JP2011192756A - Electronic apparatus with waste heat power generation function - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、廃熱発電機能を有する電子機器に関する。 The present invention relates to an electronic device having a waste heat power generation function.
パーソナルコンピュータやスイッチングハブ等の電子機器は、筐体内に配置された回路基板を有し、回路基板にはCPU(中央演算処理装置)を構成するLSIチップをはじめ、多数の電気部品が実装されている。電気部品は、電子機器の作動に伴い多量の熱を発生させるため、電子機器には、LSIチップを熱から保護すべく、ヒートシンクとともに空冷用のファンが設けられている。
そして、ファンによって筐体の外部に排出された熱は、電子機器の周囲の温度を上昇させるため、多数の電子機器が設置されるスペースには、空調機器も設けられる。
Electronic devices such as personal computers and switching hubs have a circuit board arranged in a housing, and a large number of electrical components such as an LSI chip constituting a CPU (Central Processing Unit) are mounted on the circuit board. Yes. Since the electrical component generates a large amount of heat as the electronic device operates, the electronic device is provided with an air cooling fan together with a heat sink in order to protect the LSI chip from heat.
And since the heat | fever discharged | emitted by the fan outside of the housing | casing raises the temperature around an electronic device, the air conditioning apparatus is also provided in the space where many electronic devices are installed.
このように、従来の電子機器にあっては、発生した熱を処理するためにも電力を必要としており、電子機器の作動に伴い多量の電力を消費していた。そこで近年、電気部品が発生させた熱を用いて発電し、得られた電力を電源として使用する、ハーベスタ技術(廃熱発電技術)の開発が行われている。
例えば、特許文献1が開示する熱エネルギー再生装置では、熱発生素子に熱電変換素子が取り付けられ、内部電力再生回路が、熱電変換素子から得られる内部電力を電源として還元供給する。
Thus, in the conventional electronic device, electric power is required to process the generated heat, and a large amount of electric power is consumed with the operation of the electronic device. Therefore, in recent years, harvester technology (waste heat power generation technology) has been developed that generates power using heat generated by electrical components and uses the obtained power as a power source.
For example, in the thermal energy regeneration device disclosed in
より具体的には、内部電力再生回路には、蓄電部と電圧判定部と制御装置とが設けられ、蓄電部において各熱電変換素子から流入してきた電荷を蓄積し、電圧判定部において蓄電部の電圧が所定のしきい値以上になっているか否かを判定し、制御装置は電圧判定部による判定結果に従って、蓄電部と電源回路との接続状態と電源回路と外部電源または二次電池との接続状態を背反的に切り換える制御が行われる。 More specifically, the internal power regeneration circuit is provided with a power storage unit, a voltage determination unit, and a control device, accumulates charges flowing in from the thermoelectric conversion elements in the power storage unit, and stores the charge in the power storage unit in the voltage determination unit. The control device determines whether or not the voltage is equal to or higher than a predetermined threshold value, and the control device determines whether the power storage unit and the power supply circuit are connected, the power supply circuit and the external power source or the secondary battery according to the determination result by the voltage determination unit. Control to switch the connection state in a contradictory manner is performed.
そして電源回路は、外部電源を接続する入力端子と各回路ブロックの電子素子に接続される出力端子との間に、パワートランジスタなどのスイッチング手段を有し、内部電力再生回路の制御装置からの制御信号によって、スイッチング手段がオン/オフ制御される。 The power supply circuit has switching means such as a power transistor between the input terminal for connecting the external power supply and the output terminal connected to the electronic element of each circuit block, and is controlled by the control device for the internal power regeneration circuit. The switching means is on / off controlled by the signal.
しかしながら、上述した特許文献1が開示する熱エネルギー再生装置にあっては、内部電力再生回路に蓄電部を有し、構成が複雑である。このため、この熱エネルギー再生装置を採用した場合、電子機器の大型化や価格上昇を招く虞がある。
そこで、蓄電部を省略し、電源からの電圧(電源電圧)と熱電変換によって得られた電圧(再生電圧)の2つの入力電圧の大小関係に応じて、一方の入力電圧を出力する電源選択回路を採用することが考えられる。
However, the thermal energy regeneration device disclosed in
Therefore, a power supply selection circuit that omits the power storage unit and outputs one input voltage according to the magnitude relationship between the two input voltages, that is, the voltage from the power supply (power supply voltage) and the voltage obtained by thermoelectric conversion (regenerative voltage). Can be considered.
この場合、再生電圧を電源電圧より高く保つことによって、熱電変換によって得られた電力を優先的に活用することが、全体として効率的に廃熱発電により得られた電力を使用するうえで要求される。 In this case, by keeping the regeneration voltage higher than the power supply voltage, it is required to preferentially use the power obtained by thermoelectric conversion in order to efficiently use the power obtained by waste heat power generation as a whole. The
本発明は、上述した事情に鑑みてなされ、その目的とするところは、全体として効率的に熱を回収して発電し、廃熱発電により得られた電力を無駄なく有効に使用する、簡単な構成の安価な廃熱発電機能付き電子機器を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and its object is to recover heat efficiently and generate electric power as a whole, and to use electric power obtained by waste heat power generation effectively and without waste. An object of the present invention is to provide an inexpensive electronic device with a waste heat power generation function.
上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、回路基板に実装され、通電によって発熱する電気部品と、前記電気部品を冷却するための冷却装置と、前記電気部品で発生した熱を電圧に変換する熱電変換器と、前記熱電変換器が出力した電圧が入力され、入力された電圧を変圧比可変にて直流の再生電圧に変換して出力する変換器と、直流の電源電圧を出力する外部電源と、前記変換器が出力した再生電圧及び前記外部電源が出力した電源電圧が入力され、前記再生電圧の電圧レベルが、前記電源電圧の電圧レベルよりも大きいときに前記再生電圧に基づく電力を出力する電源選択回路と、前記再生電圧の電圧レベルが前記電源電圧のレベルよりも大きくなるように、前記冷却装置の冷却能力を調整して前記再生電圧の電圧レベルを制御する制御装置とを備えることを特徴とする廃熱発電機能付き電子機器が提供される(請求項1)。 In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, an electrical component mounted on a circuit board and generating heat when energized, a cooling device for cooling the electrical component, and heat generated by the electrical component are generated. A thermoelectric converter that converts the voltage into voltage, a converter that outputs the voltage output from the thermoelectric converter, converts the input voltage to a DC regenerative voltage with a variable transformation ratio, and outputs a DC power supply voltage. An external power supply to be output, a regeneration voltage output from the converter and a power supply voltage output from the external power supply are input, and when the voltage level of the regeneration voltage is higher than the voltage level of the power supply voltage, the regeneration voltage is set. A power source selection circuit that outputs electric power based on the power source, and the cooling power of the cooling device is adjusted to control the voltage level of the regenerative voltage so that the voltage level of the regenerative voltage is higher than the level of the power supply voltage. Cogeneration function-equipped electronic apparatus, characterized in that it comprises a control device for there is provided (claim 1).
請求項1の廃熱発電機能付き電子機器によれば、電源選択回路に再生電圧及び電源電圧が入力されている。
電源選択回路は、再生電圧の電圧レベル(絶対値)が、電源電圧の電圧レベルよりも大きいときに再生電圧に基づく電力を出力する。そして、制御装置は、再生電圧の電圧レベルが、電源電圧の電圧レベルよりも大きくなるように再生電圧の電圧レベルを制御する。この制御により、再生電圧の電圧レベルが電源電圧の電圧レベルよりも大きくなれば、電源選択回路からは再生電圧に基づく電力が出力される。つまり、制御装置は、電源選択回路から再生電圧に基づく電力を優先的に出力させる。
According to the electronic device with a waste heat power generation function of the first aspect, the regeneration voltage and the power supply voltage are input to the power supply selection circuit.
The power supply selection circuit outputs power based on the reproduction voltage when the voltage level (absolute value) of the reproduction voltage is higher than the voltage level of the power supply voltage. Then, the control device controls the voltage level of the reproduction voltage so that the voltage level of the reproduction voltage is higher than the voltage level of the power supply voltage. With this control, when the voltage level of the reproduction voltage becomes higher than the voltage level of the power supply voltage, the power selection circuit outputs power based on the reproduction voltage. That is, the control device preferentially outputs power based on the reproduction voltage from the power supply selection circuit.
その上で、制御装置は、冷却装置の冷却能力を調整することにより再生電圧の電圧レベルを制御する。具体的には、再生電圧の電圧レベルを上昇させるときには、冷却能力を低下させる。
従って、この廃熱発電機能付き電子機器においては、冷却装置の電力消費が抑制されることにより、全体として効率的に熱が回収されて電力に変換され、得られた電力が無駄なく有効に使用される。この結果として、この廃熱発電機能付き電子機器では、簡単な構成にて消費エネルギーが削減される。
Then, the control device controls the voltage level of the regeneration voltage by adjusting the cooling capacity of the cooling device. Specifically, when the voltage level of the regeneration voltage is increased, the cooling capacity is decreased.
Therefore, in this electronic device with waste heat power generation function, the power consumption of the cooling device is suppressed, so that the heat is efficiently recovered and converted into electric power as a whole, and the obtained electric power is effectively used without waste. Is done. As a result, in the electronic apparatus with a waste heat power generation function, energy consumption is reduced with a simple configuration.
好ましくは、前記制御装置は、前記再生電圧の電圧レベルを制御するために、前記変換器の変圧比を更に調整する(請求項2)。
請求項2の廃熱発電機能付き電子機器においては、制御装置が変圧比を更に調整することによって、簡単な構成にて、再生電圧の電圧レベルが的確に制御される。
Preferably, the control device further adjusts a transformation ratio of the converter in order to control a voltage level of the regeneration voltage (Claim 2).
In the electronic device with a waste heat power generation function according to the second aspect, the control device further adjusts the transformation ratio, whereby the voltage level of the regenerative voltage is accurately controlled with a simple configuration.
好ましくは、前記制御装置は、前記再生電圧の電圧レベルを増大させるときに、前記変圧比を小さくすることよりも、前記冷却装置の冷却能力を減少させることを優先する(請求項3)。
請求項3の廃熱発電機能付き電子機器においては、冷却能力を減少させることを優先することによって、より多くの熱が電気に変換され、更に消費エネルギーが削減される。
Preferably, when the voltage level of the regeneration voltage is increased, the control device gives priority to reducing the cooling capacity of the cooling device rather than reducing the transformation ratio (claim 3).
In the electronic apparatus with a waste heat power generation function according to the third aspect, priority is given to reducing the cooling capacity, so that more heat is converted into electricity, and energy consumption is further reduced.
好ましくは、前記制御装置は、前記再生電圧の電圧レベルを減少させるときに、前記冷却装置の冷却能力を増大させることよりも、前記変圧比を大きくすることを優先する(請求項4)。
請求項4の廃熱発電機能付き電子機器においては、冷却能力を増大させることよりも、変圧比を大きくすることを優先することによって、より多くの熱が電気に変換され、更に消費エネルギーが削減される。
Preferably, when the voltage level of the regenerative voltage is decreased, the control device gives priority to increasing the transformation ratio rather than increasing the cooling capacity of the cooling device (claim 4).
In the electronic device with a waste heat power generation function according to claim 4, more heat is converted into electricity by further prioritizing increasing the transformation ratio than increasing the cooling capacity, and further reducing energy consumption. Is done.
本発明によれば、全体として効率的に熱を回収して発電し、廃熱発電により得られた電力を無駄なく有効に使用する、簡単な構成の安価な廃熱発電機能付き電子機器が提供される。 According to the present invention, an inexpensive electronic device with a waste heat power generation function of a simple configuration that efficiently recovers heat as a whole and generates power and effectively uses the power obtained by waste heat power generation without waste is provided. Is done.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図1は、一実施形態の廃熱発電機能付き電子機器10の構成を概略的に示すブロック図である。
廃熱発電機能付き電子機器10は、例えばスイッチングハブであり、筐体11内に配置された主回路基板12を有する。主回路基板12には、CPU(中央演算処理装置)として機能するLSIチップ14及びインターフェース16が実装されている。インターフェース16は、LSIチップ14に接続されており、外部に開口した複数のポートを有する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram schematically illustrating a configuration of an
The
インターフェース16の複数のポートには、ケーブルを介して、複数のネットワーク18a,18b,18c,18d,18e,18fが接続される。LSIチップ14は、廃熱発電機能付き電子機器10の主な機能である、ネットワーク18a,18b,18c,18d,18e,18f間でのデータの受け渡しを制御する。なお以下では、ネットワーク18a,18b,18c,18d,18e,18fをまとめて単にネットワーク18ともいう。
A plurality of
LSIチップ14にはヒートシンク20が取り付けられ、ヒートシンク20にはヒートパイプ22の一端側が連結されている。そして、ヒートパイプ22の他端側は、熱電変換器24に連結されている。
より詳しくは、図2に示したように、LSIチップ14の上面にヒートシンク20が取り付けられ、LSIチップ14側のヒートシンク20の基部にヒートパイプ22の一端側が埋設されている。ヒートパイプ22の他端側は、例えば扁平な直方体形状の金属製のブロック26に埋設されている。そして、ブロック26上に、熱電変換器24が配置されている。
なお、ヒートパイプ22の内部には、熱を伝えるための流体が充填されている。
A
More specifically, as shown in FIG. 2, the
The
熱電変換器24は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換するものであればよいが、好ましくは、図3に示したように、熱エネルギーを運動エネルギーに変換するスターリングエンジン28と、スターリングエンジン28によって得られた運動エネルギーを電気エネルギーに変換する電磁誘導ユニット30とからなる。
The
より詳しくは、スターリングエンジン28は、フリーピストンタイプであり、ブロック26上に配置されるベース32を有する。ベース32の上面の中央には凹み32aが形成され、そして、ベース32の上面には凹み32aを覆うように、例えば十字の平面形状を有するばね部材33が配置されている。
More specifically, the
ベース32には、バネ部材33を囲むように、気密を存して第1の円筒34の下端が固定されている。第1の円筒34の上端には、第1の円筒34よりも小径な第2の円筒36が気密を存して同軸にて連結され、第2の円筒36の上端には、気密を存してキャップ38が取り付けられている。
The lower end of the
ただし、キャップ38には、貫通孔が形成され、貫通孔を通じてロッド40が上下に延びている。ロッド40は、第2の円筒36内に同心且つ上下動可能に配置された円柱形状の出力ピストン42を貫通しており、出力ピストン42はロッド40に固定されている。出力ピストン42の外周面は、第2の円筒36の内周面に摺接し、出力ピストン42は、第2の円筒36の上端側と下端側とを気密に仕切っている。
However, a through hole is formed in the
また、ロッド40は、第1の円筒34内に同心且つ上下動可能に配置された円柱形状のディスプレーサ44を貫通しているが、ディスプレーサ44はロッド40に対して固定されておらず、相対変位可能である。ディスプレーサ44と第1の円筒34との間には隙間がある。
そして、第1の円筒34及び第2の円筒36内には、作動ガスが充填されている。
The
The
電磁誘導ユニット30は、ロッド40の上端に固定された磁石46と、磁石46を囲むように設けられたコイル48とからなる。磁石46のN磁及びS極は、ロッド40の長手方向に離間している。
なお、キャップ38と磁石46との間には帯状の板を曲げて形成された弾性部材50が設けられている。
The
An
電磁誘導ユニット30のコイル48は、レベル変換器52に接続されている。レベル変換器52は、図4に示したように、コイル48からの出力が入力される1次側コイル54と、1次側コイル54で発生する磁束の変化に基づいて起電力を生ずる2次側コイル56とを有する。
2次側コイル56は、両端以外に、例えば2つの接続端子(タップ)を有し、2次側コイル56の一端及び2つの接続端子は、スイッチ58によって択一的にアースに接続される。
The
The
スイッチ58は、制御装置60からの命令に従って動作し、スイッチ58の状態に応じて、2次側コイル56の有効な巻き数が変化する。制御装置60は、CPU(中央演算処理装置)としての機能を有するLSIチップによって構成することができる。
従って、本実施形態では、1次側コイル54の入力電圧をV1とし、2次側コイル56の出力電圧をV2としたときに、3段階にて変圧比(V1/V2)が切り換え可能である。なお、図4では、巻き数をN、(N−j)及び(N−k)と表示した。
The
Therefore, in this embodiment, when the input voltage of the
2次側コイル56の出力電圧V2は、コンバータ62に入力される。コンバータ62は、2次側コイル56の出力電圧V2を直流電圧にして出力する。
例えば、コンバータ62は、図5に示したように、ダイオードからなるブリッジ回路64によって構成された全波整流回路と、コンデンサ66によって構成された平滑回路と、フィルタ(安定化回路)68とからなる。コンデンサ66は、ブリッジ回路64の出力端子に並列に介挿され、フィルタ68は、ブリッジ回路64の一方の出力端子に、コンデンサ66よりも下流に位置して直列に接続されている。
The output voltage V2 of the
For example, as shown in FIG. 5, the
コンバータ62の出力電圧は、図6に示したように、電源選択回路としてのダイオードOR回路70に入力される。
一方、廃熱発電機能付き電子機器10は、外部電源72を有し、外部電源72が出力する直流電圧(電源電圧Vdc)も、ダイオードOR回路70に入力される。電源電圧Vdcは例えば−48Vである。
ダイオードOR回路70は、コンバータ62の出力端子の一方に直列に接続されるダイオード74と、外部電源72のダイオードOR回路70用の出力端子の一方に直列に接続されるダイオード76とを有する。
As shown in FIG. 6, the output voltage of the
On the other hand, the
Diode OR
ダイオードOR回路70の出力は、絶縁型のDC−DCコンバータ78に入力される。具体的には、ダイオード74の出力端子とダイオード76の出力端子は、相互に並列にて、DC−DCコンバータ78の一方の入力端子に接続されている。DC−DCコンバータ78は、入力された電圧を所定の電圧に変換して出力する。
なお、コンバータ62の出力電圧Vcon(t)及び外部電源72の電源電圧Vdcは、制御装置60によって監視されている。
The output of the diode OR
Note that the output voltage Vcon (t) of the
外部電源72は、ファン80用の出力端子も有し、ファン80に電力を供給する。ファン80は、LSIチップ14の近傍を流れる空気流を生成し、LSIチップ14を空冷可能である。ファン80の回転数は、制御装置60によって制御される。
なお、再び図1を参照すると、レベル変換器52、制御装置60、コンバータ62、ダイオードOR回路70及びDC−DCコンバータ78は、筐体11内に配置された、主回路基板12とは別の副回路基板82に実装されている。そして、DC−DCコンバータ78の出力は、主回路基板12の電源入力端子に供給され、そして、例えばLSIチップ14等の電気部品に供給される。
The
Referring to FIG. 1 again, the
以下、上述した廃熱発電機能付き電子機器10における、廃熱発電の動作について説明する。
廃熱発電機能付き電子機器10が、主機能である、ネットワーク18間でのデータの受け渡し動作を実行すると、LSIチップ14は、電力供給を受けて演算を行うことで発熱する。
Hereinafter, the operation of waste heat power generation in the
When the
LSIチップ14で発生した熱は、ヒートパイプ22を伝わり、ブロック26を介して熱電変換器24に供給される。
熱電変換器24では、供給された熱によって、ロッド40の上端に固定された磁石46が上下に往復動する。そして、磁石46の往復動により、電磁誘導によってコイル48に起電力が生ずる。
The heat generated in the
In the
熱電変換器24は、起電力によってコイル48に生じた交流電圧を出力し、交流電圧はレベル変換器52に入力される。レベル変換器52は、入力された交流電圧を適当に変換して交流電圧を出力し、出力された交流電圧は、コンバータ62に入力される。
コンバータ62では、ブリッジ回路64によって、図7に示したように交流電圧の一方の極性(プラス)が反転させられた整流電圧が得られる。そして、ブリッジ回路64から出力された整流電圧は、コンデンサ66によって平滑化されてからフィルタ68によって安定化され、図8に示したように、ほぼ一定の再生電圧Vcon(t)がコンバータ62から出力される。
The
In the
コンバータ62から出力された再生電圧Vcon(t)は、ダイオードOR回路70に入力される。ダイオードOR回路70では、並列に設けられ、出力側が相互に接続された2つのダイオード74,76から、再生電圧Vcon(t)と電源電圧Vdcとの間の大小関係に基づいて、再生電圧Vcon(t)及び電源電圧Vdcのうち一方又は両方が出力される。
具体的には、2つのダイオード74,76は、αを所定の正の値(固有値)としたときに、以下の固有の特性(1)〜(3)を有する。固有値αの単位はボルトであり、本実施形態では、固有値αは例えば0.7V以上である。
The reproduction voltage Vcon (t) output from the
Specifically, the two
(1)2つのダイオード74,76は、再生電圧Vcon(t)の電圧レベル(絶対値)が、電源電圧Vdcの電圧レベルと固有値αとの和(|Vdc|+α)以上であるとき(|Vcon(t)|≧|Vdc|+α)、再生電圧Vcon(t)を専ら出力する。
(2)2つのダイオード74,76は、再生電圧Vcon(t)の電圧レベルと電源電圧Vdcの電圧レベルとの差が固有値αよりも小さいとき(|Vcon(t)|−|Vdc|<α)、再生電圧Vcon(t)及び電源電圧Vdcの両方を均等に出力する。
(3)2つのダイオード74,76は、外部電圧Vdcの電圧レベルが、再生電圧Vcon(t)の電圧レベルと固有値αとの和(|Vcon(t)|+α)以上であるとき(|Vcon(t)|+α)≦|Vdc|)、電源電圧Vdcを専ら出力する。
(1) The two
(2) When the difference between the voltage level of the reproduction voltage Vcon (t) and the voltage level of the power supply voltage Vdc is smaller than the eigenvalue α (| Vcon (t) | − | Vdc | <α ), Both the reproduction voltage Vcon (t) and the power supply voltage Vdc are output equally.
(3) When the voltage level of the external voltage Vdc is equal to or higher than the sum of the voltage level of the reproduction voltage Vcon (t) and the eigenvalue α (| Vcon (t) | + α), the two
上記(1)〜(3)の固有の特性に基づいて、DC−DCコンバータ78に再生電圧Vcon(t)及び電源電圧Vdcのうち一方又は両方が入力されると、DC−DCコンバータ78は、入力された電圧を変換して、例えば5Vの直流電圧を出力する。そして、DC−DCコンバータ78の出力は、主回路基板12に実装されたLSIチップ14等に供給される。
When one or both of the reproduction voltage Vcon (t) and the power supply voltage Vdc is input to the DC-
ここで、図9は、制御装置60が実行するメインプログラムを概略的に示すフローチャートである。
メインプログラムによれば、まず、監視対象(制御量)である再生電圧Vcon(t)の電圧レベルが読み込まれ(ステップ10)、読み込まれた再生電圧Vcon(t)の電圧レベルが、DC−DCコンバータ78の定格入力値の最大値Vmaxよりも大であるか否かが判定される(ステップ12)。ステップ12の判定の結果、再生電圧Vcon(t)の電圧レベルが最大値Vmaxよりも大である場合(Yesの場合)、レベル変換器52の変圧比(V1/V2)が最大であるか否かが確認される(ステップ14)。
Here, FIG. 9 is a flowchart schematically showing a main program executed by the
According to the main program, first, the voltage level of the reproduction voltage Vcon (t) that is the monitoring target (control amount) is read (step 10), and the voltage level of the read reproduction voltage Vcon (t) is DC-DC. It is determined whether the rated input value of
ステップ14の判定の結果、変圧比(V1/V2)が最大ではない場合(Noの場合)、制御装置60はスイッチ58を操作して変圧比(V1/V2)を一段分増大させる(ステップ16)。一方、ステップ14の判定の結果、変圧比(V1/V2)が最大である場合(Yesの場合)、制御装置60はファン80の回転数を所定数だけ増大させる(ステップ18)。そして、ステップ16又はステップ18の後、ステップ10が実行されて再生電圧Vcon(t)の電圧レベルが再び読み込まれる。
If the result of determination in
ステップ12の判定の結果、再生電圧Vcon(t)の電圧レベルが最大値Vmaxよりも大でない場合(Noの場合)、再生電圧Vcon(t)の電圧レベルが、電源電圧Vdcの電圧レベルと固有値αとの和(|Vdc|+α)以上であるか否かが判定される(ステップ20)。ステップ20の判定の結果、再生電圧Vcon(t)の電圧レベルが、電源電圧Vdcの電圧レベルと固有値αとの和(|Vdc|+α)以上である場合(Yesの場合)、ステップ10が実行されて再生電圧Vcon(t)の電圧レベルが再び読み込まれる。
If the result of determination in
ステップ20の判定の結果、再生電圧Vcon(t)の電圧レベルが、電源電圧Vdcの電圧レベルと固有値αとの和(|Vdc|+α)以上ではない場合(Noの場合)、ファン80の回転数が最小であるか否かが確認される(ステップ22)。
If the result of determination in
ステップ22の判定の結果、ファン80の回転数が最小である場合(Yesの場合)、制御装置60はスイッチ58を操作して変圧比(V1/V2)を一段分減少させる(ステップ24)。一方、ステップ22の判定の結果、ファン80の回転数が最小ではない場合(Noの場合)、制御装置60はファン80の回転数を所定数だけ減少させる(ステップ26)。そして、ステップ24又はステップ26の後、ステップ10が実行されて再生電圧Vcon(t)の電圧レベルが再び読み込まれる。
If the result of determination in
上述した一実施形態の廃熱発電機能付き電子機器10では、ダイオードOR回路70に再生電圧Vcon(t)及び電源電圧Vdcが入力されている。ダイオードOR回路70は、上記固有の特性(1)〜(3)を示すため、この廃熱発電機能付き電子機器10においては、再生電圧Vcon(t)を蓄える蓄電部を有していなくてもよく、簡単な構成にて、再生電圧Vcon(t)が利用される。
In the
一方、この廃熱発電機能付き電子機器10では、制御装置60が、再生電圧Vcon(t)の電圧レベルが、電源電圧Vdcの電圧レベルと固有値αとの和以上になるように再生電圧Vcon(t)の電圧レベルを制御する。この制御により、再生電圧Vcon(t)の電圧レベルが電源電圧Vdcの電圧レベルと固有値αとの和以上になれば、ダイオードOR回路70からは再生電圧Vcon(t)に基づく電力が出力される。つまり、制御装置60は、ダイオードOR回路70から再生電圧Vcon(t)に基づく電力を優先的に出力させる。この結果として、この廃熱発電機能付き電子機器10においては、外部電源72の使用が抑制されながら、再生電圧Vcon(t)が有効に使用され、全体として消費エネルギーが削減される。
On the other hand, in this
そして、上述した一実施形態の廃熱発電機能付き電子機器10においては、制御装置60がファン80の回転数を低くすることによって、発電に供される熱が増加し、簡単な構成にて、再生電圧Vcon(t)の電圧レベルが高くなる。
また、上述した一実施形態の廃熱発電機能付き電子機器10においては、制御装置60が変圧比(V1/V2)を小さくすることによって、簡単な構成にて、再生電圧Vcon(t)の電圧レベルが高くなる。
なお、再生電圧Vcon(t)の電圧レベルを高くする場合、熱電変換器24から出力される電力を増大させるとともに、ファン80の消費電力を削減するという観点から、まず、ファン80の回転数を低くするのが好ましい。
And in the
Further, in the
When the voltage level of the regeneration voltage Vcon (t) is increased, first, the rotational speed of the
更に、上述した一実施形態の廃熱発電機能付き電子機器10では、DC−DCコンバータの定格入力電圧に上限があっても、制御装置60が再生電圧Vcon(t)の電圧レベルを制御することによって、DC−DCコンバータに上限を超える再生電圧Vcon(t)が入力されることが防止される。このため、この廃熱発電機能付き電子機器10は安定に動作する。
Furthermore, in the
具体的には、レベル変換器52の変圧比(V1/V2)を増大することや、ファン80の回転数を増大することによって、再生電圧Vcon(t)の電圧レベルを下げることができる。なお、再生電圧Vcon(t)の電圧レベルを下げる場合、熱電変換器24から出力される電力を維持しながら、ファン80の消費電力の増大を防止するという観点から、ファン80の回転数を増大させる前に、レベル変換器52の変圧比(V1/V2)を増大するのが好ましい。
Specifically, the voltage level of the reproduction voltage Vcon (t) can be lowered by increasing the transformation ratio (V1 / V2) of the
また更に、上述した一実施形態の廃熱発電機能付き電子機器10では、スターリングエンジン28及び電磁誘導ユニット30を用いることによって、熱から電気への変換効率が高くなり、消費エネルギーがより一層削減される。
Furthermore, in the
本発明は、上述した一実施形態に限定されることはなく、上述した一実施形態に変更を加えた形態も含む。
例えば、上述した一実施形態では、熱電変換器24がスターリングエンジン28と電磁誘導ユニット30とを含んでいたが、図10に例示したように、ゼーベック効果を利用した熱電変換器84を用いてもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes a form obtained by modifying the above-described embodiment.
For example, in the above-described embodiment, the
熱電変換器84は、p型半導体としてのSi/SiGeのQW(量子井戸構造)フィルム86と、n型半導体としてのB4C/B9CのQWフィルム88とを有し、QWフィルム86とQWフィルム88との接合部に熱を加えることによって、QWフィルム86とQWフィルム88の両端に起電力が発生する。
熱電変換器84で発生した起電力は、レベル変換器とコンバータとを兼ねる反転DC−DCコンバータ90に入力され、再生電圧Vcon(t)がダイオードOR回路70に入力される。
The
The electromotive force generated by the
上述した一実施形態では、ダイオードOR回路70及びDC−DCコンバータ78が副回路基板82に実装されていたが、ダイオードOR回路70及びDC−DCコンバータ78は、主回路基板12に実装されていてもよい。更に、レベル変換器52、コンバータ62、及び、制御装置60も主回路基板12に実装されていてもよい。
In the above-described embodiment, the diode OR
上述した一実施形態では、LSIチップ14がファン80によって空冷されていたが、水冷されていてもよく、あるいはペルチェ素子によって冷却されていてもよい。これらの場合、制御装置60は、冷却能力を調整するために、ファン80の回転数に代えて、水冷のためのポンプの回転数やペルチェ素子への印加電圧を調整すればよい。
In the above-described embodiment, the
上述した一実施形態では、電源選択回路として、ダイオードOR回路70が採用されていたが、入力された再生電圧及び電源電圧のうち、電圧レベルの大きい方を出力するような電源選択回路を用いてもよい。電源選択回路として、スイッチ回路等、他の電気回路を採用してもよい。
上述した一実施形態では、レベル変換器52とコンバータ62が協働して、熱電変換器24の出力電圧を直流の再生電圧Vcon(t)に変換する変換器を構成していたが、反転DC−DCコンバータ90のように、変換器の構成は特には限定されない。
In the above-described embodiment, the diode OR
In the above-described embodiment, the
上述した一実施形態では、LSIチップ14の熱が電気に変換されていたが、他の電気部品の熱を電気に変換してもよい。
最後に、本発明は、スイッチングハブ以外のパーソナルコンピュータ等の電子機器にも適用可能であるのは勿論である。
In the above-described embodiment, the heat of the
Finally, it goes without saying that the present invention is applicable to electronic devices such as personal computers other than the switching hub.
10 廃熱発電機能付き電子機器
12 主回路基板
14 LSIチップ(電気部品)
16 インターフェース
18 ネットワーク
20 ヒートシンク
22 ヒートパイプ
24,84 熱電変換器
28 スターリングエンジン
30 電磁誘導ユニット
52 レベル変換器(変換器)
60 制御装置
62 コンバータ(変換器)
70 ダイオードOR回路(電源選択回路)
72 外部電源
78 絶縁型DC−DCコンバータ
80 ファン(冷却装置)
10 Electronic Equipment with Waste Heat
16
60
70 Diode OR circuit (power supply selection circuit)
72
Claims (4)
前記電気部品を冷却するための冷却装置と、
前記電気部品で発生した熱を電圧に変換する熱電変換器と、
前記熱電変換器が出力した電圧が入力され、入力された電圧を変圧比可変にて直流の再生電圧に変換して出力する変換器と、
直流の電源電圧を出力する外部電源と、
前記変換器が出力した再生電圧及び前記外部電源が出力した電源電圧が入力され、前記再生電圧の電圧レベルが、前記電源電圧の電圧レベルよりも大きいときに前記再生電圧に基づく電力を出力する電源選択回路と、
前記再生電圧の電圧レベルが前記電源電圧レベルよりも大きくなるように、前記冷却装置の冷却能力を調整して前記再生電圧の電圧レベルを制御する制御装置と
を備えることを特徴とする廃熱発電機能付き電子機器。 Electrical components mounted on a circuit board that generate heat when energized;
A cooling device for cooling the electrical component;
A thermoelectric converter that converts heat generated in the electrical component into a voltage;
The converter outputs the voltage output from the thermoelectric converter, converts the input voltage into a DC regeneration voltage with a variable transformation ratio, and
An external power supply that outputs a DC power supply voltage;
A power supply that receives the regenerative voltage output from the converter and the power supply voltage output from the external power supply, and outputs power based on the regenerative voltage when the voltage level of the regenerative voltage is greater than the voltage level of the power supply voltage A selection circuit;
A waste heat power generation system comprising: a control device configured to control a voltage level of the regeneration voltage by adjusting a cooling capacity of the cooling device so that a voltage level of the regeneration voltage is higher than the power supply voltage level. Functional electronic equipment.
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-
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- 2010-03-12 JP JP2010056603A patent/JP2011192756A/en active Pending
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