JP5742942B2 - Thermal dielectric generator - Google Patents

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Description

この発明は熱誘電発電装置に関し、特に、コンデンサを冷却して充電する工程とコンデンサを加熱して放電させる工程とを繰り返して電力を発生する熱誘電発電装置に関する。   The present invention relates to a thermal dielectric power generation device, and more particularly to a thermal dielectric power generation device that generates electric power by repeating a process of cooling and charging a capacitor and a process of heating and discharging the capacitor.

エネルギーの有効利用の一環として、排熱利用のニーズが高まっている。排熱利用の形態として、熱として利用する方法と電気に変換する方法とが現実的である。電気に変換すると輸送や蓄積が比較的簡単で利便性が高い。   As part of the effective use of energy, the need for waste heat utilization is increasing. As a form of exhaust heat utilization, a method of utilizing as heat and a method of converting to electricity are realistic. When converted to electricity, transportation and storage are relatively easy and convenient.

熱を電気に変換する際に、大規模で排熱の温度が高い場合には、熱エネルギーにより蒸気を発生させ、該蒸気によりタービンを駆動して発電することが可能となる。しかし、規模が小さい場合や排熱の温度が低い場合には効率的な熱エネルギーの活用が困難で、熱エネルギーの大部分は廃棄される。   When heat is converted into electricity and the temperature of exhaust heat is large and the temperature is high, steam can be generated by heat energy, and the turbine can be driven by the steam to generate electric power. However, when the scale is small or the temperature of exhaust heat is low, it is difficult to efficiently use heat energy, and most of the heat energy is discarded.

熱エネルギーを電気エネルギーに変換する方法として、古くから物体の内部に温度差を生じさせ、ゼーベック効果を利用した発電素子が注目されて、開発が進められてきた。しかし、現状では、主として比較的大きな温度差(200℃以上)での利用を想定しており、そのような発電素子の信頼性およびコストの点で、解決すべき課題が多い。   As a method for converting thermal energy into electrical energy, a power generation element using a Seebeck effect by causing a temperature difference inside an object has been developed for a long time. However, under the present circumstances, it is mainly assumed to be used at a relatively large temperature difference (200 ° C. or more), and there are many problems to be solved in terms of the reliability and cost of such power generation elements.

また、200℃以下の低温でも駆動できるタービンの研究も進められ、アンモニアを媒体とする発電システムの提案もあるが、原理的に上記の高熱源体(200℃以上)の場合よりも発電効率が低く、本格的な実用化には至っていない。   In addition, research on turbines that can be driven at low temperatures of 200 ° C. or less is also underway, and there is a proposal for a power generation system using ammonia as a medium. However, in principle, power generation efficiency is higher than in the case of the high heat source body (200 ° C. or higher). It is low and has not yet been put into practical use.

一方、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する他の方法として熱誘電発電が挙げられる。熱誘電発電とは、コンデンサを形成する誘電体の誘電率の温度依存性を利用して、熱エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。熱誘電発電に関しては、“赤崎正則、原雅則共著、「電気エネルギー工学」、朝倉書店、1986年、pp.110-111”(非特許文献1)に記載されている。また、概念自体は、“ジェイ.ディ.チルドレス(J.D.Childress)著、「Application of a Ferroelectric Material in an Energy Conversion Device」、J.Appl Phys Vol.33、No.5、pp.1793-1798、1962年”(非特許文献2)で提唱されている。また、実験による検証も、“藤本三治著、「熱誘電直接発電の実験的研究」、電気学会雑誌Vol83-12、No903、p.2080-2088、1963年”(非特許文献3)で報告されている。   On the other hand, another method for converting thermal energy into electrical energy is thermal dielectric power generation. Thermal dielectric power generation is the conversion of thermal energy into electrical energy using the temperature dependence of the dielectric constant of the dielectric forming the capacitor. Regarding thermal dielectric power generation, “Massunori Akasaki and Masanori Hara,“ Electric Energy Engineering ”, Asakura Shoten, 1986, pp. 110-111 "(Non-Patent Document 1) The concept itself is" J. Di. Proposed by JDChildress, “Application of a Ferroelectric Material in an Energy Conversion Device”, J. Appl Phys Vol.33, No.5, pp.1793-1798, 1962 ”(Non-Patent Document 2) In addition, verification by experiment is also written by “Mitsuharu Fujimoto,“ Experimental Study of Thermal Dielectric Direct Power Generation ”, The Institute of Electrical Engineers of Japan Vol83-12, No903, p.2080-2088, 1963” (Non-Patent Document 3) ).

また、特許文献としては、特開昭61−097308号公報(特許文献1)、特開平01−133581号公報(特許文献2)、および特開平06−165541号公報(特許文献3)が挙げられる。図14に特許文献1に開示された熱誘電発電装置の基本回路を示し、図15に、熱誘電発電装置の充電、加熱、放電の工程における電荷と電圧との関係を示す。   Patent documents include Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-097308 (Patent Document 1), Japanese Patent Application Laid-Open No. 01-133581 (Patent Document 2), and Japanese Patent Application Laid-Open No. 06-165541 (Patent Document 3). . FIG. 14 shows a basic circuit of the thermal dielectric power generator disclosed in Patent Document 1, and FIG. 15 shows a relationship between charge and voltage in the charging, heating, and discharging processes of the thermal dielectric power generator.

熱誘電発電技術は、コンデンサを形成する誘電体の温度特性を利用する。図14に示すような基本回路において、図15に示すように、温度T1でコンデンサCAを充電する。その後、スイッチSW1およびスイッチSW2をオフし、コンデンサCAをオープン状態にして、コンデンサCAに電荷を保持したままコンデンサCAの温度をT2まで上昇させる。   Thermal dielectric power generation technology utilizes the temperature characteristics of the dielectric that forms the capacitor. In the basic circuit as shown in FIG. 14, as shown in FIG. 15, the capacitor CA is charged at the temperature T1. Thereafter, the switch SW1 and the switch SW2 are turned off, the capacitor CA is opened, and the temperature of the capacitor CA is raised to T2 while the capacitor CA holds the electric charge.

この際、温度T1におけるコンデンサCAの誘電率が、温度T2におけるコンデンサCAの誘電率より大きくなるように選択する。この結果、図15に示すように、電圧が上昇(V1からV2に上昇)する。温度T1でのコンデンサCAの誘電率をεr1、温度T2でのコンデンサCAの誘電率をεr2、温度T1での充電電圧をV1、温度T2での電圧をV2とすると、V2=V1×(εr1/εr2)の関係が成立する。   At this time, the dielectric constant of the capacitor CA at the temperature T1 is selected to be larger than the dielectric constant of the capacitor CA at the temperature T2. As a result, as shown in FIG. 15, the voltage rises (rises from V1 to V2). Assuming that the dielectric constant of the capacitor CA at the temperature T1 is εr1, the dielectric constant of the capacitor CA at the temperature T2 is εr2, the charging voltage at the temperature T1 is V1, and the voltage at the temperature T2 is V2, V2 = V1 × (εr1 / The relationship of εr2) is established.

温度の変更前後でコンデンサCAの電荷量が同じで、コンデンサCAの電圧が上昇するために、コンデンサCAの持つ電気エネルギーが増幅される。これが熱誘電発電と呼ばれている。論文の中には自発分極の変化にも注目しているものもあり、自発分極の変化による効果もここで述べる熱誘電発電には含まれる。   Since the amount of charge of the capacitor CA is the same before and after the temperature change and the voltage of the capacitor CA rises, the electrical energy of the capacitor CA is amplified. This is called thermal dielectric power generation. Some papers also pay attention to changes in spontaneous polarization, and the effects of changes in spontaneous polarization are also included in the thermoelectric generation described here.

コンデンサCAを用いた熱誘電発電において、効率の高い発電のためには、誘電率自体が高くて電荷保持能力が高いこと、温度に伴う誘電率や自発分極の変化が大きいこと、温度変化の時間が短いこと、充放電の効率が良いことなどの条件が必要となる。   In the thermal dielectric power generation using the capacitor CA, for high-efficiency power generation, the dielectric constant itself is high and the charge holding capability is high, the change of the dielectric constant and spontaneous polarization with temperature is large, the time for the temperature change Are necessary, such as being short and charging / discharging efficiency being good.

特開昭61ー097308号公報JP 61-097308 A 特開平01ー133581号公報Japanese Patent Laid-Open No. 01-133581 特開平06ー165541号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-165541

赤崎正則、原雅則共著、「電気エネルギー工学」、朝倉書店、1986年、pp.110-111Authored by Masanori Akasaki and Masanori Hara, "Electric Energy Engineering", Asakura Shoten, 1986, pp. 110-111 ジェイ.ディ.チルドレス(J.D.Childress)著、「Application of a Ferroelectric Material in an Energy Conversion Device」、J.Appl Phys Vol.33、No.5、pp.1793-1798、1962年Jay. Di. Childress, `` Application of a Ferroelectric Material in an Energy Conversion Device '', J.Appl Phys Vol.33, No.5, pp.1793-1798, 1962 藤本三治著、「熱誘電直接発電の実験的研究」、電気学会雑誌Vol83-12、No903、p.2080-2088、1963年Sanji Fujimoto, “Experimental study of direct thermal power generation”, The Institute of Electrical Engineers of Japan Vol 83-12, No903, p.2080-2088, 1963

しかし、従来の熱誘電発電装置では、コンデンサの温度変化速度が遅く、発電の効率が低いと言う問題がある。コンデンサの温度変化速度を速める方法としては、複数のチップ型コンデンサを並列接続して大面積で薄型のコンデンサを構成し、加熱部および冷却部への接触面積を大きくすることが考えられる。   However, the conventional thermal dielectric power generation apparatus has a problem that the temperature change rate of the capacitor is slow and the power generation efficiency is low. As a method of increasing the temperature change rate of the capacitor, it is conceivable to form a large-area thin capacitor by connecting a plurality of chip-type capacitors in parallel, and to increase the contact area to the heating part and the cooling part.

しかし、複数のチップ型コンデンサを単純に並列接続しただけでは、1つのチップ型コンデンサが故障してショートすると、そのパスに電流が流れ、コンデンサを充電することができなくなり、発電機能が停止する恐れがある。また、発電を再開するためには、ショートしたチップ型コンデンサを取り除く必要がある。このため、人手が必要となり、停止時間も長くなる。   However, simply connecting a plurality of chip type capacitors in parallel, if one chip type capacitor fails and short-circuits, current flows through the path and the capacitor cannot be charged, and the power generation function may stop. There is. Moreover, in order to resume power generation, it is necessary to remove the shorted chip capacitor. For this reason, manpower is required, and the stop time becomes longer.

それゆえに、この発明の主たる目的は、故障による運転停止時間が短く、運転が容易で稼動率の高い熱誘電発電装置を提供することである。   Therefore, a main object of the present invention is to provide a thermal dielectric power generator having a short operation stop time due to a failure, easy operation, and high operation rate.

この発明に係る熱誘電発電装置は、フレキシブル基板と、フレキシブル基板に搭載された第1の端子、第2の端子、複数のチップ型ヒューズ、および複数のコンデンサを備えたものである。複数のチップ型ヒューズの一方端子はともに第1の端子に接続され、複数のコンデンサの一方端子はそれぞれ複数のチップ型ヒューズの他方端子に接続され、複数のコンデンサの他方端子はともに第2の端子に接続される。複数のコンデンサの各々は、対応のチップ型ヒューズの他方端子と第2の端子との間に並列接続された複数のチップ型コンデンサを含む。複数のチップ型ヒューズの各々の厚さは複数のチップ型コンデンサの各々の厚さ以下である。この熱誘電発電装置は、さらに、複数のコンデンサを冷却する第1の工程と複数のコンデンサを加熱する第2の工程とを交互に行なう冷却/加熱部と、第1および第2の端子に接続され、冷却された複数のコンデンサを充電し、加熱された複数のコンデンサを放電させる充放電部とを備える。 Thermal dielectric power generator according to the present invention are those comprising a flexible substrate, a first terminal mounted on a flexible substrate, a second terminal, a plurality of chip-type fuse, and a plurality of capacitors. One terminals of the plurality of chip-type fuses are all connected to the first terminal, one terminal of the plurality of capacitors is connected to the other terminal of the plurality of chip-type fuses, and the other terminals of the plurality of capacitors are both the second terminals. Connected to. Each of the plurality of capacitors includes a plurality of chip type capacitors connected in parallel between the other terminal and the second terminal of the corresponding chip type fuse. The thickness of each of the plurality of chip-type fuses is equal to or less than the thickness of each of the plurality of chip-type capacitors. The thermal dielectric power generator is further connected to a cooling / heating unit that alternately performs a first step of cooling the plurality of capacitors and a second step of heating the plurality of capacitors, and the first and second terminals. And a charging / discharging unit that charges the cooled capacitors and discharges the heated capacitors.

また好ましくは、冷却/加熱部は、フレキシブル基板の一方側表面に対向して設けられ、第1の温度にされた冷却部材と、フレキシブル基板の他方側表面に対向して設けられ、第1の温度よりも高い第2の温度にされた加熱部材と、フレキシブル基板を冷却部材側に撓ませて複数のコンデンサを冷却し、フレキシブル基板を加熱部材側に撓ませて複数のコンデンサを加熱する駆動部とを含む。   Preferably, the cooling / heating unit is provided to face the one side surface of the flexible substrate, and is provided to face the cooling member having the first temperature and the other side surface of the flexible substrate. A heating member that is set to a second temperature higher than the temperature, and a driving unit that deflects the flexible substrate toward the cooling member to cool the plurality of capacitors and deflects the flexible substrate toward the heating member to heat the plurality of capacitors. Including.

この発明に係る熱誘電発電装置では、第1の端子、第2の端子、複数のヒューズ、および複数のコンデンサが設けられ、複数のヒューズの一方端子はともに第1の端子に接続され、複数のコンデンサの一方端子はそれぞれ複数のヒューズの他方端子に接続され、複数のコンデンサの他方端子はともに第2の端子に接続される。したがって、並列接続された複数のコンデンサを使用するので、各コンデンサを薄型化することができる。よって、各コンデンサの温度変化速度を速めることができ、効率を高めることができる。   In the thermal dielectric power generation device according to the present invention, a first terminal, a second terminal, a plurality of fuses, and a plurality of capacitors are provided, and one terminal of each of the plurality of fuses is connected to the first terminal, One terminal of each capacitor is connected to the other terminal of each of the plurality of fuses, and the other terminals of the plurality of capacitors are both connected to the second terminal. Therefore, since a plurality of capacitors connected in parallel is used, each capacitor can be thinned. Therefore, the temperature change speed of each capacitor can be increased, and the efficiency can be increased.

また、1つのコンデンサが故障してショートした場合は、そのコンデンサに対応するヒューズに大きな電流が流れてそのヒューズが溶断され、故障したコンデンサが他のコンデンサから電気的に切り離される。したがって、運転を継続することができ、運転停止時間を短縮化することができる。   When one capacitor fails and is short-circuited, a large current flows through the fuse corresponding to the capacitor, the fuse is blown, and the failed capacitor is electrically disconnected from the other capacitors. Therefore, the operation can be continued and the operation stop time can be shortened.

本願発明の基礎となる熱誘電発電装置の要部を示す図である。It is a figure which shows the principal part of the thermoelectric power generator used as the foundation of this invention. 図1に示した発電部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the electric power generation part shown in FIG. 図2に示した配線基板の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the wiring board shown in FIG. 図1のIV−IV線断面図である。It is the IV-IV sectional view taken on the line of FIG. 図1に示した熱誘電発電装置の構成を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram which shows the structure of the thermal dielectric power generator shown in FIG. 図1〜図5に示した熱誘電発電装置の加熱工程および電気エネルギー取出工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the heating process and electrical energy extraction process of the thermoelectric power generator shown in FIGS. 図1〜図5に示した熱誘電発電装置の冷却工程および充電工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the cooling process and charging process of the thermal dielectric power generator shown in FIGS. 本願発明の一実施の形態による熱誘電発電装置の要部を示す図である。It is a figure which shows the principal part of the thermal dielectric power generator by one embodiment of this invention. 図8で説明した熱誘電発電装置の構成を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram which shows the structure of the thermal dielectric power generator demonstrated in FIG. 図9に示したチップ型コンデンサの故障時の動作を示す図である。It is a figure which shows the operation | movement at the time of the failure of the chip type capacitor shown in FIG. 図9に示したチップ型コンデンサの故障時の動作を示す他の図である。FIG. 10 is another diagram showing an operation when the chip capacitor shown in FIG. 9 fails. 図9に示したチップ型コンデンサの故障時の動作を示すさらに他の図である。FIG. 10 is still another diagram showing an operation when the chip capacitor shown in FIG. 9 fails. 図8〜図12に示した熱誘電発電装置の故障時の動作を示すタイムチャートである。13 is a time chart showing an operation at the time of failure of the thermal dielectric power generation device shown in FIGS. 従来の熱誘電発電装置の構成を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram which shows the structure of the conventional thermal dielectric power generator. 図14に示した熱誘電発電装置の動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of the thermal dielectric power generator shown in FIG.

本願発明の実施の形態について説明する前に、まず本願発明の基礎となる熱誘電発電装置1について説明する(特願2010−165940号参照)。図1〜図4に示すように、この熱誘電発電装置1は、発電部100と、この発電部100に設けられる第1壁部111aに接触するように配置される加熱用ダクト200と、発電部100に設けられる第2壁部111bに接触するように配置される冷却用ダクト300とを備えている。   Before describing the embodiment of the present invention, first, a thermal dielectric power generation device 1 which is the basis of the present invention will be described (see Japanese Patent Application No. 2010-165940). As shown in FIGS. 1 to 4, this thermal dielectric power generation device 1 includes a power generation unit 100, a heating duct 200 disposed so as to contact a first wall portion 111 a provided in the power generation unit 100, And a cooling duct 300 disposed so as to be in contact with the second wall portion 111b provided in the portion 100.

加熱用ダクト200の中には高熱源体として、たとえば約95℃前後の水(温水)が導入され、冷却用ダクト300の中には低熱源体として、たとえば約15℃前後の水(冷水)が導入される。なお、高熱源体として、200℃以下の排ガス、水蒸気、高温水、高温の油(熱輸送媒体)などを導入してもよい。また、加熱用ダクト200の代わりに、炎のような放射熱源によって加熱されたプレートを用いてもよい。また、冷却用ダクト300の代わりに、空冷フィンと接続した空冷プレートを用いてもよい。   For example, water (warm water) at about 95 ° C. is introduced into the heating duct 200 as a high heat source, and water (cold water) at about 15 ° C. is used as the low heat source in the cooling duct 300. Is introduced. In addition, you may introduce | transduce the exhaust gas of 200 degrees C or less, water vapor | steam, high temperature water, high temperature oil (heat transport medium) etc. as a high heat source body. Further, instead of the heating duct 200, a plate heated by a radiant heat source such as a flame may be used. Further, instead of the cooling duct 300, an air cooling plate connected to air cooling fins may be used.

この発電部100は、図2に示すように、直方体形状のチャンバー110を有している。チャンバー110の第1壁部111aとこの第1壁部111aに対向する第2壁部111bとは所定の間隙を隔てて平行に配置され、第1壁部111aおよび第2壁部111bの各々は、矩形の平面形状を有している。   As shown in FIG. 2, the power generation unit 100 includes a rectangular parallelepiped chamber 110. The first wall 111a of the chamber 110 and the second wall 111b facing the first wall 111a are arranged in parallel with a predetermined gap therebetween, and each of the first wall 111a and the second wall 111b is , Has a rectangular planar shape.

上記したように第1壁部111aの外面の全面には、加熱用ダクト200が接触配置され、第2壁部111bの外面の全面には、冷却用ダクト300が接触配置される。したがって、第1壁部111aおよび第2壁部111bには、それぞれ熱伝導性の高い材料が用いられることが好ましい。たとえば、金属性のプレートとして、表面処理鋼板、ステンレス等の材料が用いられる。   As described above, the heating duct 200 is disposed in contact with the entire outer surface of the first wall 111a, and the cooling duct 300 is disposed in contact with the entire outer surface of the second wall 111b. Therefore, it is preferable that a material having high thermal conductivity is used for each of the first wall portion 111a and the second wall portion 111b. For example, a material such as a surface-treated steel plate or stainless steel is used as the metallic plate.

チャンバー110の周囲を取囲む4側面112a、112b、112c、112dは、チャンバー110内への熱の侵入を遮断することが好ましい。よって、第1壁部111aおよび第2壁部111bに用いられる材料よりも熱伝導性の低い材料が用いられる。たとえば、シリコーン樹脂などの高耐熱性樹脂等が用いられる。   The four side surfaces 112a, 112b, 112c, and 112d surrounding the chamber 110 preferably block heat from entering the chamber 110. Therefore, a material having lower thermal conductivity than the material used for the first wall portion 111a and the second wall portion 111b is used. For example, a high heat resistant resin such as a silicone resin is used.

チャンバー110の内部には、チャンバー110の内部を第1壁部111a側の第1空間120aと第2壁部111b側の第2空間120bとに2分割するように、柔軟に変形が可能な可撓性を有する配線基板101が配設されている。この配線基板101の4辺は、第1空間120aと第2空間120bとの間の密閉性が保持されるように、チャンバー110の周囲を取囲む4側面112a、112b、112c、112dの内面に固着されている。   The chamber 110 can be deformed flexibly so that the chamber 110 is divided into a first space 120a on the first wall 111a side and a second space 120b on the second wall 111b side. A flexible wiring board 101 is provided. The four sides of the wiring substrate 101 are formed on the inner surfaces of the four side surfaces 112a, 112b, 112c, and 112d that surround the periphery of the chamber 110 so that the sealing between the first space 120a and the second space 120b is maintained. It is fixed.

配線基板101には、図3に示すように、複数のチップ型コンデンサ102が複数行複数列に搭載される。なお、ここで定義されているチップ型コンデンサ102とは、リード端子を用いることなく半田などを介して端子部を直接配線基板上のランド等に接合するいわゆる面実装型のコンデンサを意味する。   As shown in FIG. 3, a plurality of chip capacitors 102 are mounted on the wiring substrate 101 in a plurality of rows and a plurality of columns. The chip type capacitor 102 defined here means a so-called surface mount type capacitor in which a terminal portion is directly joined to a land or the like on a wiring board through solder or the like without using a lead terminal.

また、配線基板101には、ポリイミドを用いた膜厚が約30μm程度のフレキシブル基板が用いられる。ポリイミドを用いたフレキシブル基板は、熱容量が非常に小さい。したがって、加熱時には高熱源体からの熱がチップ型コンデンサ102に効率良く移動する。この時間は熱容量と熱抵抗から見積もることができるが、熱抵抗が同じ場合には、熱容量が2倍になると温度変化を生じるための時定数が2倍になり、同じ温度変化を起こすための時間が2倍になる。この結果、発電効率は1/2になる。同様に熱抵抗が大きい場合も効率が低下するので、熱源とはなるべく広い面積で適切な応力下で熱移動を起こすことが有効となる。   For the wiring substrate 101, a flexible substrate having a film thickness of about 30 μm using polyimide is used. A flexible substrate using polyimide has a very small heat capacity. Therefore, heat from the high heat source is efficiently transferred to the chip capacitor 102 during heating. This time can be estimated from the heat capacity and the heat resistance. When the heat resistance is the same, the time constant for causing the temperature change is doubled when the heat capacity is doubled, and the time for causing the same temperature change is obtained. Doubles. As a result, the power generation efficiency is halved. Similarly, when the thermal resistance is large, the efficiency is lowered. Therefore, it is effective to cause heat transfer under an appropriate stress in an area as large as possible from the heat source.

チャンバー110の周囲を取囲む4側面112a、112b、112c、112dのうち、図2においては上側に位置する側面112aおよび下側に位置する側面112cには、それぞれ、第1空間120aに通じる開口部を構成する第1ノズル113および第2空間120bに通じる開口部を構成する第2ノズル114が設けられている。チャンバー110は、第1ノズル113および第2ノズル114を除き、内部空間の密閉が保持されるように構成されている。   Of the four side surfaces 112a, 112b, 112c, and 112d surrounding the chamber 110, the side surface 112a located on the upper side and the side surface 112c located on the lower side in FIG. 2 each have an opening that leads to the first space 120a. The first nozzle 113 that constitutes the second nozzle 114 and the second nozzle 114 that constitutes an opening leading to the second space 120b are provided. The chamber 110 is configured such that the internal space is kept sealed except for the first nozzle 113 and the second nozzle 114.

また、図4に示すように、各第1ノズル113は、配管を介して給排気装置201に接続されている。各第2ノズル114は、配管を介して給排気装置301に接続されている。給排気装置201、301は、制御部400によって制御される。給排気装置201は、第1ノズル113を介して第1空間120a内に空気を供給する給気動作と、第1空間120aから第1ノズル113を介して空気を排出する排気動作とを交互に行なう。給排気装置301は、第2空間120bから第2ノズル114を介して空気を排出する排気動作と、第2ノズル114を介して第2空間120bに空気を供給する給気動作とを交互に行なう。   Moreover, as shown in FIG. 4, each 1st nozzle 113 is connected to the air supply / exhaust device 201 via piping. Each second nozzle 114 is connected to the air supply / exhaust device 301 via a pipe. The air supply / exhaust devices 201 and 301 are controlled by the control unit 400. The air supply / exhaust device 201 alternately performs an air supply operation for supplying air into the first space 120a via the first nozzle 113 and an exhaust operation for discharging air from the first space 120a via the first nozzle 113. Do. The air supply / exhaust device 301 alternately performs an exhaust operation for discharging air from the second space 120b via the second nozzle 114 and an air supply operation for supplying air to the second space 120b via the second nozzle 114. .

チャンバー110の内部に収容された配線基板101の第2空間120b側には、複数のチップ型コンデンサ102が配線基板101の可撓性を損なわない程度の間隔で配列されている。チップ型コンデンサ102のサイズは、たとえば、高さ3.2mm×縦1.6mm×横1.6mmである。   On the side of the second space 120 b of the wiring substrate 101 accommodated in the chamber 110, a plurality of chip type capacitors 102 are arranged at intervals that do not impair the flexibility of the wiring substrate 101. The size of the chip capacitor 102 is, for example, height 3.2 mm × length 1.6 mm × width 1.6 mm.

なお、チップ型コンデンサ102としては、エネルギー密度が高く、誘電率の温度変化が大きな、積層セラミックを用いたチップ型コンデンサが好ましいが、同様の特徴を持つチップ型コンデンサであればよく、たとえば高分子材料を用いたチップ型コンデンサでもかまわない。   The chip capacitor 102 is preferably a chip capacitor using a multilayer ceramic having a high energy density and a large temperature change in dielectric constant. However, any chip capacitor having similar characteristics may be used. A chip capacitor using a material may be used.

また、複数のチップ型コンデンサ102の第2壁部111b側には、図3および図4に示すように、複数のチップ型コンデンサ102のすべてを覆う、熱抵抗低減シート103が設けられている。これは、複数のチップ型コンデンサ102の第2壁部111bへの接触面積を拡大するために設けられており、チップ型コンデンサ102と第2壁部111bとの間の熱移動を円滑にするためのシートである。   Further, as shown in FIGS. 3 and 4, a thermal resistance reduction sheet 103 that covers all of the plurality of chip capacitors 102 is provided on the second wall 111 b side of the plurality of chip capacitors 102. This is provided in order to increase the contact area of the plurality of chip capacitors 102 to the second wall portion 111b, and to facilitate heat transfer between the chip capacitor 102 and the second wall portion 111b. This is a sheet.

熱抵抗低減シート103には、上述したフレキシブル基板と同等の特性を有していることが好ましいことから、たとえば、熱伝達係数を高くするために熱伝導グリスを塗布した、膜厚が約10μm程度のポリイミドを用いたフィルムが用いられる。   Since it is preferable that the thermal resistance reducing sheet 103 has the same characteristics as the flexible substrate described above, for example, a thermal conductive grease is applied to increase the heat transfer coefficient, and the film thickness is about 10 μm. A film using polyimide is used.

また、第1空間120aにおける第1壁部111aの内表面と配線基板101の表面との間隔は、約0.1mm〜約0.2mm程度である。また、第2空間120bにおける第2壁部111bの内表面と熱抵抗低減シート103の表面との間隔も、約0.1mm〜約0.2mm程度である。   In addition, the distance between the inner surface of the first wall 111a and the surface of the wiring board 101 in the first space 120a is about 0.1 mm to about 0.2 mm. Further, the distance between the inner surface of the second wall 111b and the surface of the thermal resistance reducing sheet 103 in the second space 120b is also about 0.1 mm to about 0.2 mm.

なお、この熱抵抗低減シート103は、チップ型コンデンサ102側に固定されているが、第2壁部111b側に固定されていてもかまわない。また、チップ型コンデンサ102と第2壁部111bとの間の熱移動が問題とならない場合には、熱抵抗低減シート103を設ける必要はない。   The thermal resistance reducing sheet 103 is fixed to the chip-type capacitor 102 side, but may be fixed to the second wall portion 111b side. In addition, when the heat transfer between the chip capacitor 102 and the second wall portion 111b is not a problem, it is not necessary to provide the thermal resistance reduction sheet 103.

図5の基本回路に示すように、複数のチップ型コンデンサ102は、並列に接続され、スイッチSW1およびスイッチSW2の切換により、充電工程(SW1=OFF/SW2=ON)、オープン状態(SW1=OFF/SW2=OFF)、および、電気エネルギー取出工程(SW1=ON/SW2=OFF)が切り換えられる。なお、スイッチSW1およびスイッチSW2のON/OFFの制御は、制御部400において行なわれる。なお、図5において、スイッチSW1には、負荷(または蓄電装置)Lが接続され、スイッチSW2には、バッテリBTが接続されている。   As shown in the basic circuit of FIG. 5, the plurality of chip capacitors 102 are connected in parallel, and the charging process (SW1 = OFF / SW2 = ON) and the open state (SW1 = OFF) by switching the switch SW1 and the switch SW2. / SW2 = OFF) and the electrical energy extraction process (SW1 = ON / SW2 = OFF). It should be noted that ON / OFF control of switch SW1 and switch SW2 is performed in control unit 400. In FIG. 5, a load (or power storage device) L is connected to the switch SW1, and a battery BT is connected to the switch SW2.

次に、図5〜図7を参照して、上記構成の熱誘電発電装置1における熱誘電発電サイクルについて説明する。図5に示す回路において、充電が行なわれたチップ型コンデンサ102をオープン状態(SW1=OFF、SW2=OFF)にし、図6に示すように、給排気装置201によって第1ノズル113から第1空間120a内の空気を排出し、同時に、給排気装置301によって第2ノズル114から第2空間120b内に空気を導入する。   Next, a thermal dielectric power generation cycle in the thermal dielectric power generation apparatus 1 having the above configuration will be described with reference to FIGS. In the circuit shown in FIG. 5, the charged chip capacitor 102 is opened (SW1 = OFF, SW2 = OFF), and as shown in FIG. Air in 120a is discharged, and at the same time, air is introduced into the second space 120b from the second nozzle 114 by the air supply / exhaust device 301.

第2空間120b内への空気の導入により、チップ型コンデンサ102を搭載した配線基板101は第1空間120a側に撓み、配線基板101が、第1壁部111aに当接する状態となる。これにより、チップ型コンデンサ102は、加熱用ダクト200により加熱される。   By introducing air into the second space 120b, the wiring board 101 on which the chip capacitor 102 is mounted is bent toward the first space 120a, and the wiring board 101 comes into contact with the first wall portion 111a. Thereby, the chip capacitor 102 is heated by the heating duct 200.

なお、加熱用ダクト200の中には高熱源体として、約95℃前後の水(温水)が導入され、冷却用ダクト300の中には低熱源体として、約15℃前後の水(冷水)が導入されている。   In addition, about 95 ° C. water (hot water) is introduced into the heating duct 200 as a high heat source, and about 15 ° C. water (cold water) is used as the low heat source in the cooling duct 300. Has been introduced.

次に、チップ型コンデンサ102の加熱後に、図5に示す回路において、スイッチSW1をオン状態にし、スイッチSW2をオフ状態にして、チップ型コンデンサ102から電気エネルギーを取り出す。   Next, after heating the chip capacitor 102, the switch SW1 is turned on and the switch SW2 is turned off in the circuit shown in FIG.

次に、図7を参照して、給排気装置201によって第1ノズル113から第1空間120a内に空気を導入し、同時に、給排気装置301によって第2ノズル114から第2空間120b内の空気を排出する。第1空間120a内への空気の導入により、チップ型コンデンサ102を搭載した配線基板101は第2空間120b側に撓み、配線基板101が第2壁部111bに当接する状態となる。これにより、チップ型コンデンサ102は、冷却用ダクト300により冷却される。   Next, referring to FIG. 7, air is introduced from the first nozzle 113 into the first space 120 a by the air supply / exhaust device 201, and at the same time, the air in the second space 120 b from the second nozzle 114 by the air supply / exhaust device 301. Is discharged. By introducing air into the first space 120a, the wiring board 101 on which the chip capacitor 102 is mounted is bent toward the second space 120b, and the wiring board 101 comes into contact with the second wall 111b. As a result, the chip capacitor 102 is cooled by the cooling duct 300.

次に、図5に示す回路において、スイッチSW1をオフ状態にし、スイッチSW2をオン状態にして、チップ型コンデンサ102に充電を行なう。その後、上記した加熱工程→電気エネルギー取出工程に移行する。   Next, in the circuit shown in FIG. 5, the switch SW1 is turned off and the switch SW2 is turned on to charge the chip capacitor 102. Thereafter, the process proceeds from the heating step to the electric energy extraction step.

このようにして、充電工程→加熱工程→電気エネルギー取出工程→冷却工程の熱誘電発電サイクルを順次繰り返して行なうことにより、熱誘電発電が連続して行なわれ、効率よく発電することが可能となる。   In this way, by performing the thermal dielectric power generation cycle of the charging process → heating process → electrical energy extraction process → cooling process in order, thermal dielectric power generation is continuously performed, and it is possible to generate power efficiently. .

以上のように、この熱誘電発電装置1によれば、複数のチップ型コンデンサ102を配線基板101に行列状に搭載し、配線基板101の可撓性を利用して、チップ型コンデンサ102を、加熱用ダクト200が接触する第1壁部111aと、冷却用ダクト300が接触する第2壁部111bとに交互に接触させることで、チップ型コンデンサ102の温度変化を速くすることを可能としている。   As described above, according to the thermal dielectric power generation device 1, a plurality of chip capacitors 102 are mounted in a matrix on the wiring board 101, and the chip capacitors 102 are mounted using the flexibility of the wiring board 101. By alternately contacting the first wall 111a with which the heating duct 200 contacts and the second wall 111b with which the cooling duct 300 contacts, the temperature change of the chip capacitor 102 can be accelerated. .

これにより、チップ型コンデンサ102の特定の温度に達するまでに要する時間が短くなり、単位時間当たりの加熱冷却サイクル数が増加する。その結果、単位時間当たりにおける電気エネルギーの取出量が多くなり、発電量を大きくすることができる。   Thereby, the time required to reach a specific temperature of the chip capacitor 102 is shortened, and the number of heating / cooling cycles per unit time is increased. As a result, the amount of electrical energy extracted per unit time increases, and the amount of power generation can be increased.

ところで、この熱誘電発電装置1では、複数のチップ型コンデンサ102を単純に並列接続しただけなので、1つのチップ型コンデンサ102が故障してショートすると、そのパスに電流が流れ、他のチップ型コンデンサ102を充電することができなくなり、発電機能が停止する恐れがある。また、発電を再開するためには、ショートしたチップ型コンデンサ102を取り除く必要がある。このため、人手が必要となり、停止時間も長くなる。本実施の形態では、この問題の解決が図られる。   By the way, in this thermal dielectric power generation device 1, since a plurality of chip capacitors 102 are simply connected in parallel, when one chip capacitor 102 fails and short-circuits, a current flows through the path, and another chip capacitor 102 There is a possibility that the battery 102 cannot be charged and the power generation function is stopped. Further, in order to resume power generation, it is necessary to remove the shorted chip capacitor 102. For this reason, manpower is required, and the stop time becomes longer. In this embodiment, this problem can be solved.

図8は、本発明の一実施の形態による熱誘電発電装置の要部を示す図である。図8を参照して、この熱誘電発電装置が図1〜図7の熱誘電発電装置1と異なる点は、配線基板101および複数のチップ型コンデンサ102が、配線基板501、N個(ただし、Nは2以上の整数であり、たとえば100である)のチップ型ヒューズ510、およびN×M個(ただし、Mは2以上の整数であり、たとえば10である)のチップ型コンデンサ511で置換されている点である。N×M個のチップ型コンデンサ511は、M個ずつグループ化されている。   FIG. 8 is a diagram showing a main part of the thermal dielectric power generation device according to one embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8, this thermal dielectric power generation device is different from thermal dielectric power generation device 1 of FIGS. 1 to 7 in that wiring board 101 and a plurality of chip type capacitors 102 include wiring board 501, N pieces (however, N is an integer greater than or equal to 2 and is replaced with, for example, 100 chip fuses 510, and N × M (where M is an integer greater than or equal to 2, for example, 10) chip capacitors 511 It is a point. The N × M chip capacitors 511 are grouped by M pieces.

配線基板501は、配線基板101と同様、ポリイミドを用いた膜厚が約30μm程度の四角形状のフレキシブル基板である。チップ型ヒューズ510は、リード端子を用いることなく半田などを介して端子部を直接配線基板上のランド等に接合するいわゆる面実装型のヒューズである。また、チップ型コンデンサ511は、チップ型コンデンサ102と同様、リード端子を用いることなく半田などを介して端子部を直接配線基板上のランド等に接合するいわゆる面実装型のコンデンサである。   The wiring board 501 is a rectangular flexible board having a film thickness of about 30 μm using polyimide, like the wiring board 101. The chip-type fuse 510 is a so-called surface mount type fuse that directly joins a terminal portion to a land or the like on a wiring board through solder or the like without using a lead terminal. Similarly to the chip capacitor 102, the chip capacitor 511 is a so-called surface mount capacitor in which a terminal portion is directly joined to a land or the like on a wiring board via solder without using a lead terminal.

配線基板501の表面の図中の左側の辺に沿って、Y方向に延在する電源配線502が形成される。電源配線502の内側(右側)には、それぞれM個のチップ型ヒューズ510に対応するM個の電極502aが所定のピッチで設けられている。   A power supply wiring 502 extending in the Y direction is formed along the left side of the surface of the wiring substrate 501 in the drawing. Inside the power supply wiring 502 (on the right side), M electrodes 502a corresponding to the M chip-type fuses 510 are provided at a predetermined pitch.

また、配線基板501の図中の右側の辺に沿って、Y方向に延在する接地配線503が形成されている。配線502、503の間には、X方向に延在する複数の接地配線504が所定のピッチでY方向に配列されている。各接地配線504の右側の端部は、接地配線503に接続されている。各接地配線504に対向して、X方向に延在する配線505が形成されている。配線504と505は、所定の間隔を開けて平行に配置されている。また、各配線505の左側の端部は、対応する電極502aに対向して配置されている。   A ground wiring 503 extending in the Y direction is formed along the right side of the wiring board 501 in the drawing. Between the wirings 502 and 503, a plurality of ground wirings 504 extending in the X direction are arranged in the Y direction at a predetermined pitch. The right end of each ground wiring 504 is connected to the ground wiring 503. A wiring 505 extending in the X direction is formed to face each ground wiring 504. The wirings 504 and 505 are arranged in parallel at a predetermined interval. Further, the left end portion of each wiring 505 is disposed to face the corresponding electrode 502a.

各チップ型ヒューズ510の一方電極は対応の電極502aの表面に接合され、その他方電極は配線505の左端部の表面に接合される。各チップ型コンデンサ511の一方電極は対応の配線505の表面に接合され、その他方電極は対応の接地配線504の表面に接合される。   One electrode of each chip-type fuse 510 is bonded to the surface of the corresponding electrode 502 a, and the other electrode is bonded to the surface of the left end portion of the wiring 505. One electrode of each chip-type capacitor 511 is bonded to the surface of the corresponding wiring 505, and the other electrode is bonded to the surface of the corresponding ground wiring 504.

なお、チップ型ヒューズ510およびチップ型コンデンサ511を配線基板501に搭載したとき、配線基板501の表面から見たチップ型ヒューズ510の上面の高さは、配線基板501の表面から見たチップ型コンデンサ511の上面の高さ以下になるように設定されている。換言すると、チップ型ヒューズ510の厚さは、チップ型コンデンサ511の厚さ以下である。これは、チップ型ヒューズ510の厚さがチップ型コンデンサ511の厚さよりも大きいと、配線基板501を撓ませたときにチップ型コンデンサ511と第2壁部111bの接触がチップ型ヒューズ510によって妨げられ、チップ型コンデンサ511の温度変化が妨げられるからである。   When the chip type fuse 510 and the chip type capacitor 511 are mounted on the wiring board 501, the height of the upper surface of the chip type fuse 510 viewed from the surface of the wiring board 501 is the chip type capacitor viewed from the surface of the wiring board 501. The height is set to be equal to or less than the height of the upper surface of 511. In other words, the thickness of the chip type fuse 510 is equal to or less than the thickness of the chip type capacitor 511. This is because if the thickness of the chip-type fuse 510 is larger than the thickness of the chip-type capacitor 511, the chip-type fuse 510 prevents the contact between the chip-type capacitor 511 and the second wall portion 111b when the wiring board 501 is bent. This is because the temperature change of the chip capacitor 511 is hindered.

図9は、図8を用いて説明した熱誘電発電装置の構成を示す回路ブロック図である。図9において、コンデンサCGは、並列接続されたM個のチップ型コンデンサ511を示している。N個のチップ型ヒューズ510の一方電極は、電源配線502およびスイッチSW2を介してバッテリBTの正極に接続される。各コンデンサCGの一方電極は対応のチップ型ヒューズ510の他方電極に接続され、コンデンサCGの他方電極はともに接地配線503を介してバッテリBTの負極に接続される。   FIG. 9 is a circuit block diagram showing the configuration of the thermal dielectric power generation apparatus described with reference to FIG. In FIG. 9, a capacitor CG indicates M chip capacitors 511 connected in parallel. One electrode of the N chip-type fuses 510 is connected to the positive electrode of the battery BT via the power supply wiring 502 and the switch SW2. One electrode of each capacitor CG is connected to the other electrode of the corresponding chip-type fuse 510, and the other electrode of the capacitor CG is both connected to the negative electrode of the battery BT via the ground wiring 503.

冷却工程では、スイッチSW1、SW2がともにオフ状態にされるとともに、配線基板501が冷却用ダクト300側に撓まされて各コンデンサCGが冷却される。充電工程では、コンデンサCGが冷却された状態で、スイッチSW1、SW2がそれぞれオフ状態およびオン状態にされる。これにより、バッテリBTから各チップ型ヒューズ510を介して各コンデンサCGに電流が流れ、各コンデンサCGが充電される。   In the cooling process, the switches SW1 and SW2 are both turned off, and the wiring board 501 is bent toward the cooling duct 300 to cool each capacitor CG. In the charging process, the switches SW1 and SW2 are turned off and on with the capacitor CG cooled. Thereby, a current flows from the battery BT to each capacitor CG via each chip-type fuse 510, and each capacitor CG is charged.

加熱工程では、スイッチSW1、SW2がともにオフ状態にされるとともに、配線基板501が加熱用ダクト200側に撓まされて各コンデンサCGが加熱される。これにより、コンデンサCGの電気エネルギーが増幅され、コンデンサCGの端子間電圧が上昇する。電気エネルギー取出工程では、コンデンサCGが加熱された状態で、スイッチSW1、SW2がそれぞれオン状態およびオフ状態にされる。これにより、各コンデンサCGからチップ型ヒューズ510を介して負荷Lに電流が流れ、各コンデンサCGが放電される。   In the heating step, the switches SW1 and SW2 are both turned off, and the wiring board 501 is bent toward the heating duct 200 to heat each capacitor CG. Thereby, the electrical energy of the capacitor CG is amplified, and the voltage across the terminals of the capacitor CG increases. In the electrical energy extraction step, the switches SW1 and SW2 are turned on and off, respectively, with the capacitor CG being heated. As a result, a current flows from each capacitor CG to the load L via the chip-type fuse 510, and each capacitor CG is discharged.

図10に示すように、充電工程において1個のチップ型コンデンサ511がショートした場合、電源配線502から対応のチップ型ヒューズ510、ショートしたチップ型コンデンサ511、および接地配線504,503の経路に大きな電流が流れる。   As shown in FIG. 10, when one chip-type capacitor 511 is short-circuited in the charging process, there is a large path from the power supply wiring 502 to the corresponding chip-type fuse 510, short-circuited chip-type capacitor 511, and ground wirings 504 and 503. Current flows.

また、図11に示すように、電気エネルギー取出工程において1個のチップ型コンデンサ511がショートした場合、充電された他のチップ型コンデンサ511から電源配線502、対応のチップ型ヒューズ510、ショートしたチップ型コンデンサ511の経路に大きな電流が流れる。なお、図10および図11では、上から2行目で左から2列目のチップ型コンデンサ511がショートした場合が示されている。   Further, as shown in FIG. 11, when one chip capacitor 511 is short-circuited in the electric energy extraction process, the power supply wiring 502, the corresponding chip-type fuse 510, the short-circuited chip from the other charged chip-type capacitor 511. A large current flows through the path of the type capacitor 511. 10 and 11 show the case where the chip capacitors 511 in the second row from the top and in the second column from the left are short-circuited.

その結果、図12に示すように、上から2行目のチップ型コンデンサ511が溶断され、上から2行目のコンデンサグループ(コンデンサCG)が電源配線502から電気的に切り離される。このため、他のコンデンサグループは、次の充放電サイクルから、ショートしたチップ型コンデンサ511の影響を受けることなく、充放電される。   As a result, as shown in FIG. 12, the chip capacitors 511 in the second row from the top are melted, and the capacitor group (capacitor CG) in the second row from the top is electrically disconnected from the power supply wiring 502. For this reason, other capacitor groups are charged / discharged from the next charge / discharge cycle without being affected by the short-circuited chip capacitor 511.

したがって、本実施の形態では、1つのチップ型コンデンサ511が故障してショートした場合でも、その経路に電流が集中して発電機能が停止することを防止することができる。また、発電を再開するために、ショートしたチップ型コンデンサ511を取り除く必要がないので、そのための人手は不要である。   Therefore, in this embodiment, even when one chip-type capacitor 511 fails and is short-circuited, it is possible to prevent the power generation function from being stopped due to current concentrated on the path. Further, since it is not necessary to remove the short-circuited chip type capacitor 511 in order to resume power generation, no manual operation is required.

なお、チップ型コンデンサ511がショート故障を起こした場合、上述のようにコンデンサグループの1つが機能を停止するため、発電量が低下する。そのため用途に応じた余裕を持った設計が必要となるが、本発明によりメンテナンスが容易になり、稼働率の低下を防止することができる。   Note that when a short-circuit failure occurs in the chip capacitor 511, one of the capacitor groups stops functioning as described above, resulting in a decrease in power generation. For this reason, a design with a margin according to the application is required, but the present invention facilitates maintenance and can prevent a reduction in operating rate.

なお、チップ型ヒューズ510を配線基板501に搭載する代わりに、ヒューズを配線基板501の配線によって形成してもよい。   Instead of mounting the chip-type fuse 510 on the wiring board 501, the fuse may be formed by wiring on the wiring board 501.

図13(a)〜(d)は、この熱誘電発電装置の動作を示すタイムチャートである。特に、図13(a)はチップ型コンデンサ511の側面の温度T(℃)を示し、同図(b)はスイッチSW2のオン/オフ動作を示し、同図(c)はスイッチSW1のオン/オフ動作を示し、同図(d)は負荷Lの端子間電圧VL(V)を示している。この図13(a)〜(d)で明らかなように、充放電は必ずしも温度が安定してから行われるのではなく、温度変化の途中で行われることになる。温度変化とともにコンデンサの両端の電圧が変化し、その変化の途中で充電や放電が行われることになる。   FIGS. 13A to 13D are time charts showing the operation of this thermal dielectric power generation apparatus. 13A shows the temperature T (° C.) of the side surface of the chip-type capacitor 511, FIG. 13B shows the on / off operation of the switch SW2, and FIG. 13C shows the on / off operation of the switch SW1. FIG. 6D shows the voltage VL (V) between terminals of the load L. FIG. As is apparent from FIGS. 13A to 13D, charging / discharging is not necessarily performed after the temperature is stabilized, but is performed during the temperature change. As the temperature changes, the voltage across the capacitor changes, and charging and discharging are performed during the change.

図13(a)に示すように、配線基板501の加熱と冷却は、約5秒間ずつ交互に行なった。また、高熱源体の温度THは150℃とし、低熱源体の温度TLは15℃とした。配線基板501を加熱用ダクト200に接触させるとチップ型コンデンサ511の温度Tは約130℃に上昇し、配線基板501を冷却用ダクト300に接触させるとチップ型コンデンサ511の温度Tは約35℃に下降した。   As shown in FIG. 13A, heating and cooling of the wiring board 501 were alternately performed for about 5 seconds each. The temperature TH of the high heat source body was 150 ° C., and the temperature TL of the low heat source body was 15 ° C. When the wiring substrate 501 is brought into contact with the heating duct 200, the temperature T of the chip capacitor 511 rises to about 130 ° C., and when the wiring substrate 501 is brought into contact with the cooling duct 300, the temperature T of the chip capacitor 511 is about 35 ° C. Descended.

また図13(b)(c)に示すように、チップ型コンデンサ511の温度Tが低下した期間にスイッチSW2をオンさせてチップ型コンデンサ511を充電し、チップ型コンデンサ511の温度Tが上昇した期間にスイッチSW1をオンさせてチップ型コンデンサ511を放電させた。   Further, as shown in FIGS. 13B and 13C, the switch SW2 is turned on to charge the chip capacitor 511 during the period when the temperature T of the chip capacitor 511 decreases, and the temperature T of the chip capacitor 511 increases. During the period, the switch SW1 was turned on to discharge the chip capacitor 511.

また図13(b)〜(d)に示すように、スイッチSW2をオンさせてチップ型コンデンサ511を充電した後に加熱すると、チップ型コンデンサ511の電気エネルギーが増幅されてその端子間電圧が約100Vに上昇する。その状態でスイッチSW1をオンさせると、チップ型コンデンサ511に蓄えられた電気エネルギーが負荷Lに供給され、チップ型コンデンサ511の端子間電圧すなわち負荷Lの端子間電圧VL(V)が急激に下降する。   As shown in FIGS. 13B to 13D, when the switch SW2 is turned on and the chip capacitor 511 is charged and then heated, the electric energy of the chip capacitor 511 is amplified and the voltage between the terminals is about 100V. To rise. When the switch SW1 is turned on in this state, the electrical energy stored in the chip capacitor 511 is supplied to the load L, and the voltage between the terminals of the chip capacitor 511, that is, the voltage VL (V) between the terminals of the load L decreases rapidly. To do.

図13(a)〜(d)では、スイッチSW1をオンさせてM×N個のチップ型コンデンサ511の電気エネルギーを負荷Lに供給しているときに(時刻t0)、図11で示したように、1つのチップ型コンデンサ511が故障してショートした場合が示されている。1つのチップ型コンデンサ511がショートすると、そのチップ型コンデンサ511によって負荷Lの端子間がショートされ、負荷Lの端子間電圧VLが0Vになる。   13A to 13D, when the switch SW1 is turned on and the electric energy of the M × N chip capacitors 511 is supplied to the load L (time t0), as shown in FIG. In the figure, a case where one chip capacitor 511 fails and is short-circuited is shown. When one chip-type capacitor 511 is short-circuited, the terminals of the load L are short-circuited by the chip-type capacitor 511, and the terminal voltage VL of the load L becomes 0V.

また、図11および図12で示したように、ショートしたチップ型コンデンサ511に電流が集中してそのチップ型コンデンサ511に対応するチップ型ヒューズ510が溶断される。ショートしたチップ型コンデンサ511を含むグループのコンデンサCGが電源配線502から電気的に切り離される。これにより、他のグループのチップ型コンデンサ511は次の充放電サイクルから正常に動作し、発電が継続される。   Further, as shown in FIGS. 11 and 12, the current concentrates on the short-circuited chip capacitor 511, and the chip fuse 510 corresponding to the chip capacitor 511 is blown. A group of capacitors CG including a short-circuited chip capacitor 511 is electrically disconnected from the power supply wiring 502. Thereby, the chip type capacitors 511 of other groups operate normally from the next charge / discharge cycle, and the power generation is continued.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明でなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1 熱誘電発電装置、100 発電部、101,501 配線基板、102,511 チップ型コンデンサ、103 熱抵抗低減シート、110 チャンバー、111a 第1壁部、111b 第2壁部、112a〜112d 側面、113 第1ノズル、114 第2ノズル、120a 第1空間、120b 第2空間、200 加熱用ダクト、201,301 給排気装置、300 冷却用ダクト、400 制御部、501 配線基板、502 電源配線、502a 電極、503,504 接地配線、505 配線、510 チップ型ヒューズ、BT バッテリ、CA コンデンサ、CG コンデンサ、L 負荷、SW1,SW2 スイッチ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Thermal dielectric power generation device, 100 Power generation part, 101,501 Wiring board, 102,511 Chip type capacitor, 103 Thermal resistance reduction sheet, 110 Chamber, 111a 1st wall part, 111b 2nd wall part, 112a-112d Side surface, 113 First nozzle, 114 Second nozzle, 120a First space, 120b Second space, 200 Heating duct, 201, 301 Air supply / exhaust device, 300 Cooling duct, 400 Control unit, 501 Wiring board, 502 Power supply wiring, 502a Electrode 503, 504 Ground wiring, 505 wiring, 510 chip type fuse, BT battery, CA capacitor, CG capacitor, L load, SW1, SW2 switch.

Claims (2)

フレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板に搭載された第1の端子、第2の端子、複数のチップ型ヒューズ、および複数のコンデンサを備え、
前記複数のチップ型ヒューズの一方端子はともに前記第1の端子に接続され、
前記複数のコンデンサの一方端子はそれぞれ前記複数のチップ型ヒューズの他方端子に接続され、前記複数のコンデンサの他方端子はともに前記第2の端子に接続され、
前記複数のコンデンサの各々は、対応のチップ型ヒューズの他方端子と前記第2の端子との間に並列接続された複数のチップ型コンデンサを含み、
前記複数のチップ型ヒューズの各々の厚さは前記複数のチップ型コンデンサの各々の厚さ以下であり、
さらに、前記複数のコンデンサを冷却する第1の工程と前記複数のコンデンサを加熱する第2の工程とを交互に行なう冷却/加熱部と、
前記第1および第2の端子に接続され、冷却された前記複数のコンデンサを充電し、加熱された前記複数のコンデンサを放電させる充放電部とを備える、熱誘電発電装置。
A flexible substrate;
A first terminal mounted on the flexible substrate, a second terminal, a plurality of chip-type fuse, and a plurality of capacitors comprising,
One terminal of each of the plurality of chip-type fuses is connected to the first terminal,
One terminal of each of the plurality of capacitors is connected to the other terminal of each of the plurality of chip-type fuses, and the other terminal of each of the plurality of capacitors is connected to the second terminal.
Each of the plurality of capacitors includes a plurality of chip type capacitors connected in parallel between the other terminal of the corresponding chip type fuse and the second terminal;
The thickness of each of the plurality of chip-type fuses is equal to or less than the thickness of each of the plurality of chip-type capacitors,
A cooling / heating unit that alternately performs a first step of cooling the plurality of capacitors and a second step of heating the plurality of capacitors;
And a charge / discharge unit connected to the first and second terminals for charging the cooled capacitors and discharging the heated capacitors.
前記冷却/加熱部は、
前記フレキシブル基板の一方側表面に対向して設けられ、第1の温度にされた冷却部材と、
前記フレキシブル基板の他方側表面に対向して設けられ、前記第1の温度よりも高い第2の温度にされた加熱部材と、
前記フレキシブル基板を前記冷却部材側に撓ませて前記複数のコンデンサを冷却し、前記フレキシブル基板を前記加熱部材側に撓ませて前記複数のコンデンサを加熱する駆動部とを含む、請求項に記載の熱誘電発電装置。
The cooling / heating unit includes:
A cooling member provided opposite to the one side surface of the flexible substrate and having a first temperature;
A heating member provided opposite to the other side surface of the flexible substrate and having a second temperature higher than the first temperature;
Wherein the flexible substrate is bent to the cooling member side to cool the plurality of capacitors, and a driving unit for the flexible substrate to heat the plurality of capacitors by bending to the heating member side, according to claim 1 Thermal dielectric power generator.
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