JP5747676B2 - Power generation device, power supply device, and image forming apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、発電装置、電源装置および画像形成装置に関する。   The present invention relates to a power generation device, a power supply device, and an image forming apparatus.

LP(Laser Printer)やMFP(Multi Function Printer)といったオフィス機器においては、通常の稼動時は勿論のこと、待機状態においても、消費電力の低減化が望まれている。特に、待機状態での消費電力は、極力削減することが望まれ、スリープモードなどと称して、待機状態において使用していない機能に対して、電源供給の停止やクロック周波数を低くするといった施策がなされている。   In office devices such as LP (Laser Printer) and MFP (Multi Function Printer), it is desired to reduce power consumption not only during normal operation but also in a standby state. In particular, it is desirable to reduce the power consumption in the standby state as much as possible, and the measures such as sleep mode, etc., stop power supply and lower the clock frequency for functions not used in the standby state. Has been made.

一方、近年では、電力を自ら作り出して電源を供給するエネルギ生成技術(以下、創エネ技術と呼ぶ)が注目されている。創エネ技術に適用される電力生成方法としては、太陽電池や燃料電池を用いた方法、動力変換や熱電変換を用いて電力を生成する方法などがある。この創エネ技術を利用して装置の待機状態における電源を賄い、待機状態における商用電源の消費電力を実質的に0にしようとする技術が考えられ、既に知られている。   On the other hand, in recent years, energy generation technology (hereinafter referred to as energy creation technology) that generates power by itself and supplies power has attracted attention. Examples of the power generation method applied to the energy generation technology include a method using a solar cell and a fuel cell, a method of generating power using power conversion and thermoelectric conversion, and the like. A technique for using this energy generation technology to supply power in the standby state of the apparatus and reducing the power consumption of the commercial power supply in the standby state to substantially zero has been considered and is already known.

例えば、オフィス機器に対して、熱電変換素子を用いた創エネ技術を適用することが提案されている。熱電変換素子は、装置の排熱を利用して電力を生成できるので、エネルギの再利用可能なデバイスとして注目されている。   For example, it has been proposed to apply energy creation technology using thermoelectric conversion elements to office equipment. Since the thermoelectric conversion element can generate electric power using the exhaust heat of the apparatus, the thermoelectric conversion element is attracting attention as a device capable of reusing energy.

特許文献1は、複写機において、定着装置を囲むようにして構造体を設置し、その内部に熱電変換素子を配置して定着装置の排熱を収集し、収集した排熱を電気変換して低温部を他のエネルギの使用無しに作り出して維持可能とした構成が開示されている。   Patent Document 1 discloses a copying machine in which a structure is installed so as to surround a fixing device, a thermoelectric conversion element is disposed therein to collect waste heat of the fixing device, and the collected waste heat is electrically converted to convert the low temperature portion. Is disclosed that can be created and maintained without the use of other energy.

しかしながら、従来の熱電変換素子による電力生成は、エネルギの変換効率が十分ではなく、この従来の熱電変換素子のみを利用して、LPやMFPといったオフィス機器の待機状態における消費電力を賄うのは、困難であるという問題点があった。   However, the power generation by the conventional thermoelectric conversion element is not sufficient in energy conversion efficiency, and using only this conventional thermoelectric conversion element to cover the power consumption in the standby state of office equipment such as LP and MFP, There was a problem that it was difficult.

また、上述した特許文献1は、定着装置の排熱を収集して電気変換し、低温部を作り出すものであり、待機状態における電力供給に適応できるものではない。   Further, Patent Document 1 described above collects exhaust heat of the fixing device and converts it into electricity to create a low temperature portion, and is not adaptable to power supply in a standby state.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、熱電変換素子を用いてより効率的に電力を生成することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the above, Comprising: It aims at producing | generating electric power more efficiently using a thermoelectric conversion element.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、互いに表裏をなす第1の面および第2の面の温度差を電圧に変換する熱電変換素子と、太陽光を用いて第1の面を加熱する第1の加熱と、第2の面に密着され、温度差のある2点間に電流を流すことで吸熱または放熱を行うトムソン効果を有する熱電材料と、熱電変換素子の第2の面に密着される熱電材料の第3の面の裏面側の第4の面を太陽光を用いて加熱する第2の加熱部と、第3の面と第4の面との間に熱電材料が吸熱する方向に電流を流す電流供給部と、を含み、熱電材料を用いて吸熱することにより第2の面を冷却する冷却と、を有することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a thermoelectric conversion element that converts a temperature difference between the first surface and the second surface that are opposite to each other into a voltage, and sunlight. a first heating section for heating the first surface, in close contact with the second surface, the thermoelectric material having a Thomson effect for performing heat absorbing or dissipating by passing a current between two points with a temperature difference, the thermoelectric conversion A second heating unit that heats the fourth surface on the back surface side of the third surface of the thermoelectric material that is in close contact with the second surface of the element using sunlight, the third surface, and the fourth surface; And a current supply unit that supplies current in a direction in which the thermoelectric material absorbs heat, and a cooling unit that cools the second surface by absorbing heat using the thermoelectric material .

本発明によれば、熱電変換素子を用いてより効率的に電力を生成することができるという効果を奏する。   According to the present invention, there is an effect that electric power can be generated more efficiently using a thermoelectric conversion element.

図1は、本発明の実施形態による複合機1の一例の構成を概略的に示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of an example of a multifunction machine 1 according to an embodiment of the present invention. 図2は、熱電変換モジュールの一例の構成を示す略線図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of an example of a thermoelectric conversion module. 図3は、発電部の一例の構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating an exemplary configuration of the power generation unit. 図4は、本発明の実施形態による発電部の一例の構成をより詳細に示す略線図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing in more detail the configuration of an example of the power generation unit according to the embodiment of the present invention. 図5は、本発明の実施形態の変形例による発電部の一例の構成をより詳細に示す略線図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing in more detail the configuration of an example of a power generation unit according to a modification of the embodiment of the present invention.

以下に添付図面を参照して、本発明に係る電源装置および電源ユニットの実施形態を詳細に説明する。図1は、本実施形態による複合機(MFP:Multi Function Printer)1の一例の構成を概略的に示す。MFP1は、スキャナ機能、プリンタ機能、複写機能など複数の機能を1台の筐体で実現したものである。図1の例では、MFP1は、第1電源部20、電源切替部21、第2電源部10および画像処理部30を有する。   Hereinafter, embodiments of a power supply device and a power supply unit according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 schematically shows an example of the configuration of an MFP (Multi Function Printer) 1 according to the present embodiment. The MFP 1 realizes a plurality of functions such as a scanner function, a printer function, and a copying function in a single casing. In the example of FIG. 1, the MFP 1 includes a first power supply unit 20, a power supply switching unit 21, a second power supply unit 10, and an image processing unit 30.

第1電源部20は、商用電源からこのMFP1の内部で用いる電源を生成し、出力する。第1電源部20の出力は、電源切替部21に供給される。電源切替部21は、コントローラ31の制御に従い、第1電源部20から供給された電源と、後述する第2電源部10から供給される電源とのうち一方を選択し、画像処理部30に供給する。   The first power supply unit 20 generates and outputs a power supply used inside the MFP 1 from a commercial power supply. The output of the first power supply unit 20 is supplied to the power supply switching unit 21. The power supply switching unit 21 selects one of the power supplied from the first power supply unit 20 and the power supplied from the second power supply unit 10 to be described later according to the control of the controller 31, and supplies the selected image to the image processing unit 30. To do.

画像処理部30は、このMFP1の画像に関わる処理を行う部分であって、コントローラ31、プリンタ部32、スキャナ部33および操作部34を含む。コントローラ31は、例えばCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)を有し、ROMに予め記憶されたプログラムに従い、RAMをワークメモリとして動作し、このMFP1の動作を制御する。また、コントローラ31は、この画像処理部30における画像処理も行う。   The image processing unit 30 is a part that performs processing related to the image of the MFP 1, and includes a controller 31, a printer unit 32, a scanner unit 33, and an operation unit 34. The controller 31 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), and a RAM (Random Access Memory), and operates as a work memory according to a program stored in the ROM in advance. To control. The controller 31 also performs image processing in the image processing unit 30.

スキャナ部33は、原稿を読み取って原稿画像による画像データを出力する。プリンタ部32は、スキャナ部33で読み取られた画像データや、ホストコンピュータなど外部から供給された画像データに従い用紙などに対して印字動作を行う。例えば、スキャナ部33から出力された画像データは、コントローラ31に供給され、所定に画像処理が施される。同様に、外部から供給された画像データがコントローラ31に供給され、所定に画像処理が施される。プリンタ部32は、コントローラ31で画像処理が施されたこれらの画像データに従い、用紙に対して画像を形成し、印字処理を行う。   The scanner unit 33 reads a document and outputs image data based on the document image. The printer unit 32 performs a printing operation on a sheet or the like according to image data read by the scanner unit 33 or image data supplied from the outside such as a host computer. For example, the image data output from the scanner unit 33 is supplied to the controller 31 and subjected to predetermined image processing. Similarly, image data supplied from the outside is supplied to the controller 31 and subjected to predetermined image processing. The printer unit 32 forms an image on a sheet according to these image data subjected to image processing by the controller 31 and performs printing processing.

操作部34は、ユーザ操作を行うための操作子や、表示部などが設けられ、ユーザ操作に応じた制御信号をコントローラ31に対して出力する。ユーザは、操作部34に対する操作により、このMFP1に対して動作を指示することができる。   The operation unit 34 includes an operator for performing a user operation, a display unit, and the like, and outputs a control signal corresponding to the user operation to the controller 31. The user can instruct the MFP 1 to operate by operating the operation unit 34.

第2電源部10は、発電部11、充放電制御部12および蓄電池13を含む。発電部11は、熱電変換素子を用いた発電を行う。蓄電池13は、電気を充電し、充電した電気を放電し出力する。充放電制御部12は、蓄電池13の充電および放電を制御する。   Second power supply unit 10 includes a power generation unit 11, a charge / discharge control unit 12, and a storage battery 13. The power generation unit 11 performs power generation using a thermoelectric conversion element. The storage battery 13 charges electricity, and discharges and outputs the charged electricity. The charge / discharge control unit 12 controls charging and discharging of the storage battery 13.

また、充放電制御部12は、発電部11の出力経路と、蓄電池13の入出力経路とを制御する。第1の例として、充放電制御部12は、発電部11と電源切替部21とを接続し、発電部11の発電出力を電源切替部21に供給する。第2の例として、充放電制御部12は、蓄電池13と電源切替部21とを接続し、蓄電池13の放電出力を電源切替部21に供給する。第3の例として、充放電制御部12は、発電部11と蓄電池13とを接続し、発電部11の発電出力で蓄電池13を充電するように制御する。第4の例として、充放電制御部12は、蓄電池13と電源切替部21とを接続し、第1電源部20から供給される電源で蓄電池13を充電するように制御する。   Further, the charge / discharge control unit 12 controls the output path of the power generation unit 11 and the input / output path of the storage battery 13. As a first example, the charge / discharge control unit 12 connects the power generation unit 11 and the power source switching unit 21 and supplies the power generation output of the power generation unit 11 to the power source switching unit 21. As a second example, the charge / discharge control unit 12 connects the storage battery 13 and the power supply switching unit 21, and supplies the discharge output of the storage battery 13 to the power supply switching unit 21. As a third example, the charge / discharge control unit 12 connects the power generation unit 11 and the storage battery 13 and controls the storage battery 13 to be charged with the power generation output of the power generation unit 11. As a fourth example, the charge / discharge control unit 12 connects the storage battery 13 and the power supply switching unit 21 and controls the storage battery 13 to be charged with the power supplied from the first power supply unit 20.

さらに、充放電制御部12は、蓄電池13の放電出力や、発電部11の発電出力を、所定の電圧に制御して、例えば電源切替部21に供給する。   Furthermore, the charge / discharge control unit 12 controls the discharge output of the storage battery 13 and the power generation output of the power generation unit 11 to a predetermined voltage and supplies the power supply switching unit 21, for example.

なお、電源切替部21は、例えば、MFP1の動作モードが通常モードに対して消費電力を抑えた待機モードの場合に、画像処理部30の各部のうち、待機モード時に動作させておくべき部分にのみ電源を供給し、不要な部分に対する電源の供給を停止する制御を行うことができる。このとき、さらに、電源の供給元を第1電源部20から第2電源部10へと切り替えて、商用電源の消費電力をより削減している。   Note that, for example, when the operation mode of the MFP 1 is a standby mode in which power consumption is suppressed compared to the normal mode, the power supply switching unit 21 is a part to be operated in the standby mode among the units of the image processing unit 30. It is possible to perform control to supply power only and stop supplying power to unnecessary portions. At this time, the power supply source is further switched from the first power supply unit 20 to the second power supply unit 10 to further reduce the power consumption of the commercial power supply.

また、充放電制御部12によるこれらの経路の切り替えは、例えば、MFP1の動作モードが待機モードであるか否か、蓄電池13の放電出力の大きさ、発電部11の発電出力の大きさなどに基づき制御することが考えられる。   Further, the switching of these paths by the charge / discharge control unit 12 depends on, for example, whether the operation mode of the MFP 1 is the standby mode, the magnitude of the discharge output of the storage battery 13, the magnitude of the power generation output of the power generation unit 11, etc. It is possible to control based on this.

また、上述では、第2電源部10がMFP1の内部に組み込まれているように説明したが、これはこの例に限定されない。例えば、第2電源部10は、MFP1に対して脱着可能な構成とすることや、第2電源部10と電源切替部21とをケーブル接続とし、第2電源部10をMFP1の設置場所とは異なる場所に設置することも可能である。こうすることで、第2電源部10内の発電部11、充放電制御部12および蓄電池13の何れかが故障した場合であっても、メンテナンスを容易に行うことができ、MFP1の保守費用を抑制できる。   In the above description, the second power supply unit 10 has been described as being incorporated in the MFP 1, but this is not limited to this example. For example, the second power supply unit 10 is configured to be detachable from the MFP 1, the second power supply unit 10 and the power supply switching unit 21 are connected by a cable, and the second power supply unit 10 is an installation location of the MFP 1. It is possible to install in different places. By doing so, even if any of the power generation unit 11, the charge / discharge control unit 12 and the storage battery 13 in the second power supply unit 10 fails, maintenance can be easily performed, and the maintenance cost of the MFP 1 can be reduced. Can be suppressed.

(実施形態に適用される発電方式)
次に、本実施形態による発電部11における発電方式について説明する。発電部11は、熱電変換技術を用いて電圧を発生させる。熱電変換技術は、2種類の異なる金属または半導体を接合して、その両端に温度差を生じさせると起電力が生じるというゼーベック効果を利用し、物体の温度差が電圧に直接変換される現象を利用した技術である。
(Power generation method applied to the embodiment)
Next, the power generation method in the power generation unit 11 according to the present embodiment will be described. The power generation unit 11 generates a voltage using a thermoelectric conversion technique. Thermoelectric conversion technology uses the Seebeck effect, in which an electromotive force is generated when two different metals or semiconductors are joined together and a temperature difference is generated between the two ends, and a phenomenon in which the temperature difference of an object is directly converted into a voltage. It is the technology used.

2種類の異なる金属または半導体を接合した熱電変換素子の一方の端を加熱すると、一方および他方の端の間に温度差が生じ、温度の低い方に電子が移動する。この現象により、電子密度の均衡が崩れて電位差Vが生じ、それを補うようにして電流が流れる。この電位差Vは、温度差ΔTを用いて下記の式(1)で表される。なお、式(1)中の係数αは、ゼーベック係数であって、熱電変換素子の絶対温度、材質および分子構造に依存する係数である。
V=α・ΔT …(1)
When one end of a thermoelectric conversion element in which two different types of metals or semiconductors are joined is heated, a temperature difference is generated between one and the other end, and electrons move to the lower temperature side. Due to this phenomenon, the balance of the electron density is lost and a potential difference V is generated, and a current flows so as to compensate for it. This potential difference V is expressed by the following formula (1) using the temperature difference ΔT. In addition, coefficient (alpha) in Formula (1) is a Seebeck coefficient, Comprising: It is a coefficient depending on the absolute temperature, material, and molecular structure of a thermoelectric conversion element.
V = α · ΔT (1)

式(1)から分かるように、熱電変換素子の両端の温度差ΔTが大きいほど電位差Vが大きくなり、高電圧が得られる。このような熱電変換素子を複数敷き詰めて接続して、熱電変換モジュールが構成される。この熱電変換モジュールの一方の面を加熱し、他方の面を冷却すると温度差ΔTが生じて電位差Vが発生し、電力が生成される。   As can be seen from the equation (1), as the temperature difference ΔT between both ends of the thermoelectric conversion element increases, the potential difference V increases and a high voltage is obtained. A plurality of such thermoelectric conversion elements are laid and connected to form a thermoelectric conversion module. When one surface of the thermoelectric conversion module is heated and the other surface is cooled, a temperature difference ΔT is generated, a potential difference V is generated, and electric power is generated.

図2は、熱電変換モジュール100の一例の構成を示す。図2の例では、熱電変換素子として、p型半導体によるp型熱電変換材料と、n型半導体によるn型熱電変換材料とを用いる。熱電変換モジュール100において、これらp型熱電変換材料とn型熱電変換材料とを直列に接続した組をさらに複数直列に接続すると共に、温度差ΔTがある方向に対して並行に並べる。このように、p型熱電変換材料とn型熱電変換材料とを直列に接続した組をさらに複数直列に接続することで、より高電圧を得ることができる。   FIG. 2 shows an exemplary configuration of the thermoelectric conversion module 100. In the example of FIG. 2, a p-type thermoelectric conversion material using a p-type semiconductor and an n-type thermoelectric conversion material using an n-type semiconductor are used as the thermoelectric conversion elements. In the thermoelectric conversion module 100, a plurality of sets in which the p-type thermoelectric conversion material and the n-type thermoelectric conversion material are connected in series are further connected in series, and the temperature difference ΔT is arranged in parallel with a certain direction. Thus, a higher voltage can be obtained by further connecting a plurality of sets in which a p-type thermoelectric conversion material and an n-type thermoelectric conversion material are connected in series.

上述のようにして並べられたp型熱電変換材料とn型熱電変換材料との組を、セラミック基板111aおよび111bで挟み込む。例えばセラミック基板111a側に熱エネルギを加えて加熱することで、p型熱電変換材料およびn型熱電変換材料それぞれの両端に温度差ΔTを生じさせる。この温度差ΔTにより発生した電位差Vによる電力を、出力端110aおよび110bから取り出す。   A pair of the p-type thermoelectric conversion material and the n-type thermoelectric conversion material arranged as described above is sandwiched between the ceramic substrates 111a and 111b. For example, by applying heat energy to the ceramic substrate 111a side and heating it, a temperature difference ΔT is generated between both ends of the p-type thermoelectric conversion material and the n-type thermoelectric conversion material. Electric power due to the potential difference V generated by the temperature difference ΔT is taken out from the output ends 110a and 110b.

ここで、熱エネルギを加えた面の裏側、すなわち、セラミック基板111b側を冷却することで、温度差ΔTをさらに大きくすることができ、より多くの電力を取り出すことができる。   Here, by cooling the back side of the surface to which the thermal energy is applied, that is, the ceramic substrate 111b side, the temperature difference ΔT can be further increased, and more electric power can be taken out.

図3は、発電部11の一例の構成を示す。発電部11は、熱電変換モジュール100と、加熱部101と、冷却部102とを含む。なお、図3内の矢印は、熱の流れを示している。加熱部101は、熱電変換モジュール100の一方の面に対して熱エネルギを加える。冷却部102は、熱電変換モジュール100の他方の面を冷却する。   FIG. 3 shows an exemplary configuration of the power generation unit 11. The power generation unit 11 includes a thermoelectric conversion module 100, a heating unit 101, and a cooling unit 102. In addition, the arrow in FIG. 3 has shown the flow of heat. The heating unit 101 applies thermal energy to one surface of the thermoelectric conversion module 100. The cooling unit 102 cools the other surface of the thermoelectric conversion module 100.

なお、一般的には、熱電変換モジュール100の大きさは、例えば数cm角乃至10数cm角程度であり、本実施形態でも、同程度の大きさの熱電変換モジュール100を用いることができる。また、熱電変換モジュール100は、1個のみ用いるのに限られず、複数を直列接続または並列接続で用いることもできる。熱電変換モジュール100の大きさや数は、コストや要求される電力量などに基づき、適宜決めることができる。   In general, the size of the thermoelectric conversion module 100 is, for example, about several centimeters to several tens of centimeters, and the thermoelectric conversion module 100 having the same size can also be used in this embodiment. Further, the thermoelectric conversion module 100 is not limited to being used alone, and a plurality of thermoelectric conversion modules 100 may be used in series connection or parallel connection. The size and number of the thermoelectric conversion modules 100 can be appropriately determined based on the cost, the required amount of power, and the like.

図4は、本実施形態による発電部11の一例の構成を、より詳細に示す。上述したように、熱電変換モジュール100に電位差Vを発生させ、出力端110aおよび110bから電力を取り出すためには、熱電変換モジュール100の両端、すなわち、図2に示したセラミック基板111aの面(第1の面と呼ぶ)と、セラミック基板111bの面(第2の面と呼ぶ)との間に温度差ΔTを生じさせる必要がある。   FIG. 4 shows the configuration of an example of the power generation unit 11 according to the present embodiment in more detail. As described above, in order to generate the potential difference V in the thermoelectric conversion module 100 and to extract electric power from the output ends 110a and 110b, both ends of the thermoelectric conversion module 100, that is, the surfaces of the ceramic substrate 111a shown in FIG. 1) and a surface of the ceramic substrate 111b (referred to as a second surface) needs to generate a temperature difference ΔT.

本実施形態では、加熱部101は、太陽光220をレンズ200で集光して熱電変換モジュール100の第1の面に照射させることで第1の面を加熱し、温度差ΔTにおける高温側を生成する。   In the present embodiment, the heating unit 101 condenses the sunlight 220 with the lens 200 and irradiates the first surface of the thermoelectric conversion module 100 to heat the first surface, and the high temperature side in the temperature difference ΔT is heated. Generate.

このとき、レンズ200の向きを自動的に制御可能な駆動部を加熱部101に設け、日中において、レンズ200の向きを太陽の方向に追随させて変えるようにレンズ200を駆動すると好ましい。こうすることで、熱電変換モジュール100の第1の面をより効率的に加熱することが可能となり、熱電変換モジュール100の変換効率を高めることができる。このとき、熱電変換モジュール100の第1の面に対して、銅板などの熱伝導率の高い材料を貼り付け、第1の面が均一に加熱されるようにするとより好ましい。   At this time, it is preferable that a driving unit capable of automatically controlling the direction of the lens 200 is provided in the heating unit 101 and the lens 200 is driven so as to change the direction of the lens 200 following the direction of the sun during the daytime. By carrying out like this, it becomes possible to heat the 1st surface of the thermoelectric conversion module 100 more efficiently, and the conversion efficiency of the thermoelectric conversion module 100 can be improved. At this time, it is more preferable to apply a material having high thermal conductivity such as a copper plate to the first surface of the thermoelectric conversion module 100 so that the first surface is uniformly heated.

例えば、カメラなどで用いられる光量検知センサを利用して、光量が最大値となる方向にレンズ200を駆動することが考えられる。レンズ200を駆動する駆動部は、ステッピングモータを用いて構成し、駆動電源として商用電源を用いることができる。これに限らず、駆動部の駆動電源を電池により供給してもよい。   For example, it is conceivable to drive the lens 200 in the direction in which the light amount becomes the maximum value using a light amount detection sensor used in a camera or the like. The driving unit that drives the lens 200 is configured by using a stepping motor, and a commercial power source can be used as a driving power source. Not only this but the drive power supply of a drive part may be supplied with a battery.

冷却部102の構成について説明する。冷却部102は、トムソン効果を有する熱電材料を吸熱材として用いて熱電変換モジュール100の第2の面の吸熱を行うことで第2の面を冷却し、温度差ΔTにおける低温側を生成する。   The configuration of the cooling unit 102 will be described. The cooling unit 102 uses the thermoelectric material having the Thomson effect as an endothermic material to absorb heat from the second surface of the thermoelectric conversion module 100, thereby cooling the second surface and generating a low temperature side in the temperature difference ΔT.

ここで、トムソン効果の概要について説明する。トムソン効果とは、一つの金属上で温度差のある2点間に電流を流すと、熱を吸収したり、放熱したりする効果であり、熱電効果の一つである。温度勾配を加えた物質に電流を流すと、流れる電流量に比例した熱の発生または吸熱が生じる。   Here, an outline of the Thomson effect will be described. The Thomson effect is an effect of absorbing or radiating heat when a current is passed between two points having a temperature difference on one metal, and is one of thermoelectric effects. When an electric current is passed through a substance to which a temperature gradient has been applied, heat generation or endotherm proportional to the amount of electric current flowing occurs.

トムソン効果においては、使用する金属の種類により次のように特性が異なる。亜鉛や銅は、電位が高い方に熱い端が、低い方に冷たい端があたる金属であって、電流が熱い端から冷たい端に向けて流れるとエネルギが解放され、放熱される。また、電流が冷たい端から熱い端に向けて流れるとエネルギが吸収され、吸熱される。一方、コバルト、ニッケルおよび鉄は、電位が高い方に冷たい端が、低い方に熱い端が当たる金属であって、電流が熱い端から冷たい端に向けて流れるとエネルギが吸収され、吸熱される。また、電流が冷たい端から熱い端に向けて流れると、エネルギが解放され、放熱される。   The Thomson effect has different characteristics as follows depending on the type of metal used. Zinc and copper are metals that have a hot end at a higher potential and a cold end at a lower potential. When current flows from a hot end to a cold end, energy is released and heat is released. Further, when the current flows from the cold end toward the hot end, energy is absorbed and heat is absorbed. On the other hand, cobalt, nickel, and iron are metals that have a cold end at a higher potential and a hot end at a lower potential. When current flows from a hot end toward a cold end, energy is absorbed and heat is absorbed. . Also, when the current flows from the cold end to the hot end, the energy is released and the heat is dissipated.

図4を参照し、冷却部102は、吸熱材210、電流源211および光学系212を含む。吸熱材210は、トムソン効果を有する金属であって、本実施例においては、上述の亜鉛や銅といった、電位が高い方に熱い端が、低い方に冷たい端があたる金属を用いる。この吸熱材210に対して、電流源211により、冷たい端から熱い端に向けて電流を流し、吸熱効果を得る。   Referring to FIG. 4, the cooling unit 102 includes a heat absorbing material 210, a current source 211, and an optical system 212. The endothermic material 210 is a metal having a Thomson effect, and in this embodiment, a metal such as the above-described zinc or copper, which has a hot end at a higher potential and a cold end at a lower potential, is used. With respect to the heat absorbing material 210, an electric current is supplied from the cold end to the hot end by the current source 211 to obtain an endothermic effect.

より具体的には、吸熱材210の一方の面(第3の面とする)を熱電変換モジュール100の第2の面であるセラミック基板111bに密着させ、吸熱材210の他方の面(第4の面とする)を加熱する。これにより、吸熱材210において、第4の面の温度が第3の面の温度よりも高くなり、第4の面が熱い端、第3の面が冷たい端となって第3の面と第4の面との間に温度勾配が発生する。そして、電流源211により、吸熱材210の第3の面から第4の面に向けて電流を流す。これにより、吸熱材210においてトムソン効果による吸熱が発生し、熱電変換モジュール100の第2の面側が冷却される。   More specifically, one surface (referred to as a third surface) of the endothermic material 210 is brought into close contact with the ceramic substrate 111b, which is the second surface of the thermoelectric conversion module 100, and the other surface of the endothermic material 210 (fourth surface). The surface). As a result, in the endothermic material 210, the temperature of the fourth surface becomes higher than the temperature of the third surface, the fourth surface becomes the hot end, the third surface becomes the cold end, A temperature gradient is generated between the four surfaces. Then, a current is supplied from the third surface to the fourth surface of the heat absorbing material 210 by the current source 211. Thereby, heat absorption by the Thomson effect is generated in the heat absorbing material 210, and the second surface side of the thermoelectric conversion module 100 is cooled.

なお、電流源211は、電池を用いることが考えられる。これに限らず、電流源211として商用電源を用いてもよい。   Note that a battery may be used as the current source 211. Not limited to this, a commercial power source may be used as the current source 211.

本実施形態では、吸熱材210の第4の面の加熱を太陽光220を用いて行う。太陽光220を光学系212を介して吸熱材210の第4の面に照射させ、第4の面を加熱させる。例えば、熱電変換モジュール100の第1の面が太陽の方向を向くように発電部11を配置する場合、光学系212にミラーを設け、太陽光220を第4の面の方向に反射させる。光学系212に、さらにレンズを設けて、ミラーで反射した太陽光220を集光して吸熱材210の第4の面に照射することで、加熱効率が高まり、吸熱材210における温度勾配を大きくすることができる。   In the present embodiment, the fourth surface of the endothermic material 210 is heated using sunlight 220. The fourth surface of the endothermic material 210 is irradiated with sunlight 220 through the optical system 212 to heat the fourth surface. For example, when the power generation unit 11 is arranged so that the first surface of the thermoelectric conversion module 100 faces the sun, the optical system 212 is provided with a mirror to reflect the sunlight 220 in the direction of the fourth surface. The optical system 212 is further provided with a lens to collect the sunlight 220 reflected by the mirror and irradiate the fourth surface of the heat-absorbing material 210, thereby increasing the heating efficiency and increasing the temperature gradient in the heat-absorbing material 210. can do.

この光学系212も、上述した加熱部101の場合と同様に、向きを自動的に制御可能な駆動部を設け、日中において、光学系212の向きを入射される太陽光220の方向に追随して変えるように駆動すると好ましい。こうすることで、吸熱材210の第4の面をより効率的に加熱することが可能となる。これにより、吸熱材210による吸熱効果を高めることができ、熱電変換モジュール100の第2の面をより効率的に冷却可能となって熱電変換モジュール100の変換効率を向上させることができる。   Similarly to the case of the heating unit 101 described above, the optical system 212 is also provided with a drive unit that can automatically control the direction, and the direction of the optical system 212 follows the direction of the incident sunlight 220 during the daytime. Then, it is preferable to drive to change. By doing so, the fourth surface of the endothermic material 210 can be heated more efficiently. Thereby, the endothermic effect by the endothermic material 210 can be enhanced, the second surface of the thermoelectric conversion module 100 can be cooled more efficiently, and the conversion efficiency of the thermoelectric conversion module 100 can be improved.

このように、本実施形態によれば、熱電変換モジュール100を用いて発電を行う際に、一方の面を、太陽光220を利用して加熱し、他方の面を、トムソン効果を利用した吸熱材210を用いて冷却するようにしている。そのため、熱電変換モジュール100による変換効率が向上され、より大きな電力を得ることができる。   Thus, according to the present embodiment, when power is generated using the thermoelectric conversion module 100, one surface is heated using sunlight 220, and the other surface is endothermic using the Thomson effect. The material 210 is used for cooling. Therefore, the conversion efficiency by the thermoelectric conversion module 100 is improved, and larger electric power can be obtained.

また、トムソン効果を利用した吸熱材210に温度勾配を発生させるための加熱を、太陽光220を利用して行っているため、この加熱のために消費する電力を抑制できる。   Moreover, since the heating for generating a temperature gradient in the endothermic material 210 using the Thomson effect is performed using the sunlight 220, the power consumed for the heating can be suppressed.

(実施形態の変形例)
次に、本実施形態の変形例について説明する。図5は、本変形例による発電部11’の一例の構成を示す。なお、図5において、上述した図4と共通する部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
(Modification of the embodiment)
Next, a modification of this embodiment will be described. FIG. 5 shows an example of the configuration of the power generation unit 11 ′ according to this modification. In FIG. 5, the same reference numerals are given to the same parts as those in FIG. 4 described above, and detailed description thereof is omitted.

上述した実施形態では、加熱部101において1のレンズ200を用いて熱電変換モジュール100の第1の面を加熱していた。これに対して、本変形例では、図5に示されるように、加熱部101’に対して複数のレンズ201、201、…を設け、この複数のレンズ201、201、…でそれぞれ太陽光220を集光して熱電変換モジュール100の第1の面を加熱する。   In the embodiment described above, the first surface of the thermoelectric conversion module 100 is heated using one lens 200 in the heating unit 101. On the other hand, in this modified example, as shown in FIG. 5, a plurality of lenses 201, 201,... And the first surface of the thermoelectric conversion module 100 is heated.

複数のレンズ201、201、…それぞれで太陽光220を集光することで集光効果が高まり、熱電変換モジュール100の第1の面をより効率的に加熱することができる。また、レンズ201、201、…の数は、多い方が高温を保つ効果が高まり、その結果、熱電変換モジュール100における変換効率の向上を図ることができる。   By concentrating sunlight 220 with each of the plurality of lenses 201, 201,..., The light collection effect is enhanced, and the first surface of the thermoelectric conversion module 100 can be heated more efficiently. Further, as the number of lenses 201, 201,... Increases, the effect of maintaining a high temperature increases, and as a result, the conversion efficiency in the thermoelectric conversion module 100 can be improved.

また、この変形例においても、上述の実施形態と同様に、太陽の方向に追随させてレンズ201、201、…の向きを変えるように構成できる。この場合、各レンズ201、201、…に対してそれぞれ光量検知センサや駆動部を設けることが考えられる。これに限らず、レンズ201、201、…の全体に対して1の光量検知センサおよび駆動部を適用させてもよいし、各レンズ201、201、…をグループに分け、グループ毎に光量検知センサおよび駆動部を適用させてもよい。   Also in this modified example, as in the above-described embodiment, the lens 201, 201,... In this case, it is conceivable to provide a light amount detection sensor and a driving unit for each of the lenses 201, 201,. Not limited to this, one light quantity detection sensor and drive unit may be applied to the entire lens 201, 201,..., And each lens 201, 201,. And a drive part may be applied.

このように、本実施形態の変形例によれば、熱電変換モジュール100を加熱する加熱部101’において、複数のレンズ201、201、…を設け、この複数のレンズ201、201、…それぞれにより太陽光220を集光して加熱を行っている。そのため、熱電変換モジュール100の加熱をより効率的に行うことが可能とされ、熱電変換モジュール100における変換効率をより高めることができる。   As described above, according to the modification of the present embodiment, the heating unit 101 ′ that heats the thermoelectric conversion module 100 is provided with a plurality of lenses 201, 201,..., And the plurality of lenses 201, 201,. The light 220 is condensed and heated. Therefore, the thermoelectric conversion module 100 can be heated more efficiently, and the conversion efficiency in the thermoelectric conversion module 100 can be further increased.

なお、上述では、本発明の実施形態および実施形態の変形例がMFP1に適用されるとして説明したが、これはこの例に限定されない。すなわち、本発明の実施形態および実施形態の変形例は、レーザプリンタといった印刷装置など、動作モードとして通常モードと、通常モードに対して消費電力を抑えた待機モードを持つ他の機器に対しても適用できる。   In the above description, the embodiment of the present invention and the modification of the embodiment have been described as being applied to the MFP 1, but this is not limited to this example. In other words, the embodiment of the present invention and the modified example of the present embodiment are also applicable to other devices having a normal mode as an operation mode and a standby mode with reduced power consumption compared to the normal mode, such as a printing apparatus such as a laser printer. Applicable.

1 MFP
10 第2電源部
11 発電部
12 充放電制御部
13 蓄電池
20 第1電源部
21 電源切替部
30 画像処理部
31 コントローラ
32 プリンタ部
33 スキャナ部
34 操作部
100 熱電変換モジュール
101 加熱部
102 冷却部
200,201 レンズ
210 吸熱材
211 電流源
212 光学系
220 太陽光
1 MFP
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 2nd power supply part 11 Power generation part 12 Charging / discharging control part 13 Storage battery 20 1st power supply part 21 Power supply switching part 30 Image processing part 31 Controller 32 Printer part 33 Scanner part 34 Operation part 100 Thermoelectric conversion module 101 Heating part 102 Cooling part 200 , 201 lens 210 endothermic material 211 current source 212 optical system 220 sunlight

特開2005−84127号公報JP 2005-84127 A

Claims (7)

互いに表裏をなす第1の面および第2の面の温度差を電圧に変換する熱電変換素子と、
太陽光を用いて前記第1の面を加熱する第1の加熱と、
前記第2の面に密着され、温度差のある2点間に電流を流すことで吸熱または放熱を行うトムソン効果を有する熱電材料と、前記熱電変換素子の前記第2の面に密着される該熱電材料の第3の面の裏面側の第4の面を太陽光を用いて加熱する第2の加熱部と、前記第3の面と前記第4の面との間に前記熱電材料が吸熱する方向に電流を流す電流供給部と、を含み、前記熱電材料を用いて吸熱することにより前記第2の面を冷却する冷却と、
を備える
ことを特徴とする発電装置。
A thermoelectric conversion element that converts a temperature difference between the first surface and the second surface that are opposite to each other into a voltage;
A first heating unit that heats the first surface using sunlight;
Is in close contact with the second surface, is brought into close contact with the second surface of the thermoelectric material having a Thomson effect for performing heat absorbing or dissipating by passing a current between two points with a temperature difference, the thermoelectric conversion element The thermoelectric material is interposed between the second heating unit that heats the fourth surface on the back side of the third surface of the thermoelectric material using sunlight, and the third surface and the fourth surface. A current supply section for passing a current in a direction of absorbing heat, and a cooling section for cooling the second surface by absorbing heat using the thermoelectric material ,
A power generation device comprising:
前記第1の加熱は、
太陽光をレンズを用いて集光して前記熱電変換素子の前記第1の面に照射する
ことを特徴とする請求項1に記載の発電装置。
The first heating unit includes
The power generation apparatus according to claim 1, wherein sunlight is collected using a lens and applied to the first surface of the thermoelectric conversion element.
前記第1の加熱は、さらに、
前記レンズの方向を太陽の方向に追随するように駆動するレンズ駆動を有する
ことを特徴とする請求項に記載の発電装置。
The first heating unit further includes:
The power generation device according to claim 2 , further comprising a lens driving unit that drives the lens to follow the direction of the sun.
前記第2の加熱は、
太陽光をミラーを用いて反射させて前記熱電材料の前記第4の面に照射する
ことを特徴とする請求項に記載の発電装置。
The second heating unit includes
The power generator according to claim 1 , wherein sunlight is reflected by a mirror to irradiate the fourth surface of the thermoelectric material.
前記第2の加熱は、さらに、
前記ミラーの方向を太陽の方向に追随するように駆動するミラー駆動を備える
ことを特徴とする請求項に記載の発電装置。
The second heating unit further includes:
The power generation device according to claim 4 , further comprising a mirror driving unit that drives the mirror so as to follow the direction of the sun.
請求項1乃至請求項の何れか1項に記載の発電装置と、
蓄電池に対する充電と、蓄電池からの放電を行う蓄電と、
前記発電装置の発電出力を外部に供給する第1の経路と、前記蓄電の放電出力を外部に供給する第2の経路と、前記発電装置の発電出力を前記蓄電に供給する第3の経路とを切り替える経路切替部
を備え、
前記蓄電は、
前記経路切替部が前記第3の経路に切り替えた場合に、前記発電装置の発電出力で前記蓄電池を充電する
ことを特徴とする電源装置。
A power generator according to any one of claims 1 to 5 ,
A power storage unit for charging the storage battery and discharging from the storage battery;
A first path for supplying the power generation output of the power generation apparatus to the outside; a second path for supplying the discharge output of the power storage section to the outside; and a third path for supplying the power generation output of the power generation apparatus to the power storage section. A route switching unit for switching between routes,
The power storage unit
When the path switching unit switches to the third path, the storage battery is charged with the power generation output of the power generation apparatus.
請求項に記載の電源装置と、
画像データに基づき画像を形成する画像形成部と、
前記画像形成に供給する電源の供給元を前記電源装置と商用電源とで切り替える電源切替部
を備え、
前記電源切替部は、
前記画像形成の動作モードが待機モードの場合に、前記電源の供給元を前記電源装置に切り替える
ことを特徴とする画像形成装置。
A power supply device according to claim 6 ,
An image forming unit that forms an image based on the image data;
A power supply switching unit that switches a power supply source to be supplied to the image forming unit between the power supply device and a commercial power supply;
The power switching unit is
When the operation mode of the image forming unit is a standby mode, the power supply source is switched to the power supply device.
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