JPH1031081A - Thermal power device, electrical equipment and method of controlling thermal power device - Google Patents
Thermal power device, electrical equipment and method of controlling thermal power deviceInfo
- Publication number
- JPH1031081A JPH1031081A JP8185193A JP18519396A JPH1031081A JP H1031081 A JPH1031081 A JP H1031081A JP 8185193 A JP8185193 A JP 8185193A JP 18519396 A JP18519396 A JP 18519396A JP H1031081 A JPH1031081 A JP H1031081A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- voltage
- power storage
- thermoelectric element
- thermoelectric generator
- unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 8
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 15
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 8
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 32
- 230000006870 function Effects 0.000 description 13
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 210000000707 wrist Anatomy 0.000 description 4
- 230000036760 body temperature Effects 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- XSOKHXFFCGXDJZ-UHFFFAOYSA-N telluride(2-) Chemical compound [Te-2] XSOKHXFFCGXDJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002470 thermal conductor Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Electric Clocks (AREA)
- Electromechanical Clocks (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電子腕時計などの
電源として適用可能な熱電素子を用いた発電装置に関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power generator using a thermoelectric element applicable as a power source for an electronic wristwatch or the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】電子腕時計などのエネルギー源を得るた
めに熱電素子によってユーザーの体温と外気との温度差
を用いて発電することが考えられている。このために、
図７に示すように、腕時計装置１の計時および運針を行
うモジュール２と、裏蓋３との間に熱電素子１０を設置
し、熱電素子１０の温接点側１１を裏蓋３の側に、ま
た、冷接点側１２をモジュールカバーなどの熱伝導体４
を介してケース５に接続するようにしている。図８
（ａ）に示すように、熱電素子１０は、テルル化ビスマ
スなどの複数のｐ型およびｎ型半導体ユニット１３が所
定の空間１４を開けて温接点１１および冷接点１２を構
成する熱伝導体の支持板に挟まれて構成されており、こ
れらの半導体ユニット１３が所定の起電圧を発生するよ
うに電極１５によって直列に接続されている。2. Description of the Related Art In order to obtain an energy source such as an electronic wristwatch, it has been considered to generate electric power by using a temperature difference between a user's body temperature and outside air by a thermoelectric element. For this,
As shown in FIG. 7, the thermoelectric element 10 is installed between the module 2 that performs timekeeping and hand movement of the wristwatch device 1 and the back cover 3, and the hot junction side 11 of the thermoelectric element 10 is placed on the back cover 3 side. Further, the cold junction side 12 is connected to a heat conductor 4 such as a module cover.
Through the case 5. FIG.
As shown in (a), a plurality of p-type and n-type semiconductor units 13 such as bismuth telluride open a predetermined space 14 to form a hot conductor 11 and a cold junction 12 which constitute a hot junction 11 and a cold junction 12, respectively. The semiconductor units 13 are connected in series by electrodes 15 so as to generate a predetermined electromotive voltage.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】このような腕時計装置
１においては、体温が裏蓋３からケース５に伝達されて
しまうので、裏蓋３とケース５の間に断熱材６を設けて
おいても熱電素子１０で利用できる温度差は２°Ｃ程度
である。一方、熱電素子の起電力は温度差にほぼ比例
し、その値（ゼーベック係数）は最も優れたものでも１
°当たり２００μＶ程度にすぎない。このため、時計の
モジュールを駆動するための１Ｖ〜１．５Ｖ程度の電圧
を確保するには数千個の半導体ユニット１３を直列に接
続することが必要となり、これらを図８（ｂ）に示した
ように空間１４を開けて配置する必要がある。In such a wristwatch device 1, since the body temperature is transmitted from the back cover 3 to the case 5, a heat insulating material 6 is provided between the back cover 3 and the case 5. The temperature difference usable in the thermoelectric element 10 is about 2 ° C. On the other hand, the electromotive force of the thermoelectric element is almost proportional to the temperature difference, and its value (Seebeck coefficient) is 1 even for the best one.
It is only about 200 μV per degree. For this reason, it is necessary to connect several thousand semiconductor units 13 in series in order to secure a voltage of about 1 V to 1.5 V for driving the timepiece module, and these are shown in FIG. It is necessary to open and arrange the space 14 as described above.
【０００４】ここで、作動に必要な最低電圧が１Ｖであ
るモジュールを駆動するために、１．５Ｖの起電力を２
°Ｃの温度差で確保できる熱電素子１０について検討す
る。例えば、計時装置１において熱電素子１のために確
保できる面積は１００ｍｍ2程度であり、上記のゼーベ
ック係数を備えた半導体ユニット１３を採用するとして
も、この面積に３７５０個の半導体ユニット１３を配置
する必要がある。１００ｍｍ2 に３７５０個もの半導体
ユニット１３を並べると、半導体ユニット１３の一辺の
長さは０．１５ｍｍ程度になる。さらに、これらの半導
体ユニット１３をある程度の空間１４を開けて配置する
必要があり、半導体ユニット１３をバルクから切断して
組み立てることを考慮すると空間１４の長さは０．１ｍ
ｍ程度が必要である。従って、熱電素子ユニット１０の
内部で半導体ユニット１３と空間１４の占める割合はほ
ぼ１：１となり、熱電素子ユニット１０の面積の半分程
度しか実際に発電を行う半導体ユニット１３のために割
くことができない。このため、面積当たりの発電効率は
小さく、発電可能な電力も非常に低く、実際に腕時計な
どに搭載してエネルギー源として使用することは現実的
には難しい。Here, in order to drive a module whose minimum voltage required for operation is 1 V, an electromotive force of 1.5 V is applied to two modules.
Consider a thermoelectric element 10 that can be secured with a temperature difference of ° C. For example, the area that can be secured for the thermoelectric element 1 in the timekeeping device 1 is about 100 mm 2. Even if the semiconductor unit 13 having the above-described Seebeck coefficient is adopted, 3750 semiconductor units 13 are arranged in this area. There is a need. When 3750 semiconductor units 13 are arranged in 100 mm 2 , the length of one side of the semiconductor unit 13 is about 0.15 mm. Furthermore, it is necessary to arrange these semiconductor units 13 with a certain amount of space 14 therebetween. Considering that the semiconductor units 13 are cut from the bulk and assembled, the length of the space 14 is 0.1 m.
m is required. Accordingly, the ratio of the semiconductor unit 13 and the space 14 occupied in the thermoelectric element unit 10 is substantially 1: 1 and only about half the area of the thermoelectric element unit 10 can be allocated for the semiconductor unit 13 that actually generates power. . For this reason, the power generation efficiency per area is small, and the power that can be generated is very low, and it is practically difficult to actually mount it on a wristwatch or the like and use it as an energy source.
【０００５】温接点１１と冷接点１２の温度差を大きく
することにより、起電力が大きくなるので半導体ユニッ
ト１３の数を低減して面積効率を向上することができ
る。このためには、ケース５の表面に放熱領域を設けた
り、ケース５と裏蓋３との間の断熱性能を向上するなど
の手段が必要であり、装置が大型で高価になってしま
う。さらに、放熱領域などを設けても温度差で１°程度
の改善が見られる程度であり、それほど熱電素子ユニッ
トの面積効率を向上できるものではない。[0005] Increasing the temperature difference between the hot junction 11 and the cold junction 12 increases the electromotive force, so that the number of semiconductor units 13 can be reduced and the area efficiency can be improved. For this purpose, means such as providing a heat radiation area on the surface of the case 5 and improving the heat insulation performance between the case 5 and the back cover 3 are necessary, and the device becomes large and expensive. Further, even if a heat dissipation area is provided, the temperature difference can be improved by about 1 °, and the area efficiency of the thermoelectric element unit cannot be improved so much.
【０００６】そこで、本発明においては、熱電素子ユニ
ットの面積効率を飛躍的に向上し、小型で発電能力の大
きな熱発電装置を提供することを目的としている。さら
に、熱電素子を用いた発電を行う際に、発電装置内にお
ける損失をできるかぎり削減し、熱電素子の熱起電力を
効率良く利用できる熱発電装置およびその制御方法を提
供することを目的としている。また、本発明の発電能力
の大きな熱発電装置を用いて、熱電素子を実用に供する
ことが可能な電気機器を提供することを目的としてい
る。Accordingly, it is an object of the present invention to provide a thermoelectric device having a small size and a large power generation capability, by dramatically improving the area efficiency of the thermoelectric element unit. Further, it is an object of the present invention to provide a thermoelectric generator capable of efficiently using the thermoelectromotive force of the thermoelectric element while minimizing the loss in the power generator when generating electric power using the thermoelectric element, and a control method thereof. . It is another object of the present invention to provide an electric device capable of using a thermoelectric element for practical use by using the thermoelectric generator having a large power generation capacity of the present invention.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】このため、本発明におい
ては、熱電素子内の半導体ユニットを所定の電圧を確保
できるように直列に接続する代わりに、昇圧手段を設け
ることにより、熱電素子が発生する起電圧を低減するこ
とができるようにしている。熱電素子の起電圧を低減す
ることにより、熱電素子を構成する半導体ユニットを直
列に接続する数を削減でき、熱電素子を構成する半導体
ユニットの数を大幅に小さくできる。従って、熱電素子
の表面積のうち半導体ユニットの占める面積を増大で
き、発電電力を増加できる。すなわち、本発明の熱発電
装置は、温度差によって熱起電力を発生する熱電素子
と、この熱起電力を昇圧して供給可能な昇圧手段とを有
することを特徴としている。そして、昇圧した熱起電力
を蓄電手段に蓄えることにより、安定して外部に電力を
提供できると共に、熱電素子の起電力を低減できるよう
にしている。Therefore, in the present invention, instead of connecting the semiconductor units in the thermoelectric element in series so as to secure a predetermined voltage, the thermoelectric element is generated by providing a booster. This can reduce the generated electromotive voltage. By reducing the electromotive voltage of the thermoelectric element, the number of semiconductor units constituting the thermoelectric element connected in series can be reduced, and the number of semiconductor units constituting the thermoelectric element can be greatly reduced. Therefore, the area occupied by the semiconductor unit in the surface area of the thermoelectric element can be increased, and the generated power can be increased. That is, the thermoelectric generator of the present invention is characterized by including a thermoelectric element that generates thermoelectromotive force by a temperature difference, and a booster that can boost and supply the thermoelectromotive force. By storing the boosted thermoelectromotive force in the power storage means, power can be stably provided to the outside, and the electromotive force of the thermoelectric element can be reduced.
【０００８】昇圧手段としては、昇圧倍率を制御でき、
さらに、昇圧時の損失の少ない、熱起電力を一時的に蓄
えて放出する複数のコンデンサーと、これらのコンデン
サーの接続を制御して昇圧を行う制御手段とを備えた昇
圧手段を採用できる。また、直流の熱起電力を交流に変
換する手段と、交流の電圧を昇圧する手段と、昇圧され
た交流を整流する手段とを備えた昇圧手段も採用可能で
あり、高い昇圧倍率を得ることができる。また、交流の
電圧を昇圧する手段として、圧電トランスフォーマを用
いることができる。[0008] The step-up means can control the step-up ratio,
Further, it is possible to employ a boosting means including a plurality of capacitors that temporarily store and release the thermoelectromotive force with little loss at the time of boosting and control means for controlling the connection of these capacitors to perform boosting. In addition, a boosting unit including a unit for converting a DC thermoelectromotive force into an AC, a unit for boosting an AC voltage, and a unit for rectifying the boosted AC can be adopted, and a high boosting ratio can be obtained. Can be. Further, a piezoelectric transformer can be used as a means for increasing the AC voltage.
【０００９】昇圧された後の電力を蓄える蓄電手段とし
て、熱電素子から供給された熱起電力を主として蓄える
のに十分な容量を備えたコンデンサーや２次電池などを
採用することにより、昇圧手段と熱電素子との間に蓄電
機能を備えた回路素子を設けずに熱起電力の全てを蓄電
手段に蓄えることができる。また、蓄電手段と熱電素子
との接続は昇圧手段によって絶つことができるので、蓄
電手段に蓄えられた電力が熱電素子に対し昇圧手段を介
して逆に供給され、熱電素子が発熱するといった事態を
防止できる。従って、昇圧手段と熱電素子の間に逆流阻
止のための回路素子、例えばダイオードなどを設けなく
て良く、これらを直結できるので、ダイオードなどによ
る順方向電圧損失やリーク損失を防止できる。By employing a capacitor or a secondary battery having a capacity sufficient to mainly store the thermoelectromotive force supplied from the thermoelectric element as the power storage means for storing the boosted power, All of the thermoelectromotive force can be stored in the power storage means without providing a circuit element having a power storage function between the thermoelectric element and the thermoelectric element. In addition, since the connection between the power storage means and the thermoelectric element can be cut off by the boosting means, the power stored in the power storage means is supplied to the thermoelectric element in reverse through the boosting means, and the thermoelectric element generates heat. Can be prevented. Therefore, it is not necessary to provide a circuit element for preventing backflow, such as a diode, between the boosting means and the thermoelectric element, and these can be directly connected, so that a forward voltage loss and a leakage loss due to the diode can be prevented.
【００１０】昇圧手段を設けた熱発電装置においては、
熱起電力の有無を判定する工程と、熱起電力が発生して
いないときは昇圧手段の動作を停止する工程とを設ける
ことにより、昇圧手段の無駄な動作による電力の浪費を
防止できる。また、コンデンサーを用いて昇圧を行う場
合、蓄電手段から電荷がコンデンサーによってくみ上げ
られ、熱電素子に流れるのを防止することができる。さ
らに、蓄電手段の電圧を判定する工程と、蓄電手段の電
圧が規定値以上になったときは昇圧手段の動作を停止す
る工程とを設けることにより、蓄電手段の過充電を防止
でき、ＩＣなどの処理部に印加される電圧も一定値以下
に保持できる。In a thermoelectric generator provided with a booster,
By providing a step of determining the presence or absence of a thermoelectromotive force and a step of stopping the operation of the booster when no thermoelectromotive force is generated, it is possible to prevent waste of power due to useless operation of the booster. In addition, when boosting is performed using a capacitor, charge can be prevented from being pumped up by the capacitor from the power storage means and flowing to the thermoelectric element. Further, by providing a step of determining the voltage of the power storage means and a step of stopping the operation of the boosting means when the voltage of the power storage means becomes equal to or higher than a specified value, overcharging of the power storage means can be prevented, and The voltage applied to the processing unit can also be kept below a certain value.
【００１１】また、熱電素子に逆方向の温度差が発生
し、通常の熱起電力と逆の電圧が発生する可能性があ
る。従って、逆の電圧が発生したときに電力の供給先で
あるＩＣなどの処理部に悪影響を及ぼさないように、熱
電素子から発生した逆方向の電圧の電流を短絡する短絡
手段を設けておくことが望ましい。この短絡手段として
は、順方向電圧が低いショットキーバリア・ダイオード
を熱電素子と並列に接続しておくことが望ましい。Further, there is a possibility that a temperature difference in the reverse direction occurs in the thermoelectric element, and a voltage opposite to the normal thermoelectromotive force is generated. Therefore, a short-circuit means for short-circuiting a reverse voltage current generated from a thermoelectric element should be provided so that a reverse voltage does not adversely affect a processing unit such as an IC to which power is supplied when the reverse voltage is generated. Is desirable. As this short-circuit means, it is desirable to connect a Schottky barrier diode having a low forward voltage in parallel with the thermoelectric element.
【００１２】さらに、熱電素子の温接点および冷接点の
間の温度差が大きい場合は、大きな起電圧が発生する。
このため、昇圧手段における損失を防止できるように昇
圧手段をバイパスして熱電素子と蓄電手段を直結できる
ようにしておくことが望ましい。また、蓄電手段から熱
電素子に対する逆流を防止する必要があるので、バイパ
スする手段は、熱電素子から蓄電手段の方向にのみ電流
を流す一方向性手段であることが望ましい。このような
一方向性手段は、逆方向のもれ電流の小さなシリコン・
ダイオードを用いることができる。また、一方向性手段
として、起電圧が蓄電手段の充電電圧より高いときにの
み接続状態となるスイッチを採用することも可能であ
る。Further, when the temperature difference between the hot junction and the cold junction of the thermoelectric element is large, a large electromotive voltage is generated.
For this reason, it is desirable that the thermoelectric element and the power storage means can be directly connected by bypassing the boosting means so as to prevent loss in the boosting means. In addition, since it is necessary to prevent a backflow from the power storage means to the thermoelectric element, it is preferable that the bypass means is a unidirectional means for flowing a current only from the thermoelectric element to the power storage means. Such a unidirectional means is a silicon type with a small leakage current in the reverse direction.
Diodes can be used. Further, as the one-way means, it is also possible to adopt a switch that is connected only when the electromotive voltage is higher than the charging voltage of the power storage means.
【００１３】さらに、蓄電手段と直列にスタート用抵抗
成分を接続し、このスタート用抵抗成分をバイパスする
バイパス手段を設けるが望ましい。蓄電手段に電圧のな
いスタート時はスタート用抵抗成分で電圧降下が発生す
るので、少なくともこの電圧降下分の電圧の電力を外部
に接続されたＩＣなどの処理部に供給することができ
る。従って、蓄電手段に電力が殆ど残っていない状態で
あっても、蓄電手段の電圧復帰を待たず、すぐにＩＣな
どの処理部が動作を開始するのに必要な規定の電圧を供
給できる。スタート用抵抗成分およびバイパス手段を備
えている熱発電装置においては、蓄電手段自体の電圧
や、スタート用抵抗成分も含めた電圧によって蓄電手段
の電圧を判定し、蓄電手段の電圧が規定値以上になった
ときはバイパス手段を用いてスタート用抵抗成分をバイ
パスするように制御できる。蓄電手段に電圧復帰特性が
ある場合には、処理部の電力消費により蓄電手段の電圧
が低下し処理部が動作を停止し、その後に電圧復帰す
る。この電圧復帰によりバイパス手段で蓄電手段が処理
部に直結されるので、蓄電手段に適当な電圧がある限
り、蓄電された電力を使用して、処理部を再稼働させる
ことができる。Further, it is desirable that a start resistance component is connected in series with the power storage means, and bypass means is provided for bypassing the start resistance component. At the time of start when there is no voltage in the power storage means, a voltage drop occurs at the start resistance component, so that at least the power corresponding to the voltage drop can be supplied to a processing unit such as an externally connected IC. Therefore, even when little power remains in the power storage means, it is possible to immediately supply the prescribed voltage necessary for the processing unit such as an IC to start operating without waiting for the voltage recovery of the power storage means. In a thermoelectric generator having a start resistance component and a bypass means, the voltage of the power storage means is determined based on the voltage of the power storage means itself and the voltage including the start resistance component, and the voltage of the power storage means becomes equal to or higher than a specified value. When this happens, it can be controlled to bypass the start resistance component by using the bypass means. If the power storage means has a voltage return characteristic, the voltage of the power storage means decreases due to the power consumption of the processing unit, the processing unit stops operating, and then returns to the voltage. By this voltage restoration, the power storage means is directly connected to the processing unit by the bypass means, so that the processing unit can be restarted using the stored power as long as the power storage means has an appropriate voltage.
【００１４】このように、本発明の熱発電装置は、熱電
素子の起電圧を昇圧手段を用いて適当な電圧に昇圧でき
るので、熱電素子の起電圧を低くすることが可能とな
り、面積効率を大幅に向上できる。従って、本発明の熱
発電装置は小さな面積で十分な熱起電力を得ることがで
きるので、この熱発電装置から供給される電力によって
実際に処理を行う処理装置を備えた電気機器を提供でき
る。このような電気機器は、電池なしで何時でも何処で
も処理装置の機能を発揮させることができ、さらに、小
型化できるので携帯に好適な電気機器である。また、電
池なしで処理部を駆動できるので、電池の廃棄などの問
題も解決できる。As described above, the thermoelectric generator of the present invention can raise the electromotive voltage of the thermoelectric element to an appropriate voltage by using the booster, so that the electromotive voltage of the thermoelectric element can be reduced, and the area efficiency can be reduced. Can be greatly improved. Therefore, since the thermoelectric generator of the present invention can obtain a sufficient thermoelectromotive force in a small area, it is possible to provide an electric apparatus including a processing device that actually performs processing using the electric power supplied from the thermoelectric generator. Such an electric device is a portable electric device that can exhibit the function of a processing device anytime and anywhere without a battery and can be reduced in size. Further, since the processing unit can be driven without a battery, problems such as disposal of the battery can be solved.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１に、本発明の一例として熱電
素子ユニットを搭載した腕時計装置の構成をブロック図
によって示してある。本例の腕時計装置１は、熱発電装
置２０と、この熱発電装置２０から供給された電力によ
って動作する処理部９を備えており、先に図７に基づき
説明したものと同様に計時表示部７などを駆動するモジ
ュール（ＩＣモジュール）２と裏蓋３の間に熱電素子ユ
ニット１０を設置可能なものである。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a wristwatch device equipped with a thermoelectric element unit as an example of the present invention. The wristwatch device 1 of the present example includes a thermoelectric generator 20 and a processing unit 9 that operates by the electric power supplied from the thermoelectric generator 20, and a time display unit similar to that described above with reference to FIG. The thermoelectric element unit 10 can be installed between a module (IC module) 2 that drives the device 7 and the like and the back cover 3.
【００１６】本例の熱発電装置２０は、温度差によって
起電圧が発生し、それによる熱起電力を取り出すことが
できる熱電素子ユニット１０と、熱起電力を昇圧して大
容量コンデンサーあるいは２次電池などの蓄電部２１に
供給する昇圧部３０を備えている。本例の熱発電装置２
０は、熱電素子１０に所定の温度差、すなわち、温接点
１１の側が冷接点１２の側より温度が高くなったときに
矢印ｉの方向に熱起電力が発生するように構成されてい
る。熱電素子１０に逆の温度差が印加されると逆方向の
起電力が発生し、処理部９などに逆方向の起電力が印加
される可能性がある。そこで、本例においては、逆方向
の起電力を短絡できるように熱電素子１０と並列にショ
ットキーバリア・ダイオード２２を設置してある。一方
向性素子としてシリコン・ダイオードを採用してももち
ろん良いが、ショットキーバリア・ダイオードの方が順
方向電圧が低いので、処理部９に逆方向の電圧が印加さ
れる危険性を低くできる。また、熱電素子１０にいずれ
の方向の温度差が印加された場合であっても、その熱起
電力を利用できるように熱電素子ユニット１０と昇圧部
３０との間に整流回路を設けることも可能であるが、後
述するように整流回路を構成するダイオードによる順方
向電圧の損失やもれ電流による損失が発生するので好ま
しくない。特に、腕時計装置１などにおいては、温度差
の方向が通常は安定しているので整流回路を省くことに
より熱発電装置内における損失を低減できる。The thermoelectric generator 20 of this embodiment has a thermoelectric element unit 10 which generates an electromotive voltage due to a temperature difference and can extract a thermoelectromotive force due to the electromotive voltage. A booster 30 is provided for supplying power to a power storage unit 21 such as a battery. Thermoelectric generator 2 of this example
0 indicates that the thermoelectric element 10 is configured to generate a thermoelectromotive force in the direction of the arrow i when the temperature difference between the hot junction 11 and the cold junction 12 becomes higher than the predetermined temperature difference. When a reverse temperature difference is applied to the thermoelectric element 10, a reverse electromotive force is generated, and the reverse electromotive force may be applied to the processing unit 9 or the like. Therefore, in this example, the Schottky barrier diode 22 is provided in parallel with the thermoelectric element 10 so that the electromotive force in the reverse direction can be short-circuited. Of course, a silicon diode may be used as the unidirectional element. However, since the Schottky barrier diode has a lower forward voltage, the risk of applying a reverse voltage to the processing unit 9 can be reduced. In addition, even if a temperature difference in any direction is applied to the thermoelectric element 10, a rectifier circuit can be provided between the thermoelectric element unit 10 and the booster 30 so that the thermoelectromotive force can be used. However, as described later, a loss of a forward voltage due to a diode constituting the rectifier circuit and a loss due to a leak current occur, which is not preferable. In particular, in the wristwatch device 1 and the like, since the direction of the temperature difference is usually stable, the loss in the thermoelectric generator can be reduced by omitting the rectifier circuit.
【００１７】本例の昇圧部３０は、４つの補助コンデン
サー３１を備え、これらの接続を昇圧制御回路３２で切
り替えて最大４倍昇圧が可能な回路である。補助コンデ
ンサー３１を用いた昇圧部３０は、接続を切り替えるた
めのスイッチなどによる抵抗が２０Ω程度と低く、昇圧
部３０における損失が非常に小さい。従って、熱電素子
ユニット１０から供給される熱起電力を効率良く昇圧し
蓄電部２１に充電することができる。この昇圧部３０の
昇圧倍数や昇圧動作のオンオフは制御部４０によって制
御される。本例の制御部４０は、熱電素子ユニット１０
の起電圧を監視し、熱電素子ユニット１０に起電圧が発
生したときのみ昇圧部３０を動かすようにしており、昇
圧部３０において蓄電部２１に蓄えられた電力が浪費さ
れないようにしている。また、昇圧後の電圧を監視する
ことによって、適当な電圧が得られるように昇圧倍数を
設定し、温度差が小さく熱電素子ユニット１０の起電圧
が低くなったときでも熱電素子ユニット１０から供給さ
れる熱起電力を蓄電部２１に充電できるようにしてい
る。The boosting section 30 of this embodiment is a circuit having four auxiliary capacitors 31, and the connection thereof is switched by a boosting control circuit 32 so as to be able to boost up to four times at the maximum. The booster 30 using the auxiliary capacitor 31 has a low resistance of about 20Ω due to a switch or the like for switching the connection, and the loss in the booster 30 is very small. Therefore, the thermoelectromotive force supplied from the thermoelectric element unit 10 can be efficiently boosted and the power storage unit 21 can be charged. The step-up multiple of the step-up unit 30 and ON / OFF of the step-up operation are controlled by the control unit 40. The control unit 40 of the present example includes the thermoelectric element unit 10
The boosting unit 30 is operated only when an electromotive voltage is generated in the thermoelectric element unit 10 so that the power stored in the power storage unit 21 in the boosting unit 30 is not wasted. Also, by monitoring the voltage after boosting, the boosting multiple is set so that an appropriate voltage is obtained, and the voltage is supplied from the thermoelectric element unit 10 even when the temperature difference is small and the electromotive voltage of the thermoelectric element unit 10 becomes low. The thermal electromotive force can be charged in the power storage unit 21.
【００１８】さらに、制御部４０は、蓄電部２１の充電
電圧も監視しており、蓄電部２１の充電電圧が電圧Ｖｍ
１に達すると昇圧を中止し、電圧Ｖｍ２に低下すると昇
圧を再開するようになっている。熱電素子ユニット１０
の起電圧は蓄電部２１の充電電圧より低いので昇圧を中
止すると蓄電部２１の充電が中断され、過充電を防止す
ることができる。また、処理部９に印加される電圧が異
常に高くなるのを防止できるので処理部９の破損などの
トラブルも未然に防止できる。Further, control unit 40 also monitors the charging voltage of power storage unit 21, and determines whether the charging voltage of power storage unit 21 is equal to voltage Vm.
When the voltage reaches 1, the boosting is stopped, and when the voltage drops to the voltage Vm2, the boosting is restarted. Thermoelectric element unit 10
Is lower than the charging voltage of the power storage unit 21, and if the boosting is stopped, the charging of the power storage unit 21 is interrupted, and overcharging can be prevented. Further, since the voltage applied to the processing unit 9 can be prevented from becoming abnormally high, troubles such as breakage of the processing unit 9 can be prevented.
【００１９】熱電素子ユニット１０は、ペルチェ素子と
同様の構成であるので、電力が逆に供給されると電力を
消費して温度差を発生する。本例の熱発電装置２０にお
いては、蓄電部２１に大容量のものを採用し、熱起電力
を昇圧部３０で昇圧した後に蓄積するようにしている。
従って、蓄電部２１と熱電素子ユニット１０は昇圧部３
０を介しており、直には接続されないので、蓄電部２１
に充電された電力が昇圧部３０を通って熱電素子ユニッ
ト１０に逆流することがない。このため、熱電素子ユニ
ット１０と昇圧部３０を直結することが可能であり、逆
流防止ダイオードなどを設けた場合に発生する順方向電
圧による損失を防止できる。Since the thermoelectric element unit 10 has the same configuration as the Peltier element, when power is supplied in reverse, it consumes power and generates a temperature difference. In the thermoelectric generator 20 of this example, a large-capacity power storage unit 21 is adopted, and the thermoelectromotive force is boosted by the boosting unit 30 and then stored.
Therefore, the power storage unit 21 and the thermoelectric element unit 10
0 and are not directly connected,
Does not flow back to the thermoelectric element unit 10 through the booster 30. For this reason, it is possible to directly connect the thermoelectric element unit 10 and the booster 30, and it is possible to prevent a loss due to a forward voltage generated when a backflow prevention diode or the like is provided.
【００２０】本例の熱発電装置２０は、さらに、昇圧部
３０をバイパスして熱電素子１０と蓄電部２１を接続す
るシリコン・ダイオード２３を設けてある。これはコー
ルドスタート時のように、腕時計装置１の蓄電部２１に
電荷が殆ど蓄積されていない場合、昇圧部３０は駆動す
るための電力が供給されないので、熱電素子に起電力が
生じてもそれを蓄電部２１に伝達できず、起動できない
といった問題を解決するためである。すなわち、腕時計
装置１を腕に装着した直後などはケース５と裏蓋３との
温度差が非常に大きくなるので、熱電素子１０には大き
な起電圧が発生する。この起電圧を前述のシリコン・ダ
イオード２３を通じて蓄電側に供給することで、昇圧部
３０を駆動可能とする。なお、熱起電圧が蓄電側の電圧
よりも高い間は、昇圧部３０を通じて充電するよりもシ
リコン・ダイオード２３を通じて直接充電する方が損失
が少ないので、昇圧回路を駆動するのは熱電素子１０の
起電圧が蓄電部２１の電圧以下に低下した後の方が望ま
しい。The thermoelectric generator 20 of this embodiment is further provided with a silicon diode 23 that connects the thermoelectric element 10 and the electric storage unit 21 by bypassing the boosting unit 30. This is because, when a charge is hardly accumulated in the power storage unit 21 of the wristwatch device 1, such as at the time of a cold start, the boosting unit 30 is not supplied with power for driving. Is unable to be transmitted to the power storage unit 21 and cannot be started. That is, immediately after the wristwatch device 1 is worn on the wrist, the temperature difference between the case 5 and the back cover 3 becomes very large, so that a large electromotive voltage is generated in the thermoelectric element 10. By supplying this electromotive voltage to the power storage side through the aforementioned silicon diode 23, the booster 30 can be driven. Note that while the thermo-electromotive voltage is higher than the voltage on the power storage side, charging directly through the silicon diode 23 has less loss than charging through the boosting unit 30. It is more desirable that the voltage after the electromotive voltage has dropped below the voltage of the power storage unit 21.
【００２１】一方、熱電素子ユニット１０の起電圧が低
くなった場合は、上述したように蓄電部２１から熱電素
子ユニット１０に電力が逆に流れるのを阻止する必要が
ある。従って、本例のシリコン・ダイオード２３のよう
に熱電素子１０から蓄電部２１に向かって一方向に電力
を供給する回路が必要である。シリコン・ダイオード２
３は、逆方向電圧が印加されたときの漏れ電流が小さい
ので、昇圧部３０をバイパスして蓄電部２１に向かって
一方向に電力を供給する回路に適している。ダイオード
に代わり、熱電素子ユニット１０と蓄電部２１の電圧差
によってオンオフするスイッチング回路によって昇圧部
３０をバイパスする回路を設けてももちろん良い。On the other hand, when the electromotive voltage of the thermoelectric element unit 10 becomes low, it is necessary to prevent the electric power from flowing backward from the power storage unit 21 to the thermoelectric element unit 10 as described above. Therefore, a circuit that supplies power in one direction from the thermoelectric element 10 to the power storage unit 21 like the silicon diode 23 of the present example is required. Silicon diode 2
3 is suitable for a circuit that supplies electric power in one direction toward the power storage unit 21 by bypassing the boosting unit 30 because the leakage current when the reverse voltage is applied is small. Instead of a diode, a circuit that bypasses the booster 30 may be provided by a switching circuit that is turned on and off by a voltage difference between the thermoelectric element unit 10 and the power storage unit 21.
【００２２】さらに、本例の熱発電装置２０において
は、蓄電部２１と直列にスタート用抵抗２５と、これを
バイパスするバイパススイッチ２６を設けてある。コー
ルドスタート時のように蓄電部２１に電荷が殆ど蓄積さ
れていないときに熱電素子ユニット１０からの熱起電力
を供給すると、蓄電部２１にある程度の電荷が蓄積され
るまで蓄電部２１の両端には処理部９を稼働させられる
程度の電圧（規定電圧Ｖｄ）が発生しない。従って、容
量の大きな蓄電部２１を採用すると、熱電素子ユニット
１０が発電を開始してから処理部９が実際に機能を発揮
できるまで非常に長い時間が必要になる。これに対し、
本例のように蓄電部２１と直列にスタート用抵抗２５を
設けると、充電時にスタート用抵抗２５で電圧降下が発
生するので、この電圧降下により規定電圧Ｖｄを確保で
きる。従って、処理部９を即スタートすることができ、
同時に蓄電部２１にも充電することができる。また、蓄
電部２１が充電され規定電圧Ｖｄが確保できるようにな
ると、スタート用抵抗２５は損失成分になるのでバイパ
ススイッチ２６によってスタート用抵抗２５をバイパス
して電力を処理部９に提供できるようにしている。Further, in the thermoelectric generator 20 of this embodiment, a start resistor 25 and a bypass switch 26 for bypassing the start resistor 25 are provided in series with the power storage unit 21. When a thermoelectromotive force is supplied from the thermoelectric element unit 10 when electric charge is hardly accumulated in the electric storage unit 21 such as at the time of a cold start, both ends of the electric storage unit 21 are charged until a certain amount of electric charge is accumulated in the electric storage unit 21. Does not generate a voltage (specified voltage Vd) enough to operate the processing unit 9. Therefore, when the power storage unit 21 having a large capacity is employed, a very long time is required after the thermoelectric element unit 10 starts power generation until the processing unit 9 can actually perform its function. In contrast,
If the start resistor 25 is provided in series with the power storage unit 21 as in this example, a voltage drop occurs in the start resistor 25 during charging, and the specified voltage Vd can be secured by this voltage drop. Therefore, the processing unit 9 can be started immediately,
At the same time, the power storage unit 21 can be charged. When the power storage unit 21 is charged and the specified voltage Vd can be secured, the start resistor 25 becomes a loss component. Therefore, the power can be supplied to the processing unit 9 by bypassing the start resistor 25 by the bypass switch 26. ing.
【００２３】本例の熱発電装置２０においては、バイパ
ススイッチ２６の制御を蓄電部２１の電圧を監視しなが
ら制御回路４０が行うようにしている。熱電素子１０か
らの電力の供給がない状態で蓄電部２１が放電して規定
電圧Ｖｄ以下に電圧が降下すると処理部９は機能を停止
し、同時に、バイパススイッチ２６がオープンする。し
かし、その後、蓄電部２１の電圧が復帰して規定電圧Ｖ
ｄに達すると、バイパススイッチ２６がオンし、スター
ト用抵抗２５をバイパスして処理部９に電力を供給でき
る状態として、処理部９がリセットされるといつでも処
理部９が動作できる状態にしている。スタート用抵抗２
５は、本例のように抵抗成分であっても良く、あるいは
ダイオードの順方向電圧を用いて規定電圧Ｖｄを確保し
ても良い。In the thermoelectric generator 20 of the present embodiment, the control circuit 40 controls the bypass switch 26 while monitoring the voltage of the power storage unit 21. When the power storage unit 21 discharges and the voltage drops below the specified voltage Vd in a state where power is not supplied from the thermoelectric element 10, the processing unit 9 stops functioning, and at the same time, the bypass switch 26 is opened. However, after that, the voltage of power storage unit 21 returns to specified voltage V
When the value reaches d, the bypass switch 26 is turned on, and the power can be supplied to the processing unit 9 by bypassing the start resistor 25, so that the processing unit 9 can operate whenever the processing unit 9 is reset. . Start resistor 2
Reference numeral 5 may be a resistance component as in this example, or the specified voltage Vd may be secured by using a forward voltage of a diode.
【００２４】このように、熱発電装置２０の電力は計時
機能を備えた処理部９に供給され、熱電素子ユニット１
０に温度差が発生すれば処理部９が動作するためのエネ
ルギーを確保できるようにしている。熱発電装置２０の
出力端子２８には、小容量の補助コンデンサー２９が接
続されており、スタート直後などに短時間電圧が変動し
ても処理部９が継続して機能できるようにしている。As described above, the electric power of the thermoelectric generator 20 is supplied to the processing unit 9 having the time counting function, and the thermoelectric element unit 1
If a temperature difference occurs in 0, energy for operating the processing unit 9 can be secured. A small-capacity auxiliary capacitor 29 is connected to the output terminal 28 of the thermoelectric generator 20 so that the processing unit 9 can continue to function even if the voltage fluctuates for a short time immediately after the start.
【００２５】図２に示したタイミングチャートに基づ
き、本例の熱発電装置２０の制御動作を説明する。時刻
ｔ１に腕時計装置１がユーザの腕に装着されると温度差
によって熱電素子ユニット１０に起電圧が発生する。腕
に装着された直後は温度差が大きいので、起電圧も大き
く、この熱起電力がダイオード２３を介して昇圧部３０
をバイパスして蓄電部２１およびそれに直列に接続され
たスタート用抵抗２５に供給される。時刻ｔ１にはバイ
パススイッチ２６がオープンしているので、スタート用
抵抗２５における電圧降下によって電位差が発生し、補
助コンデンサー２９が充電される。時刻ｔ２に、補助コ
ンデンサー２９の電圧が処理部９の起動電圧Ｖｉ（例え
ば１．５Ｖ）に達すると処理部９が機能を開始する。腕
時計装置１が腕に装着されて時間が経過すると、温度差
が小さくなり熱電素子ユニット１０の起電圧も低下す
る。時刻ｔ３に基準電圧Ｖｓ（例えば１．２Ｖ）に達す
ると昇圧部３０が昇圧を開始し、熱電素子ユニット１０
から供給される熱起電力を昇圧してスタート用抵抗２５
および蓄電部２１に供給する。昇圧部３０は、所定の電
圧が確保できるように熱電素子ユニット１０の起電力に
対応して昇圧倍率を適宜変えながら昇圧を行う。蓄電部
２１が充電され、時刻ｔ４に充電電圧が安定して電力を
供給可能な規定電圧Ｖｄ（例えば１Ｖ）に達するとバイ
パススイッチ２６がオンし、スタート用抵抗２５をバイ
パスして処理部９に電力が供給される。The control operation of the thermoelectric generator 20 of this embodiment will be described with reference to the timing chart shown in FIG. When the wristwatch device 1 is worn on the user's arm at time t1, an electromotive voltage is generated in the thermoelectric element unit 10 due to the temperature difference. Immediately after being worn on the arm, the temperature difference is large, so that the electromotive voltage is also large.
Is supplied to the power storage unit 21 and the start resistor 25 connected in series to the power storage unit 21. Since the bypass switch 26 is open at the time t1, a potential difference occurs due to a voltage drop in the start resistor 25, and the auxiliary capacitor 29 is charged. At time t2, when the voltage of the auxiliary capacitor 29 reaches the starting voltage Vi (for example, 1.5 V) of the processing unit 9, the processing unit 9 starts functioning. When the time elapses after the wristwatch device 1 is worn on the wrist, the temperature difference decreases and the electromotive voltage of the thermoelectric element unit 10 also decreases. When the voltage reaches the reference voltage Vs (for example, 1.2 V) at time t3, the booster 30 starts boosting, and the thermoelectric element unit 10
Of the start-up resistance 25
And to the power storage unit 21. The booster 30 performs boosting while appropriately changing the boosting factor in accordance with the electromotive force of the thermoelectric element unit 10 so that a predetermined voltage can be secured. When the power storage unit 21 is charged, and the charging voltage reaches a specified voltage Vd (for example, 1 V) at which the power can be supplied stably at time t4, the bypass switch 26 is turned on, bypasses the start resistor 25, and passes to the processing unit 9. Power is supplied.
【００２６】時刻ｔ５に腕時計装置１が腕から外される
と、温度差が小さくなるので起電圧も減少し、時刻ｔ６
に熱電素子ユニット１０が発電を停止する。これによっ
て、昇圧部３０も昇圧を中止する。処理部９は、蓄電部
２１が放電することによって供給される電力によって継
続して機能を維持でき、時刻ｔ７に蓄電部２１の電圧が
低下して規定電圧Ｖｄを切ると機能を停止する。同時
に、バイパススイッチ２６がオープンし、即スタートで
きる状態となる。When the wristwatch device 1 is detached from the wrist at time t5, the temperature difference becomes small, so that the electromotive voltage also decreases, and at time t6
Then, the thermoelectric element unit 10 stops generating power. Thus, the booster 30 also stops boosting. The processing unit 9 can continuously maintain its function with the power supplied by discharging the power storage unit 21, and stops functioning when the voltage of the power storage unit 21 decreases at time t <b> 7 and falls below the specified voltage Vd. At the same time, the bypass switch 26 is opened, and the operation can be started immediately.
【００２７】本例の蓄電部２１は、いったん電圧が低下
しても適当な時間が経過すると電圧が復帰するようにな
っており、時刻ｔ８に電圧が復帰して規定電圧Ｖｄに達
すると、バイパススイッチ２６がオンする。これによっ
て、処理部９には機能を開始できる電圧が印加される。
従って、時刻ｔ９にリセットされ、例えば、計時装置２
の時刻合わせが行われると、処理部９は処理を再開す
る。The power storage unit 21 of the present embodiment is designed so that the voltage is restored after an appropriate time has elapsed even if the voltage drops once. When the voltage returns to the specified voltage Vd at time t8, the power storage unit 21 bypasses the voltage. The switch 26 turns on. As a result, a voltage that can start the function is applied to the processing unit 9.
Therefore, it is reset at time t9,
Is performed, the processing unit 9 resumes the processing.
【００２８】時刻ｔ１０に再び腕時計装置１が装着され
ると、温度差によって熱電素子ユニット１０が発電を再
開する。初期は、温度差が大きいため昇圧部３０をバイ
パスしてダイオード２３を介して蓄電部２１が充電され
る。時刻ｔ１１に温度差が低下して起電圧が所定の電圧
Ｖｓに達すると、熱電素子ユニット１０の起電圧が低く
とも蓄電部２１に熱起電力を蓄積できるように昇圧部３
０が昇圧を開始する。充電を継続し、時刻ｔ１２に上限
電圧Ｖｍ１に達すると、昇圧部３０は昇圧を中止し、過
充電を防止する。時刻ｔ１３に処理部９に給電すること
によって蓄電部２１の電圧が下限電圧Ｖｍ２に達すると
昇圧部３０は昇圧を再開し、熱電素子ユニット１０から
供給された熱起電力を蓄電部２１に蓄える。When the wristwatch device 1 is mounted again at time t10, the thermoelectric element unit 10 restarts power generation due to the temperature difference. Initially, the power storage unit 21 is charged via the diode 23 bypassing the boosting unit 30 because the temperature difference is large. When the temperature difference decreases at time t11 and the electromotive voltage reaches a predetermined voltage Vs, the boosting unit 3 can store the thermoelectromotive force in the power storage unit 21 even if the electromotive voltage of the thermoelectric element unit 10 is low.
0 starts boosting. When the charging is continued and reaches the upper limit voltage Vm1 at time t12, the boosting unit 30 stops boosting and prevents overcharging. When the voltage of power storage unit 21 reaches lower limit voltage Vm2 by supplying power to processing unit 9 at time t13, boosting unit 30 restarts boosting and stores the thermoelectromotive force supplied from thermoelectric element unit 10 in power storage unit 21.
【００２９】時刻ｔ１４に腕から腕時計装置１が外され
ると熱起電力が低下し、時刻ｔ１５に熱電素子１０が発
電を停止する。これにより昇圧部３０は昇圧を停止し、
以降は蓄電部２１の放電によって処理部９が処理を継続
して行う。そして、時刻ｔ１６に規定電圧Ｖｄ以下にな
ると処理部９は機能を停止し、バイパススイッチ２６が
オープンして即スターとできる状態となる。When the wristwatch device 1 is removed from the wrist at time t14, the thermoelectromotive force decreases, and at time t15, the thermoelectric element 10 stops generating power. As a result, the booster 30 stops boosting,
Thereafter, the processing unit 9 continuously performs the processing by discharging the power storage unit 21. Then, when the voltage becomes equal to or lower than the specified voltage Vd at time t16, the processing unit 9 stops its function, and the bypass switch 26 is opened to be in a state where the star can be immediately set.
【００３０】図３および図４に基づき、本例の熱発電装
置２０において採用可能な熱電素子ユニット１０を従来
の熱電素子ユニット９０と比較して説明する。本例の熱
発電装置２０は、４倍に昇圧可能な昇圧部３０を備えて
いる。従って、熱電素子ユニット１０の起電圧が、従来
の熱電素子ユニット９０のほぼ１／４であっても蓄電部
２１に充電でき、処理部９を機能させることができる。
例えば、図４に示すように、従来の熱電素子ユニット９
０が１６個の半導体ユニット１３によって構成され、１
６個を直列に接続することによって所定の電圧が確保で
きるものとする。先に説明したように、これら１６個の
半導体ユニット１３は空間１４によって仕切られてお
り、半導体ユニット１３の幅ａと空間１４の幅ａがほぼ
同じになる。Referring to FIGS. 3 and 4, the thermoelectric element unit 10 that can be employed in the thermoelectric generator 20 of the present embodiment will be described in comparison with a conventional thermoelectric element unit 90. The thermoelectric generator 20 of this example includes a booster 30 that can boost the pressure four times. Therefore, even if the electromotive voltage of the thermoelectric element unit 10 is almost の of that of the conventional thermoelectric element unit 90, the power storage unit 21 can be charged and the processing unit 9 can function.
For example, as shown in FIG.
0 is constituted by 16 semiconductor units 13 and 1
It is assumed that a predetermined voltage can be secured by connecting six in series. As described above, these 16 semiconductor units 13 are partitioned by the space 14, and the width a of the semiconductor unit 13 and the width a of the space 14 are substantially the same.
【００３１】これに対し、本例の熱発電装置２０に採用
できる熱電素子ユニット１０は、図３に示したように、
昇圧することによって４つの半導体ユニット１３によっ
て所定の電圧が確保できる。従って、熱電素子ユニット
の面積が同じであれば、図３（ａ）に示すように、半導
体ユニット１３の占める面積を２．２５倍にできる。熱
電素子ユニットにおいては、発電時の出力電流は半導体
ユニット１３の面積にほぼ比例するので、図３（ａ）に
示したケースでは、１つの半導体ユニット１３の面積が
９ａ2 になりから９倍の電流が得られる。一方、熱電素
子ユニット１０の起電圧は従来の熱電素子ユニット９０
の１／４になるので、本例の熱電素子ユニット１０では
２．２５倍の熱起電力が得られる。On the other hand, as shown in FIG. 3, the thermoelectric element unit 10 that can be adopted in the thermoelectric generator 20 of the present embodiment has
By boosting, a predetermined voltage can be secured by the four semiconductor units 13. Therefore, if the area of the thermoelectric element unit is the same, the area occupied by the semiconductor unit 13 can be increased 2.25 times as shown in FIG. In the thermoelectric element units is substantially proportional to the area of the output current semiconductor unit 13 at the time of power generation, in the case shown in FIG. 3 (a), the area of one semiconductor unit 13 is 9 times become 9a 2 A current is obtained. On the other hand, the electromotive voltage of the thermoelectric element unit 10 is
Therefore, in the thermoelectric element unit 10 of this example, a 2.25 times higher thermoelectromotive force can be obtained.
【００３２】また、同じ熱起電力を得るケースを考える
と、１つの半導体ユニット１３から４倍の電流が得られ
れば良いので、図３（ｂ）に示すように、面積が４ａ2
の半導体ユニット１３を４つ設ければ良い。従って、本
例の熱電素子ユニット１０の面積を従来の熱電素子ユニ
ット９０のほぼ半分（正確には、２５／４９）にするこ
とができる。このように、熱電素子ユニット１０から供
給された熱起電力を昇圧して蓄積することにより、熱電
素子ユニット１０で発生させる起電圧を低減できる。従
って、熱電素子ユニット１０に設ける半導体ユニット１
３の数量を低減できるので、熱電素子ユニット１０の面
積効率を大幅に向上することができる。さらに、半導体
ユニット１３の数量を低減できるので、熱電素子ユニッ
ト１０の構成を簡略化でき、価格的にも有利になる。ま
た、同じ出力を得るのであれば、熱電素子ユニットの面
積も小さくなるので、スペースメリットおよび価格的な
メリットがある。このため、本例の熱発電装置２０を採
用することによって、小型で携帯に適した電気機器に、
処理部９を動作させるために十分な発電量を備えた熱電
素子ユニット１０を搭載できる。従って、実際に腕など
に装着するだけで計時装置や、他の通信装置、情報処理
装置などを機能させることができる熱発電装置および電
気機器を提供することが可能になる。Considering the case where the same thermoelectromotive force is obtained, it is only necessary to obtain four times the current from one semiconductor unit 13. Therefore, as shown in FIG. 3B, the area is 4a 2.
Four semiconductor units 13 may be provided. Therefore, the area of the thermoelectric element unit 10 of this example can be reduced to approximately half (accurately, 25/49) of the conventional thermoelectric element unit 90. As described above, by raising and accumulating the thermoelectromotive force supplied from the thermoelectric element unit 10, the electromotive voltage generated in the thermoelectric element unit 10 can be reduced. Therefore, the semiconductor unit 1 provided in the thermoelectric element unit 10
3, the area efficiency of the thermoelectric element unit 10 can be greatly improved. Furthermore, since the number of the semiconductor units 13 can be reduced, the configuration of the thermoelectric element unit 10 can be simplified, which is advantageous in cost. In addition, if the same output is obtained, the area of the thermoelectric element unit is reduced, so that there are advantages in space and cost. For this reason, by adopting the thermoelectric generator 20 of the present example, a compact and portable electric device can be obtained.
A thermoelectric element unit 10 having a sufficient power generation amount to operate the processing unit 9 can be mounted. Therefore, it is possible to provide a thermoelectric generator and an electric device that can function a timekeeping device, another communication device, an information processing device, and the like simply by actually wearing the device on an arm or the like.
【００３３】このように、熱電素子１０の起電圧を昇圧
することにより、熱電素子１０の面積効率を非常に向上
できる。昇圧する手段は、本例のコンデンサーを用いた
回路に限定されず、例えば、図５に示したように、イン
バータ回路３５によって熱電素子ユニット１０から供給
された直流の熱起電力を交流化し、さらに、圧電トラン
ス３６によって昇圧したのち整流回路３７で直流に戻す
構成の昇圧部３０を採用することも可能である。圧電ト
ランス３６を採用することにより、昇圧倍率を簡易な構
成で高く設定することができる。従って、熱電素子ユニ
ット１０の起電圧を低く設定することができるので、上
記と同様、あるいはそれ以上に面積効率の高い熱電素子
ユニット１０を採用することができる。As described above, by increasing the electromotive voltage of the thermoelectric element 10, the area efficiency of the thermoelectric element 10 can be greatly improved. The means for increasing the voltage is not limited to the circuit using the capacitor of the present embodiment. For example, as shown in FIG. 5, the DC thermoelectromotive force supplied from the thermoelectric element unit 10 by the inverter circuit 35 is converted to AC, and It is also possible to employ a booster 30 having a configuration in which the voltage is boosted by the piezoelectric transformer 36 and then returned to DC by the rectifier circuit 37. By employing the piezoelectric transformer 36, the boosting ratio can be set high with a simple configuration. Therefore, the electromotive voltage of the thermoelectric element unit 10 can be set low, so that the thermoelectric element unit 10 having the same or higher area efficiency as described above can be employed.
【００３４】また、図６に示すように、熱電素子ユニッ
ト１０から供給された熱起電力をインバータ回路３５に
よって交流化し、トランス３４を介して複数の整流ユニ
ット３８ａ〜３８ｄによって直流化することも可能であ
る。そして、整流ユニット３８ａ〜３８ｄの直流出力を
切り替え回路３９によって切り替えることにより、昇圧
倍率を簡単に設定することも可能である。本例の昇圧部
３０は、トランス３４の巻線および整流ユニット３８ａ
〜３８ｄの組み合わせを変更することにより、昇圧倍率
を自由に設定できる。As shown in FIG. 6, it is also possible to convert the thermoelectromotive force supplied from the thermoelectric element unit 10 into an alternating current by the inverter circuit 35 and to convert it into a direct current by the plurality of rectifying units 38a to 38d via the transformer 34. It is. Then, by switching the DC output of the rectifier units 38a to 38d by the switching circuit 39, the boosting ratio can be easily set. The step-up unit 30 of the present example includes a winding of a transformer 34 and a rectifying unit 38a.
By changing the combination of ~ 38d, the boosting factor can be set freely.
【００３５】上記にかぎらず昇圧部３０としては様々な
構成を採用することが可能であり、昇圧倍率も４倍に限
定されず、３倍以下であっても良いし、また、５倍以上
に昇圧することも可能である。昇圧倍率を大きくするこ
とにより、熱電素子ユニット１０の面積効率を大幅に向
上することが可能であるが、昇圧部の構成が複雑にな
り、また、昇圧部における損失が上昇する傾向がある。
従って、適当な昇圧倍率を選択することにより、熱電素
子ユニットの面積効率が高く小型で安価に提供でき、さ
らに、熱発電装置内における損失も小さく、処理部に供
給する全体のエネルギー変換効率が高い熱発電装置を提
供することができる。Not limited to the above, various configurations can be adopted as the boosting unit 30, and the boosting ratio is not limited to 4 times, but may be 3 times or less, or 5 times or more. It is also possible to increase the pressure. By increasing the step-up factor, the area efficiency of the thermoelectric element unit 10 can be greatly improved, but the configuration of the step-up unit becomes complicated, and the loss in the step-up unit tends to increase.
Therefore, by selecting an appropriate step-up ratio, the area efficiency of the thermoelectric element unit can be increased, the size can be reduced, and the thermoelectric element unit can be provided at low cost. Further, the loss in the thermoelectric generator is small, and the overall energy conversion efficiency supplied to the processing unit is high. A thermoelectric generator can be provided.
【００３６】このように、本例の熱発電装置２０を内蔵
した電気機器は、例えば、腕に装着して温度差を設けた
り、あるいは、太陽光を用いて温度差を設けるなどの方
法により、内蔵した処理部９を稼働するためのエネルギ
ーを自然界から得ることができる。従って、電池は不要
であり、いつでも何処でも処理部９の機能を発揮できる
電気機器を提供することができる。また、電池が不要に
なるので、廃棄された電池の処理する必要もなくなる。
また、処理部９は、上記の計時装置に限定されるもので
はなく、ページャ、電話機、無線機、補聴器、万歩計、
電卓、電子手帳などの情報処理装置、ＩＣカード、ラジ
オ受信機など電力によって機能を発揮する様々なものを
採用できる。As described above, the electric device incorporating the thermoelectric generator 20 of the present embodiment can be mounted on an arm to provide a temperature difference, or a method of providing a temperature difference using sunlight, for example. Energy for operating the built-in processing unit 9 can be obtained from the natural world. Therefore, a battery is not required, and it is possible to provide an electric device that can exhibit the function of the processing unit 9 anytime and anywhere. In addition, since a battery is not required, there is no need to dispose of a discarded battery.
Further, the processing unit 9 is not limited to the above-described time counting device, and includes a pager, a telephone, a wireless device, a hearing aid, a pedometer,
A variety of information processing devices such as a calculator and an electronic organizer, an IC card, a radio receiver, and the like that exert their functions by electric power can be employed.
【００３７】[0037]
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の熱発電
装置は、熱電素子から得られた熱起電力を昇圧して蓄積
するようにしており、これにより、熱電素子の起電圧を
低く設定することが可能になる。このため、熱電素子ユ
ニットを構成する半導体ユニットの数を低減して、個々
の半導体ユニットの面積を増大できる。従って、熱電素
子ユニットの面積効率を大幅に向上することが可能とな
り、小型で携帯に適した腕時計装置のような電気機器に
収納可能で、十分な発電性能を備えた熱発電装置を提供
できる。さらに、面積効率が向上するので、熱電素子も
小型化および高出力化でき、また、構成も簡略化できる
ので、安価で、実際に携帯型装置のエネルギー源として
使用できる熱発電装置を提供することができる。そし
て、本発明の熱発電装置をエネルギー源とした計時装置
などの処理装置を搭載した電気機器を採用することによ
り、何時でも何処でも電池切れなどの心配なしに機能を
発揮させられる電気機器を提供できる。As described above, the thermoelectric generator of the present invention boosts and accumulates the thermoelectromotive force obtained from the thermoelectric element, thereby reducing the electromotive voltage of the thermoelectric element. It becomes possible to set. Therefore, the number of semiconductor units constituting the thermoelectric element unit can be reduced, and the area of each semiconductor unit can be increased. Therefore, it is possible to greatly improve the area efficiency of the thermoelectric element unit, and it is possible to provide a thermoelectric generator having a sufficient power generation performance, which can be housed in an electric device such as a small and portable wristwatch device. Further, the present invention provides a thermoelectric generator that is inexpensive and can be actually used as an energy source of a portable device because the area efficiency is improved, the thermoelectric element can be downsized and the output can be increased, and the configuration can be simplified. Can be. By using an electric device equipped with a processing device such as a clock device using the thermoelectric generator of the present invention as an energy source, an electric device can be provided that can function at any time and anywhere without worrying about running out of batteries. it can.
【図１】本発明の熱発電装置の構成を示すブロック図で
ある。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a thermoelectric generator of the present invention.
【図２】図１に示す熱発電装置の動作を示すタイミング
チャートである。FIG. 2 is a timing chart showing the operation of the thermoelectric generator shown in FIG.
【図３】図１に示す熱発電装置に採用可能な熱電素子ユ
ニットの構成例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a thermoelectric element unit that can be employed in the thermoelectric generator shown in FIG.
【図４】従来の熱電素子ユニットの構成例を比較のため
に示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of a conventional thermoelectric element unit for comparison.
【図５】図１に示す熱発電装置に採用可能な昇圧部の異
なった例を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing another example of a booster that can be employed in the thermoelectric generator shown in FIG.
【図６】図１に示す熱発電装置に採用可能な昇圧部の異
なった例を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing another example of a booster that can be employed in the thermoelectric generator shown in FIG. 1;
【図７】熱電素子を内蔵した腕時計装置の構成例を示す
断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a wristwatch device incorporating a thermoelectric element.
【図８】熱電素子の構成例を示す図であり、図８（ａ）
は断面の構成を示し、図８（ｂ）は平面の構成を示して
ある。FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of a thermoelectric element, and FIG.
Shows a cross-sectional configuration, and FIG. 8B shows a planar configuration.
１・・腕時計装置 ２・・ＩＣモジュール ３・・裏蓋 ４・・熱伝導体 ５・・ケース ６・・断熱材 ７・・表示体 ９・・処理部 １０・・熱電素子ユニット １１・・温接点 １２・・冷接点 １３・・半導体ユニット １４・・空間 ２０・・熱発電装置 ２１・・蓄電部 ２２・・短絡用ダイオード ２３・・昇圧部のバイパス用ダイオード ２５・・スタート用抵抗 ２６・・抵抗のバイパススイッチ ２９・・補助コンデンサー ３０・・昇圧部 ３１・・昇圧用コンデンサー ３２・・昇圧制御回路 ３４・・トランス ３５・・インバータ回路 ３６・・圧電トランスフォーマ ３７・・整流回路 ３８・・整流ユニット ３９・・切り替え回路 ４０・・制御部 1. Wristwatch device 2. IC module 3. Back cover 4. Thermal conductor 5. Case 6. Insulation material 7. Display body 9. Processing unit 10. Thermoelectric element unit 11. Temperature Contact 12, cold junction 13, semiconductor unit 14, space 20, thermal power generator 21, power storage unit 22, short-circuit diode 23, bypass diode for booster unit 25, start resistor 26, Resistor bypass switch 29 Auxiliary capacitor 30 Step-up unit 31 Step-up capacitor 32 Step-up control circuit 34 Transformer 35 Inverter circuit 36 Piezoelectric transformer 37 Rectifier circuit 38 Rectifier unit 39 switching circuit 40 control unit
Claims (15)
子と、 前記熱起電力を昇圧して供給可能な昇圧手段とを有する
ことを特徴とする熱発電装置。1. A thermoelectric generator comprising: a thermoelectric element that generates thermoelectromotive force due to a temperature difference; and a booster that can boost and supply the thermoelectromotive force.
電力を蓄える蓄電手段を有し、この蓄電手段の電力を外
部に供給できることを特徴とする熱発電装置。2. The thermoelectric generator according to claim 1, further comprising a power storage means for storing the boosted thermoelectromotive force, wherein the power of the power storage means can be supplied to the outside.
記熱起電力を一時的に蓄えて放出する複数のコンデンサ
ーと、前記コンデンサーの接続を制御して昇圧を行う制
御手段とを備えていることを特徴とする熱発電装置。3. The booster according to claim 1, further comprising: a plurality of capacitors for temporarily storing and releasing the thermoelectromotive force; and a controller for controlling connection of the capacitors to perform boosting. A thermoelectric generator, characterized in that:
流の前記熱起電力を交流に変換する手段と、前記交流の
電圧を昇圧する手段と、昇圧された前記交流を整流する
手段とを備えていることを特徴とする熱発電装置。4. The method according to claim 1, wherein the step-up unit includes a unit configured to convert the DC thermoelectromotive force into an AC, a unit configured to boost the AC voltage, and a unit configured to rectify the boosted AC. A thermoelectric generator, comprising:
圧する手段は、圧電トランスであることを特徴とする熱
発電装置。5. The thermoelectric generator according to claim 4, wherein the means for boosting the AC voltage is a piezoelectric transformer.
熱電素子が直結されていることを特徴とする熱発電装
置。6. The thermoelectric generator according to claim 2, wherein the thermoelectric element is directly connected to the booster.
熱起電力の電圧と逆の電圧が発生したときに短絡する短
絡手段を有することを特徴とする熱発電装置。7. The thermoelectric generator according to claim 1, further comprising short-circuit means for short-circuiting when a voltage opposite to the voltage of the thermoelectromotive force is generated in the thermoelectric element.
熱電素子と並列に接続されたショットキーバリア・ダイ
オードであることを特徴する熱発電装置。8. A thermoelectric generator according to claim 7, wherein said short-circuit means is a Schottky barrier diode connected in parallel with said thermoelectric element.
パスして前記熱電素子と前記蓄電手段を直結し、前記熱
電素子から前記蓄電手段の方向にのみ電流を流す一方向
性手段を有することを特徴とする熱発電装置。9. The method according to claim 2, further comprising a unidirectional means for directly connecting the thermoelectric element and the power storage means by bypassing the step-up means, and flowing a current only from the thermoelectric element to the power storage means. Characteristic thermoelectric generator.
がシリコン・ダイオードであることを特徴とする熱発電
装置。10. The thermoelectric generator according to claim 9, wherein said one-way means is a silicon diode.
列に接続されたスタート用抵抗成分と、このスタート用
抵抗成分をバイパスするバイパス手段とを有し、前記ス
タート用抵抗成分の電圧降下に対応する電圧を外部に供
給可能であることを特徴とする熱発電装置。11. The power supply device according to claim 2, further comprising: a start resistance component connected in series with said power storage means; and bypass means for bypassing said start resistance component. A thermoelectric generator capable of supplying a voltage to the outside.
熱発電装置から供給される電力によって処理を行う処理
装置とを有することを特徴とする電気機器。12. An electric apparatus, comprising: the thermoelectric generator according to claim 1; and a processing device that performs processing using electric power supplied from the thermoelectric generator.
起電力を昇圧して蓄電手段に蓄える昇圧手段を有する熱
発電装置の制御方法であって、 前記熱起電力の有無を判定する工程と、 前記熱起電力が発生していないときは前記昇圧手段の動
作を停止する工程とを有することを特徴とする熱発電装
置の制御方法。13. A method for controlling a thermoelectric generator having a booster for boosting a thermoelectromotive force generated in a thermoelectric element due to a temperature difference and storing the thermoelectromotive force in a power storage means, comprising: Stopping the operation of the booster when the thermoelectromotive force is not generated.
起電力を昇圧して蓄電手段に蓄える昇圧手段を有する熱
発電装置の制御方法であって、 前記蓄電手段の電圧を判定する工程と、 前記蓄電手段の電圧が規定値以上になったときは前記昇
圧手段の動作を停止する工程とを有することを特徴とす
る熱発電装置の制御方法。14. A method for controlling a thermoelectric generator having a booster for boosting a thermoelectromotive force generated in a thermoelectric element due to a temperature difference and storing the thermoelectromotive force in a power storage, comprising: a step of determining a voltage of the power storage; Stopping the operation of the step-up means when the voltage of the power storage means has become equal to or higher than a specified value.
起電力を昇圧して蓄電手段に蓄える昇圧手段と、前記蓄
電手段と直列に接続されたスタート用抵抗成分と、この
スタート用抵抗成分をバイパスするバイパス手段とを有
する熱発電装置の制御方法であって、 前記蓄電手段の電圧を判定する工程と、 前記蓄電手段の電圧が規定値以上になったときは前記バ
イパス手段を用いて前記スタート用抵抗成分をバイパス
する工程と有することを特徴とする熱発電装置の制御方
法。15. A booster for boosting a thermoelectromotive force generated in a thermoelectric element due to a temperature difference and storing the same in a power storage means, a start resistor connected in series with the power storage, and a bypass for the start resistor. A step of determining a voltage of the power storage means; and a step of using the bypass means for the start using the bypass means when the voltage of the power storage means becomes a specified value or more. A method for controlling a thermoelectric generator, comprising a step of bypassing a resistance component.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8185193A JPH1031081A (en) | 1996-07-15 | 1996-07-15 | Thermal power device, electrical equipment and method of controlling thermal power device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8185193A JPH1031081A (en) | 1996-07-15 | 1996-07-15 | Thermal power device, electrical equipment and method of controlling thermal power device |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003078459A Division JP2004047947A (en) | 2003-03-20 | 2003-03-20 | Thermal power generating apparatus and electric equipment |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1031081A true JPH1031081A (en) | 1998-02-03 |
Family
ID=16166495
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8185193A Withdrawn JPH1031081A (en) | 1996-07-15 | 1996-07-15 | Thermal power device, electrical equipment and method of controlling thermal power device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1031081A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009158814A (en) * | 2007-12-27 | 2009-07-16 | Fujitsu Ltd | Temperature control device |
-
1996
- 1996-07-15 JP JP8185193A patent/JPH1031081A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009158814A (en) * | 2007-12-27 | 2009-07-16 | Fujitsu Ltd | Temperature control device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4137528B2 (en) | Power conversion circuit | |
| US6100665A (en) | Electrical power system with relatively-low voltage input and method | |
| JP3632209B2 (en) | Power supply device and portable electronic device | |
| US8531152B2 (en) | Solar battery charger | |
| US8624432B2 (en) | Power assist using ambient heat | |
| JPH11223683A (en) | Electronic equipment with generator | |
| WO2000021178A1 (en) | A power management system | |
| JP3566056B2 (en) | Electronics | |
| RU2400913C2 (en) | Method for operation of power supply unit from grid with recuperation of scattering energy of primary side | |
| KR100458819B1 (en) | Electrical apparatus powered by optical-volta power | |
| JP3596383B2 (en) | Charging device for electronic timepiece having generator, electronic timepiece, and control method for charging device | |
| JP4238064B2 (en) | An energy storage system that arbitrarily inputs a multi-stage fine voltage | |
| JP2004147409A (en) | Power supply device | |
| JP2004047947A (en) | Thermal power generating apparatus and electric equipment | |
| JPH11288319A (en) | Electronic equipment | |
| JPH1031081A (en) | Thermal power device, electrical equipment and method of controlling thermal power device | |
| JP3677893B2 (en) | Watches | |
| JP3657445B2 (en) | Electronics | |
| JPH1073675A (en) | Continuous electric power supply circuit controlled by reversible converter | |
| JP2002010520A (en) | Solar battery circuit | |
| JP3903911B2 (en) | Power supply device and portable electronic device | |
| JP3525644B2 (en) | Power supply device, power generation device, electronic device, power supply method, and control method for power supply device | |
| JP3679581B2 (en) | Electronics | |
| JPH09264971A (en) | Electric power controller, electricity generating apparatus and electronic equipment | |
| JP4320995B2 (en) | Booster circuit for solar cell output |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040629 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050322 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050520 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051004 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20051108 |