JPH0837322A - 熱電モジュール - Google Patents

熱電モジュール

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JPH0837322A
JPH0837322A JP6169730A JP16973094A JPH0837322A JP H0837322 A JPH0837322 A JP H0837322A JP 6169730 A JP6169730 A JP 6169730A JP 16973094 A JP16973094 A JP 16973094A JP H0837322 A JPH0837322 A JP H0837322A
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JP
Japan
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thermoelectric element
voltage
thermoelectric
circuit
switching circuit
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Application number
JP6169730A
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English (en)
Inventor
Kenji Ogasawara
健治 小笠原
Keisuke Tsubata
佳介 津端
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Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
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Publication date
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    • G04—HOROLOGY
    • G04C—ELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
    • G04C10/00—Arrangements of electric power supplies in time-pieces
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other DC sources, e.g. providing buffering
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/50—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries acting upon multiple batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/575—Parallel/serial switching of connection of batteries to charge or load circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の熱電素子を用い、温度差により発生し
た電圧を常に蓄電回路に効率の良い蓄電をさせる。 【構成】 第一の熱電素子１０１と第二の熱電素子１０
３を直列接続または並列接続に切り換えるスイッチング
回路１０２と、第二の熱電素子１０３の電圧を検出し、
スイッチング回路１０２を制御する電圧検出回路１０５
と、スイッチング回路１０２により接続された第一の熱
電素子１０１と第二の熱電素子１０３から発生する電圧
により蓄電する蓄電回路１０４とを有する。温度差によ
り発生した電圧を電圧検出回路１０５により検出し、温
度差がある場合は、第一の熱電素子１０１と第二の熱電
素子１０３をスイッチング回路１０２により並列接続さ
せ、２倍の電流で蓄電回路１０４に蓄電させる。温度差
がない場合は第一の熱電素子１０１と第二の熱電素子１
０３をスイッチング回路１０２により直列接続させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複数の熱電素子を用
い、温度差により発生した電圧を電圧検出回路により検
出させ、検出結果により複数の熱電素子をスイッチング
回路で直列接続または並列接続させることにより常に蓄
電回路に効率の良い蓄電をさせることを特徴とする熱電
モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電子機器にはそのエネルギー源として、
主に電池が使用されていた。しかし使用者は、使用中に
電池切れが起こる心配を常に抱えなくてはならず、万一
使用中に電池切れが起こった場合、その損害は大きなも
のとなる場合もある。そして電池切れを起こした場合に
は電池を交換する、或は使用者ができない場合には他に
依頼することを強いられる。更に使用済みの電池は環境
破壊の原因となるために、一般の廃棄物と同じ扱で廃棄
することができない。電池に変わるエネルギー源とし
て、ゼーベック効果に基づく起電力を発生する熱電素子
が最近研究されている。
【０００３】例えば図９は熱電発電機の発電原理を示す
図である。熱電発電機はｐ型熱電素子（９０１）および
ｎ型熱電素子（９０２）を直列に多数個接続し、絶縁版
（９０３）と放熱板（９０４）および吸熱板（９０５）
から構成されている。以上のような熱電発電機が、例え
ば特開昭５４−１２３０４７号公報に、開示されてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし熱電素子から発
生する電圧は、温度差により左右されてしまい、温度差
がない場合は必要な電圧が取り出せず、逆に温度差が多
い場合は不必要に高い電圧が発生してしまうという課題
があった。
【０００５】本発明は、複数の熱電素子を用い、温度差
により発生した電圧を電圧検出回路により検出させるこ
とで、複数の熱電素子をスイッチング回路により直列接
続または並列接続させることにより蓄電回路に効率の良
い蓄電をさせることを目的としたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】熱電素子から発生する電
圧は、温度差により左右されてしまい、温度差がない場
合は必要な電圧が取り出せず、逆に温度差が多い場合は
不必要に高い電圧が発生してしまうという課題があっ
た。
【０００７】本発明は、第一の熱電素子１０１と第二の
熱電素子１０３を直列接続または並列接続に切り換える
スイッチング回路１０２と、第二の熱電素子１０３の電
圧を検出し、スイッチング回路１０２を制御する電圧検
出回路１０５と、スイッチング回路１０２により接続さ
れた第一の熱電素子１０１と第二の熱電素子１０３から
発生する電気エネルギーを蓄電する蓄電回路１０４とを
有し、温度差により発生した電圧を電圧検出回路１０５
により検出させることで、第一の熱電素子１０１と第二
の熱電素子１０３をスイッチング回路１０２により直列
接続または並列接続させることにより常に蓄電回路１０
４に効率の良い蓄電をさせることを特徴とする回路構成
とした。
【０００８】
【作用】本発明の熱電素子の構成を説明する前に熱電素
子の動作について説明する。図８は熱電素子の構造と発
電原理を示す図である。第一の絶縁体８０１を吸熱側、
第二の絶縁体８０２を放熱側とすると、吸熱側の温度を
放熱側と比較して高温となるような温度差を与えた場
合、第一の絶縁体８０１から第二の絶縁体８０２の方向
に熱が伝達される。その際にｎ型半導体８０３の中では
電子が放熱側の絶縁体８０２の方向に移動する。ｐ型半
導体８０４の中では正孔が放熱側の絶縁体８０２の方向
に移動する。ｎ型半導体８０３とｐ型半導体８０４は接
続部８０５を介して電気的に直列に接続されているため
熱の伝達が電流に変換され、両端の出力端子部８０６よ
り起電力を得ることができる。
【０００９】図１は、本発明の代表的な構成の一例を示
すブロック図である。第一の熱電素子１０１と第二の熱
電素子１０３を直列接続または並列接続に切り換えるス
イッチング回路１０２と、第二の熱電素子１０３の電圧
を検出し、スイッチング回路１０２を制御する電圧検出
回路１０５と、スイッチング回路１０２により接続され
た第一の熱電素子１０１と第二の熱電素子１０３から発
生する電気エネルギーを蓄電する蓄電回路１０４とを有
し、温度差により発生した電圧を電圧検出回路１０５に
より検出させ、温度差がある場合は目的の電圧が得られ
るため、第一の熱電素子１０１と第二の熱電素子１０３
をスイッチング回路１０２により並列接続させ、２倍の
電流で蓄電回路１０４に蓄電させることができ、温度差
がない場合は第一の熱電素子１０１と第二の熱電素子１
０３をスイッチング回路１０２により直列接続させ、目
的の電圧を得ることができる。
【００１０】
【実施例】以下に図面に従い本発明の詳細な説明を行
う。 （１）第一実施例 図２は、本発明の第一実施例を示す回路図である。第一
の熱電素子２０１および第二の熱電素子２０４は、温度
差により電圧を発生し、例えばＭＯＳスイッチやトラン
スミッションゲート等のスイッチング回路２０２および
２０３により接続されている。スイッチング回路２０２
をａ、スイッチング回路２０３をｄに接続することによ
り、第一の熱電素子２０１および第二の熱電素子２０４
は並列に接続される。スイッチング回路２０２をｂ、ス
イッチング回路２０３をｃに接続することにより、第一
の熱電素子２０１および第二の熱電素子２０４は直列に
接続される。
【００１１】コンパレータ２０７は抵抗２０５および２
０６の分割比により作り出された電圧を基準電圧とし、
第二の熱電素子２０４の発生電圧値と、例えばバナジュ
ームリチウム二次電池やマンガンリチウム二次電池等の
二次電池２０９へ蓄電可能な電圧とを比較検出すること
ができる。二次電池２０９は第一の熱電素子２０１およ
び第二の熱電素子２０４から発生した電圧を逆流防止の
ダイオード２０８を介し蓄電し、負荷２１０への電源を
供給している。スイッチング回路２０２および２０３と
コンパレータ２０７は負荷２１０に搭載されているマイ
コンにより制御されており、その動作は図３のフローチ
ャートで説明する。第一の熱電素子および第二の熱電素
子をスイッチング回路により並列に接続する（ステップ
３０１）。
【００１２】第二の熱電素子の電圧を検出する（ステッ
プ３０２）。第二の熱電素子の電圧が二次電池の蓄電可
能電圧以上であった場合、ステップ３０２の動作を行な
い、蓄電可能電圧未満であった場合、ステップ３０４の
動作を行なう（ステップ３０３）。
【００１３】第二の熱電素子の電圧が二次電池の蓄電可
能電圧未満であった場合、第一の熱電素子および第二の
熱電素子をスイッチング回路により直列に接続する（ス
テップ３０４）。第二の熱電素子の電圧を検出する（ス
テップ３０５）。第二の熱電素子の電圧が二次電池の蓄
電可能電圧以上であった場合、ステップ３０２の動作を
行ない、蓄電可能電圧未満であった場合、ステップ３０
５の動作を行なう（ステップ３０６）。
【００１４】（２）第二実施例 図４は、本発明の熱電モジュールの第二実施例である。
第一の熱電素子４０１および第二の熱電素子４０４は、
温度差により電圧を発生し、スイッチング回路４０２及
び４０３により接続されており、スイッチング回路４０
２をａ、スイッチング回路４０３をｄに接続することに
より、第一の熱電素子４０１および第二の熱電素子４０
４は並列に接続される。スイッチング回路４０２をｂ、
スイッチング回路４０３をｃに接続することにより、第
一の熱電素子４０１および第二の熱電素子４０４は直列
に接続される。コンパレータ４０７は抵抗４０５および
４０６の分割比により作り出された電圧を基準電圧と
し、第一の熱電素子４０１および第二の熱電素子４０４
がスイッチング回路４０２および４０３により並列に接
続されている場合には、スイッチング回路４１１をｆに
接続することにより、第二の熱電素子４０４の発生電圧
値と二次電池４０９へ蓄電可能な電圧とを比較検出する
ことができる。
【００１５】また第一の熱電素子４０１および第二の熱
電素子４０４がスイッチング回路４０２および４０３に
より直列に接続されている場合は、スイッチング回路４
１１をｅに接続することにより、第一の熱電素子４０１
および第二の熱電素子４０４の直列発生電圧値と二次電
池４０９へ蓄電可能な電圧とを比較検出することができ
る。二次電池４０９は第一の熱電素子４０１および第二
の熱電素子４０４から発生した電圧を逆流防止のダイオ
ード４０８を介し蓄電し、負荷４１０への電源を供給し
ている。スイッチング回路４０２、４０３および４１１
とコンパレータ４０７は負荷４１０に搭載されているマ
イコンにより制御されており、その動作は図５のフロー
チャートで説明する。第一の熱電素子および第二の熱電
素子をスイッチング回路により並列に接続する（ステッ
プ５０１）。
【００１６】第二の熱電素子の電圧を検出する（ステッ
プ５０２）。第二の熱電素子の電圧が二次電池の蓄電可
能電圧以上であった場合、ステップ５０２の動作を行な
い、蓄電可能電圧未満であった場合、ステップ５０４の
動作を行なう（ステップ５０３）。
【００１７】第二の熱電素子の電圧が二次電池の蓄電可
能電圧未満であった場合、第一の熱電素子および第二の
熱電素子をスイッチング回路により直列に接続する（ス
テップ５０４）。第二の熱電素子の電圧を検出する（ス
テップ５０５）。
【００１８】第二の熱電素子の電圧が二次電池の蓄電可
能電圧以上であった場合、ステップ５０７の動作を行な
い、蓄電可能電圧未満であった場合、ステップ５０５の
動作を行なう（ステップ５０６）。第二の熱電素子の電
圧が二次電池の蓄電可能電圧以上であった場合、第一の
熱電素子および第二の熱電素子の直列電圧を検出する
（ステップ５０７）。
【００１９】第一の熱電素子および第二の熱電素子の直
列電圧が二次電池の蓄電可能電圧以上であった場合、ス
テップ５０１の動作を行ない、蓄電可能電圧未満であっ
た場合、ステップ５０９の動作を行なう（ステップ５０
８）。第一の熱電素子および第二の熱電素子の直列電圧
が二次電池の蓄電可能電圧未満であった場合、第一の熱
電素子が破壊されていると判断できるため、第一の熱電
素子および第二の熱電素子をスイッチング回路により並
列に接続する（ステップ５０９）。
【００２０】（３）第三実施例 図６は、本発明の熱電モジュールを搭載した電子時計を
示す断面図である。第一の熱電素子６０１および第二の
熱電素子６０２を裏蓋６０３に配置することにより、使
用者が腕に装着したとき、裏蓋６０３は吸熱板代わりと
なり、温度差により発電することができる。また第一の
熱電素子６０１および第二の熱電素子６０２は時計体内
部に配置されているため、時計の外観を損なうことがな
く、デザイン的制約も少なくすることができる。図７
は、本発明の熱電モジュールを搭載した電子時計を示す
外観図である。
【００２１】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、複数の熱電素子を用い、温度差により発生した電圧
を電圧検出回路により検出させることで、複数の熱電素
子をスイッチング回路で直列接続または並列接続させる
ことにより常に蓄電回路に効率の良い蓄電ができるとい
う効果を有するようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱電モジュールの代表的構成の一例を
示す機能ブロック図である。
【図２】本発明の熱電モジュールの第一実施例を示す回
路図である。
【図３】本発明の熱電モジュールの第一実施例を示すフ
ローチャート図である。
【図４】本発明の熱電モジュールの第二実施例を示す回
路図である。
【図５】本発明の熱電モジュールの第二実施例を示すフ
ローチャート図である。
【図６】本発明の熱電モジュールを用いた電子時計の断
面図である。
【図７】本発明の熱電モジュールを用いた電子時計の外
観図である。
【図８】本発明に用いる熱発電素子の構成図である。
【図９】従来の熱発電電機の発電原理を示す図である。
【符号の説明】
１０１ 熱電素子 １０２ スイッチング回路 １０３ 熱電素子 １０４ 蓄電回路 １０５ 電圧検出回路 １０６ 発振回路 １０７ 分周回路 １０８ 時刻計数回路 １０９ 表示機構

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第一の熱電素子（１０１）と第二の熱電
    素子（１０３）とを有し、 第一の熱電素子（１０１）と第二の熱電素子（１０３）
    を直列接続または並列接続に切り換えるスイッチング回
    路（１０２）と、 第二の熱電素子（１０３）の電圧を検出し、スイッチン
    グ回路（１０２）を制御する電圧検出回路（１０５）
    と、 スイッチング回路（１０２）により接続された第一の熱
    電素子（１０１）と第二の熱電素子（１０３）から発生
    する電圧により蓄電する蓄電回路（１０４）を有するこ
    とを特徴とする熱電モジュール（１１０）。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の熱電モジュール（１１
    ０）を有し、 蓄電回路（１０４）に蓄えられた電気エネルギーにより
    発振する発振回路（１０６）と、 発振回路（１０６）からの信号を分周する分周回路（１
    ０７）と、 分周回路（１０７）により分周された信号から時刻を計
    数する時刻計数回路（１０８）と、 時刻計数回路（１０８）により計数された時刻に関する
    情報を表示する表示機構（１０９）とを有することを特
    徴とする電子時計。
  3. 【請求項３】 複数の熱電素子（１０１、１０３）と、 複数の熱電素子（１０１、１０３）の中の所定の熱電素
    子の電圧を検出する電圧検出回路（１０５）と、 電圧検出回路（１０５）の出力する出力信号に基づいて
    複数の熱電素子（１０１、１０３）の接続の状態を切り
    換えるスイッチング回路（１０２）と、 スイッチング回路（１０２）の動作により複数の熱電素
    子（１０１、１０３）の出力する出力電圧を蓄える蓄電
    回路（１０４）とを有することを特徴とする熱電モジュ
    ール。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載の熱電モジュール（１１
    ０）を有し、 熱電モジュール（１１０）の保有する電気エネルギーに
    より動作する出力手段（１０９）を有することを特徴と
    する電子機器。
  5. 【請求項５】 第一の熱電素子と第二の熱電素子を並列
    に接続するステップ（３０１）と、 第二の熱電素子の電圧を検出するステップ（３０２）
    と、 第二の熱電素子の電圧が蓄電手段の蓄電可能電圧以上で
    あった場合は、第二の熱電素子の電圧を検出し、第二の
    熱電素子の電圧が蓄電手段の蓄電可能電圧未満であった
    場合は、第一の熱電素子と第二の熱電素子を直列に接続
    するステップ（３０４）とを有することを特徴とする熱
    電素子の動作制御方法。
  6. 【請求項６】 第一の熱電素子と第二の熱電素子を並列
    に接続するステップ（５０１）と、 第二の熱電素子の電圧を検出するステップ（５０２）
    と、 第二の熱電素子の電圧が蓄電手段の蓄電可能電圧以上で
    あった場合は、第二の熱電素子の電圧を検出し、第二の
    熱電素子の電圧が蓄電手段の蓄電可能電圧未満であった
    場合は、第一の熱電素子及び第二の熱電素子を直列に接
    続するステップ（５０４）と、 第二の熱電素子の電圧を検出するステップ（５０５）
    と、 第二の熱電素子の電圧が蓄電手段の蓄電可能電圧未満で
    あった場合は、第二の熱電素子の電圧を検出し、第二の
    熱電素子の電圧が蓄電手段の蓄電可能電圧以上であった
    場合は、第一の熱電素子及び第二の熱電素子の直列電圧
    を検出するステップ（５０７）と、 第一の熱電素子及び第二の熱電素子の直列電圧が蓄電手
    段の蓄電可能電圧以上であった場合、第一の熱電素子及
    び第二の熱電素子を並列に接続し、第一の熱電素子及び
    第二の熱電素子の直列電圧が蓄電手段の蓄電可能電圧未
    満であった場合、第一の熱電素子と第二の熱電素子を並
    列に接続して、その後は電圧の検出を行わないステップ
    （５０９）とを有することを特徴とする熱電素子の動作
    制御方法。
JP6169730A 1994-07-21 1994-07-21 熱電モジュール Pending JPH0837322A (ja)

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