填充这些部件或元件之间的间隙。

本发明可用于涉及在变温环境中进行热电发电的任何技术领域。适于 结合本发明的热电发电器的技术领域或装置的具体实例包括：用于操作诸 如电视接收机、录影机和空调的各种设备的遥控单元，；各种测量设备(例 如，用于监控土壤条件的测量设备以及用于监控天气和气象条件的测量设 备)；用于远程位置的远程监控设备以及远程感测设备；便携式通信设备； 手表；用于获得诸如人体、动物、家畜、宠物的体温、血压和脉搏的生物 信息的测量设备，以及用于根据这样的生物信息检测并提取各种信息的设 备；用于为蓄电池充电的电源；使用汽车的排气热的发电单元；低电耗无 线通信系统(battery-less radio system)；无线传感器网络的传感器节点； 轮胎气压检测系统(TPMS)；用于操作照明的遥控单元和开关；通过使用 温度信息作为输入信号或者作为输入信号和能量源与输入信号同步操作 的系统；以及用于便携式音乐播放器和助听器的电源和便携式音乐播放器 的消音系统的电源。本发明非常适合于发电单元一旦被安装就难以再重新 设置的情况，或者物理上难以设置布线或互联的情况。当将本发明的电信 号检测设备连接到机器或建筑物时，其可以用来基于机器或建筑物内产生 的周期温度变化来检测异常。此外，通过将电信号检测设备连接到按键或 手机，可以将电信号检测设备用来自发电，从而构成其中这些项目的位置 信息可以被间歇性地传输的系统。

实施例1

实施例1涉及根据本发明第一实施方式的热电发电器，以及根据本发 明第一实施方式的热电发电方法。图1A是实施例1的热电发电器的示意 性局部截面图。图1B示意性地示出了第一支撑部件的温度(T_A)和第二 支撑部件的温度(T_B)、这些温度之间的温度差(ΔT＝T_B-T_A)的变化以 及第一输出部和第二输出部之间的电压V_1-2的变化。注意，即使表示各个 实施例的附图示出了四个或八个热电转换元件或热电转换部件，然而，热 电转换元件或热电转换部件的数量并不限于此。

以下的实施例1或实施例2的热电发电器包括：

(A)第一支撑部件11；

(B)第二支撑部件12，与第一支撑部件11相对设置；

(C)热电转换元件，设置在第一支撑部件11与第二支撑部件12之 间；以及

(D)第一输出部41和第二输出部42，连接到热电转换元件。

以下的实施例1或实施例2的热电转换元件包括：

(C-1)第一热电转换部件21A或21B，设置在第一支撑部件11与 第二支撑部件12之间；以及

(C-2)第二热电转换部件22A或22B，设置在第一支撑部件11与 第二支撑部件12之间，由与第一热电转换部件的材料不同的材料制成， 并串联电连接到第一热电转换部件21A或21B。

更具体地，在以下的实施例1或实施例2的热电发电器中，第一热电 转换部件21A或21B和第二热电转换部件22A或22B经由设置在第二支 撑部件12上的布线32串联电连接，以及第二热电转换部件22A或22B 和第一热电转换部件21A或21B经由设置在第一支撑部件11上的布线31 串联电连接。第一输出部41连接到第一支撑部件侧上的第一热电转换部 件21A或21B的端部。第二输出部42连接到第一支撑部件侧上的第二热 电转换部件22A或22B的端部。

第一支撑部件11用Al₂O₃形成，以及第二支撑部件12用环氧树脂形 成。以下的第一热电转换部件、或第三热电转换部件、第一热电转换部件 A、第二热电转换部件A、第三热电转换部件A和第四热电转换部件A由 p导电型的铋碲锑形成。第二热电转换部件、或第四热电转换部件、第一 热电转换部件B、第二热电转换部件B、第三热电转换部件B和第四热电 转换部件B由n导电型的铋碲形成。从支撑部件侧，第一输出部41、第 二输出部42以及布线31和32具有从支撑部件侧的钛层、金层和镍层的 多层结构。可以使用已知的连接技术(bonding technique)来执行热电转 换部件与布线之间的连接。第一热电转换部件或第一热电转换元件的塞贝 克系数为SB₁，第二热电转换部件或第二热电转换元件的塞贝克系数为 SB₂，第三热电转换部件或第三热电转换元件的塞贝克系数为SB₃，以及 第四热电转换部件或第四热电转换元件的塞贝克系数为SB₄。这同样适用 于实施例2至实施例10。

在实施例1的热电发电器中，第一热电转换部件21A的与第一支撑 部件11接触的第一表面21A₁的面积为S₁₁，第一热电转换部件21A的与 第二支撑部件12接触的第二表面21A₂的面积为S₁₂(S₁₁＞S12)，第二热电 转换部件22A的与第一支撑部件11接触的第一表面22A₁的面积为S₂₁， 第二热电转换部件22A的与第二支撑部件12接触的第二表面22A₂的面积 为S₂₂(S₂₁＞S₂₂)。第一支撑部件11和第二支撑部件12分别具有热响应时 间常数τ_SM1和τ_SM2，通过τ_SM1＞τ_SM2彼此相关联。在实施例1中，S₁₂≠S₂₂。 第一热电转换部件21A和第二热电转换部件22A具有去顶锥体的形状， 更具体地，具有去顶四棱锥的形状。

在以下的实施例1或实施例2的热电发电方法中，将热电发电器置于 变温环境中。当第二支撑部件12的温度高于第一支撑部件11的温度时， 使用第一输出部41作为正极端子(正端)以及第二输出部42作为负极端 子(负端)将由第一支撑部件11和第二支撑部件12之间的温度差产生并 从第二热电转换部件22A或22B流向第一热电转换部件21A或21B的电 流引出到外部。在这种情况下，由于第一输出部41和第二输出部42之间 流过的是交流，因此，可以使用已知的半波整流电路将所述电流转换为直 流，随后平滑所得直流。当第一支撑部件的温度高于第二支撑部件的温度 时，使用第二输出部42作为正极端子以及第一输出部41作为负极端子， 将由第一支撑部件11和第二支撑部件12之间的温度差产生并且从第一热 电转换部件21A或21B流向第二热电转换部件22A或22B的电流引出到 外部。在这种情况下，可以使用已知的全波整流电路将所述电流转换为直 流，随后平滑所得直流。

由于τ_SM1＞τ_SM2，因此置于变温环境(此时的环境温度T_amb由图1B 的椭圆A表示)中的热电发电器的第二支撑部件12的温度T_B很快变成环 境温度T_amb或接近T_amb的温度。另一方面，由于τ_SM1＞τ_SM2，因此，第一 支撑部件11的温度T_A变化滞后于第二支撑部件12的温度变化。从而， 在第一支撑部件11的温度T_A(＜T_amb)与第二支撑部件12的温度T_B(＝T_amb) 之间产生了温度差。通常，建立T₁₂＝T₂₂＞T₁₁＝T₂₁的关系，其中T₁₁是第一 热电转换部件21A的与第一支撑部件11接触的第一表面21A₁附近的温 度，T₁₂是第一热电转换部件21A的与第二支撑部件12接触的第二表面 21A₂附近的温度，T₂₁是第二热电转换部件22A的与第一支撑部件11接 触的第一表面22A₁附近的温度，以及T₂₂是第二热电转换部件22A的与 第二支撑部件12接触的第二表面22A₂附近的温度。单个热电转换元件的 电动势EMF可以由下式确定

EMF＝T₁₂×SB₁-T₂₁×SB₂.

这里，假定环境的温度变化是正弦的，以及温度变化的最高温度与最 低温度之差ΔT_amb为2℃。假定温度变化周期(TM＝2π/ω)为10分钟。 图18示出了响应于这样的温度变化的第二支撑部件12的温度T_B与第一 支撑部件11的温度T_A之间的温度差ΔT(＝T_B-T_A)的变化的模拟结果。在 图18中，曲线B表示第二支撑部件12的温度T_B的变化，曲线A表示第 一支撑部件11的温度T_A的变化。

实施例2

实施例2涉及根据本发明第二实施方式的热电发电器，以及根据本发 明第二实施方式的热电发电方法。图2A是实施例2的热电发电器的示意 性局部截面图。图2B示意性地示出了第一支撑部件的温度(T_A)和第二 支撑部件的温度(T_B)、这些温度之间的温度差(ΔT＝T_B-T_A)的变化以 及第一输出部和第二输出部之间的电压V_1-2的变化。

实施例2与实施例1的不同在于第一热电转换部件21B和第二热电 转换部件22B是柱形形状，具体地，为四角柱。此外，在本实施例中，建 立τ_SM1＞τ_SM2且VL₁≠VL₂的关系(具体地，在实施例2中，VL₁＜VL₂)，其 中VL₁是第一热电转换部件21B的体积，VL₂是第二热电转换部件22B的 体积，τ_SM1是第一支撑部件11的热响应时间常数，τ_SM2是第二支撑部件 12的热响应时间常数。

如在实施例1中那样，由于τ_SM1＞τ_SM2，因此，置于变温环境(此时 的环境温度T_amb由图2B中的椭圆A表示)中的热电发电器的第二支撑部 件12的温度T_B快速变成环境温度T_amb，或接近T_amb的温度。另一方面， 由于τ_SM1＞τ_SM2，因此，第一支撑部件11的温度T_A变化滞后于第二支撑部 件12的温度变化。结果，在第一支撑部件11的温度T_A(＜T_amb)与第二 支撑部件12的温度T_B(＝T_amb)之间产生温度差。假定VL₁＜VL₂，则建立 T₁₂＞T₂₂＞T₁₁＞T₂₁且T₁₂-T₁₁＞T₂₂-T₂₁的关系，其中，T₁₁是第一热电转换部 件21B的与第一支撑部件11接触的第一表面21B₁附近的温度，T₁₂是第 一热电转换部件21B的与第二支撑部件12接触的第二表面21B₂附近的温 度，T₂₁是第二热电转换部件22B的与第一支撑部件11接触的第一表面 22B₁附近的温度，以及T₂₂是第二热电转换部件22B的与第二支撑部件12 接触的第二表面22B₂附近的温度。可以由EMF＝(T₁₂-T₁₁)×SB₁+(T₂₁- T₂₂)×SB₂确定单个热电转换元件的电动势EMF。

实施例3

实施例3涉及本发明第三实施方式的热电发电器，以及根据本发明第 三实施方式的热电发电方法。图3A是实施例3的热电发电器的示意性局 部截面图。图3B示意性地示出了第一支撑部件的温度(T_A)、第二支撑部 件的温度(T_B)；这些温度之间的温度差(ΔT＝T_B-T_A)的变化以及第一 输出部和第二输出部之间的电压V_1-2的变化。

实施例3的热电发电器包括：

(A)第一支撑部件11；

(B)第二支撑部件12，与第一支撑部件11相对设置；

(C)第一热电转换元件121C，设置在第一支撑部件11与第二支撑 部件12之间；

(D)第二热电转换元件122C，设置在第一支撑部件11与第二支撑 部件12之间；以及

(E)第一输出部141和第二输出部142。

在实施例3的热电发电器中，第一热电转换元件121C包括与第二支 撑部件12接触的第一热电转换部件A-121C_A以及与第一支撑部件11接触 的第一热电转换部件B-121C_B。第一热电转换部件A-121C_A和第一热电转 换部件B-121C_B彼此接触(具体地，彼此层叠)。第二热电转换元件122C 包括与第一支撑部件11接触的第二热电转换部件A-122C_A以及与第二支 撑部件12接触的第二热电转换部件B-122C_B。第二热电转换部件A-122C_A和第二热电转换部件B-122C_B彼此接触(具体地，彼此层叠)。

第一热电转换元件121C和第二热电转换元件122C彼此串联电连接。 第一输出部141连接到第一热电转换部件B-121C_B的端部。第二输出部142 连接到第二热电转换部件A-122C_A的端部。第一热电转换部件A-121C_A和第二热电转换部件B-122C_B经由设置在第二支撑部件12上的布线32彼 此电连接。第二热电转换部件A-122C_A和第一热电转换部件B-121C_B经由 设置在第一支撑部件11上的布线31彼此电连接。

建立τ_SM1≠τ_SM2的关系，其中，τ_SM1是第一支撑部件11的热响应时间 常数，τ_SM2是第二支撑部件12的热响应时间常数。第一热电转换元件121C 和第二热电转换元件122C为柱形形状，具体地，为四角柱形状。

在实施例3的热电发电方法中，将热电发电器置于变温环境中。当第 二支撑部件12的温度高于第一支撑部件11的温度时，使用第一输出部141 作为正极端子以及第二输出部142作为负极端子，将由于第一支撑部件11 和第二支撑部件12之间的温度差导致产生的并且从第二热电转换元件 122C流向第一热电转换元件121C的电流引出到外部。在这种情况下，由 于在第一输出部141和第二输出部142之间流过的是交流，因此，可以使 用已知的半波整流电路将所述电流转换为直流，随后对平滑所得直流。当 第一支撑部件11的温度高于第二支撑部件12的温度时，使用第二输出部 142作为正极端子以及第一输出部141作为负极端子，将由于第一支撑部 件11和第二支撑部件12之间的温度差导致产生的并且从第一热电转换元 件121C流向第二热电转换元件122C的电流引出到外部。在这种情况下， 可以使用已知的全波整流电路将交流转换为直流，随后平滑所得直流。

由于τ_SM1＞τ_SM2，因此置于变温环境(此时的环境温度T_amb用图3B 的椭圆A表示)中热电发电器的第二支撑部件12的温度T_B快速变成环境 温度T_amb或接近T_amb的温度。另一方面，由于τ_SM1＞τ_SM2，因此，第一支 撑部件11的温度T_A变化滞后于第二支撑部件12的温度变化。结果，在 第一支撑部件11的温度T_A(＜T_amb)与第二支撑部件12的温度T_B(＝T_amb) 之间产生温度差。建立T₂＞T₁的关系，其中T₂是第一热电转换元件121C 的与第二支撑部件12接触的第二表面121C₂附近的温度以及第二热电转 换元件122C的与第二支撑部件12接触的第二表面122C₂附近的温度，T₁是第一热电转换元件121C的与第一支撑部件11接触的第一表面121C₁附 近的温度以及第二热电转换元件122C的与第一支撑部件11接触的第一表 面122C₁附近的温度。可以由EMF＝T₂×SB₁-T₁×SB₂确定一对热电转换 元件121C和122C的电动势EMF。

实施例4

实施例4是实施例3的变形。在实施例3中，第一热电转换元件121C 和第二热电转换元件122C是层叠元件，具体地，第一热电转换部件 A-121C_A和第一热电转换部件B-121C_B的层叠，以及第二热电转换部件 A-122C_A和第二热电转换部件B-122C_B的层叠。在实施例4中，将第一热 电转换元件221C和第二热电转换元件222C设置为水平设置的元件。图4 是实施例4的热电发电器的示意性局部平面图。图5A、5B、5C、5D和 5E分别为图4中所示的实施例4的沿箭头A-A、B-B、C-C、D-D和E-E 的热电发电器的示意局部截面图。在图4中，为清楚起见，将热电发电器 的组成元件用阴影表示。

在实施例4中，第一热电转换元件121C包括与第二支撑部件212接 触的第一热电转换部件A-221C_A以及与第一支撑部件211接触的第一热电 转换部件B-221C_B。第一热电转换部件A-221C_A和第一热电转换部件 B-221C_B沿水平方向彼此接触设置。第二热电转换元件222C包括与第一 支撑部件211接触的第二热电转换部件A-222C_A以及与第二支撑部件212 接触的第二热电转换部件B-222C_B。第二热电转换部件A-222C_A和第二热 电转换部件B-222C_B沿水平方向彼此接触设置。更具体地，第一热电转换 部件A-221C_A和第一热电转换部件B-221C_B经由其端面上沿水平方向的接 合部件213彼此接触。类似地，第二热电转换部件A-222C_A和第二热电转 换部件B-222C_B经由其端面上沿水平方向的接合部件213彼此接触。第二 支撑部件212设置在第一热电转换部件A-221C_A和第二热电转换部件 B-222C_B的端部的下方，用于支撑第一热电转换部件A-221C_A和第二热电 转换部件B-222C_B。类似地，第一支撑部件211设置在第一热电转换部件 B-221C_B和第二热电转换部件A-222C_A的端部的下方，用于支撑第一热电 转换部件B-221C_B和第二热电转换部件A-222C_A。

将第一热电转换元件221C和第二热电转换元件222C彼此串联电连 接。第一输出部241连接到第一热电转换部件B-221C_B的端部。第二输出 部242连接到第二热电转换部件A-222C_A的端部。第一热电转换部件 A-221C_A和第二热电转换部件B-222C_B经由设置在第二支撑部件212上的 布线232彼此电连接。第二热电转换部件A-222C_A和第一热电转换部件 B-221C_B经由设置在第一支撑部件211上的布线231彼此电连接。

如实施例3那样，建立τ_SM1≠τ_SM2的关系，其中，τ_SM1是第一支撑部 件211的热响应时间常数，τ_SM2是第二支撑部件212的热响应时间常数。 第一热电转换元件221C和第二热电转换元件222C是立方体(扁平)形 状。

在实施例4的热电发电方法中，将热电发电器置于变温环境。当第二 支撑部件212的温度高于第一支撑部件211的温度时，使用第一输出部241 作为正极端子以及第二输出部242作为负极端子，将由于第一支撑部件 211和第二支撑部件212之间的温度差产生的并且从第二热电转换元件 222C流向第一热电转换元件221C的电流引出到外部。在这种情况下，由 于流过第一输出部241和第二输出部242之间的为交流，因此，可以使用 已知的半波整流电路将所述电流转换为直流，随后平滑所得直流。当第一 支撑部件211的温度高于第二支撑部件212的温度时，使用第二输出部242 作为正极端子以及第一输出部241作为负极端子，将由第一支撑部件212 和第二支撑部件211之间的温度差产生的并且从第一热电转换元件221C 流向第二热电转换元件222C的电流引出到外部。在这种情况下，可以已 知的全波整流电路将交流转换为直流，随后平滑所得直流。

当τ_SM1＞τ_SM2时，置于变温环境(此时的环境温度T_amb用图3B的椭 圆A表示)中热电发电器的第二支撑部件212的温度T_B快速变成环境温 度T_amb或接近T_amb的温度。另一方面，由于τ_SM1＞τ_SM2，因此，第一支撑 部件211的温度T_A变化滞后于第二支撑部件212的温度变化。结果，在 第一支撑部件211的温度T_A(＜T_amb)与第二支撑部件212的温度T_B(＝T_amb) 之间产生温度差。从而，建立T₂＞T₁的关系，其中，T₂是第一热电转换部 件A-221C_A和第二热电转换部件B-222C_B的与第二支撑部件212接触处附 近的温度，T₁是第一热电转换部件B-221C_B和第二热电转换部件A-222C_A的与第一支撑部件211接触处附近的温度。可以由EMF＝T₂×SB₁- T₁×SB₂确定一对热电转换元件221C和222C的电动势EMF。

在一些情况下，可以建立τ_SM3≠τ_SM1、τ_SM3≠τ_SM2且τ_SM1＝τ_SM2的关系， 其中，τ_SM3是接合部件213的热响应时间常数。

实施例5

实施例5涉及根据本发明第四实施方式A的热电发电方法。

图6A是适用于实施例5的热电发电方法的热电发电器的示意性局部 截面图。图7示意性地示出了第一支撑部件的温度(T_A)和第二支撑部件 的温度(T_B)；这些温度之间的温度差(ΔT＝T_B-T_A)的变化；第一输出 部和第二输出部之间的电压V_1-2的变化；以及第三输出部和第四输出部之 间的电压V_3-4的变化。

以下的实施例5或实施例6和7的热电发电器包括：

(A)第一支撑部件11；

(B)第二支撑部件12，与第一支撑部件11相对设置；

(C)第一热电转换元件，设置在第一支撑部件11与第二支撑部件 12之间；

(D)第二热电转换元件，设置在第一支撑部件11与第二支撑部件 12之间；以及

(E)第一输出部41、第二输出部42、第三输出部43和第四输出部 44。

第一热电转换元件包括：

(C-1)设置在第一支撑部件11与第二支撑部件12之间第一热电转 换部件21D、21E或21F；

(C-2)第二热电转换部件22D、22E或22F，设置在第一支撑部件 11与第二支撑部件12之间，由与第一热电转换部件21D、21E或21F的 材料不同的材料制成，并串联电连接到第一热电转换部件21D、21E或21F。

第二热电转换元件包括：

(D-1)第三热电转换部件23D、23E或23F，设置在第一支撑部件 11与第二支撑部件12之间；以及

(D-2)第四热电转换部件24D、24E或24F，设置在第一支撑部件 11与第二支撑部件12之间，由与第三热电转换部件23D、23E或23F的 材料不同的材料制成，并串联电连接到第三热电转换部件23D、23E或23F。

第一输出部41连接到第一热电转换部件21D、21E或21F。第二输 出部42连接到第二热电转换部件22D、22E或22F。第三输出部43连接 到第三热电转换部件23D、23E或23F。第四输出部44连接到第四热电转 换部件24D、24E或24F。

更具体地，在以下的实施例5或实施例6和7中，第一热电转换部件 21D、21E或21F和第二热电转换部件22D、22E或22F经由设置在第二 支撑部件12上的布线31B彼此串联电连接。第二热电转换部件22D、22E 或22F和第一热电转换部件21D、21E或21F经由设置在第一支撑部件11 上的布线31A彼此串联电连接。第三热电转换部件23D、23E或23F和第 四热电转换部件24D、24E或24F经由设置在第一支撑部件11上的布线 32A彼此电串联连接。第四热电转换部件24D、24E或24F和第三热电转 换部件23D、23E或23F经由设置在第二支撑部件12上的布线32B彼此 串联电连接。

第一热电转换部件21D具有面积为S₁₁的第一表面21D₁以及面积为 S₁₂的第二表面21D₂(S₁₁＞S₁₂)。第二热电转换部件22D具有面积为S₂₁的 第一表面22D₁以及面积为S₂₂的第二表面22D₂(S₂₁＞S₂₂)。第三热电转换 部件23D具有面积为S₃₁的第一表面23D₁以及面积为S₃₂的第二表面23D₂(S₃₁＜S₃₂)。第四热电转换部件24D具有面积为S₄₁的第一表面24D₁以及 面积为S₄₂的第二表面24D₂(S₄₁＜S₄₂)。第一热电转换部件21D和第二热 电转换部件22D的第一表面21D₁和22D₁与第一支撑部件接触11接触。 第一热电转换部件21D和第二热电转换部件22D的第二表面21D₂和22D₂与第二支撑部件12接触。第三热电转换部件23D和第四热电转换部件24D 的第一表面23D₁和24D₁与第一支撑部件接触11接触。第三热电转换部 件23D和第四热电转换部件24D的第二表面23D₂和24D₂与第二支撑部 件接触12接触。第一热电转换部件21D、第二热电转换部件22D、第三 热电转换部件23D和第四热电转换部件24D具有去顶锥体形状，具体地， 具有去顶四棱锥的形状。注意，以下实施例6的热电发电器的第一至第四 热电转换部件具有与上述实施例5的热电发电器的第一至第四热电转换部 件相同的配置。

建立τ_SM1≠τ_SM2的关系，其中，τ_SM1是第一支撑部件11的热响应时间 常数，τ_SM2是第二支撑部件12的热响应时间常数。进一步地，建立τ_TE1≠τ_TE2的关系，其中，τ_TE1是第一热电转换元件的热响应时间常数，τ_TE2是第二 热电转换元件的热响应时间常数。

第一输出部41连接到第一支撑部件侧上的第一热电转换部件21D的 端部。第二输出部42连接到第一支撑部件侧上的第二热电转换部件22D 的端部。第三输出部43连接到第二支撑部件侧上的第三热电转换部件23D 的端部。第四输出部44连接到第二支撑部件侧上的第四热电转换部件24D 的端部。具体地，第一输出部41和第二输出部42与第三输出部43和第 四输出部44设置在不同的支撑部件上。

在实施例5的热电发电方法中，热电发电器置于变温环境中。当第二 支撑部件12的温度高于第一支撑部件11的温度时，使用第一输出部41 作为正极端子以及第二输出部42作为负极端子，将由于第一支撑部件11 和第二支撑部件12之间的温度差导致产生的并且从第二热电转换部件 22D流向第一热电转换部件21D的电流引出到外部。另一方面，当第一支 撑部件11的温度高于第二支撑部件12的温度时，使用第三输出部43作 为正极端子以及第四输出部44作为负极端子，将由第一支撑部件11和第 二支撑部件12之间的温度差产生的并且从第四热电转换部件24D流向第 三热电转换部件23D的电流引出到外部。在这种情况下，由于在第一输出 部41和第二输出部44之间以及第三输出部43和第四输出部44之间流过 的是交流，因此，可以使用已知的半波整流电路将所述电流转换为直流， 随后平滑所得直流。可以使用图17A中所示的电路执行交流到直流的转换 以及随后的平滑。可选地，可以使用图17B中所示的电路执行交流到直流 的转换以及随后的平滑，并且可以将电流存储在蓄电池(例如薄膜电池) 中。图17A或17B中所示的整流电路还用于其它实施例。应当注意的是， 分别使用第一输出部41和第二输出部42作为正极和负极端子被引出到外 部的电压的相位(为方便起见，称为相位1)以及分别使用第三输出部43 和第四输出部44作为正极和负极端子被引出到外部的电压的相位(为方 便起见，称为相位2)是彼此大约相差180度的相位。换言之，相位1和 相位2是反相相位，或者是基本反相相位。

当第一支撑部件11的温度高于第二支撑部件12的温度时，使用第二 输出部42作为正极端子以及第一输出部41作为负极端子，将由于第一支 撑部件11和第二支撑部件12之间的温度差导致产生的并且从第一热电转 换部件21D流向第二热电转换部件22D的电流引出到外部。当第二支撑 部件12的温度高于第一支撑部件11的温度时，使用第四输出部44作为 正极端子以及第三输出部43作为负极端子，将从第三热电转换部件23D 流向第四热电转换部件24D的电流引出到外部。在这种情况下，可以使用 全波整流电路将交流转换为直流，随后平滑所得直流。这同样适用于以下 的实施例6和7。

图17D是示出了热电发电器的应用实例的概图。该应用实施例是一 种用于获得诸如体温、血压和脉搏的生物信息的测量设备。热电发电器向 测量体温、血压和脉搏或其他信息的传感器以及形成控制单元的A/D转换 器、发射器和定时器提供电力。通过定时器的操作，来自传感器的值以预 设的时间间隔被发送到A/D转换器，发射器将这些值的数据发送到外部。

当τ_SM1＞τ_SM2时，置于变温环境(此时的环境温度T_amb用图7的椭圆 A表示)中的热电发电器的第二支撑部件12的温度T_B快速变成环境温度 T_amb或接近T_amb的温度。另一方面，由于τ_SM1＞τ_SM2，因此，第一支撑部件 11的温度T_A的变化滞后于第二支撑部件12的温度变化。结果，在第一支 撑部件11的温度T_A(＜T_amb)与第二支撑部件12的温度T_B(＝T_amb)之间 产生温度差。通常，建立T₂＞T₄＞T₃＞T₁的关系，其中，T₁是与第一支撑部 件11接触的第一热电转换部件21D的第一表面21D₁以及第二热电转换部 件22D的第一表面22D₁附近的温度，T₂是与第二支撑部件12接触的第一 热电转换部件21D的第二表面21D₂以及第二热电转换部件22D的第二表 面22D₂附近的温度，T₃是与第一支撑部件11接触的第三热电转换部件 23D的第一表面23D₁以及第四热电转换部件24D的第二表面24D₁附近的 温度，以及T₄是与第二支撑部件12接触的第三热电转换部件23D的第二 表面23D₂以及第四热电转换部件24D的第二表面24D₂附近的温度。可以 根据下式确定一对第一和第二热电转换元件的电动势EMF₁以及一对第 三和第四热电转换元件的电动势EMF₂。

EMF₁＝T₂×SB₁-T₁×SB₂

EMF₂＝T₄×SB₃-T₃×SB₄

这同样适用于以下的实施例6和7。

实施例6

实施例6涉及根据本发明第四实施方式的热电发电器，以及根据本发 明第四实施方式B的热电发电方法。图8A和8B是实施例6的热电发电 器的示意性局部截面图。图9示意性地示出了第一支撑部件的温度(T_A) 和第二支撑部件的温度(T_B)；这些温度之间的温度差(ΔT＝T_B-T_A)的 变化；第一输出部和第二输出部之间的电压V_1-2的变化；以及第三输出部 和第四输出部之间的电压V_3-4的变化。

在实施例6的热电发电器中，如实施例5的热电发电器那样，第一输 出部41连接到第一支撑部件侧上的第一热电转换部件21E端部，第二输 出部42连接到第一支撑部件侧上的第二热电转换部件22E的端部。然而， 第三输出部43连接到第一支撑部件侧上的第三热电转换部件23E的端部， 第四输出部44连接到第一支撑部件侧上的第四热电转换部件24E的端部。 换言之，第一输出部41和第二输出部42与第三输出部43和第四输出部 44设置在相同的支撑部件上。

在实施例6中，建立τ_SM1≠τ_SM2且τ_TE1≠τ_TE2的关系，其中，τ_SM1是第 一支撑部件11的热响应时间常数，τ_SM2是第二支撑部件12的热响应时间 常数，τ_TE1是第一热电转换元件的热响应时间常数，τ_TE2是第二热电转换 元件的热响应时间常数。

在实施例6的热电发电方法中，热电发电器置于变温环境中。当第二 支撑部件12的温度高于第一支撑部件11的温度时，使用第一输出部41 作为正极端子以及第二输出部42作为负极端子，将由于第一支撑部件11 和第二支撑部件12之间的温度差导致产生的并且从第二热电转换部件 22E流向第一热电转换部件21E的电流引出到外部，以及使用第三输出部 43作为正极端子以及第四输出部44作为负极端子，将从第四热电转换部 件24E流向第三热电转换部件23E的电流引出到外部。在这种情况下，由 于在第一输出部41和第二输出部44之间以及第三输出部43和第四输出 部44之间流过的是交流，因此，可以使用例如图17C中所示的全波整流 电路将交流转换为直流，随后平滑所得直流。图17A中所示的全波整流电 路还可用于其它实施例。应当注意的是，使用第一输出部41和第二输出 部42作为正极和负极端子被引出到外部的电压的相位1、以及使用第三输 出部43和第四输出部44作为正极和负极端子被引出到外部的电压的相位 2是彼此相差大于0°且小于180°的相位。

实施例7

实施例7是实施例6的变形。图10A和10B是实施例7的热电发电 器的示意局部截面图。图11示意性地示出了第一支撑部件的温度(T_A) 和第二支撑部件的温度(T_B)；这些温度之间的温度差(ΔT＝T_B-T_A)的 变化；第一输出部和第二输出部之间的电压V_1-2的变化；以及第三输出部 和第四输出部之间的电压V_3-4的变化。

在实施例6的热电发电器中，第一热电转换部件21E、第二热电转换 部件22E、第三热电转换部件23E和第四热电转换部件24E具有去顶四棱 锥的形状。相对地，在实施例7的热电发电器中，第一热电转换部件21F、 第二热电转换部件22F、第三热电转换部件23F和第四热电转换部件24F 具有方柱形状。此外，建立VL₁≠VL₃、VL₂≠VL₄、VL₁≠VL₂且VL₃≠VL₄的关系，其中，VL₁是第一热电转换部件21的体积，VL₂是第二热电转换 部件22的体积，VL₃是第三热电转换部件23的体积，以及VL₄是第四热 电转换部件24的体积。除了这些点之外，实施例7的热电发电器和热电 发电方法与实施例6的热电发电器和热电发电方法相同，因此将不再详细 描述。

实施例8

实施例8涉及根据本发明第五实施方式A的热电发电方法。图12B 是适用于实施例8的热电发电方法的热电发电器的示意局部截面图。图13 示意性地示出了第一支撑部件的温度(T_A)和第二支撑部件的温度(T_B)； 这些温度之间的温度差(ΔT＝T_B-T_A)的变化；第一输出部和第二输出部 之间的电压V_1-2的变化；以及第三输出部和第四输出部之间的电压V_3-4的 变化。

以下的实施例8或实施例9和10的热电发电器包括：

(A)第一支撑部件11；

(B)第二支撑部件12，与第一支撑部件11相对设置；

(C)第一热电转换元件121G、121H或121J，设置在第一支撑部件 11与第二支撑部件12之间；

(D)第二热电转换元件122G、122H或122J，设置在第一支撑部件 11与第二支撑部件12之间；

(E)第三热电转换元件123G、123H或123J，设置在第一支撑部件 11与第二支撑部件12之间；

(F)第四热电转换元件124G、124H或124J，设置在第一支撑部件 11与第二支撑部件12之间；以及

(G)第一输出部141、第二输出部142、第三输出部143和第四输 出部144。

第一热电转换元件121G、121H或121J包括与第二支撑部件12接触 的第一热电转换部件A-121G_A、121H_A或121J_A以及与第一支撑部件11接 触的第一热电转换部件B-121G_B、121H_B或121J_B。第一热电转换部件 A-121G_A、121H_A或121J_A和第一热电转换部件B-121G_B、121H_B或121J_B彼此接触(具体地，彼此层叠)设置。

第二热电转换元件122G、122H或122J包括与第一支撑部件11接触 的第二热电转换部件A-122G_A、122H_A或122J_A以及与第二支撑部件12接 触的第二热电转换部件B-122G_B、122H_B或122J_B。第二热电转换部件 A-122G_A、122H_A或122J_A和第二热电转换部件B-122G_B、122H_B或122J_B彼此接触(具体地，彼此层叠)设置。

第三热电转换元件123G、123H或123J包括与第二支撑部件12接触 的第三热电转换部件A-123G_A、123H_A或123J_A以及与第一支撑部件11接 触的第三热电转换部件B-123G_B、123H_B或123J_B。第三热电转换部件 A-123G_A、123H_A或123J_A和第三热电转换部件B-123G_B、123H_B或123J_B彼此接触(具体地，彼此层叠)设置。

第四热电转换元件124G、124H或124J包括与第一支撑部件11接触 的第四热电转换部件A-124G_A、124H_A或124J_A以及与第二支撑部件12接 触的第四热电转换部件B-124G_B、124H_B、124J_B。第四热电转换部件 A-124G_A、124H_A或124J_A和第四热电转换部件B-124G_B、124H_B、124J_B彼此接触(具体地，彼此层叠)设置。

第一热电转换元件121G、121H或121J和第二热电转换元件122G、 122H或122J彼此串联电连接。第三热电转换元件123G、123H或123J 和第四热电转换元件124G、124H或124J彼此串联电连接。第一输出部 141连接到第一热电转换元件121G、121H或121J。第二输出部142连接 到第二热电转换元件122G、122H或122J。第三输出部143连接到第三热 电转换元件123G、123H或123J。第四输出部144连接到第四热电转换元 件124G、124H或124J。换言之，第一输出部141和第二输出部142与第 三输出部143和第四输出部144设置在不同的支撑部件上。

具体地，在实施例8中，第一输出部141连接到第一热电转换部件 B-121G_B的端部，第二输出部142连接到第二热电转换部件A-122G_A的端 部，第三输出部143连接到第三热电转换部件A-123G_A的端部，以及第四 输出部连接到第四热电转换部件B-124G_B的端部。更具体地，第一热电转 换部件A-121G_A和第二热电转换部件B-122G_B经由设置在第二支撑部件 12上的布线31B彼此电连接，第二热电转换部件A-122G_A和第一热电转 换部件B-121G_B经由设置在第一支撑部件11上的布线31A彼此电连接， 第三热电转换部件A-123G_A和第四热电转换部件B-124G_B经由设置在第 二支撑部件12上的布线32B彼此电连接，以及第四热电转换部件A-124G_A和第三热电转换部件B-123G_B经由设置在第一支撑部件11上的布线32A 彼此电连接。

此外，在实施例8中，建立τ_SM1≠τ_SM2的关系，其中，τ_SM1是第一支 撑部件11的热响应时间常数，τ_SM2是第二支撑部件12的热响应时间常数。 第一热电转换元件121G、第二热电转换元件122G、第三热电转换元件 123G和第四热电转换元件124G具有柱形形状，具体地，具有方柱形形状。

在实施例8的热电发电方法中，热电发电器置于变温环境中。当第二 支撑部件12的温度高于第一支撑部件11的温度时，使用第一输出部141 作为正极端子以及第二输出部142作为负极端子，将由于第一支撑部件11 和第二支撑部件12之间的温度差产生的并且从第二热电转换元件122G流 向第一热电转换元件121G的电流引出到外部。另一方面，当第一支撑部 件11的温度高于第二支撑部件12的温度时，使用第四输出部144作为正 极端子以及第三输出部143作为负极端子，将第一支撑部件11和第二支 撑部件12之间的温度差导致产生的并且从第三热电转换元件123G流向第 四热电转换元件124G的电流引出到外部。在这种情况下，由于在第一输 出部141和第二输出部142之间以及第三输出部143和第四输出部144之 间流过的是交流，因此，可以使用已知的半波整流电路将交流转换为直流， 随后平滑所得直流。应当注意的是，使用第一输出部141和第二输出部142 作为正极和负极端子被引出到外部的电压的相位1、以及使用第三输出部 143和第四输出部144作为负极和正极端子被引出到外部的电压的相位2 是彼此相差大约180°的相位。换言之，相位1和相位2是反相相位，或 者是基本反相相位。

当第一支撑部件11的温度高于第二支撑部件12的温度时，使用第二 输出部142作为正极端子以及第一输出部141作为负极端子，将由于第一 支撑部件11和第二支撑部件12之间的温度差导致产生的并且从第一热电 转换元件121G流向第二热电转换元件122G的电流引出到外部。当第二 支撑部件12的温度高于第一支撑部件11的温度时，使用第三输出部143 作为正极端子以及第四输出部144作为负极端子，将从第四热电转换元件 124G流向第三热电转换元件123G的电流引出到外部。在这种情况下，可 以使用已知的全波整流电路将交流转换为直流，随后平滑所得直流电流。 这同样适用于以下的实施例9和10。

当τ_SM1＞τ_SM2时，置于变温环境(此时的环境温度T_amb用图13的椭 圆A表示)中的热电发电器的第二支撑部件12的温度T_B快速变成环境温 度T_amb或接近T_amb的温度。另一方面，由于τ_SM1＞τ_SM2，因此，第一支撑 部件11的温度T_A变化滞后于第二支撑部件12的温度变化。结果，在第 一支撑部件11的温度T_A(＜T_amb)与第二支撑部件12的温度T_B(＝T_amb) 之间产生温度差ΔT(＝T_B-T_A)。建立T₂＞T₁且T₄＞T₃的关系，其中，T₂是与第二支撑部件12接触的第一热电转换部件A-121G_A的第二表面 121G₂以及第二热电转换部件B-122G_B的第二表面122G₂附近的温度，T₁是与第一支撑部件11接触的第一热电转换部件B-121G_B的第一表面121G₁以及第二热电转换部件A-122G_A的第一表面122G₁附近的温度，T₄是与第 一支撑部件12接触的第三热电转换部件A-123G_A的第一表面123G₂以及 第四热电转换部件B-124G_B的第二表面124G₂附近的温度，以及T₃是与 第一支撑部件11接触的第三热电转换部件B-123G_B的第一表面123G₁以 及第四热电转换部件A-124G_A的第一表面124G₁附近的温度。可以根据下 式确定一对第一热电转换元件和第二热电转换元件的电动势EMF₁以及一 对第三热电转换元件和第四热电转换元件的电动势EMF₂。

EMF₁＝T₂×SB₁-T₁×SB₂

EMF₂＝T₄×SB₃-T₃×SB₄

实施例9

实施例9涉及根据本发明第五实施方式的热电发电器，以及根据本发 明第五实施方式B的热电发电方法。图14A和14B是实施例9的热电发 电器的示意局部截面图。图15示意性地示出了第一支撑部件的温度(T_A) 和第二支撑部件的温度(T_B)；这些温度之间的温度差(ΔT＝T_B-T_A)的 变化；第一输出部和第二输出部之间的电压V_1-2的变化；以及第三输出部 和第四输出部之间的电压V_3-4的变化。

在以下的实施例9或实施例10中，第一输出部141连接到第一热电 转换部件B-121H_B或121J_B的端部，第二输出部142连接到第二热电转换 部件A-122H_A或122J_A的端部，第三输出部143连接到第三热电转换部件 B-123H_B或123J_B的端部，以及第四输出部144连接到第四热电转换部件 A-124H_A或124J_A的端部。换言之，第一输出部141和第二输出部142与 第三输出部143和第四输出部144设置在相同的支撑部件上。第一热电转 换部件A-121H_A或121J_A和第二热电转换部件B-122H_B或122J_B经由设置 在第二支撑部件12上的布线31B彼此电连接。第一热电转换部件B-121H_B或121J_B和第二热电转换部件A-122H_A或122J_A经由设置在第一支撑部件 11上的布线31A彼此电连接。第三热电转换部件A-123H_A或123J_A和第 四热电转换部件B-124H_B或124J_B经由设置在第二支撑部件12上的布线 32B彼此电连接。第三热电转换部件B-123H_B或123J_B和第四热电转换部 件A-124H_A或124J_A经由设置在第一支撑部件11上的布线32A彼此电连 接。

此外，当τ_SM1为第一支撑部件11的热响应时间常数，τ_SM2为第二支 撑部件12的热响应时间常数时，建立τ_TE1≠τ_TE3且τ_TE2≠τ_TE4的关系，其中， τ_TE1是第一热电转换元件121H或121J的热响应时间常数，τ_TE2是第二热 电转换元件122H或122J的热响应时间常数，τ_TE3是第三热电转换元件 123H或123J的热响应时间常数，以及τ_TE4是第四热电转换元件124H或 124J的热响应时间常数。此外，在实施例9中，建立VL₁＝VL₂≠VL₃＝VL₄(具体地，在实施例9中，VL₁＝VL₂＜VL₃＝VL₄)的关系，其中，VL₁是第 一热电转换元件121H的体积，VL₂是第二热电转换元件122H的体积， VL₃是第三热电转换元件123H的体积，以及VL₄是第四热电转换元件 124H的体积。第一热电转换元件121H、第二热电转换元件122H、第三 热电转换元件123H和第四热电转换元件124H具有柱形形状，具体地， 具有方柱形形状。

在实施例9的热电发电方法中，热电发电器置于变温环境中。当第二 支撑部件12的温度高于第一支撑部件11的温度时，使用第一输出部141 作为正极端子以及第二输出部142作为负极端子，将由于第一支撑部件11 和第二支撑部件12之间的温度差导致产生的并且从第二热电转换元件 122H流向第一热电转换元件121H的电流引出到外部，以及使用第三输出 部143作为正极端子以及第四输出部144作为负极端子，将从第四热电转 换元件124H流向第三热电转换元件123H的电流引出到外部。在这种情 况下，由于在第一输出部141和第二输出部142之间以及第三输出部143 和第四输出部144之间流过的是交流，因此，可以使用已知的半波整流电 路将所述电流转换为直流，随后平滑所得直流。应当注意的是，分别使用 第一输出部141和第二输出部142作为正极和负极端子被引出到外部的电 压的相位1、以及分别使用第三输出部143和第四输出部144作为正极和 负极端子被引出到外部的电压的相位2是彼此相差大于0°且小于180°的 相位。

当τ_SM1＞τ_SM2时，置于变温环境(此时的环境温度T_amb用图15的椭 圆A表示)中的热电发电器的第二支撑部件12的温度T_B快速变成环境温 度T_amb或接近T_amb的温度。另一方面，由于τ_SM1＞τ_SM2，因此，第一支撑 部件11的温度T_A的变化滞后于第二支撑部件12的温度变化。结果，在 第一支撑部件11的温度T_A(＜T_amb)与第二支撑部件12的温度T_B(＝T_amb) 之间产生温度差ΔT(＝T_B-T_A)。建立T₂＞T₁且T₄＞T₃的关系，其中T₂是 与第二支撑部件12接触的第一热电转换部件A-121H_A的第二表面121H₂以及第二热电转换部件B-122H_B的第二表面122H₂附近的温度，T₁是与第 一支撑部件11接触的第一热电转换部件B-121H_B的第一表面121H₁以及 第二热电转换部件A-122H_A的第一表面122H₁附近的温度，T₄是与第一支 撑部件12接触的第三热电转换部件A-123H_A的第二表面123H₂以及第四 热电转换部件B-124H_B的第二表面124H₂附近的温度，以及T₃是与第一 支撑部件11接触的第三热电转换部件B-123H_B的第一表面123H₁以及第 四热电转换部件A-124H_A的第一表面124H₁的温度。可以根据下式确定一 对第一热电转换元件和第二热电转换元件的电动势EMF₁以及一对第三热 电转换元件和第四热电转换元件的电动势EMF₂。

EMF₁＝T₂×SB₁-T₁×SB₂

EMF₂＝T₄×SB₃-T₃×SB₄

实施例10

实施例10是实施例9的变形。图16A和16B是实施例10的热电发 电器的示意局部截面图。

在实施例9的热电发电器中，第一热电转换元件121H、第二热电转 换元件122H、第三热电转换元件123H和第四热电转换元件124H具有方 柱形形状。相比地，在实施例10的热电发电器中，第一热电转换元件121J、 第二热电转换元件122J、第三热电转换元件123J和第四热电转换元件124J 具有去顶四棱锥形状。具体地，建立S₁₂≠S₃₂且S₂₁≠S₄₁的关系以及S₁₂≠S₂₁且S₃₁≠S₄₂的关系，其中S₁₂是第一热电转换部件A-121J_A的接触第二支撑 部件12的部分(第二表面121J₂)的面积，S₂₂是第二热电转换部件B-122J_B的接触第二支撑部件12的部分(第二表面122J₂)的面积，S₁₁是第一热 电转换部件B-121J_B的接触第一支撑部件11的部分(第一表面121J₁)的 面积，S₂₁是第二热电转换部件A-122J_A的接触第一支撑部件11的部分(第 一表面121J₁)的面积，S₃₂是第三热电转换部件A-123J_A的接触第二支撑 部件12的部分(第二表面123J₂)的面积，S₄₂是第四热电转换部件B-124J_B的接触第二支撑部件12的部分(第二表面124J₂)的面积，S₃₁是第三热 电转换部件B-123J_B的接触第一支撑部件11的部分(第一表面123J₁)的 面积，以及S₄₁是第四热电转换部件A-124J_A的接触第一支撑部件11的部 分(第一表面124J₁)的面积。除了这些点之外，可以用与实施例9的热 电发电器和热电发电方法相同的方式配置实施例10的热电发电器和热电 发电方法，因此将不详细描述。

实施例11

在实施例11中，使用结构基本上和实施例2中所描述的热电发电器 相同的热电发电器，经由电压倍增电路和升压电路(Seiko Instruments Inc.：boost DC-DC converter-starting ultra-low voltage operation charge pump IC S-882Z18)将电力提供给数字湿度传感器模块(Mother Tool Co.，LTD.：Model MT-160)。热电发电器的变温环境如下：

ΔT_amb：约4.5℃

温度变化周期TM：15分钟

空气风速：约1米/秒

在15小时的热电发电期间，置于这种环境中的热电发电器产生了750 毫伏的最高电压，并且得到44.2微瓦/200cm²的平均功率。因此，可以提 供数字湿度传感器模块的操作而特别需要的1伏的电压和4.5微瓦的功率。

实施例12

实施例12涉及根据本发明第一实施方式的电信号检测方法，以及根 据本发明实施方式的电信号检测设备。实施例12的电信号检测方法是一 种使用通过使用根据实施例1中所述的本发明第一实施方式的热电发电器 制造的电信号检测设备的电信号检测方法。在实施例12的电信号检测方 法中，同样将热电发电器置于变温环境中。实际上如实施例1那样，当第 二支撑部件12的温度高于第一支撑部件11的温度时，使用第一输出部41 作为正极端子(正端)以及第二输出部42作为负极端子(负端)，将由于 第一支撑部件11和第二支撑部件12之间的温度差导致产生的并且从第二 热电转换部件22A或22B流向第一热电转换部件21A或21B的电流引出 到外部作为电信号。与其中将从第二热电转换部件22A或22B流向第一 热电转换部件21A或21B的电流用作电源的实施例1相反的是，在实施 例12中，将从第二热电转换部件22A或22B流向第一热电转换部件21A 或21B用作电信号，具体地，用作传送信息的电信号。从这种电信号获得 不同种类的电信号。

例如，在生物信息人体心率和体温之间存在相关性。体温每增加1℃， 相应的心率增加为8跳/℃至10跳/℃。体温还根据诸如压力、意识水平 和临床条件的这样的因素波动。因此，可以通过电信号检测感测温度信息 (绝对温度、相对温度、波动周期)来监测诸如脉搏、血压水平、意识水 平和临床条件的生物信息。此外，由于使用的电信号检测设备根据热电发 电器制成，因此监测可以包括热电发电。具体地，从第二热电转换部件22A 或22B流向第一热电转换部件21A或21B的电流不仅可以用作电信号， 特别是信息传送电信号，而且还用作能量源。可以将热电能量临时存储在 电容器或蓄电池组中，然后用作他用(例如，图17D中所示的测量设备的 能量源)。

在实施例12的电信号检测方法中，产生的电力是由于(例如)当温 度接触体之一为测量面，而另一个温度接触体为大气(atmosphere)时， 周围环境温度和对象温度(例如，体温)之间的温度差而导致的。在这种 情况下，不仅周围环境温度波动周期和波动范围而且对象温度(例如，体 温)波动周期和波动范围导致了电信号(输出信号)变成电动势的复合波。 根据温度波动周期的检测的电信号的类型对于(例如)由于运动而导致的 血压水平和体温波动来说而变得不同。因此，电信号是这些和其他电信号 的复合信号。因此，电信号(为方便起见，称为“预处理电信号”)基于 从第二热电转换部件22A或22B流向第一热电转换部件21A或21B的电 流而获得。然后，可以对电信号(预处理电信号)进行诸如频率分析的后 处理(post-process)，以获得不同类型的电信号(为方便起见，称为“后 处理电信号”)。

例如，后处理使用隐马尔可夫模型(hidden Markov model)。具体 地，获取包含在预定周期或某个信号强度中的特性图样的温度信号模型， 例如作为在每个构成元件/各种因素中独立发生的信号单元，或者作为同时 与多个构成元件/多种因素具有相关性且源于具体因素的信号。这里，利用 具体到音叉的图像中的具有不同热时间常数的每个热电转换元件而得到 的周期性。具体地，在某个温度波动范围的周期性温度波动存在的情况下， 提取来自(在该温度波动范围内，具有不同热时间常数的热电转换元件中， 以最低的损耗产生输出的)热电转换元件的信号。只有通过该过程，才可 以进行频率分解，而无需复杂的计算过程。基本上，还可以将同样的过程 用于不同的信号的合成波。使这样的过程能够顺利进行的优势在于，例如， 减少用于在例如FFT(快速傅里叶/余弦/正弦变换)谱分析中具有足够精 度的相当不同的采样周期的输入波形操作数量。这是由于每个热电转换元 件具有其自身的特性频率，从而能够为谱分析实现预先设定足够的采样周 期。当所有热电转换元件都具有相同的热时间常数时，FFT谱分析将是必 要的，或者甚至在热时间常数不同时也可以在单独使用谱分析。在模型提 取中，通过预处理提取特性状态，预处理可以是，例如，PCA(Principal Components Analysis，基本分量分析)或ICA(Independent Component Analysis，独立分量分析)。然后，确定关于提取的状态的概率密度函数， 并创建状态转换模型(state transition model)。可以为具有不同热时间常 数的热电转换元件中的每一个创建状态转换模型。对于预处理电信号，使 用例如韦特比算法(Viterbi algorithm)选择产生输出系列的最佳概率评 分的状态传输路径，并可以根据最佳的路径跟踪来获得后处理电信号。可 以对具有不同热时间常数的热电转换元件中的每一个执行最佳的路径跟 踪。在以下的实施例13至18中可以执行相同的后处理。

具体地，例如，基于PCA或ICA，通过用于作为状态转换模型的周 围环境波动模型和体温波动模型的特征提取来预先处理从包含周围环境 温度波动周期和体温波动周期的电信号中提取体温波动周期的提取。这 里，可以根据常见的对流热传递/辐射热传递来获取例如周围环境温度波动 的温度数据。相比地，可以根据热传导或热辐射获取体温的温度数据。由 于皮肤比空气具有更高的热容量，因此皮肤温度波动滞后于周围环境温度 波动。周围环境温度波动具有相对短的周期，从而信号容易波动。在辐射 热传递的情况下，对于周围环境和人体，热电转换元件包括不同的发射率、 不同的配置因子以及不同的吸收光谱。这些不同数据获取方法、对象的热 容量、发射率和其他材料属性以及诸如配置因子的常数不同而导致了多个 状态传输模型。通过根据预先获得的每个状态传输模型的情况确定概率密 度分布，在实际的检测中，可以由最佳路径跟踪进行状态确定。根据多个 信号(具体地，皮肤表面温度、出汗程度、心率、脉搏)的组合确定从包 含周围环境温度波动周期和压力水平的电信号中提取的压力水平。可以根 据体温测量来获得心率和脉搏的信号。考虑到皮肤表面的热传导系数随着 出汗而改变，可以根据温度测量来获得出汗程度的信号。由于信号源于不 同的源，因此，它们的周期不匹配，所以假定采样周期是足够的。这使得 能够通过使用热电转换元件的特征频率的频率分解或诸如FFT和谱分析 的其他技术来进行信号的提取。然后，对于信号中的每一个基于PCA或 ICA执行特征提取，在获取状态传输模型之后，则根据每个模型的状态确 定概率密度分布。在实际的检测中，通过最佳的路径跟踪进行状态确定。 同样的过程可应用于以下的实施例13至18。

基于这些理论操作实施例12的电信号检测设备。具体地，实施例12 的电信号检测设备包括根据实施例1至10中所述的本发明的第一至第五 实施方式的至少两个热电发电器，以及获得从每个热电发电器获得的电流 作为电信号。通过规定根据实施例1至10中所述的本发明的第一至第五 实施方式的至少两个热电发电器，能够实现仅用设置有一个热电发电器的 电信号检测设备不可能进行的信息(电信号)的检测，或者能够实现多于 一个的信息项(电信号)的检测。具体地，例如，通过组合实施例1和4 中所述的热电发电器，可以实现包含适用于测量血压的热电发电器以及适 用于测量心率的热电发电器的电信号检测设备。电信号检测设备还用作热 电发电器。根据需要，所得电信号可以通过带通滤波器、低通滤波器或高 通滤波器。实施例12的电信号检测设备还可应用于以下的实施例13至18。

如上所述，热响应时间常数τ由形成支撑部件、热电转换元件和热电 转换部件的材料的密度ρ、比热c和热传导系数h以及撑部件、热电转换 元件和热电转换部件的体积VL和面积S确定。因此，通过合适地选择这 些变量，可以获得期望的信息(电信号)。通过这种方式，可以获得包含 具有不同热响应时间常数τ的热电发电器的电信号检测设备。由于相对于 温度变化的热响应的不同，因此可以从电信号检测设备获得多个电信号， 从而可以从单个电信号检测设备中获得多个信息项。人体的典型心率对于 成人为约50至90，对于儿童为约50至100。例如，热响应时间常数τ可 以是0.1至5，优选地，为1至3。对于血压波动，热响应时间常数τ可以 是，例如，在活动状态的信号为10至60，在呼吸状态的信号为3至6。

实施例13

实施例13是根据本发明第二实施方式的电信号检测方法。实施例13 的电信号检测方法是一种使用根据实施例2中所述的本发明的第二实施方 式的热电发电器的电信号检测方法。在实施例13中，如实施例3中那样， 将热电发电器置于变温环境中。此外，实际上，如实施例3中那样，当第 二支撑部件12的温度高于第一支撑部件11的温度时，使用第一输出部41 作为正极端子(正端)以及第二输出部42作为负极端子(负端)，将由于 第一支撑部件11和第二支撑部件12之间的温度差导致产生的并且从第二 热电转换部件22A或22B流向第一热电转换部件21A或21B的电流引出 到外部作为电信号。此外，如实施例12中那样，从电信号(预处理电信 号)中获得不同类型的电信号(后处理电信号)。

实施例14

实施例14根据本发明第三实施方式的电信号检测方法。实施例14 的电信号检测方法是一种使用根据实施例3和4中所述的本发明的第三实 施方式的热电发电器的电信号检测方法。在实施例14中，如实施例3和4 中那样，将热电发电器置于变温环境中。此外，实际上，如实施例3和4 中那样，当第二支撑部件12或212的温度高于第一支撑部件11或211的 温度时，使用第一输出部141或241作为正极端子以及第二输出部142或 242作为负极端(负端)，将由于第一支撑部件11或211和第二支撑部件 12或212之间的温度差导致产生的、且从第二热电转换元件122C或222C 流向第一热电转换元件121C或221C的电流牵引出到外部作为电信号。 此外，如实施例12中那样，从电信号(预处理电信号)中获得不同类型 的电信号(后处理电信号)。

实施例15

实施例15根据本发明第四实施方式A的电信号检测方法。实施例15 的电信号检测方法是一种使用根据实施例5中所述的本发明的第四实施方 式的热电发电器的电信号检测方法。在实施例15中，如实施例5中那样， 将热电发电器置于变温环境中。此外，实际上，如实施例5中那样，当第 二支撑部件12的温度高于第一支撑部件11的温度时，使用第一输出部41 作为正极端子以及第二输出部42作为负极端子，将由于第一支撑部件11 和第二支撑部件12之间的温度差导致产生的并且从第二热电转换部件 22D流向第一热电转换部件21D的电流引出到外部作为电信号。另一方 面，当第一支撑部件11的温度高于第二支撑部件12的温度时，使用第三 输出部43作为正极端子以及第四输出部44作为负极端子，将由于第一支 撑部件11和第二支撑部件12之间的温度差导致产生的并且从第四热电转 换部件24D流向第三热电转换部件23D的电流引出到外部作为电信号。 此外，如实施例12中那样，从电信号(预处理电信号)中获得不同类型 的电信号(后处理电信号)。

实施例16

实施例16根据本发明第四实施方式B的电信号检测方法。实施例16 的电信号检测方法是一种使用根据实施例6和7中所述的本发明的第四实 施方式的热电发电器的电信号检测方法。在实施例16中，如实施例6和7 中那样，将热电发电器置于变温环境中。此外，实际上，如实施例6和7 中那样，当第二支撑部件12的温度高于第一支撑部件11的温度时，使用 第一输出部41作为正极端子以及第二输出部42作为负极端子，将由于第 一支撑部件11和第二支撑部件12之间的温度差导致产生的并且从第二热 电转换部件22E和22F流向第一热电转换部件21E和21F的电流引出到 外部作为电信号，以及使用第三输出部43作为正极端子以及第四输出部 44作为负极端子，将从第四热电转换部件24E和24F流向第三热电转换 部件23E和23F的电流引出到外部作为电信号。此外，如实施例12中， 从电信号(预处理电信号)中获得不同类型的电信号(后处理电信号)。

实施例17

实施例17根据本发明第五实施方式A的电信号检测方法。实施例17 的电信号检测方法是一种使用根据图8中所述的本发明的第五实施方式的 热电发电器的电信号检测方法。在实施例17中，如实施例8中那样，将 热电发电器置于变温环境中。此外，实际上，如实施例8中那样，当第二 支撑部件12的温度高于第一支撑部件11的温度时，使用第一输出部141 作为正极端子以及第二输出部142作为负极端子，将由于第一支撑部件11 和第二支撑部件12之间的温度差导致产生的并且从第二热电转换元件 122G流向第一热电转换元件121G的电流引出到外部作为电信号。另一方 面，当第一支撑部件11的温度高于第二支撑部件12的温度时，使用第四 输出部144作为正极端子以及第三输出部143作为负极端子，将由于第一 支撑部件11和第二支撑部件12之间的温度差导致产生的并且从第三热电 转换元件123G流向第四热电转换元件124G的电流引出到外部作为电信 号。此外，如实施例12中那样，从电信号(预处理电信号)中获得不同 类型的电信号(后处理电信号)。

实施例18

实施例18根据本发明第五实施方式B的电信号检测方法。实施例18 的电信号检测方法是一种使用根据实施例9和10中所述的本发明的第五 实施方式的热电发电器的电信号检测方法。在实施例18中，如实施例9 和10那样，将热电发电器置于变温环境中。此外，实际上，如实施例9 和10中那样，当第二支撑部件12的温度高于第一支撑部件11的温度时， 使用第一输出部141作为正极端子以及第二输出部142作为负极端子，将 由于第一支撑部件11和第二支撑部件12之间的温度差导致产生的并且从 第二热电转换元件122H或122J流向第一热电转换元件121H或121J的电 流引出到外部作为电信号，以及使用第三输出部143作为正极端子以及第 四输出部144作为负极端子，将从第四热电转换元件124H或124J流向第 三热电转换元件123H或123J的电流引出到外部作为电信号。此外，如实 施例12中那样，从电信号(预处理电信号)中获得不同类型的电信号(后 处理电信号)。

虽然根据优选的实施例描述了本发明，然而本发明不限于上述实施 例。实施例中所述的热电发电器的结构和配置以及以上所示的诸如材料和 尺寸的变量仅仅是示例性的，可以进行适当的改变。例如，替代用于第一 热电转换部件、第三热电转换部件、第一热电转换部件A、第二热电转换 部件A、第三热电转换部件A和第四热电转换部件A的p导电元件铋碲 锑，可以使用诸如Mg₂Si、SrTiO₃、MnSi₂、Si-Ge基材料、β-FeSi₂、PbTe 基材料、ZnSb基材料、CoSb基材料、Si基材料、晶笼化合物、NaCo₂O₄、 Ca₃Co₄O₉以及镍铬合金的材料。进一步地，替代用于第二热电转换部件、 第四热电转换部件、第一热电转换部件B、第二热电转换部件B、第三热 电转换部件B和第四热电转换部件B的n导电型元件铋碲，可以使用诸 如Mg₂Si、SrTiO₃、MnSi₂、Si-Ge基材料、β-FeSi₂、PbTe基材料、ZnSb 基材料、CoSb基材料、Si基材料、晶笼化合物、康铜和镍基热电偶合金 (Alumel alloy)的材料。此外，可以将实施例10的第一热电转换元件或 第二热电转换元件的结构应用于实施例3的热电转换元件。此外，可以将 实施例4中所述的热电转换元件的配置和结构应用于实施例8和9中所述 的热电转换元件。

例如，根据根据本发明的第一至第五实施方式的热电发电器可以适合 于包含使用具有优良热导率的自由伸展弹性材料(例如硅橡胶)连接到第 二支撑部件的第三支撑部件。通过这种方式，包含第二支撑部件、弹性材 料和第三支撑部件的整个发电器的热响应时间常数τ随着弹性材料的伸展 和缩短而改变。这改变了输出电信号，使得能够检测第三支撑部件相对于 第二支撑部件的移动。具体地，例如，可以将包含第一支撑部件和第二支 撑部件的发电器的一部分连接到臂状物的某个部分，而将第三支撑部件连 接到臂状物的一些其他部分。通过这种方式，可以检测臂状物的不同部分 的位置变化(例如臂状物的弯曲和伸展状态)。进一步地，可以将本发明 的实施方式的电信号检测设备连接到机器或建筑物。通过这种方式，根据 检测到的与基于机器或建筑物中产生的周期温度变化的电信号不同的电 信号，可以检测到任何异常。这样的检测可以被用作例如基于对机器或建 筑物的击锤的噪声寻找异常的过程的可选方式。

本申请包含涉及分别于2009年12月9日、2010年8月31日和2010 年10月28日向日本专利局提交的第JP 2009-279290、JP 2010-194001和 JP 2010-241722号日本优先专利申请公开的主题，其全部内容结合于此作 为参考。

本领域的那些技术人员应理解的是，根据设计要求和其他因素可以进 行各种变形、组合、子组合和替换，只要它们在所附权利要求或其等同替 换的范围内。