JP2005347348A

JP2005347348A - 電源装置

Info

Publication number: JP2005347348A
Application number: JP2004162484A
Authority: JP
Inventors: Takahiko Shindou; 尊彦新藤; Takehisa Hino; 武久日野; Reki Takaku; 歴高久; Yoshiyasu Ito; 義康伊藤; Takashi Oishi; 高志大石; Haruo Matsumuro; 春生松室; Yuji Nakada; 裕二中田; Masatoshi Taniyama; 雅俊谷山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-05-31
Filing date: 2004-05-31
Publication date: 2005-12-15

Abstract

【課題】外部からの電力の供給を受けることなく、単に温度差のみを利用して長期間に亘って安定した電力を供給する電源装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る電源装置は、温度差により発電を行う熱電変換装置９と、この熱電変換装置９の発電で可動または駆動される電子機器１１とを組み合わせたものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、電気容量５ｍＷ〜５００Ｗを消費する電子機器等に可動用または駆動用の電力を供給する電源装置に関する。

一般に、小容量の供給を受けて可動または駆動される電子機器等は、外部の電力網から供給され家庭用電源、あるいは定期的交換または充電を必要とする電池、バッテリー等の電源を使用している。

例えば、電磁弁を備えた自動水洗器では、可動または駆動源として１００Ｖの電源または電池を使用している。

一方、自然エネルギーを利用して生成された電力を供給する電源装置には、例えば、太陽電池や風力がある。これらの発電から電力の供給を受けたものとして、屋外であれば、例えば、特開２００３−３４６５２０号公報（特許文献１）に見られるように、庭先等のガーデンライト、広告器、あるいは、特開２００３−３４３４１９号公報（特許文献２）に見られるように、風力発電、さらに、特開２００３−３４７５７５号公報（特許文献３）に見られるように、携帯電話の電源がある。

これら電源装置は、消費電力、適用する用途、例えば屋外、屋内等の設置場所等に応じて使い分けられており、より多くの拡大適用用途への進展が見込まれている。
特開２００３−３４６５２０号公報特開２００３−３４３４１９号公報特開２００３−３４７５７５号公報

天然資源の枯渇防止や地球温暖化防止を考えた次世代の低環境負荷型電源として開発された太陽電池や風力発電は、日照条件、雨天、風力の有無等の自然条件の影響をまともに受けて発電量に変動が生じ、長時間に亘って安定した電力を供給することができない問題を抱えている。

一方、携帯電話、モバイル型コンピュータ、携帯型髭剃り器等の携帯機器に電力を供給する電池等の電源装置は、長期間に亘って安定した電力を供給することができず、短期間の電池交換を要する等、手間を要する不具合、不都合を抱えている。

最近、いわゆるゼーベック効果によって起電力（起動力）を生じさせる熱電素子を用いた熱電交換装置の実用的な生活分野への適用が見直されている。

この熱電変換装置は、Ｐ型半導体とＮ型半導体とで熱電対を構成し、その両接続部分を異なった温度に保ち、ゼーベック効果による起電力（起動力）を利用したものである。

この熱電変換装置は、スペースシャトルの補助電源として開発されたものであるが、僅かであっても温度差があれば、自然界は無論、工場等の排熱、排ガス等からも電力を得ることができるので、エネルギーの有効利用に有望視されている。

しかし、開発情況が未だ実験室レベルの域を出ておらず、早期の実生活への適用が望まれている。

本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、外部からの電力の供給を受けることなく、単に温度差のみを利用し、長期間に亘って安定電力の供給ができる熱電変換装置を用いて携帯機器等の小電力容量の電子機器に電力を供給する電源装置を提供することを目的とする。

本発明に係る電源装置は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、温度差により発電を行う熱電変換装置と、この熱電変換装置の発電で可動または駆動される電子機器とを組み合わせたことを特徴とする電源装置。

また、本発明に係る電源装置は、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、熱電変換装置は、フィンを備えたものである。

また、本発明に係る電源装置は、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、熱電変換装置は、組み込んだ熱電変換素子をビスマスとテルルとを主成分とすることを特徴とするものである。

また、本発明に係る電源装置は、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、電子機器は、データ、照明器、自動水洗器、記録デバイス、音響機器、小型情報機器端末、液晶機器、光学機器のうち、いずれかを選択したものである。

また、本発明に係る電源装置は、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、モータは、ファンを駆動するものである。

また、本発明に係る電源装置は、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、照明器は、発光ダイオードであることを特徴とするものである。

また、本発明に係る電源装置は、上述の目的を達成するために、請求項７に記載したように、熱電変換装置は、高熱源と低熱源との温度差を−５０℃以上１８０℃以下の範囲であり、未利用の排熱を使用するものである。

また、本発明に係る電源装置は、上述の目的を達成するために、請求項８に記載したように、熱電変換装置は、熱源として水、大気、地面、体温、蒸気、太陽熱のうち、いずれかを選択したものである。

本発明に係る電源装置は、温度差を利用して発電を行う熱電変換装置を電力の供給源とし、この熱電変換装置に電子機器を接続し、電子機器を可動または駆動させる構成にしたので、長期間に亘って安定した電力を、電源変換することなく、また季節や天候に影響されることなく連続して供給することができる。

以下、本発明に係る電源装置の実施形態を図面および図面に付した符号を利用して説明する。

本発明に係る電源装置の実施形態の説明に先立ち、まず、図１を引用して熱電変換装置の原理を説明する。

熱電変換装置９は、例えば、セラミックス製の絶縁性を持つ集熱板１、電極２、Ｐ型熱電変換素子３とＮ型熱電変換素子４とを交互に配置した熱電対５、放熱板６等を備える構成になっている。

なお、Ｐ型熱電変換素子３およびＮ型熱電変換素子４は、主成分をＢｉ−Ｔｅで構成したものが用いられている。

このような構成を備えた熱電変換装置９が高温熱源７と低温熱源８との間に配置されると、Ｐ型熱電変換素子３では、高温熱源７側から低温熱源８側へ正の電荷を持ったホールが励起し、また、Ｎ型熱電変換素子４では、負の電荷を持った電子が励起する。

このとき、Ｐ型熱電変換素子３とＮ型熱電変換素子４とを互いに接続させると、電力が発生し、発生した電力を定電圧装置（図示せず）を介して取り出すことができるようになっている。

このような原理に基づいて電力を発生させる熱電変換装置９を用いた本発明に係る電源装置は、図２に示すように、熱電変換装置９をリード線（配線）１０を介して電子機器１１に接続させる。

この場合、熱電変換装置９は、高温電源７または低温電源８のいずれか一方に設置され、その際、磁石、ねじ止め、挟み込み、溶接、ハング、ロウ付けのいずれかで固定される。

また、高温熱源７と低温熱源８との温度差は、−５０℃以上〜１８０℃以下の範囲である。そして、このような温度差を持つ熱源として、水、大気、地面、体温、蒸気、太陽熱のうち、いずれか未利用の排熱が使用される。

また、熱電変換装置９からリード線１０を介して接続される電子機器１１は、モータ、照明器、自動水洗器、記録デバイス、音響機器、小型情報機器端末（ＰＤＡ）、液晶機器、光学機器等のうち、いずれかである。

図３は、温度差に対する熱電変換装置９の換算１ｍ^２当りの発電量（Ｗ）を示す発電量線図である。

この発電量線図から温度差に比例して発電量が増加することがわかった。例えば、５０Ｗの電力が必要な場合、温度差２０℃で熱電変換装置９を１ｍ^２必要とし、また温度差４０℃で熱電変換装置９を０．２５ｍ^２必要とすることもわかった。

このように、本実施形態は、電力供給源としての熱電変換装置９に電子機器１１を接続し、電子機器１１を可動または駆動させる構成にしたので、長期間に亘って安定した電力を、電源交換することなく連続的に供給することができる。

図４は、本発明に係る電源装置の第２実施形態を示す概念図である。

本実施形態に係る電源装置は、第１実施形態と同様に、熱電変換装置９をリード線１０を介して電子機器１１に接続させるとともに、熱電変換装置９にフィン１２を設けたものである。

このように、本実施形態は、熱電変換装置９にフィン１２を設け、このフィン１２によって熱電変換装置９の熱を放熱させる構成にしたので、予め定められた温度差を確実に確保することができる。

図５は、本発明に係る電源装置の第３実施形態を示す概念図である。

本実施形態に係る電源装置は、第２実施形態と同様に、熱電変換装置９にフィン１２を設けるとともに、熱電変換装置９をリード線１０を介して電子機器１１、具体的にはファン１４を回転駆動するモータ１３に接続させたものである。

このように、本実施形態は、フィン１２を設けた熱電変換装置９にファン１４を回転駆動するモータ１３に接続させ、熱電変換装置９からの熱をフィン１２を介して低熱源側から放熱させるとともに、ファン１４からの空気で熱電変換装置９をより一層冷却させる構成にしたので高熱源と低熱源の温度差を確実に確保することができる。

なお、本実施形態は、高熱源と低熱源との温度を確実に確保するために、熱電変換装置９をファン１４を回転駆動させるモータ１３に接続させたが、この例に限らず、熱電変換装置９を高熱源であるパソコンの中央演算部（ＣＰＵ）、ハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）、メモリ、マザーボード等のいずれかに設置してもよい。高熱源が確保できる点で有効である。

図６は、本発明に係る電源装置の第４実施形態を示す概念図である。

本実施形態に係る電源装置は、熱電変換装置９をリード線１０を介して電子機器１１、具体的には発光ダイオード（ＬＥＤ）１５に接続させたものである。

このように、本実施形態は、熱電変換装置９に発光ダイオード（ＬＥＤ）１５に接続させ、掲示板、表示板等の表示、照明等に適用するので、長時間に亘って安定した電力を確保して表示、照明等を行わせることができる。

図７は、本発明に係る電源装置の第５実施形態を示す概念図である。

本実施形態に係る電源装置は、第３実施形態と同様に、熱電変換装置９にフィン１２を設けるとともに、熱電変換装置９をリード線１０を介して電子機器１１、具体的にはファン１４を回転起動するモータ１３に接続させ、全体としての電子機器を掌サイズ構成にしたので、熱源として体温（掌）が利用される。

このように、本実施形態は、熱電変換装置９と電子機器１１との全体を掌サイズの超小型化したので、自然エネルギーや省エネルギーを講義、公演、ＰＲ活動するときの教材やその他、催し物等の展示会の記念品、お土産に有効である。

熱電変換装置の原理を説明する概念図。本発明に係る電源装置の第１実施形態を示す概念図。温度差に対する熱電変換装置の換算１ｍ^２当りの発電量を示す発電量線図。本発明に係る電源装置の第２実施形態を示す概念図。本発明に係る電源装置の第３実施形態を示す概念図。本発明に係る電源装置の第４実施形態を示す概念図。本発明に係る電源装置の第５実施形態を示す概念図。

符号の説明

１集熱板
２電極
３Ｐ型熱電変換素子
４Ｎ型熱電変換素子
５熱電対
６放熱板
７高温熱源
８低温熱源
９熱電変換装置
１０リード線
１１電子機器
１２フィン
１３モータ
１４ファン

Claims

温度差により発電を行う熱電変換装置と、この熱電変換装置の発電で可動または駆動される電子機器とを組み合わせたことを特徴とする電源装置。
熱電変換装置は、フィンを備えたことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
熱電変換装置は、組み込んだ熱電変換素子をビスマスとテルルとを主成分とすることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
電子機器は、データ、照明器、自動水洗器、記録デバイス、音響機器、小型情報機器端末、液晶機器、光学機器のうち、いずれかを選択したことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
モータは、ファンを駆動することを特徴とする請求項４記載の電源装置。
照明器は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項４記載の電源装置。
熱電変換装置は、高熱源と低熱源との温度差を−５０℃以上１８０℃以下の範囲であり、未利用の排熱を使用することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
熱電変換装置は、熱源として水、大気、地面、体温、蒸気、太陽熱のうち、いずれかを選択したことを特徴とする請求項１記載の電源装置。