JP2005101390A

JP2005101390A - 携帯機器用電源

Info

Publication number: JP2005101390A
Application number: JP2003334560A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Iijima; 喜彦飯島
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-09-26
Filing date: 2003-09-26
Publication date: 2005-04-14

Abstract

【課題】出力が大きく、しかも、燃料を燃焼させることがなく安全で、さらに、充電作業を行う場所に制約のない携帯機器用電源を提供する。
【解決手段】本発明の携帯機器用電源は、少なくとも、発熱装置と熱電変換装置とを備えている。ここで、熱電変換装置としては、ゼーベック効果による熱電変換装置などを用いることができる。また、発熱装置としては、駆動する携帯機器の消費電力、あるいは用いる熱電変換装置の材料を考慮した上で適切なものを選択すれば、特に問題ない。また、携帯用電源の繰り返し利用および利便性を考慮すると、発熱装置は、着脱可能であって、必要な時に装着できることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯機器用電源に関する。

携帯型情報端末、携帯型電話機、携帯型コンピュータ、携帯型電卓、携帯型無線機、携帯型ラジオ、携帯型テレビ、携帯型ナビゲーション、携帯型録音再生機器、携帯型ゲーム機等の携帯用機器は、通常、リチウムイオン電池やニッケル水素電池のような小型の二次電池により作動されている。したがって、これらの携帯機器を使用するためには、これらの二次電池を充電する作業が必要であった。充電のためには、ＡＣ電源を整流し、所定の直流電圧にレギュレートする機能を有する充電器が必要であり、電力を消費するばかりでなく、充電作業を行う場所にも制約があるのが現状である。

熱電変換を用いた発電は、比較的低品質の熱においても直接電気に変換することが可能であるため、現状の未利用の廃熱を回収できる技術であり、最近のエネルギー問題や環境問題の深刻化に伴い、熱電変換に対する期待度はますます大きくなっている。この熱電変換とは、異なる２種の金属やｐ型半導体とｎ型半導体等の熱電変換材料に温度差を与えると、両端に熱起電力が発生するゼーベック効果を利用して、熱エネルギーを直接電力に変換する技術であり、モーターやタービン等の可動部がまったくなく、また、老廃物もないという優れた特徴を有している。

熱電発電を携帯機器の電源として応用した例としては、例えば特許文献１に開示されているような熱発電ユニットを備えた時計がある。これは、熱発電ユニットを備えた時計において、時計を構成する部品の寸法の誤差を考慮した構造を用いて、熱発電ユニットの発電効率が良い時計を提供し、また、小型で頑丈な熱発電ユニットを備えた時計を提供しているものである。

また、特許文献２には、燃料タンクから取り出した燃料を燃焼する燃焼器の発熱により加熱される熱電素子を備え、この熱電素子が発生する起電力を電力取り出し部によって取り出すようにして、頻繁な電池の交換や交流電源からの充電作業を不要とした軽量の携帯用機器が示されている。
特許第２９９８０８８号公報特開２００２−１１０２５６号公報

しかしながら、上記特許文献１に示されている熱発電ユニットを備えた時計は、基本的に体温と時計の裏蓋との温度差の差を利用するため、その出力は小さく、腕時計のように消費電力の小さな限られた携帯機器しか作動することができない。

また、上記特許文献２に示されている携帯用機器は、燃焼器の熱を利用するため、出力を大きくすることは可能であるが、燃料を燃焼させるため、携帯機器としては非常に危険である。

本発明は、出力が大きく、しかも、燃料を燃焼させることがなく安全で、さらに、充電作業を行う場所に制約のない携帯機器用電源を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、少なくとも、発熱装置と熱電変換装置とを備えていることを特徴としている。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の携帯機器用電源において、前記発熱装置は着脱可能となっていることを特徴としている。

また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の携帯機器用電源において、前記発熱装置は、少なくとも発熱材料と酸化剤とから構成されていることを特徴としている。

また、請求項４記載の発明は、請求項３記載の携帯機器用電源において、前記発熱材料は、少なくとも鉄粉を含有していることを特徴としている。

また、請求項５記載の発明は、請求項３記載の携帯機器用電源において、前記酸化剤は、少なくとも酸素を含有していることを特徴としている。

また、請求項６記載の発明は、請求項３記載の携帯機器用電源において、前記発熱装置は、通常は、発熱材料と酸化剤とが接触しない状態になっており、発熱材料と酸化剤とを接触させることにより発熱する構成となっていることを特徴としている。

また、請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の携帯機器用電源において、少なくとも熱電変換装置に隣接して集熱装置を備えていることを特徴としている。

また、請求項８記載の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の携帯機器用電源において、少なくとも熱電変換装置に隣接して放熱装置を備えていることを特徴としている。

また、請求項９記載の発明は、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の携帯機器用電源において、少なくとも充電装置を備えていることを特徴としている。

また、請求項１０記載の発明は、請求項９記載の携帯機器用電源において、前記充電装置は、二次電池であることを特徴としている。

請求項１乃至請求項１０記載の発明によれば、少なくとも、発熱装置と熱電変換装置とを備えており、熱電変換装置（熱電変換素子）を用いることで、比較的大きな温度差を取れることにより出力が大きく、また、燃料を燃焼させることのない安全な携帯機器用電源を提供できる。

特に、請求項７，請求項８記載の発明では、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の携帯機器用電源において、少なくとも熱電変換装置に隣接して集熱装置を備えているので、熱電変換装置の温度差を大きく取れることが可能になり、より出力の大きい安全な携帯機器用電源を提供できる。

また、請求項９，請求項１０記載の発明では、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の携帯機器用電源において、少なくとも充電装置を備えているので、熱電変換装置で変換した電気エネルギーを蓄電することが可能になり、非常に利便性の良い安全な携帯機器用電源を提供できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１の形態）
図１は本発明の第１の形態の携帯機器用電源を示す図である。図１を参照すると、この第１の形態の携帯機器用電源は、少なくとも、発熱装置と熱電変換装置とを備えていることを特徴としている。

ここで、熱電変換装置としては、ゼーベック効果による熱電変換装置などを用いることができる。すなわち、例えばＢｉ−Ｔｅ系材料、Ｐｂ−Ｔｅ系材料、Ｆｅ−Ｓｉ系材料、Ｍｎ−Ｓｉ系材料、Ｍｇ−Ｓｉ系材料、Ｓｉ−Ｇｅ系材料、Ｃｏ−Ｓｂ系材料、Ｚｎ−Ｓｂ系材料、酸化物系材料、クラスレート系材料、ハーフホイスラー系材料、炭化ホウ素系材料等を使用することができる。なお、特にこれらに限定されるわけでなく、用いる温度範囲で適切な材料を選択すれば問題ない。

また、発熱装置としては、駆動する携帯機器の消費電力、あるいは用いる熱電変換装置の材料を考慮した上で適切なものを選択すれば、特に問題ない。また、携帯用電源の繰り返し利用および利便性を考慮すると、発熱装置は、着脱可能であって、必要な時に装着できることが好ましい。ここで、発熱装置を所望の時期に発熱させるためには、発熱装置が、少なくとも発熱材料と酸化剤とから構成されており、通常は発熱材料と酸化剤とが接触しない状態となっており、発熱材料と酸化剤とを接触させることにより発熱する構成となっていることが好ましい。また、発熱温度があまり高くならず安全性を確保できる点、並びに発熱装置のコスト等を考慮した場合は、発熱材料として少なくとも鉄粉を含有し、酸化剤として少なくとも酸素を含有することが好ましい。ここで、鉄粉の代わりに酸化鉄粉末を用いても問題ない。また、酸素は必ずしも気体の酸素として存在する必要はなく、酸化物あるいは水等のように酸素元素（Ｏ）として含有していても問題ない。

（第２の形態）
図２は本発明の第２の形態の携帯機器用電源を示す図である。図２を参照すると、この第２の形態の携帯機器用電源は、第１の形態の携帯機器用電源において、少なくとも熱電変換装置に隣接して集熱装置を備えていることを特徴としている。

第２の形態では、このように集熱装置を具備することにより、発熱装置からの熱を効率よく集熱することができ、熱電変換装置の効率を向上させることが可能になる。これによって、携帯機器電源の出力を向上させることができる。

ここで、集熱装置としては、例えばヒートパイプ等を用いることができるが、特にその材質並びに形状を限定するものではなく、熱伝導性の大きいものを用いることが重要である。

（第３の形態）
図３は本発明の第３の形態の携帯機器用電源を示す図である。図３を参照すると、この第３の形態の携帯機器用電源は、第１，第２のいずれかの形態の携帯機器用電源において、少なくとも熱電変換装置に隣接して放熱装置を備えていることを特徴としている。

第３の形態では、このように放熱装置を具備することにより、熱電変換装置における温度差を大きくとることが可能になり、熱電変換装置の効率を向上させることが可能になる。これによって、携帯機器電源の出力を向上させることができる。

ここで、放熱装置としては、例えば放熱フィン等を用いることができるが、特にその材質並びに形状を限定するものではなく、熱伝導性の大きいものを用いることが重要である。

（第４の形態）
図４は、本発明の第４の形態の携帯機器用電源を示す図である。図４を参照すると、この第４の形態の携帯機器用電源は、第１乃至第３のいずれかの形態の携帯機器用電源において、少なくとも充電装置を備えていることを特徴としている。

第４の形態では、このように充電装置を具備することにより、熱電変換装置からの出力を蓄電することが可能になり、充電装置を用いて携帯機器を駆動することが可能になる。

ここで、充電装置としては、二次電池を用いることが、その利便性から好ましい。また、本発明の携帯機器用電源の場合は、発熱装置の熱エネルギーを、熱電変換装置により電気エネルギーに変換し、それを充電するため、充電を行う場所に制約がない利点がある。

以上、説明したように、本発明の携帯機器用電源は、比較的大きな温度差を取れるため、大きい出力を得ることが可能で、種々の携帯機器の電源として利用可能ばかりでなく、発熱装置が燃料を燃焼させることがないため、安全性も兼ね備えた携帯機器用電源である。また、任意の場所において充電が可能になり、非常に利便性に優れた携帯機器用電源である。

実施例１では、鉄粉を空気の通過できる通気孔の空いたナイロン不織布で包み、さらに空気と遮断するために密封包装した。これは、密封包装を取り去り鉄粉と空気を接触させることにより、発熱させることができる（発熱装置）。

また、熱電変換装置に使用される熱電変換材料としては、ｐ型材料がＢｉ_１．５Ｓｂ_０．５Ｔｅ_３であり、ｎ型材料がＢｉ_２Ｔｅ_３を用いており、これらが複数直列につながった構成とした。

発熱装置の密封包装を取り除き、よく振って内部の鉄粉を空気と接触させた後、熱電変換装置を図１のように隣接させた。この熱電変換装置より両端子をモーターに接続したところ、モーターを駆動することができた。

このように、安全な発熱装置と熱電変換装置を隣接させることにより、電源として機能させることができた。

実施例２では、実施例１と同様の構成において、発熱装置と熱電変換装置との間に集熱装置を具備し、基本的に図２に示した構成とした。集熱装置としては、銅製の金属板を用いた。集熱装置の熱電変換装置側の面は、電気絶縁性を与えるために５μｍ程度の厚みでポリマーをコーティングした。

実施例１と同様に、発熱装置を発熱させた後に隣接させ、熱電変換装置の両端子をモーターに接続したところ、モーターを駆動することができた。

このように、安全な発熱装置と集熱装置を隣接させ、さらに熱電変換装置を隣接させることにより、電源として機能させることができた。

実施例３では、実施例２と同様の構成において、さらに熱電変換装置の低温側に放熱装置を具備し、基本的に図３に示した構成とした。放熱装置としては、銅製の放熱フィンを用いた。放熱装置の熱電変換装置側の面は、電気絶縁性を与えるために５μｍ程度の厚みでポリマーをコーティングした。

実施例２と同様に、発熱装置を発熱させた後に隣接させ、熱電変換装置の両端子をモーターに接続したところ、モーターを駆動することができた。

このように、安全な発熱装置と集熱装置を隣接させ、さらに熱電変換装置を隣接させ、その熱電変換装置の低温側に放熱装置を隣接させることにより、電源として機能させることができた。

実施例４では、実施例１と同様にして発熱させた発熱装置に、実施例１と同様の熱電変換装置を隣接させた。熱電変換装置の両端子を、リチウムイオン二次電池に接続した。そのまま、このリチウム二次電池を充電し、この電池を用いて携帯ラジオを駆動することができた。

このように、安全な発熱装置と熱電変換装置を隣接させることにより、熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、その電気エネルギーを蓄電することにより、他の携帯機器を駆動することができた。

本発明の第１の形態の携帯機器用電源を示す図である。本発明の第２の形態の携帯機器用電源を示す図である。本発明の第３の形態の携帯機器用電源を示す図である。本発明の第４の形態の携帯機器用電源を示す図である。

符号の説明

１熱電変換装置
２発熱装置
３集熱装置
４放熱装置
５充電装置

Claims

少なくとも、発熱装置と熱電変換装置とを備えていることを特徴とする携帯機器用電源。
請求項１記載の携帯機器用電源において、前記発熱装置は着脱可能となっていることを特徴とする携帯機器用電源。
請求項１記載の携帯機器用電源において、前記発熱装置は、少なくとも発熱材料と酸化剤とから構成されていることを特徴とする携帯機器用電源。
請求項３記載の携帯機器用電源において、前記発熱材料は、少なくとも鉄粉を含有していることを特徴とする携帯機器用電源。
請求項３記載の携帯機器用電源において、前記酸化剤は、少なくとも酸素を含有していることを特徴とする携帯機器用電源。
請求項３記載の携帯機器用電源において、前記発熱装置は、通常は、発熱材料と酸化剤とが接触しない状態になっており、発熱材料と酸化剤とを接触させることにより発熱する構成となっていることを特徴とする携帯機器用電源。
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の携帯機器用電源において、少なくとも熱電変換装置に隣接して集熱装置を備えていることを特徴とする携帯機器用電源。
請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の携帯機器用電源において、少なくとも熱電変換装置に隣接して放熱装置を備えていることを特徴とする携帯機器用電源。
請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の携帯機器用電源において、少なくとも充電装置を備えていることを特徴とする携帯機器用電源。
請求項９記載の携帯機器用電源において、前記充電装置は、二次電池であることを特徴とする携帯機器用電源。