專利名稱：發(fā)電裝置、電源裝置以及成像裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)電裝置、電源裝置以及成像裝置。
背景技術：
目前，對激光打印機以及多功能打印機之類的辦公室設備不但要求其能夠在運行期間節(jié)能，而且要求能夠在待機狀態(tài)下進一步減少耗電，其中，對于后這的要求尤為迫切。針對這樣的要求，現(xiàn)有技術中采取了一些技術方案，如停止向處于被稱之為睡眠模態(tài)之類的待機狀態(tài)下不使用的功能提供電源或降低這些功能始終頻率。 另一方面，近年來，用自我發(fā)電的電源進行自我供電的能源生產技術(以下稱為創(chuàng)能技術)受到廣泛矚目。關于利用創(chuàng)能技術的發(fā)電方法，例如有利用太陽能電池或燃料電池的方法、或者利用電力轉換或熱電轉換等各種方法。目前已有利用創(chuàng)電技術向待機狀態(tài)下的裝置提供電源，使得在待機狀態(tài)下商用電力的實質消費接近O。例如目前有一種將利用熱電轉換元件的創(chuàng)能技術應用到辦公室設備中的技術方案，其中的熱電轉換元件能夠利用裝置排出的熱量來生產電力，為此，作為能源再生設備，該技術方案備受關注。專利文獻I公開了一種圍繞復印機中的定影裝置設置的結構，該結構內部設置熱電轉換元件用以收集定影裝置排出的熱量，該收集的熱量被轉換成電能，用于形成低溫部，這樣便不再需要使用其他能量來維持低溫部。但是，利用熱電轉換元件生產電力的現(xiàn)有技術能量轉換效率較低，如果僅用現(xiàn)有的熱電轉換元件，則難以向待機狀態(tài)下的激光打印機或多功能打印機等辦公室設備提供電力。而上述專利文獻I雖然可用于收集定影裝置排出的熱量，并將該熱量轉換成電能以形成低溫部，但是，該技術方案無法在待機狀態(tài)下提供電力。

發(fā)明內容
鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種利用熱電轉換元件高效生產電力的發(fā)電裝置。為了解決上述問題，本發(fā)明的發(fā)電裝置構成為具備熱電轉換元件，該熱電轉換元件將構成其正反面的第一面和第二面之間的溫度差轉換為電壓；第一加熱單元，利用太陽光加熱第一面；冷卻單元，該冷卻單元緊貼第二面，并利用熱電材料上具有溫度差的兩點之間通電發(fā)生吸熱或放熱的湯姆生效應來吸熱，冷卻第二面。本發(fā)明的效果在于能夠利用熱電轉換元件高效生產電力。


圖I是一例涉及本發(fā)明實施方式的復合機結構示意圖。圖2是一例熱電轉換單元結構示意圖。
圖3是一例發(fā)電部結構模塊圖。圖4是一例涉及本發(fā)明實施方式的發(fā)電部的詳細結構示意圖。圖5是一例涉及本發(fā)明實施方式的發(fā)電部變形例的詳細結構示意圖。標記說明I復合機，10第二電源部，11發(fā)電部，12充放電控制部，13蓄電池，20第一電源部，21電源轉換部，30圖像處理部，31控制部，32打印部，33掃描部，34操作部，100熱電轉換單元，101加熱部，102冷卻部，200、201透鏡，210吸熱材，211電流源，212光學系統(tǒng)，220太陽光。
具體實施方式
以下參考附圖詳細說明本發(fā)明涉及的發(fā)電裝置以及電源裝置的實施方式。圖I是本實施方式涉及的一例復合機I結構示意圖。該復合機I兼?zhèn)鋸陀?、掃描以及打印功能。圖I所示的復合機I包含第一電源部20、電源轉換部21、第二電源部10以及圖像處理部30。第一電源部20利用商用電源產生該復合機I內部使用的電源，并將該電源輸出到電源轉換部21。電源轉換部21受控制部31控制，選擇第一電源部20或第二電源部30提供電源，并將該兩者之一提供的電源供往圖像處理部30。復合機I的圖像處理部30實行圖像處理，其包含控制部31、打印部32、掃描部33以及操作部34?？刂撇?1例如可以包括中央運算裝置(CPU)和只讀存儲器(R0M)，并按照該ROM中保存的程序將RAM作為工作存儲器動作，控制該復合機I的動作。該控制部31還控制圖像處理部30中的圖像處理。掃描部33讀取原稿并輸出原稿圖像的圖像數(shù)據(jù)。打印部32根據(jù)掃描部33讀取的圖像數(shù)據(jù)或主計算機等從外部提供的圖像數(shù)據(jù)，在記錄紙等上實行打印動作。例如，掃描部33輸出的圖像數(shù)據(jù)被送往控制部31施加規(guī)定的圖像處理。同樣，來自外部的圖像數(shù)據(jù)也被送往控制部31施加規(guī)定的圖像處理。打印部32根據(jù)經過控制部31圖像處理后的圖像數(shù)據(jù)在記錄紙上形成圖像，進行打印處理。操作部34設有供用戶操作的操作鍵以及顯示部等，并向控制部31輸出隨著用戶操作而發(fā)生的控制信號。用戶通過操作部操作來指示該復合機I的動作。第二電源部10包含發(fā)電部11、充放電控制部12以及蓄電池13。發(fā)電部11利用熱電轉換元件發(fā)電。蓄電池13在充電以及放電。充放電控制部12控制蓄電池13的充放電。充放電控制部12控制發(fā)電部11的輸出路徑以及蓄電池13的輸入路徑。關于充放電控制部12的控制，首先可以例舉將充放電控制部12與發(fā)電部11和電源轉換部21相連接，將發(fā)電部11的發(fā)電輸出到電源轉換部21。此外還可以例舉將充放電控制部12與蓄電池13和電源轉換部21相連接，把蓄電池13的放電輸出提供到電源轉換部21。進而還可以例舉將充放電控制部12與發(fā)電部11和蓄電池13相連接，控制用發(fā)電部11的發(fā)電來對蓄電池13充電。再者可以例舉將充放電控制部12與蓄電池13和電源轉換部21相連接，控制用第一電源部20為電源對蓄電池13進行充電。進而，充放電控制部12還控制蓄電池13的放電輸出或發(fā)電部11的發(fā)電輸出，控制達到規(guī)定電壓，并提供到例如電源轉換部21。此外，電源轉換部21可以進行以下控制，例如當復合機I的模態(tài)為待機模態(tài)，而該待機模態(tài)的電力消費低于常用的動作模態(tài)的電力消費，此時，僅對圖像處理部30的中需要在待機模態(tài)保持時動作的部分提供電源，而停止向不需要動作的部分供電。進而將供電源從第一電源20轉換到第二電源10，進一步減少消費商用電源。另外，對于充放電控制部12控制這些路徑的轉換，可以考慮根據(jù)復合機I的模態(tài)是否為待機模態(tài)，或者蓄電池13的放電輸出的大小，或者發(fā)電部11的發(fā)電輸出的大小等來進行控制。在以上的敘述中第二電源部10被設 置在復合機I的內部，但是本發(fā)明不受此限制，除此之外，本發(fā)明還可以將第二電源部20構成為可在復合機I上裝卸的結構，或者用電線連接第二電源部20和電源轉換部21，并將第二電源部10與復合機I分開設置。這樣方便了在第二電源部10內部的發(fā)電部11、充放電控制部12以及蓄電池13發(fā)生故障時的維修，減少復合機I保養(yǎng)費用?！磳嵤┓绞街械陌l(fā)電方式〉其次說明本實施方式中發(fā)電部11的發(fā)電方式。發(fā)電部11利用熱電轉換技術來產生電壓。熱電元換技術是利用賽北克效應(Seebeck Effect)即利用物體的溫度差直接轉換成電壓的現(xiàn)象，將兩種不同的金屬或半導體結合，使其兩端發(fā)生溫度差而產生起電力。將兩種不同的金屬或半導體結合構成熱電轉換元件，加熱該熱電轉換元件的一端，兩端之間便會發(fā)生溫度差，電子向低溫端移動?；谠摤F(xiàn)象，電子密度失去平衡而產生電位差V，為此發(fā)生電流用以補償該電位差。在以下式⑴中該電位差V以溫度差AT表示。式(I)中的系數(shù)α為賽北克系數(shù)，α大小取決于熱點轉換元件的絕對溫度、材料以及分子結構。V= α X ΔΤ (I)從式⑴可知，熱電轉換元件兩端的溫度差AT越大，電位差V就越大，可獲得高電壓。設置多個這樣的熱電轉換元件便能夠構成熱電轉換單元。加熱該熱電轉換單元一端，并冷卻另一端，便會產生溫度差Λ Τ，發(fā)生電位差V，從而產生電力。圖2顯示熱電轉換單元100的一例結構。在圖2所示的例中，熱電轉換元件采用以P型半導體構成的P型熱電轉換材料以及以η型半導體構成的η型熱電轉換材料。熱電轉換單元100中P多個以型熱電轉換材料與η型熱電轉換材料串聯(lián)連接構成熱電轉換組，進而多個熱電轉換組串接，該串接方向平行于溫度差AT的產生方向。用陶瓷基板11 Ia和11 Ib來夾持按照上述形態(tài)排列的P型熱電轉換材料和η型熱電轉換材料組成的熱電轉換單元。例如，加熱陶瓷基板111a，使得P型熱電轉換材料以及η型熱電轉換材料各自的兩端產生溫度差。從輸出端IlOa和IlOb取出該溫度差AT引起的電位差V所產生的電力。在此，如果冷卻被施加熱能一側的背面即陶瓷基板111b，則能夠進一步增加溫度差Λ T，能夠獲得更多的電力。圖3顯示發(fā)電部11的一例結構。發(fā)電部11包括熱電轉換單元100、加熱部101以及冷卻部101。圖3中的箭頭表示熱能的傳輸方向。加熱部101對熱電轉換單元的一個端面施加熱能，冷卻部102用于冷卻熱電轉換單元100的另一端面。熱電轉換單元100的大小通常約為幾厘米到十幾厘米的方塊，本實施方式采用的熱電轉換單元100與此大小相當。另外，熱電轉換單元100不局限于一個單元，還可以將多個單元串聯(lián)或并聯(lián)連接起來使用。熱電轉換單元100的大小和數(shù)量取決于價格或所需要的發(fā)電量等。圖4詳細顯示本實施方式的發(fā)電部11構成。如上所述，為了使得熱電轉換單元100中發(fā)生電位差V并從輸出端IlOa和IlOb取出電力，需要熱電轉換單元100的兩端即圖2所示的陶瓷基板的Illa面(亦稱為第一面)和陶瓷基板Illb面(亦稱為第二面)之間發(fā)生溫度差AT。在本實施方式中，加熱部101用透鏡200來會聚太陽光220，照射熱電轉換單元100的第一面，對該第一面進行加熱，使該面成為溫度差AT的高溫面。此時，在加熱部101中設置能夠自動控制透鏡200朝向的驅動部，用于驅動透鏡200，優(yōu)選該驅動部構成為能夠使得透鏡200在白天追隨太陽的方向而改變其朝向。這樣便能夠進一步有效加熱熱電轉換單元100的第一面，提高熱電轉換單元100的轉換效率。此時，優(yōu)選在熱電轉換單元100的第一面上貼銅板等熱傳導率較大的材料以均勻加熱第一 面。例如考慮利用照相機等中使用的光量檢測傳感器，驅動透鏡200朝向光量為最大值的方向?？梢杂貌竭M電機作為驅動透鏡200的驅動部，在此可用商用電源來作為驅動電源，但本發(fā)明并不受此限制，還可以用電池來作為驅動部的驅動電源。以下說明冷卻部102的結構。冷卻部102用能夠產生湯姆生效應的熱電材料作為吸熱材料，吸取熱電轉換單元100的第二面的熱量，冷卻第二面，使該面成為溫度差AT的聞溫面。在此，簡單說明湯姆生效應的概念。湯姆生效應是指在一金屬材料上具有溫度差的兩點之間通電時會產生吸熱或放熱的效應，該效應是熱電效應之一。當具有溫度梯度的物質通電時所發(fā)生或吸收的熱量與通電電流量成比例。不同金屬中的湯姆生效應會產生以下不同的特征。金屬為鋅或銅時，電位較高的一端為熱端，電位較低的一端為冷端，當從熱端向冷端通電時，金屬釋放能量，為放熱，相反，當從冷端向熱端通電時，金屬吸收能量，為吸熱。而金屬為鈷、鐵或鎳時，電位較高的一端為冷端，較低的一端為熱端，當從冷端向熱端通電時，金屬釋放能量，為放熱。相反，當從熱端向冷端通電時，金屬吸收能量，為吸熱。參見圖4，冷卻部102包含吸熱材210、電流源211以及光學系統(tǒng)212。吸熱材210是具有湯姆生效應的金屬，在本實施例中使用高電位端為熱端且低電位端為冷端的如上述鋅或銅等金屬。該電流源211使得電流從吸熱材210的冷端流向熱端，獲得吸熱效果。具體來說，將吸熱材210的一端端面(亦稱之為第三面)緊貼熱電轉換單元100的第二面即陶瓷基板111b，同時加熱該吸熱材210的另一端面(亦稱之為第四面)。這樣，吸熱材210的第四面的溫度高于第三面的溫度，第四面為熱端，第三面為冷端，從而在第三面和第四面之間產生溫度梯度。而后，電流源211使得電流從吸熱材的第三面流向第四面。這樣吸熱材210中因湯姆生效應而產生吸熱，熱電轉換單元100的第二面一側被冷卻。還可以用電池作為電流源211。不僅如此，電流源211還可利用商用電源。本實施方式中用太陽光220對吸熱材210的第四面進行加熱。太陽光220通過光學系統(tǒng)212照射到吸熱材210的第四面，對第四面進行加熱。例如，在將發(fā)電部11設置為使得熱電轉換單元100的第一面朝向太陽方向的情況下，在光學系統(tǒng)212中設置反射鏡，用于反射太陽光220，使太陽光射向第四面。進而在光學系統(tǒng)212中設置透鏡，用來會聚經過鏡反射鏡反射后的太陽光220，使該會聚后太陽光220照射到第四面上，以提高加熱效率，增加吸熱材210中的溫度梯度。該光學系統(tǒng)212與上述加熱部101中的情況相同，設有可自動控制朝向的驅動部，并且優(yōu)選構成為能夠使得光學系統(tǒng)212在白天追隨太陽光220的方向而改變其朝向。這樣便能夠進一步有效加熱吸熱材210的第四面，提高吸熱材210的吸熱效果，更加有效地冷卻熱電轉換單元100的第二面，提高熱電轉換單元100的轉換效率。如上所述，本實施方式在利用熱電轉換單元100進行發(fā)電時，不但利用太陽光220加熱，而且利用能夠產生湯姆生效應的吸熱材210冷卻。為此，提高了熱電轉換單元100的轉換效率，增加了發(fā)電量。
而且，本實施方式利用太陽光220來使得具有湯姆生效應的吸熱材210產生溫度梯度，減少了電力消費。<實施形態(tài)的變形例>以下說明本實施方式的變形例。圖5顯示本變形例的發(fā)電部11’的一例構成。在圖5中與上述圖4中相同的部分采用相同的標記并省略說明。上述實施方式中，加熱部101中利用一片透鏡200來加熱熱電轉換單元100的第一面。而在本變形例中如圖5所示，加熱部101’中設有多片透鏡201、201 · · ，該多片透鏡201、201 · · ·分別會聚太陽光220，加熱熱電轉換單元100的第一面。用多片透鏡201、201 · · 分別會聚太陽光220，提高了光的會聚效果，能夠更加有效加熱熱電轉換單元100的第一面。而且，透鏡201、201 · · 的數(shù)量越多，高溫保持效果越大，其結果為有利于熱電轉換單元100轉換效率的提高。與上述實施方式相同，本變形例也可構成為使得透鏡201、201能夠追隨太陽的方向而改變其朝向。此時，可設置對應各片透鏡201、201 · · 設置光量檢測傳感器以及驅動部。但本發(fā)明不受此限制，既可設置一臺光量檢測傳感器和驅動部來總體對應多片透鏡201,201 · · ，也可將多片透鏡201、201 · · 分成多個透鏡組，設置對應各透鏡組的光量檢測傳感器和驅動部。如上所述，本實施方式的變形例中，用于加熱熱電轉換單元100的加熱部101’設有多個透鏡201、201 · · ，該多個透鏡20t、201 · · 分別會聚太陽光220進行加熱。為此能夠進一步有效加熱熱電轉換單元100，提高熱電轉換單元100的轉換效率。最后，在上述實施方式和變形例均的說明中均采用復合機I來進行說明，但本發(fā)明并不受此限定。換言之，本發(fā)明的實施方式和實施方式的變形例還適用于激光打印機之類的打印裝置等，而且適用于具有常時模態(tài)和待機模態(tài)的其他設備，其中，該常時模態(tài)為動作模態(tài)，該待機模態(tài)的電力消費比常時模態(tài)的電力消費節(jié)約。
權利要求
1.一種發(fā)電裝置，其特征在于，構成為包含 熱電轉換元件，該熱電轉換單元能夠將構成其正反面的第一面和第二面之間的溫度差轉換為電壓； 第一加熱單元，利用太陽光加熱所述第一面；以及， 冷卻單元，緊貼所述第二面，可利用熱電材料上具有溫度差的兩點之間通電發(fā)生吸熱或放熱的湯姆生效應來吸熱，冷卻該第二面。
2.根據(jù)權利要求I所述的發(fā)電裝置，其特征在于，所述冷卻單元具備 熱電材料，可發(fā)生湯姆生效應； 第二加熱單元，利用太陽光加熱所述熱電材料中的第四面，該第四面位于所述第三面 的反面，該第三面緊貼熱電轉換元件中的所述第二面；以及， 電流供給單元，用于使得電流在所述第三面和所述第四面之間沿著所述熱電材料的吸熱方向流動。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的發(fā)電裝置，其特征在于，所述第一加熱單元用透鏡會聚太陽光，照射所述熱電轉換元件的所述第一面。
4.根據(jù)權利要求3所述的發(fā)電裝置，其特征在于，所述第一加熱單元中設有透鏡驅動單元，用于驅動該透鏡，使得該透鏡的朝向能夠追隨太陽的方向。
5.根據(jù)權利要求2所述的發(fā)電裝置，其特征在于，所述第二加熱單元用反射鏡反射太陽光并照射到所述熱電材料的所述第四面上。
6.根據(jù)權利要求5所述的發(fā)電裝置，其特征在于，所述第二加熱單元中設有反射鏡驅動單元，該反射鏡驅動單元驅動該反射鏡，使得該反射鏡的朝向能夠追隨太陽的方向。
7.一種電源裝置，其特征在于，構成為包含 權利要求I 6中任意一項所述的發(fā)電裝置； 蓄電單元，用于使蓄電池進行充電和放電； 路經轉換單元，包含向外部提供所述發(fā)電裝置的發(fā)電輸出的第一路徑、向外部提供所述蓄電單元的放電輸出的第二路徑、以及向蓄電單元提供所述發(fā)電裝置的發(fā)電輸出的第三路徑， 所述蓄電單元在所述路徑轉換單元將路徑轉換到第三路徑的情況下，將所述發(fā)電裝置的發(fā)電輸出用于所述蓄電池的充電。
8.一種成像裝置，其特征在于，構成為包含 成像單元，基于圖像數(shù)據(jù)成像； 權利要求7所述的電源裝置；以及， 電源轉換單元，在所述電源裝置和商用電源之間進行轉換，用以使得該電源裝置和商用電源的其中之一向所述成像單元提供電源。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供利用熱電轉換元件高效生產電力的發(fā)電裝置、電源裝置以及成像裝置。本發(fā)明的發(fā)電裝置利用透鏡會聚太陽光，照射并加熱能夠利用塞北克效應基于溫度差發(fā)電的熱電轉換單元的一端端面，使該端面成為高溫面。同時將能夠利用湯姆生效應進行吸熱的吸熱材緊貼在熱電轉換單元的另一端面上，冷卻該端面。進而用反射鏡等反射太陽光，使太陽光照射并加熱該吸熱材中緊貼熱電轉換單元的面的反面，用以使得吸熱材的正反兩面之間發(fā)生溫度梯度。
文檔編號H02N2/18GK102832845SQ201210186440
公開日2012年12月19日 申請日期2012年6月7日 優(yōu)先權日2011年6月16日
發(fā)明者上田茂夫 申請人:株式會社理光