特許 6228283 熱電変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6228283

(24)【登録日】2017年10月20日

(45)【発行日】2017年11月8日

(54)【発明の名称】熱電変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02N 11/00 20060101AFI20171030BHJP

   H01L 35/32 20060101ALI20171030BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20171030BHJP

   H01M 10/6563 20140101ALI20171030BHJP

   H01M 10/615 20140101ALI20171030BHJP

   H01M 10/658 20140101ALI20171030BHJP

   H01M 10/623 20140101ALI20171030BHJP

   H01M 10/6551 20140101ALI20171030BHJP

   H01M 10/6572 20140101ALI20171030BHJP

【ＦＩ】

   H02N11/00 A

   H01L35/32 Z

   H01M10/613

   H01M10/6563

   H01M10/615

   H01M10/658

   H01M10/623

   H01M10/6551

   H01M10/6572

【請求項の数】17

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2016-213177(P2016-213177)

(22)【出願日】2016年10月31日

【審査請求日】2016年10月31日

(31)【優先権主張番号】105125590

(32)【優先日】2016年8月11日

(33)【優先権主張国】TW

(31)【優先権主張番号】15/269,670

(32)【優先日】2016年9月19日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390023582

【氏名又は名称】財團法人工業技術研究院

【氏名又は名称原語表記】ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100088694

【弁理士】

【氏名又は名称】弟子丸 健

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100095898

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 満

(74)【代理人】

【識別番号】100098475

【弁理士】

【氏名又は名称】倉澤 伊知郎

(72)【発明者】

【氏名】黄 昭仁

(72)【発明者】

【氏名】朱 元華

(72)【発明者】

【氏名】朱 宏章

(72)【発明者】

【氏名】王 品宸

(72)【発明者】

【氏名】朱 芳志

【審査官】 津久井 道夫

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１７１３０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／０６３８０５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−３２７５２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５０６２４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 登録実用新案第３１９６０６９（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｎ１１／００

Ｈ０１Ｌ３５／３２

Ｆ２１Ｌ ４／００−４／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱電変換装置であって、
電池ボックスと、
外ボックスと、
少なくとも一つの接続リングと、を有し、
前記電池ボックスは、ボトムケースと、このボトムケースに配置された電池と、前記ボトムケースを覆い且つ前記電池と電気的に接続された電池回路板と、前記ボトムケースの一方の端部に配置された、少なくとも一つの応用回路板と、を備え、
前記外ボックスは、前記電池ボックスを包囲して被覆するヒートシンクと、前記電池回路板と電気的に接続されることにより、前記電池回路板を介して前記電池と電気的に接続された熱電モジュールと、前記熱電モジュールが熱エネルギーを吸収して電気に変換するように、前記熱電モジュールを覆い且つ熱エネルギーを周囲環境から前記熱電モジュールに伝導する導熱板と、前記熱電モジュールを包囲して周囲環境への熱エネルギーの消散を防止する非金属断熱枠と、を備え、
前記少なくとも一つの接続リングは、金属外部分と、この金属外部分の内縁に沿って配置された弾性非金属内部分と、を備え、前記外ボックスの一方の端部に配置されたことを特徴とする熱電変換装置。

【請求項2】

前記金属外部分は、前記外ボックスと磁気的に結合するように構成される複数の磁石が埋め込まれる複数の溝を備えている、請求項１記載の熱電変換装置。

【請求項3】

前記導熱板は、金属材料から熱を吸収するように構成される磁気導熱板である、請求項１の熱電変換装置。

【請求項4】

前記熱電モジュールは、前記導熱板と前記ヒートシンクの少なくとも一つと直接的に接触するものである、請求項１記載の熱電変換装置。

【請求項5】

前記熱電モジュールと前記導熱板の間、又は、前記熱電モジュールと前記ヒートシンクとの間に形成された、熱グリース、グラファイト材料、高熱伝導性ケイ素、及び、非ケイ素複合材の少なくとも一つをさらに有する、請求項１記載の熱電変換装置。

【請求項6】

前記熱電モジュールと前記導熱板の間、及び、前記熱電モジュールと前記ヒートシンクとの間に形成された、熱グリース、グラファイト材料、高熱伝導性ケイ素、及び、非ケイ素複合材の少なくとも一つをさらに有する、請求項１の熱電変換装置。

【請求項7】

前記ヒートシンクは、前記熱電モジュールに吸収されていない熱エネルギーを消散するように構成される冷却フィンである、請求項１記載の熱電変換装置。

【請求項8】

前記導熱板と前記ヒートシンクの少なくとも一つは、アルミニウム、銅、銀、及び金からなる群から選択される材料からなる、請求項１記載の熱電変換装置。

【請求項9】

前記導熱板と前記ヒートシンクの少なくとも一つは、硬度を向上させるための陽極処理又は表面処理が施されたものである、請求項１記載の熱電変換装置。

【請求項10】

前記電池回路板は、
ローディングエフェクトがなく安定な出力電圧を提供する電力管理チップと、
熱電エネルギーを制御及び変換し、最高電力点を追跡するように構成されるエネルギーハーベスティングチップと、
前記熱電変換装置が短絡であるか否か、又は、前記熱電変換装置の温度に応じて、前記電池回路板をオン又はオフに制御するように構成される制御チップと、
を備えている、請求項１記載の熱電変換装置。

【請求項11】

前記電池回路板は、
最高電力点を追跡し、熱電エネルギーを制御及び変換し、前記電池の充放電工程を管理し、ローディングエフェクトがなく安定な出力電圧を提供するように構成される複合機能エネルギー管理チップと、
前記熱電変換装置が短絡であるか否か、又は、前記熱電変換装置の温度に応じて、前記電池回路板をオン又はオフに制御するように構成される制御チップと、
を備えている、請求項１記載の熱電変換装置。

【請求項12】

前記外ボックスは、前記電池回路板と電気的に接続された複数のライトパイプを備え、 前記電池回路板は、前記電池の残留電力に応じて、前記複数のライトパイプの表示数字を制御するように構成される、請求項１記載の熱電変換装置。

【請求項13】

前記外ボックスは、前記外ボックスの底部に配置された断熱層を含む、請求項１記載の熱電変換装置。

【請求項14】

前記断熱層は、ケイ素、ゴム又はプラスチック材料からなる、請求項１３記載の熱電変換装置。

【請求項15】

さらに、少なくとも一つの応用素子を有し、この少なくとも一つの応用素子は、少なくとも一つの応用回路板を備え、前記少なくとも一つの接続リングを通して前記外ボックスの一方の端部と結合するものである、請求項１記載の熱電変換装置。

【請求項16】

前記少なくとも一つの応用素子は、前記電池又は前記電池回路板が電力を提供するために、前記少なくとも一つの応用回路板により前記電池又は前記電池回路板と電気的に接続されたものである、請求項１５記載の熱電変換装置。

【請求項17】

前記少なくとも一つの応用素子は、照明装置、レーザポインタ、パワーバンク、又は、位置決め装置である、請求項１５記載の熱電変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱電変換装置に関する。

【0002】

また、本願は、２０１６年８月１１日に台湾に出願された第１０５１２５５９０号台湾特許出願及び２０１６年９月１９日に米国に出願された第１５／２６９６７０号米国特許出願を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記台湾と米国出願の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、及び図面に引用される。

【背景技術】

【0003】

熱電変換技術は、熱エネルギーを電気に変換するものである。温度差が多いほど、発生する電力が多い。しかし、熱電変換装置は、熱電変換より生じる電気を保存することができず、応用素子（application element）に電気を提供することもできない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、熱電変換装置は、熱電変換より生じる電気を保存することができ、応用素子に電気を提供することもできるものを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一実施形態において、電池ボックス、外ボックス、少なくとも一つの接続リング、及び少なくとも一つの応用素子を有する熱電変換装置を提供する。前記電池ボックスは、電池、ボトムケース、電池回路板、及び少なくとも一つの応用回路板を含む。前記電池は前記ボトムケースに配置する。前記電池回路板は前記ボトムケースを覆い、前記電池と電気的に接続する。前記少なくとも一つの応用回路板は、前記電池ボックスの一方の端部に配置される。前記外ボックスはヒートシンク、熱電モジュール、導熱板、及び非金属断熱枠を含む。前記ヒートシンクは前記電池ボックスを包囲する。前記熱電モジュールは熱電を吸収及び変換し、前記電池回路板を通して前記電池と電気的に接続する。前記導熱板は前記熱電モジュールを覆い、周囲環境から熱エネルギーを前記熱電モジュールに伝導する。前記導熱板は前記非金属断熱枠に配置される前記熱電モジュールを覆う。前記非金属断熱枠は前記熱電モジュールを包囲し、前記周囲環境への熱エネルギーの消散を防止する。前記少なくとも一つの接続リングは前記熱電変換装置の一方の端部に配置される。前記少なくとも一つの接続リングは、金属外リングと前記金属外リングの内縁に沿って配置される弾性非金属内リングを含む。前記少なくとも一つの応用素子は、前記少なくとも一つの接続リングにより、前記外ボックスの一方の端部と結合し、前記少なくとも一つの応用回路板により、前記電池又は前記電池回路板と電気的に接続し、前記電池又は前記電池回路板から電力を提供する。

【0006】

本発明の他の実施形態において、電池ボックスと、外ボックスと、少なくとも一つの接続リングと、を有し、前記電池ボックスは、ボトムケースと、前記ボトムケースに配置された電池と、前記ボトムケースを覆い、前記電池と電気的に接続された電池回路板と、前記ボトムケースの一方の端部に配置された、少なくとも一つの応用回路板と、
を備え、前記外ボックスは、前記電池ボックスを包囲し被覆するヒートシンクと、前記電池回路板と電気的に接続されることにより、前記電池回路板を通して前記電池と電気的に接続された熱電モジュールと、前記熱電モジュールが熱エネルギーを吸収して電気に変換するように、前記熱電モジュールを覆い、熱エネルギーを周囲環境から前記熱電モジュールに伝導する導熱板と、前記熱電モジュールを包囲し、周囲環境への熱エネルギーの消散を防止する非金属断熱枠と、を備え、前記少なくとも一つの接続リングは、金属外部分と、前記金属外部分の内縁に沿って配置された弾性非金属内部分とを備え、前記外ボックスの一方の端部に配置されたことを特徴とする熱電変換装置を提供する。

【発明の効果】

【0007】

本発明の熱電変換装置によれば、熱電変換より生じる電気を保存することができ、応用素子に電気を提供することもできる装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1a】本発明の一実施形態による熱電変換装置の概略図である。

【図1b】本発明の一実施形態による別の角度から見た熱電変換装置の概略図である。

【図2】本発明の一実施形態による電池ボックスを示す概略図である。

【図3】本発明の一実施形態による外ボックスを示す概略図である。

【図4a】本発明の一実施形態による接続リングを示す概略図である。

【図4b】本発明の一実施形態による接続リングを示す概略図である。

【図5a】本発明の一実施形態による応用素子を示す概略図である。

【図5b】本発明の一実施形態による応用素子を示す概略図である。

【図6】本発明の一実施形態による熱電変換装置を示す組立図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、この技術分野における通常の知識を有する者が容易に理解できるようにするために、添付図面を参照しながら実施形態を詳細に説明する。本発明の内容は、数多くの形態で実施することができ、本明細書で説明した実施形態に限られない。簡潔に説明するために、周知部分は省略する。また、本明細書において、同一の符号は同一の要素を意味する。

【0010】

図１ａは、本発明の一実施形態による熱電変換装置の概略図である。熱電変換装置１００は、電池ボックス１１０（図示せず）、外ボックス１２０、少なくとも一つの接続リング１３０（図示せず）、及び少なくとも一つの応用素子１４０を含む。図１ｂは、本実施形態を別の角度から見た熱電変換装置１００の概略図である。

【0011】

図２は、本実施形態による電池ボックス１１０の概略図である。電池ボックス１１０は、電池１１０ａ、ボトムケース１１０ｂ、トップカバー１１０ｃ、電池回路板１１０ｄ、及び少なくとも一つの応用回路板１１０ｅを含む。電池１１０ａは、ボトムケース１１０ｂに配置される。トップカバー１１０ｃは、ボトムケース１１０ｂを覆う。電池回路板１１０ｄは、トップカバー１１０ｃを覆い、電池１１０ａと電気的に接続する。応用回路板１１０ｅは、電池ボックス１１０の一方の端部に配置される。他の実施形態において、電池ボックス１１０は、電池ボックス１１０の他方の端部に配置される、他の応用回路板１１０ｅを有する。

【0012】

この実施形態において、電池回路板１１０ｄは、電力管理チップ、エネルギーハーベスティング（energy harvesting）チップ、及び制御チップをさらに含む。電力管理チップは、ローディングエフェクトがなく安定な出力電圧を提供する。エネルギーハーベスティングチップは、熱電エネルギーの変換を制御し、最高電力点を追跡する特徴を有する。制御チップは、熱電変換装置が短絡であるか否か、又は熱電変換装置の温度に応じ、電池回路板をオン又はオフにするように制御する。

【0013】

他の実施形態において、電池回路板１１０ｄは、複合機能エネルギー管理チップと制御チップをさらに有する。複合機能エネルギー管理チップは、電気への熱電エネルギーの変換を管理し、最高電力点を追跡する特徴を有し、電池の充放電工程を管理し、ローディングエフェクトがなく安定な出力電圧を提供する。制御チップは、熱電変換装置が短絡であるか否か、又は熱電変換装置１００の温度に応じて、電池回路板１１０ｄをオン又はオフに制御するように構成される。

【0014】

図３は、本実施形態による外ボックス１２０を示す概略図である。外ボックス１２０は、ヒートシンク１２０ａ、熱電モジュール１２０ｂ、導熱板１２０ｃ、及び非金属断熱枠１２０ｄを有する。ヒートシンク１２０ａは、電池ボックス１１０を包囲する。熱電モジュール１２０ｂは、熱エネルギーを吸収して電気に変換し、電池回路板１１０ｄを通して電池１１０ａと電気的に接続する。導熱板１２０ｃは、熱電モジュール１２０ｂを覆い、周囲環境から熱エネルギーを前記熱電モジュール１２０ｂに伝導する。導熱板１２０ｃに覆われた熱電モジュール１２０ｂは、非金属断熱枠１２０ｄに配置され、また、非金属断熱枠１２０ｄはヒートシンク１２０ａに配置される。非金属断熱枠１２０ｄは、熱電モジュール１２０ｂを包囲するように配置され、周囲環境への熱エネルギーの消散を防止する。

【0015】

本実施形態において、熱電モジュール１２０ｂは、導熱板１２０ｃとヒートシンク１２０ａと直接的に接触する。他の実施形態において、熱グリースは、熱電モジュール１２０ｂと導熱板１２０ｃとの間に、及び、熱電モジュール１２０ｂとヒートシンク１２０ａとの間に塗りつけられる。または、グラファイト材料、高熱伝導性ケイ素又は非ケイ素複合材が熱電モジュール１２０ｂと導熱板１２０ｃとの間に、及び、熱電モジュール１２０ｂとヒートシンク１２０ａとの間に覆われる。

【0016】

本実施形態において、ヒートシンク１２０ａは冷却フィンである。空気との接触面積を増加させることにより、熱電モジュールに吸収されていない熱エネルギーを冷却フィンで消散する。

【0017】

本実施形態において、導熱板１２０ｃはアルミニウム、銅、銀、及び金からなる群から選択される材料で製造される。

【0018】

本実施形態において、ヒートシンク１２０ａはアルミニウム、銅、銀、及び金からなる群から選択される材料で製造される。

【0019】

本実施形態において、導熱板１２０ｃとヒートシンク１２０ａは硬度を向上させるための陽極処理又は表面処理が施される。

【0020】

本実施形態において、外ボックス１２０は、電池回路板と電気的に接続される複数のライトパイプ１２０ｅをさらに有し、電池回路板１１０ｄは、電池１１０ａの残留電力に応じて複数のライトパイプ１２０ｅの数字の表示を制御する。

【0021】

本実施形態において、外ボックス１２０は、外ボックス１２０の底部に配置される断熱層１２０ｆをさらに有する。断熱層１２０ｆは、ケイ素、ゴム又はプラスチックで製造される。

【0022】

図４ａ及び図４ｂは、本実施形態による接続リングを示す概略図である。接続リング１３０は、熱電変換装置１００の一方の端部に配置される。接続リング１３０は、金属外リング１３０ａと金属外リングの内縁に沿って配置される弾性非金属内リング１３０ｂとを有する。他の実施形態において、熱電変換装置１００は、熱電変換装置１００の他の端部に配置される他の接続リング１３０を有する。

【0023】

本実施形態において、金属外リング１３０ａは、複数の溝と複数の溝に埋め込まれている複数の磁石ＭＡＧを有し、また、少なくとも一つの接続リング１３０は、磁石により外ボックス１２０を吸引する。他の実施形態において、導熱板１２０ｃは、金属熱エネルギー源を吸引する磁気導熱板である。

【0024】

図５ａ及び図５ｂは、本実施形態による応用素子を示す概略図である。図５ａを参照し、応用素子１４０は、接続リング１３０により外ボックス１２０の一方の端部と結合し、応用回路板１１０ｅにより電池１１０ａ又は電池回路板１１０ｄと電気的に接続し、電池１１０ａ又は電池回路板１１０ｄから電力が提供される。図５ｂを参照し、他の実施形態において、熱電変換装置１００は、接続リング１３０により外ボックス１２０の他方の端部と結合し、応用回路板１１０ｅにより電池１１０ａと電気的に接続し、電池１１０ａから電力が提供される他の応用素子１４０を有する。

【0025】

本実施形態において、応用素子１４０は、照明装置、レーザポインタ、パワーバンク、又は位置決め装置である。

【0026】

図６は、本実施形態による熱電変換装置の組立図である。点線は、アセンブリーの複数構成要素の相対関係を指し示す。

【0027】

本実施形態によれば、熱電変換デバイス、エネルギーストレージ部品、及び応用素子は熱電変換装置に組み立てられ、また、熱電変換デバイスから発生したエネルギーは電池に貯蔵され、熱電変換装置の応用素子に提供する。

【0028】

本明細書及び実施例は、いくつかの実施形態に過ぎず、本発明の実質的な範囲は、特許請求の範囲及びその均等な範囲の通りである。

【符号の説明】

【0029】

１００ 熱電変換装置
１１０ 電池ボックス
１１０ａ 電池
１１０ｂ ボトムケース
１１０ｃ トップカバー
１１０ｄ 電池回路板
１１０ｅ 応用回路板
１２０ 外ボックス
１３０ 接続リング
１３０ａ 金属外リング
１３０ｂ 弾性非金属内リング
１２０ 外ボックス
１２０ａ ヒートシンク
１２０ｂ 熱電モジュール
１２０ｃ 導熱板
１２０ｄ 非金属断熱枠
１２０ｅ ライトパイプ
１２０ｆ 断熱層
１４０ 応用素子
ＭＡＧ 磁石

【要約】

【課題】熱電変換より生じる電気を保存することができ、適用装置に電気を提供することもできる熱電変換装置を提供する。
【解決手段】本発明の熱電変換装置は、電池ボックスと、外ボックスと、接続リングと、を有し、電池ボックスはボトムケースと、ボトムケースに配置された電池と、電池と電気的に接続された電池回路板と、ボトムケースの一方の端部に配置された応用回路板とを有する。外ボックスは、電池ボックスを包囲し被覆するヒートシンクと、電池回路板と電気的に接続されることにより、前記電池回路板を通して前記電池と電気的に接続された熱電モジュールと、前記熱電モジュールは熱エネルギーを吸収して電気に変換するように、前記熱電モジュールを覆い、熱エネルギーを周囲環境から前記熱電モジュールに伝導する導熱板と、前記熱電モジュールを包囲し、周囲環境への熱エネルギーの消散を防止する非金属断熱枠とを有する。
【選択図】図１ａ

【図1a】

【図1b】

【図2】

【図3】

【図4a】

【図4b】

【図5a】

【図5b】

【図6】