发电方法和发电系统

技术领域

本发明涉及发电方法和发电系统。

背景技术

目前为止，研究了各种废热能量的再利用方法。例如，提出了发电系统，其包括：温度经时地上升下降的热源；根据该热源的温度变化而电极化的第一器件(电介质)；和为了从第一器件将电力取出，以夹着第一器件的方式相对配置的第二器件(电极)。另外，也提出了在上述的发电系统中，根据第一器件的温度变化，对第一器件施加电压(电场)(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2014/069045号

发明内容

发明要解决的课题

另一方面，在采用上述的发电系统的发电中，需要使第一器件(电介质)发生温度变化。但是，找到使第一器件(电介质)发生温度变化的环境并不容易。另外，即使是有温度变化的环境，由于第一器件自身的质量和导热性，有时第一器件的温度不追随环境的温度变化。

本发明涉及不必准备使温度变化的环境就能够发电的发电方法和发电系统。

用于解决课题的手段

本发明[1]包含发电方法，其是从电极化状态由于相变而变化的发电元件产生电力的发电方法，包括：电场施加工序，其中，在没有使所述发电元件的温度变化的情况下，采用用于对所述发电元件施加电场的电场施加手段，对所述发电元件施加电场以使所述发电元件的相变温度变化；和发电工序，其中，通过电场的施加及其控制使所述发电元件的电极化状态变化，由所述发电元件产生电力。

本发明[2]包含根据上述[1]所述的发电方法，其中，在所述电场施加工序中，通过使所述发电元件的相变温度变化，从而使所述相变温度超过外部气体温度的第一状态和所述相变温度不到外部气体温度的第二状态反复。

本发明[3]包含根据上述[1]或[2]所述的发电方法，其中，未施加电场的状态下的所述发电元件的相变温度与所述发电元件的外部气体温度的温度差为50℃以下。

本发明[4]包含根据上述[1]～[3]中任一项所述的发电方法，其中，所述发电元件含有选自钛酸钡[BaTiO

本发明[5]包含根据上述[4]所述的发电方法，其中，所述发电元件还含有掺杂稀土元素。

本发明[6]包含根据上述[5]所述的发电方法，其中，所述掺杂稀土元素含有选自Ce、Y和La中的至少一种。

本发明[7]包含根据上述[5]或[6]所述的发电方法，其中，所述掺杂稀土元素含有Ce，所述Ce的含有比例相对于发电元件的金属元素的总量为0.00005摩尔％以上且50摩尔％以下。

本发明[8]包含根据上述[4]～[7]中任一项所述的发电方法，其中，所述发电元件经过在氧化气氛中的退火处理。

本发明[9]包含发电系统，其包括：电极化状态由于相变而变化的发电元件、和用于从所述发电元件产生电力的发电手段，所述发电手段不包括使所述发电元件的外部气体温度变化的温度变化手段，包括：对所述发电元件施加电场以使发电元件的相变温度变化的电场施加手段；用于将由所述发电元件的电极化状态的变化而产生的电力取出的取出手段；和用于控制采用所述电场施加手段施加的电场的控制手段，所述控制手段对所述发电元件施加电场以使所述发电元件的相变温度变化。

本发明[10]包含根据上述[9]所述的发电系统，其中，所述控制手段对所述发电元件施加电场，以使所述发电元件的相变温度变化，从而使所述相变温度超过外部气体温度的第一状态和所述相变温度不到外部气体温度的第二状态反复。

本发明[11]包含根据上述[9]或[10]所述的发电系统，其中，所述发电元件含有选自钛酸钡[BaTiO

本发明[12]包含根据上述[11]所述的发电系统，其中，所述发电元件还含有掺杂稀土元素。

本发明[13]包含根据上述[12]所述的发电系统，其中，所述掺杂稀土元素含有选自Ce、Y和La中的至少一种。

本发明[14]包含根据上述[12]或[13]所述的发电系统，其中，所述掺杂稀土元素含有Ce，所述Ce的含有比例相对于发电元件的金属元素的总量为0.00005摩尔％以上且50摩尔％以下。

本发明[15]包含根据上述[11]～[14]中任一项所述的发电系统，其中，所述发电元件经过在氧化气氛中的退火处理。

发明的效果

在本发明的发电方法和发电系统中，在没有使发电元件发生温度变化的情况下，通过对发电元件施加电场以使发电元件的相变温度变化，从而由发电元件产生电力。因此，不必找到使发电元件发生温度变化的环境，就能够发电。另外，使对发电元件施加的电场变化、以控制电极化的方法与使发电元件的温度变化的方法相比，与发电元件的质量和导热性有关的限制少，应用性优异。

附图说明

图1为显示本发明的发电系统的一个实施方式的概略构成图。

图2为显示实施例1中得到的净发电电力与温度条件的关系的坐标图。

图3为显示比较例1中得到的净发电电力与温度条件的关系的坐标图。

图4为显示实施例2中得到的净发电电力与温度条件的关系的坐标图。

图5为显示实施例3中得到的净发电电力与温度条件的关系的坐标图。

图6为显示实施例4中得到的净发电电力与温度条件的关系的坐标图。

图7为显示实施例5中得到的净发电电力与温度条件的关系的坐标图。

图8为显示实施例6中得到的净发电电力与温度条件的关系的坐标图。

图9为显示实施例7中得到的净发电电力与温度条件的关系的坐标图。

图10为显示实施例8中得到的净发电电力与温度条件的关系的坐标图。

图11为显示实施例9中得到的净发电电力与温度条件的关系的坐标图。

图12为显示实施例10中得到的净发电电力与温度条件的关系的坐标图。

图13为显示实施例11中得到的净发电电力与温度条件的关系的坐标图。

图14为显示实施例12～14和比较例2中的电源、回收开关和回收开关的操作的操作图。

图15为显示实施例12～14和比较例2中得到的净发电电力与电场施加的强度和电场施加的频率的关系的坐标图。

具体实施方式

图1为显示本发明的发电系统的一个实施方式的概略构成图。在图1中，发电系统1包括：发电元件2和作为发电手段(发电单元)的发电装置3。

发电元件2是电极化状态由于相变而变化的器件。应予说明，所谓电极化，是由于伴随晶体的变形(立体的对称性的变化)的正负离子的位移而发生电介质极化、产生电位差的现象。

作为发电元件2，例如，可列举出显现热电效应和/或压电效应的材料。作为这样的材料，可列举出电介质。作为电介质，例如可列举出含有铅的无机衍生物、不含铅的无机衍生物和高分子有机衍生物。

作为含有铅的无机衍生物，例如可列举出含有铅的电介质和在该电介质中掺杂有掺杂金属(不包括后文所述的稀土元素。)的金属掺杂体。作为含有铅的无机衍生物，更具体地，例如可列举出钛酸铅[PbTiO

作为不含铅的无机电介质，例如可列举出不含铅的电介质和在该电介质中掺杂有掺杂金属(不包括后文所述的稀土元素。)的金属掺杂体。作为不含铅的无机衍生物，更具体地，例如可列举出钛酸钡[BaTiO

作为高分子有机衍生物，例如可列举出偏氟乙烯的均聚物和共聚物。作为均聚物，可列举出聚偏氟乙烯(PVD)。作为共聚物，例如可列举出偏氟乙烯(VDF)与三氟乙烯(TrFE)的共聚物。这些能够单独使用或者将2种以上并用。

这些电介质能够单独使用或者将2种以上并用。从环境性的观点出发，优选地，可列举出不含铅的无机电介质和高分子有机电介质。不含铅的无机电介质和高分子有机电介质满足无铅的要求，环境性优异。从发电效率的观点出发，更优选地，可列举出不含铅的无机电介质。

作为不含铅的无机电介质，优选地，可列举出具有钙钛矿型晶体结构的电介质，更优选地，可列举出钛酸钡[BaTiO

从发电效率的观点出发，更优选地，发电元件2包含钛酸锆酸钡[Ba(Zr，Ti)O

从发电效率的观点出发，进一步优选地，发电元件2包含钛酸锆酸钡[Ba(Zr，Ti)O

另外，从发电效率的观点出发，发电元件2优选还含有掺杂稀土元素。换言之，作为发电元件2，优选地，可列举出含有掺杂稀土元素的电介质(以下称为电介质的稀土元素掺杂体)。

作为电介质的稀土元素掺杂体，例如可列举出上述含有铅的无机电介质的稀土元素掺杂体、和上述不含铅的无机电介质的稀土元素掺杂体，优选地，可列举出上述不含铅的无机电介质的稀土元素掺杂体。

作为在电介质中掺杂的稀土元素(以下称为掺杂稀土元素)，例如可列举出钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)和镥(Lu)。这些能够单独使用或者将2种以上并用。作为掺杂稀土元素，优选地，可列举出Ce、Y和La。换言之，掺杂稀土元素优选含有选自Ce、Y和La中的至少一种。

作为掺杂稀土元素，从发电效率的观点出发，特别优选地，可列举出Ce。更具体地，掺杂稀土元素特别优选地至少包含Ce。另外，这种情况下，掺杂稀土元素除了Ce以外，能够进一步包含Y和/或La。换言之，作为掺杂稀土元素，优选地可列举出Ce的单独使用，另外，可列举出Ce与Y和/或La的并用。

作为电介质的稀土元素掺杂体，优选地可列举出[Ba(Zr，Ti)O

在[Ba(Zr，Ti)O

另外，在[Ba(Zr，Ti)O

另外，在[Ba(Zr，Ti)O

从发电效率的观点出发，在电介质的稀土元素掺杂体中，掺杂稀土元素(并用的情况下为它们的总量)的含有比例相对于发电元件(电介质的稀土元素掺杂体)的金属元素的总量(总摩尔数)例如为0.00005摩尔％以上，优选为0.0001摩尔％以上，更优选为0.001摩尔％以上，进一步优选为0.005摩尔％以上。

另外，从发电效率的观点出发，在电介质的稀土元素掺杂体中，掺杂稀土元素(并用的情况下为它们的总量)的含有比例相对于发电元件(电介质的稀土元素掺杂体)的金属元素的总量(总摩尔数)例如为50摩尔％以下，优选为10摩尔％以下，更优选为1摩尔％以下，进一步优选为0.1摩尔％以下，特别优选为0.01摩尔％以下。

另外，在掺杂稀土元素包含Ce的情况下，从发电效率的观点出发，Ce的含有比例相对于发电元件(电介质的稀土元素掺杂体)的金属元素的总量(总摩尔数)例如为0.00005摩尔％以上，优选为0.0001摩尔％以上，更优选为0.001摩尔％以上，进一步优选为0.005摩尔％以上。

另外，在掺杂稀土元素包含Ce的情况下，从发电效率的观点出发，Ce的含有比例相对于发电元件(电介质的稀土元素掺杂体)的金属元素的总量(总摩尔数)例如为50摩尔％以下，优选为10摩尔％以下，更优选为1摩尔％以下，进一步优选为0.1摩尔％以下，特别优选为0.01摩尔％以下。

另外，在掺杂稀土元素包含Y的情况下，从发电效率的观点出发，Y的含有比例相对于发电元件(电介质的稀土元素掺杂体)的金属元素的总量(总摩尔数)例如为0.00005摩尔％以上，优选为0.0001摩尔％以上，更优选为0.0005摩尔％以上，进一步优选为0.001摩尔％以上。

另外，在掺杂稀土元素包含Y的情况下，从发电效率的观点出发，Y的含有比例相对于发电元件(电介质的稀土元素掺杂体)的金属元素的总量(总摩尔数)例如为10摩尔％以下，优选为1摩尔％以下，更优选为0.1摩尔％以下，进一步优选为0.05摩尔％以下，特别优选为0.01摩尔％以下。

另外，在掺杂稀土元素包含La的情况下，从发电效率的观点出发，La的含有比例相对于发电元件(电介质的稀土元素掺杂体)的金属元素的总量(总摩尔数)例如为0.00005摩尔％以上，优选为0.0001摩尔％以上，更优选为0.0005摩尔％以上，进一步优选为0.001摩尔％以上。

另外，在掺杂稀土元素包含La的情况下，从发电效率的观点出发，La的含有比例相对于发电元件(电介质的稀土元素掺杂体)的金属元素的总量(总摩尔数)例如为10摩尔％以下，优选为5摩尔％以下，更优选为1摩尔％以下，进一步优选为0.5摩尔％以下，特别优选为0.05摩尔％以下。

对电介质的制造方法、电介质的金属掺杂体的制造方法、和这些稀土元素掺杂体的制造方法并无特别限制。例如，首先，将包含电介质的金属元素的主原料以适当的比例混合。另外，根据需要，将包含电介质的金属元素的主原料、包含掺杂金属(不包括稀土元素。)的掺杂金属原料、和/或包含掺杂稀土元素的掺杂稀土原料以上述的比例混合。作为主原料、掺杂金属原料和掺杂稀土原料，可列举出公知的化合物和络合物，更具体地，可列举出氧化物、碳酸盐、氯氧化物、和醇盐络合物。应予说明，对混合方法并无特别限制，采用公知的方法。由此，得到原料混合物。

其次，将原料混合物在氧存在下进行预烧成(一次烧成)。预烧成温度例如为600℃以上，优选为800℃以上。另外，预烧成温度例如为1300℃以下，优选为1100℃以下。另外，预烧成时间例如为30分钟以上，优选为2小时以上。另外，预烧成时间例如为12小时以下，优选为6小时以下。由此，得到预烧成粉体(一次烧成粉体)。

其次，将预烧成粉体根据需要粉碎，然后进行压力成型，得到压粉体。然后，将压粉体烧成(正式烧成、二次烧成)，使其烧结。烧成温度比预烧成温度高，例如为800℃以上，优选为1000℃以上。另外，烧成温度例如为1800℃以下，优选为1600℃以下。另外，烧成时间例如为1小时以上，优选为2小时以上。另外，烧成时间例如为24小时以下，优选为12小时以下。由此，得到致密的烧结体(正式烧成体、二次烧成体)。

由此，作为发电元件2，能够得到电介质(根据需要包含掺杂稀土元素)的烧结体。

另外，作为发电元件2的电介质(根据需要包含掺杂稀土元素)的烧结体也能够通过将市售品的电介质在上述的条件下烧成(正式烧成)、烧结而得到。

对于发电元件2，根据需要，在氧化气氛中进行退火处理。例如，在发电元件2具有钙钛矿型晶体结构的情况下，优选地，对发电元件2进行退火处理。即，发电元件2优选为具有钙钛矿型晶体结构的电介质的退火处理体。通过退火处理，能够修复钙钛矿型晶体结构的氧晶格缺陷，得到具有更优选的晶格结构的烧结体。其结果是，获得更优异的发电性能。

在退火处理中，氧化气氛例如为大气中，优选为大气流通下，更优选为采用气氛烧成炉将氧浓度调整得比大气高的气氛下。这样的情况下，氧浓度(体积基准)相对于充满气氛焚烧炉内的全部气体例如为30％以上，优选为50％以上。退火温度例如为600℃以上，优选为800℃以上。另外，退火温度例如为1400℃以下，优选为1200℃以下。另外，退火时间例如为5分钟以上，优选为10分钟以上。另外，退火时间例如为24小时以下，优选为12小时以下，更优选为3小时以下。

另外，对于发电元件2，根据需要，进行极化处理。优选地，对发电元件2进行极化处理。通过极化处理，获得更优异的发电性能。

在极化处理中所施加的电场的强度例如为500V/mm以上，优选为1kV/mm以上，更优选为10kV/mm以上。另外，电场的强度例如为200kV/mm以下，优选为100kV/mm以下。另外，极化处理时间例如为1分钟以上，优选为5分钟以上。另外，极化处理时间例如为5小时以下，优选为1小时以下。

发电元件2具有相变温度。相变温度是使发电元件2发生相变、使发电元件2内的电极化状态产生变化的温度。换言之，发电元件2根据外部气体温度(环境温度)与相变温度的关系进行相变。而且，发电元件2由于相变，电极化状态发生变化。即，发电元件2在相变温度的前后电极化状态大幅地变化。发电元件2的相变温度根据发电元件2的材质适当地设定。发电元件2的相变温度可为一个，也可为多个。一般认为相变受温度和压力支配。

应予说明，如详细地后文所述那样，在对发电元件2施加电场的情况下，发电元件2的相变温度发生变化。上述的相变温度为未施加电场的发电元件2的相变温度。

对发电元件2的形状和尺寸并无特别限制，根据目的和用途，适当地设定。作为发电元件2的形状，例如可列举出长方体状、立方体状、片状、盘状、薄膜状、球状和块状，优选地，可列举出片状、盘状和薄膜状。在发电元件2为片状和盘状的情况下，发电元件2的厚度优选更薄，例如为2.0mm以下，优选为0.5mm以下。另外，在发电元件2为薄膜状的情况下，发电元件2的厚度例如为0.1mm以下。

发电装置3包括：作为电场施加手段(电场施加单元)的电场施加装置4、作为取出手段(取出单元)的取出装置5、和作为控制手段(控制单元)的控制装置6。

发电装置3不包括使发电元件2的外部气体温度变化的温度变化手段(温度变化单元)。更具体地，发电装置3不包括：将发电元件2加热的加热器、和将发电元件2冷却的冷却器。因此，在发电系统1中，对于发电元件2，没有积极地加热，也没有积极地冷却。其结果是，发电元件2的温度没有变化，或者追随于配置发电元件2的环境的外部气体温度(环境温度)。

应予说明，外部气体温度(环境温度)根据发电元件2的材质适当地设定。外部气体温度通常为0℃以上且350℃以下。

电场施加装置4是对发电元件2施加电场、使发电元件2的相变温度变化的装置。为了对发电元件2施加电压，将电场施加装置4与发电元件2电连接。更具体地，电场施加装置4包括：夹着发电元件2相对配置的一对电极41、用于对发电元件2施加电场的电源42、和将电极41和电源42连接的导线43。由此，将电源42与发电元件2电连接。

电源42与控制装置6(后文所述)电连接。控制装置6(后文所述)控制电源42的输出。由此，采用控制装置6(后文所述)控制对发电元件2施加的电场的强度(参照图1虚线)。

施加开关44存在于导线43。施加开关44与控制装置6(后文所述)电连接。控制装置6(后文所述)控制施加开关44的开闭。由此，采用控制装置6(后文所述)控制对于发电元件2的电场施加的时刻(参照图1虚线)。

取出装置5是用于将由发电元件2的电极化状态的变化而产生的电力取出的装置。为了取出发电元件2中产生的电力，取出装置5与发电元件2电连接。

取出装置5例如将发电元件2中产生的电力直接利用和/或蓄积。在取出装置5将电力直接利用的情况下，取出装置5包括消耗电力而运行的电动设备。另外，在取出装置5将电力蓄积的情况下，取出装置5包括蓄电装置。电动设备和蓄电装置可根据需要并用。例如，图1中，取出装置5包括蓄电装置。更具体地，取出装置5包括：夹着发电元件2相对配置的一对电极51、蓄积取出的电力的蓄电装置52、和将电极51和蓄电装置52连接的导线53。由此，将蓄电装置52与发电元件2电连接。

蓄电装置52只要是能够将从发电元件2取出的电力蓄积的装置，则并无特别限制，例如可列举出电容器(电容器)和蓄电池，优选地，可列举出电容器。

回收开关54存在于导线53。回收开关54与控制装置6(后文所述)电连接。控制装置6(后文所述)控制回收开关54的开闭。由此，利用控制装置6(后文所述)控制从发电元件2回收电力的时刻(参照图1虚线)。

应予说明，电极51可为与电极41相同的电极。即，夹着发电元件2的一对电极41可共用作电极51。进而，与电极41连接的导线43的一部分可共用作导线53。

控制装置6为执行发电系统1中的电控制的单元。为了控制采用电场施加装置4施加的电场，设置了控制装置6。另外，为了控制采用取出装置5回收电力的时刻，设置了控制装置6。控制装置6由包括CPU、ROM和RAM等的微型计算机构成。

控制装置6与电场施加装置4电连接。更具体地，控制装置6与电源42电连接。控制装置6控制电源42的输出，由此，控制对发电元件2施加的电场的强度。

另外，控制装置6与施加开关44电连接。由此，控制装置6控制施加开关44的开闭。另外，控制装置6与回收开关54电连接。由此，控制装置6控制回收开关54的开闭。

控制装置6具有控制程序。控制程序控制电源42的输出，由此，包含用于任意地控制对发电元件2施加的电场的强度的强度控制程序。另外，控制程序包含用于任意地控制施加开关44的开闭的时刻的施加控制程序。另外，控制程序包含用于任意地控制回收开关54的开闭的时刻的回收控制程序。这样的控制程序采用公知的方法制作，容纳于控制装置6。

应予说明，如图1中虚拟线(2点划线)所示那样，发电系统1根据需要能够包括任意的辅助部件9。作为辅助部件9，例如可列举出二极管、电容器、低通滤波器、电压计、电阻器、线圈、继电器和接地线。辅助部件适当地存在于与其种类相符的任意的位置。例如，作为辅助部件9的二极管91例如能够存在于电源42与发电元件2之间的导线43。另外，例如，作为辅助部件9的电容器92能够存在于电源42与发电元件2之间的导线43。另外，例如，作为辅助部件9的低通滤波器93能够存在于控制装置6与电源42之间。

在这样的发电系统1中，控制装置6控制电场施加装置4，对发电元件2施加电场，以使发电元件2的相变温度变化。由此，在不对发电元件2积极地加热和冷却的情况下，使发电元件2电极化，在发电元件2中产生电力。

以下对于由电极化状态由于相变而变化的发电元件2产生电力的发电方法进行详细说明。

在该方法中，首先，选择具有与发电元件2的外部气体温度(环境温度)相符的相变温度的发电元件2。未施加电场的状态下的发电元件2的相变温度与发电元件2的外部气体温度的温度差根据目的和用途适当地设定。未施加电场的状态下的发电元件2的相变温度与发电元件2的外部气体温度的温度差例如为1℃以上，优选为5℃以上。另外，未施加电场的状态下的发电元件2的相变温度与发电元件2的外部气体温度的温度差例如为50℃以下，优选为30℃以下。如果温度差为上述范围，则能够以优异的效率发电。在图1中所示的发电装置3中，发电元件2配置在电极41(电极51)之间。

然后，在该方法中，对发电元件2施加电场。更具体地，在没有使发电元件2的温度变化的情况下，采用电场施加装置4，对发电元件2施加电场，以使发电元件2的相变温度变化(电场施加工序)。

即，在该工序中，采用控制装置6，将施加开关44维持在关闭状态。另外，采用控制装置6，将回收开关54维持在打开状态。而且，采用控制装置6，控制电源42的输出和电场的强度，对发电元件2施加电场。电源42的输出和电场的强度根据发电元件2的种类和发电元件2的外部气体温度适当地设定。

然后，在该发电方法中，通过对于发电元件2的电场的施加及其控制，使发电元件2的电极化状态变化。由此，由发电元件产生电力(发电工序)。

即，发电元件2的相变温度在对于发电元件2施加电场的情况下和未对于发电元件2施加电场的情况下彼此不同。

更具体地，施加了电场的状态(电场ON)的发电元件2的相变温度与未施加电场的状态(电场OFF)的发电元件2的相变温度相比变得更高。

因此，通过控制对于发电元件2的电场的施加和停止(电场ON/电场OFF)，从而能够在没有使发电元件2的温度变化的情况下，使发电元件2的相变温度变化。

另外，施加了比较强的电场的状态(强电场)的发电元件2的相变温度与施加了比较弱的电场的状态(弱电场)的发电元件2的相变温度相比变得更高。

因此，通过控制对于发电元件2的电场的施加的强度(弱电场/强电场)，从而能够在没有使发电元件2的温度变化的情况下，使发电元件2的相变温度变化。

在该方法中，控制对于发电元件2的电场的施加和停止(电场ON/电场OFF)的方法和控制对于发电元件2的电场的施加的强度(弱电场/强电场)的方法均可采用。

在这样的方法中，使对发电元件2施加电场(电场ON)、或者对发电元件2施加比较强的电场(强电场)、其结果是发电元件2的相变温度变得比较高的状态与未对发电元件2施加电场(电场OFF)、或者对发电元件2施加比较弱的电场(弱电场)、其结果是发电元件2的相变温度变得比较低的状态以任意的周期反复。

以下，将发电元件2的相变温度比较高的状态称为第一状态。另外，将发电元件2的相变温度比较低的状态称为第二状态。另外，将第一状态与第二状态的反复循环称为电场施加循环。

在电场施加循环中，即使在电场的施加开始后，没有充分地升压、相变温度没有变化的升压期间也为发电元件2的相变温度比较低的第二状态。另外，即使在电场的施加停止后，没有充分地降压、相变温度没有变化的降压期间也为发电元件2的相变温度比较高的第一状态。

在相变温度比较高的第一状态下，发电元件2的相变温度根据发电元件2的材质、外部气体温度、外压、和电场条件适当地设定。

在相变温度比较低的第二状态下，发电元件2的相变温度根据发电元件2的材质、外部气体温度、外压、和电场条件适当地设定。

例如，第一状态下的发电元件2的相变温度与第二状态下的发电元件2的相变温度这两者可为外部气体温度以上。另外，例如，第一状态下的发电元件2的相变温度与第二状态下的发电元件2的相变温度这两者可为外部气体温度以下。即，发电元件2在第一状态与第二状态之间可不发生相变。

从发电效率的观点出发，优选地，发电元件2在第一状态与第二状态之间发生相变。更具体地，从发电效率的观点出发，优选地，在第一状态下，发电元件2的相变温度超过外部气体温度。另外，从发电效率的观点出发，优选地，在第二状态下，发电元件2的相变温度不到外部气体温度。

换言之，控制装置6在没有使发电元件2的温度变化的情况下，对发电元件2施加电场，以使发电元件2的相变温度变化，使相变温度超过外部气体温度的第一状态和相变温度不到外部气体温度的第二状态反复。即，控制装置6对发电元件2施加电场，以使发电元件2的相变温度跨越外部气体温度而变化。

这样的情况下，第一状态下的相变温度例如为[外部气体温度+0.1℃]以上，优选为[外部气体温度+5℃]以上，例如为[外部气体温度+50℃]以下，优选为[外部气体温度+30℃]以下。

另外，第二状态下的相变温度例如为[外部气体温度-0℃]以下，优选为[外部气体温度-5℃]以下，例如为[外部气体温度-50℃]以上，优选为[外部气体温度-30℃]以上。

而且，在电场施加循环中，每1循环发电元件2为第一状态的时间并无特别限制，例如为1/200000秒以上，优选为1/2000秒以上。另外，在电场施加循环中，对发电元件2为第一状态的时间并无特别限制，例如为每1循环5秒以下、优选为1秒以下。

另外，在电压施加循环中，发电元件2为第二状态的时间例如为每1循环1/200000秒以上、优选为1/2000秒以上。另外，在电压施加循环中，发电元件2为第二状态的时间例如为每1循环5秒以下、优选为1秒以下。

另外，在1个循环中，相对于发电元件2为第一状态的时间(例如1秒)，发电元件2为第二状态的时间例如为0.5倍以上，优选为2倍以上(例如0.5秒以上，优选2秒以上)。

另外，每1循环的所需时间例如为1/100000秒以上，优选为1/1000秒以上。另外，每1循环的所需时间例如为10秒以下，优选为2秒以下。

换言之，电场施加循环的频率例如为0.1Hz以上，优选为0.5Hz以上，更优选为1.0Hz以上，进一步优选为1.5Hz以上，例如为100000Hz以下，优选为1000Hz以下。

在发电元件2中，通过使第一状态和第二状态反复，发电元件2的外部气体温度(环境温度)与发电元件2的相变温度的温度差改变。而且，根据温度差的改变，发电元件2伴随极化状态的变化而相变。

即，就发电元件2而言，例如，第一状态下的晶体状态与第二状态下的晶体状态不同。因此，在发电元件2中，通过使第一状态和第二状态反复，从而能够使发电元件2的晶体状态反复变化，能够使发电元件2的电极化状态反复变化。其结果是，在发电元件2中产生电力。

应予说明，第一状态下的发电元件2的晶体状态可为1种，也可为多种。即，在发电元件2为第一状态的期间，发电元件2的晶体状态可变化。进而，第二状态下的发电元件2的晶体状态可为1种，也可为多种。即，在发电元件2为第二状态的期间，发电元件2的晶体状态可变化。

而且，伴随上述的晶体状态的变化，由发电元件2产生电能。然后，在该方法中，将在发电元件2中产生的电能回收到蓄电装置52(回收工序)。

更具体地，通过控制装置6的控制，使回收开关54在任意的时刻为关闭状态，并且使施加开关44为打开状态。由此，在发电元件2中产生的电力经由电极51和导线53被回收到蓄电装置52。

应予说明，虽然没有图示，但根据需要，能够将在发电元件2中产生的电力采用升压器升压，另外，也能够采用交流/直流转换器进行转换。回收的电力根据需要能够在任意的电动设备中利用。应予说明，也能够不将在发电元件2中产生的电力回收到蓄电装置52，而直接使用于任意的电动设备。

在这样的发电方法和发电系统1中，在不使发电元件2温度变化的情况下，通过对发电元件2施加电场以使发电元件2的相变温度变化，从而由发电元件2产生电力。因此，能够在没有找出使发电元件2温度变化的环境的情况下发电。另外，使施加于发电元件2的电场变化、以控制电极化的方法与使发电元件2的温度变化的方法相比，与发电元件2的质量和导热性有关的限制少，应用性优异。

特别地，上述的发电方法和发电系统1中，发电元件2能够将周围的热能转换为电能，因此例如能够高效地回收各种产业领域中产生的废热能量。

实施例

1.BT(钛酸钡、BaTiO

实施例1

在图1中所示的发电系统中，作为发电元件，使用表1和表2所示的钛酸钡[BaTiO

即，将市售的钛酸钡[BaTiO

其次，将得到的粉体的成型物(压粉体)在电炉中烧成(正式烧成)，使其烧结。在烧成中，使升温速度为5℃/分钟，在大气中在1400℃下保持3小时。由此，得到致密的烧结体(正式烧成体)。

其次，将烧结体研磨，进行退火处理。在退火处理中，使升温速度为10℃/分钟，在氧化气氛(氧50％、氮50％)中，在1000℃下保持30分钟。

其次，对于烧结体，在氩气氛下、室温下蒸镀银电极。然后，将烧结体在油浴中进行极化处理。将极化处理中的电场的强度设为30kV/mm。另外，使极化处理时间为30分钟。由此，作为发电元件，得到钛酸钡(BaTiO

应予说明，发电元件的有效尺寸为14.0mm×14.0mm×厚度0.44mm。应予说明，所谓有效尺寸，表示被电极夹着的部分的体积。

另外，将采用电场施加装置施加的电场的强度设定为1200V/mm、1400V/mm或1600V/mm，将电场的施加循环设定为0.5Hz(升压0.5秒/施加0.3秒/停止1.2秒)。

然后，将发电元件的外部气体温度(环境温度)设定为一定，通过上述的电场的施加，使发电元件的相变温度变化。由此，使发电元件电极化，将电力回收。应予说明，就温度条件而言，在120～170℃之间，每10℃设定。然后，通过从回收的电力中减去电场施加装置所消耗的电力，从而算出净发电电力。将其结果示于图2中。

比较例1

作为发电元件，准备与实施例1相同的钛酸钡[BaTiO

由此，使发电元件电极化，将电力回收。应予说明，加热开始时，在对发电元件施加电场的条件和不施加的条件下分别测定回收电力。在对发电元件施加电场的情况下，将电场的强度设定为1200V/mm或2400V/mm。然后，通过从回收的电力减去电场施加时消耗的电力，从而算出净发电电力。将其结果示于图3。

2.BZT(钛酸锆酸钡、Ba(Zr，Ti)O

实施例2

在图1所示的发电系统中，作为发电元件，使用表1和表2所示的钛酸锆酸钡[Ba(Zr，Ti)O

即，作为钛酸锆酸钡(Ba(Zr，Ti)O

其次，将准备的各原料和乙醇放入氧化铝罐磨机(400mL)中，采用球磨机粉碎和混合，得到原料浆料。作为粉碎球，使用直径3mm的YSZ球。另外，使转速为72rpm。使混合时间为70小时。

其次，从原料浆料中除去YSZ球。其次，用氧化铝制自动乳钵对原料浆料进行处理，将乙醇除去。由此，得到原料粉末。

其次，将原料粉末用电炉预烧成(一次烧成)。在预烧成中，使升温速度为5℃/分钟，在大气中在1050℃下保持4小时。由此，得到预烧成粉体。

其次，将预烧成粉体用氧化铝制自动乳钵干式破碎1小时。其次，在预烧成粉体中加入乙醇，湿式粉碎30分钟。其次，将预烧成粉体在干燥炉中在100℃下干燥15分钟。其次，对于预烧成粉体，采用与实施例1相同的方法进行单轴加压成型和静水压成型，成型为圆盘形状。

然后，采用与实施例1相同的方法，将成型物烧结，得到钛酸锆酸钡(Ba(Zr，Ti)O

由此，得到作为发电元件的钛酸锆酸钡(Ba(Zr，Ti)O

另外，将采用电场施加装置施加的电场的强度设定为1400V/mm或1600V/mm，将电场的施加循环设定为0.5Hz(升压0.5秒/施加0.3秒/停止1.2秒)。

然后，将发电元件的外部气体温度(环境温度)设定为一定，通过上述的电场的施加，使发电元件的相变温度变化。由此，使发电元件电极化，将电力回收。应予说明，温度条件设定为室温25℃、以及在60～90℃之间的每10℃。然后，通过从回收的电力中减去电场施加装置中消耗的电力，从而算出净发电电力。将其结果示于图4。

4.BCZT(钛酸锆酸钡钙、(Ba，Ca)(Zr，Ti)O

实施例3

在图1所示的发电系统中，作为发电元件，使用表1和表2所示的钛酸锆酸钡钙[(Ba，Ca)(Zr，Ti)O

更具体地，作为钛酸锆酸钡钙[(Ba，Ca)(Zr，Ti)O

此外，采用与实施例2相同的方法，得到钛酸锆酸钡钙[(Ba，Ca)(Zr，Ti)O

由此，得到作为发电元件的钛酸锆酸钡钙[(Ba，Ca)(Zr，Ti)O

另外，将采用电场施加装置施加的电场的强度设定为800V/mm、1000V/mm或1200V/mm，将电场的施加循环设定为0.5Hz(升压0.4秒/施加0.3秒/停止1.3秒)。

然后，将发电元件的外部气体温度(环境温度)设定为一定，通过上述的电场的施加，使发电元件的相变温度变化。由此，使发电元件电极化，将电力回收。应予说明，就温度条件而言，在50～110℃之间每10℃设定。然后，通过从回收的电力中减去电场施加装置中消耗的电力，从而算出净发电电力。将其结果示于图5。

4.BZT(钛酸锆酸钡、Ba(Zr，Ti)O

实施例4～11

在图1所示的发电系统中，作为发电元件，使用表1和表2所示的钛酸锆酸钡[Ba(Zr，Ti)O

更具体地，作为钛酸锆酸钡[Ba(Zr，Ti)O

此外，采用与实施例2相同的方法，得到钛酸锆酸钡[Ba(Zr，Ti)O

由此，得到作为发电元件的钛酸锆酸钡[Ba(Zr，Ti)O

另外，将采用电场施加装置施加的电场的强度设定为1400V/mm或1600V/mm，将电场的施加循环设定为0.5Hz(升压0.5秒/施加0.3秒/停止1.2秒)。应予说明，在实施例8～11中，将电解的强度设定为1600V/mm。

然后，将发电元件的外部气体温度(环境温度)设定为一定，通过上述的电场的施加，使发电元件的相变温度变化。由此，使发电元件电极化，将电力回收。然后，通过从回收的电力中减去电场施加装置中消耗的电力，从而算出净发电电力。将其结果示于图5～图13。

[表1]

表1

[表2]

表2

[表3]

表3

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实施例12～15

在图1所示的发电系统中，使电场施加的强度和电场施加循环的频率变化，观察其行为。

更具体地，作为发电元件，使用实施例11的钛酸锆酸钡[Ba(Zr，Ti)O

另外，使采用电场施加装置施加的电场的强度和电场施加循环的频率如下所述变化。由此，使发电元件电极化，将电力回收。然后，通过从回收的电力中减去电场施加装置中消耗的电力，从而算出净发电电力。将这些结果示于图15。

应予说明，将采用电场施加装置对发电元件施加的电场的强度如下所述设定。即，实施例12中，将电场的强度设定为400V/mm。另外，在实施例13中，将电场的强度设定为800V/mm。另外，在实施例14中，将电场的强度设定为1200V/mm。另外，在实施例15中，将电场的强度设定为1600V/mm。

然后，将电场的施加循环设定为0.25Hz、0.5Hz、1.0Hz和2.0Hz。将各施加循环中的操作(电源、施加开关和回收开关的操作)作为1个循环(1周期)单位，示于图14。另外，将图14中的各操作的详细情况示于表4。

[表4]

表4

比较例2

代替发电元件，使用市售的电容器(层叠陶瓷电容器、村田制作所、RDER72J103K2K1H03B、静电容量0.01μF)，采用与实施例12相同的方法(400V/mm)，算出净发电电力。应予说明，使采用电场施加装置施加的电场的强度为400V/mm。将其结果示于图15中。

应予说明，上述发明作为本发明的例示的实施方式提供，其只不过是简单的例示，不应限定性地解释。对于该技术领域的技术人员而言显而易见的本发明的变形例包含在后文所述专利权利要求中。

产业上的可利用性

本发明的发电方法和发电系统适合使用在需要电力的各种产业领域中。

附图标记说明

1发电系统

2发电元件

3发电装置

4电场施加装置

5取出装置

6控制装置