JP2011192756A

JP2011192756A - 廃熱発電機能付き電子機器

Info

Publication number: JP2011192756A
Application number: JP2010056603A
Authority: JP
Inventors: Yukio Aizawa; 幸雄會沢
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2010-03-12
Filing date: 2010-03-12
Publication date: 2011-09-29

Abstract

【課題】全体として効率的に熱を回収して発電し、廃熱発電により得られた電力を有効に使用する、簡単な構成の安価な廃熱発電機能付き電子機器を提供する。
【解決手段】廃熱発電機能付き電子機器(10)は、電気部品(14)を冷却するための冷却装置(80)と、電気部品(14)の熱を電圧に変換する熱電変換器(24)と、熱電変換器(24)が出力した電圧を変圧比可変にて直流の再生電圧に変換する変換器(52,62)と、変換器(52,62)が出力した再生電圧及び外部電源(72)が出力した直流の電源電圧が入力され、再生電圧の電圧レベルが、電源電圧の電圧レベルよりも大きいときに再生電圧に基づく電力を出力する電源選択回路(70)と、再生電圧の電圧レベルが電源電圧の電圧レベルよりも大きくなるように、冷却装置(80)の冷却能力を調整して再生電圧の電圧レベルを制御する制御装置(60)とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃熱発電機能を有する電子機器に関する。

パーソナルコンピュータやスイッチングハブ等の電子機器は、筐体内に配置された回路基板を有し、回路基板にはＣＰＵ（中央演算処理装置）を構成するＬＳＩチップをはじめ、多数の電気部品が実装されている。電気部品は、電子機器の作動に伴い多量の熱を発生させるため、電子機器には、ＬＳＩチップを熱から保護すべく、ヒートシンクとともに空冷用のファンが設けられている。
そして、ファンによって筐体の外部に排出された熱は、電子機器の周囲の温度を上昇させるため、多数の電子機器が設置されるスペースには、空調機器も設けられる。

このように、従来の電子機器にあっては、発生した熱を処理するためにも電力を必要としており、電子機器の作動に伴い多量の電力を消費していた。そこで近年、電気部品が発生させた熱を用いて発電し、得られた電力を電源として使用する、ハーベスタ技術（廃熱発電技術）の開発が行われている。
例えば、特許文献１が開示する熱エネルギー再生装置では、熱発生素子に熱電変換素子が取り付けられ、内部電力再生回路が、熱電変換素子から得られる内部電力を電源として還元供給する。

より具体的には、内部電力再生回路には、蓄電部と電圧判定部と制御装置とが設けられ、蓄電部において各熱電変換素子から流入してきた電荷を蓄積し、電圧判定部において蓄電部の電圧が所定のしきい値以上になっているか否かを判定し、制御装置は電圧判定部による判定結果に従って、蓄電部と電源回路との接続状態と電源回路と外部電源または二次電池との接続状態を背反的に切り換える制御が行われる。

そして電源回路は、外部電源を接続する入力端子と各回路ブロックの電子素子に接続される出力端子との間に、パワートランジスタなどのスイッチング手段を有し、内部電力再生回路の制御装置からの制御信号によって、スイッチング手段がオン／オフ制御される。

特開２００１−３０８３９５号公報

しかしながら、上述した特許文献１が開示する熱エネルギー再生装置にあっては、内部電力再生回路に蓄電部を有し、構成が複雑である。このため、この熱エネルギー再生装置を採用した場合、電子機器の大型化や価格上昇を招く虞がある。
そこで、蓄電部を省略し、電源からの電圧（電源電圧）と熱電変換によって得られた電圧（再生電圧）の２つの入力電圧の大小関係に応じて、一方の入力電圧を出力する電源選択回路を採用することが考えられる。

この場合、再生電圧を電源電圧より高く保つことによって、熱電変換によって得られた電力を優先的に活用することが、全体として効率的に廃熱発電により得られた電力を使用するうえで要求される。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされ、その目的とするところは、全体として効率的に熱を回収して発電し、廃熱発電により得られた電力を無駄なく有効に使用する、簡単な構成の安価な廃熱発電機能付き電子機器を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、回路基板に実装され、通電によって発熱する電気部品と、前記電気部品を冷却するための冷却装置と、前記電気部品で発生した熱を電圧に変換する熱電変換器と、前記熱電変換器が出力した電圧が入力され、入力された電圧を変圧比可変にて直流の再生電圧に変換して出力する変換器と、直流の電源電圧を出力する外部電源と、前記変換器が出力した再生電圧及び前記外部電源が出力した電源電圧が入力され、前記再生電圧の電圧レベルが、前記電源電圧の電圧レベルよりも大きいときに前記再生電圧に基づく電力を出力する電源選択回路と、前記再生電圧の電圧レベルが前記電源電圧のレベルよりも大きくなるように、前記冷却装置の冷却能力を調整して前記再生電圧の電圧レベルを制御する制御装置とを備えることを特徴とする廃熱発電機能付き電子機器が提供される（請求項１）。

請求項１の廃熱発電機能付き電子機器によれば、電源選択回路に再生電圧及び電源電圧が入力されている。
電源選択回路は、再生電圧の電圧レベル（絶対値）が、電源電圧の電圧レベルよりも大きいときに再生電圧に基づく電力を出力する。そして、制御装置は、再生電圧の電圧レベルが、電源電圧の電圧レベルよりも大きくなるように再生電圧の電圧レベルを制御する。この制御により、再生電圧の電圧レベルが電源電圧の電圧レベルよりも大きくなれば、電源選択回路からは再生電圧に基づく電力が出力される。つまり、制御装置は、電源選択回路から再生電圧に基づく電力を優先的に出力させる。

その上で、制御装置は、冷却装置の冷却能力を調整することにより再生電圧の電圧レベルを制御する。具体的には、再生電圧の電圧レベルを上昇させるときには、冷却能力を低下させる。
従って、この廃熱発電機能付き電子機器においては、冷却装置の電力消費が抑制されることにより、全体として効率的に熱が回収されて電力に変換され、得られた電力が無駄なく有効に使用される。この結果として、この廃熱発電機能付き電子機器では、簡単な構成にて消費エネルギーが削減される。

好ましくは、前記制御装置は、前記再生電圧の電圧レベルを制御するために、前記変換器の変圧比を更に調整する（請求項２）。
請求項２の廃熱発電機能付き電子機器においては、制御装置が変圧比を更に調整することによって、簡単な構成にて、再生電圧の電圧レベルが的確に制御される。

好ましくは、前記制御装置は、前記再生電圧の電圧レベルを増大させるときに、前記変圧比を小さくすることよりも、前記冷却装置の冷却能力を減少させることを優先する（請求項３）。
請求項３の廃熱発電機能付き電子機器においては、冷却能力を減少させることを優先することによって、より多くの熱が電気に変換され、更に消費エネルギーが削減される。

好ましくは、前記制御装置は、前記再生電圧の電圧レベルを減少させるときに、前記冷却装置の冷却能力を増大させることよりも、前記変圧比を大きくすることを優先する（請求項４）。
請求項４の廃熱発電機能付き電子機器においては、冷却能力を増大させることよりも、変圧比を大きくすることを優先することによって、より多くの熱が電気に変換され、更に消費エネルギーが削減される。

本発明によれば、全体として効率的に熱を回収して発電し、廃熱発電により得られた電力を無駄なく有効に使用する、簡単な構成の安価な廃熱発電機能付き電子機器が提供される。

一実施形態の廃熱発電機能付き電子機器の概略的な構成を示すブロック図である。図１の廃熱発電機能付き電子機器における、ＬＳＩチップと熱電変換器との接続構成を概略的に示す断面図である。図１の廃熱発電機能付き電子機器に適用された熱電変換器の構成を概略的に示す断面図である。図１の廃熱発電機能付き電子機器に適用されたレベル変換器の概略的な構成を示すブロック図である。図１の廃熱発電機能付き電子機器に適用されたコンバータの概略的な構成を示すブロック図である。図１の廃熱発電機能付き電子機器に適用されたダイオードＯＲ回路の概略的な構成を示すブロック図である。図５のコンバータのブリッジ回路の出力を説明するための概略的なチャートである。図５のコンバータの出力を説明するための概略的なチャートである。図１の廃熱発電機能付き電子機器に適用された制御装置が実行するプログラムの概略的なフローチャートである。変形例の熱電変換器の構成を概略的に示す断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、一実施形態の廃熱発電機能付き電子機器１０の構成を概略的に示すブロック図である。
廃熱発電機能付き電子機器１０は、例えばスイッチングハブであり、筐体１１内に配置された主回路基板１２を有する。主回路基板１２には、ＣＰＵ（中央演算処理装置）として機能するＬＳＩチップ１４及びインターフェース１６が実装されている。インターフェース１６は、ＬＳＩチップ１４に接続されており、外部に開口した複数のポートを有する。

インターフェース１６の複数のポートには、ケーブルを介して、複数のネットワーク１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ｅ，１８ｆが接続される。ＬＳＩチップ１４は、廃熱発電機能付き電子機器１０の主な機能である、ネットワーク１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ｅ，１８ｆ間でのデータの受け渡しを制御する。なお以下では、ネットワーク１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ｅ，１８ｆをまとめて単にネットワーク１８ともいう。

ＬＳＩチップ１４にはヒートシンク２０が取り付けられ、ヒートシンク２０にはヒートパイプ２２の一端側が連結されている。そして、ヒートパイプ２２の他端側は、熱電変換器２４に連結されている。
より詳しくは、図２に示したように、ＬＳＩチップ１４の上面にヒートシンク２０が取り付けられ、ＬＳＩチップ１４側のヒートシンク２０の基部にヒートパイプ２２の一端側が埋設されている。ヒートパイプ２２の他端側は、例えば扁平な直方体形状の金属製のブロック２６に埋設されている。そして、ブロック２６上に、熱電変換器２４が配置されている。
なお、ヒートパイプ２２の内部には、熱を伝えるための流体が充填されている。

熱電変換器２４は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換するものであればよいが、好ましくは、図３に示したように、熱エネルギーを運動エネルギーに変換するスターリングエンジン２８と、スターリングエンジン２８によって得られた運動エネルギーを電気エネルギーに変換する電磁誘導ユニット３０とからなる。

より詳しくは、スターリングエンジン２８は、フリーピストンタイプであり、ブロック２６上に配置されるベース３２を有する。ベース３２の上面の中央には凹み３２ａが形成され、そして、ベース３２の上面には凹み３２ａを覆うように、例えば十字の平面形状を有するばね部材３３が配置されている。

ベース３２には、バネ部材３３を囲むように、気密を存して第１の円筒３４の下端が固定されている。第１の円筒３４の上端には、第１の円筒３４よりも小径な第２の円筒３６が気密を存して同軸にて連結され、第２の円筒３６の上端には、気密を存してキャップ３８が取り付けられている。

ただし、キャップ３８には、貫通孔が形成され、貫通孔を通じてロッド４０が上下に延びている。ロッド４０は、第２の円筒３６内に同心且つ上下動可能に配置された円柱形状の出力ピストン４２を貫通しており、出力ピストン４２はロッド４０に固定されている。出力ピストン４２の外周面は、第２の円筒３６の内周面に摺接し、出力ピストン４２は、第２の円筒３６の上端側と下端側とを気密に仕切っている。

また、ロッド４０は、第１の円筒３４内に同心且つ上下動可能に配置された円柱形状のディスプレーサ４４を貫通しているが、ディスプレーサ４４はロッド４０に対して固定されておらず、相対変位可能である。ディスプレーサ４４と第１の円筒３４との間には隙間がある。
そして、第１の円筒３４及び第２の円筒３６内には、作動ガスが充填されている。

電磁誘導ユニット３０は、ロッド４０の上端に固定された磁石４６と、磁石４６を囲むように設けられたコイル４８とからなる。磁石４６のＮ磁及びＳ極は、ロッド４０の長手方向に離間している。
なお、キャップ３８と磁石４６との間には帯状の板を曲げて形成された弾性部材５０が設けられている。

電磁誘導ユニット３０のコイル４８は、レベル変換器５２に接続されている。レベル変換器５２は、図４に示したように、コイル４８からの出力が入力される１次側コイル５４と、１次側コイル５４で発生する磁束の変化に基づいて起電力を生ずる２次側コイル５６とを有する。
２次側コイル５６は、両端以外に、例えば２つの接続端子（タップ）を有し、２次側コイル５６の一端及び２つの接続端子は、スイッチ５８によって択一的にアースに接続される。

スイッチ５８は、制御装置６０からの命令に従って動作し、スイッチ５８の状態に応じて、２次側コイル５６の有効な巻き数が変化する。制御装置６０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）としての機能を有するＬＳＩチップによって構成することができる。
従って、本実施形態では、１次側コイル５４の入力電圧をＶ１とし、２次側コイル５６の出力電圧をＶ２としたときに、３段階にて変圧比（Ｖ１／Ｖ２）が切り換え可能である。なお、図４では、巻き数をＮ、（Ｎ−ｊ）及び（Ｎ−ｋ）と表示した。

２次側コイル５６の出力電圧Ｖ２は、コンバータ６２に入力される。コンバータ６２は、２次側コイル５６の出力電圧Ｖ２を直流電圧にして出力する。
例えば、コンバータ６２は、図５に示したように、ダイオードからなるブリッジ回路６４によって構成された全波整流回路と、コンデンサ６６によって構成された平滑回路と、フィルタ（安定化回路）６８とからなる。コンデンサ６６は、ブリッジ回路６４の出力端子に並列に介挿され、フィルタ６８は、ブリッジ回路６４の一方の出力端子に、コンデンサ６６よりも下流に位置して直列に接続されている。

コンバータ６２の出力電圧は、図６に示したように、電源選択回路としてのダイオードＯＲ回路７０に入力される。
一方、廃熱発電機能付き電子機器１０は、外部電源７２を有し、外部電源７２が出力する直流電圧（電源電圧Ｖｄｃ）も、ダイオードＯＲ回路７０に入力される。電源電圧Ｖｄｃは例えば−４８Ｖである。
ダイオードＯＲ回路７０は、コンバータ６２の出力端子の一方に直列に接続されるダイオード７４と、外部電源７２のダイオードＯＲ回路７０用の出力端子の一方に直列に接続されるダイオード７６とを有する。

ダイオードＯＲ回路７０の出力は、絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータ７８に入力される。具体的には、ダイオード７４の出力端子とダイオード７６の出力端子は、相互に並列にて、ＤＣ−ＤＣコンバータ７８の一方の入力端子に接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ７８は、入力された電圧を所定の電圧に変換して出力する。
なお、コンバータ６２の出力電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）及び外部電源７２の電源電圧Ｖｄｃは、制御装置６０によって監視されている。

外部電源７２は、ファン８０用の出力端子も有し、ファン８０に電力を供給する。ファン８０は、ＬＳＩチップ１４の近傍を流れる空気流を生成し、ＬＳＩチップ１４を空冷可能である。ファン８０の回転数は、制御装置６０によって制御される。
なお、再び図１を参照すると、レベル変換器５２、制御装置６０、コンバータ６２、ダイオードＯＲ回路７０及びＤＣ−ＤＣコンバータ７８は、筐体１１内に配置された、主回路基板１２とは別の副回路基板８２に実装されている。そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ７８の出力は、主回路基板１２の電源入力端子に供給され、そして、例えばＬＳＩチップ１４等の電気部品に供給される。

以下、上述した廃熱発電機能付き電子機器１０における、廃熱発電の動作について説明する。
廃熱発電機能付き電子機器１０が、主機能である、ネットワーク１８間でのデータの受け渡し動作を実行すると、ＬＳＩチップ１４は、電力供給を受けて演算を行うことで発熱する。

ＬＳＩチップ１４で発生した熱は、ヒートパイプ２２を伝わり、ブロック２６を介して熱電変換器２４に供給される。
熱電変換器２４では、供給された熱によって、ロッド４０の上端に固定された磁石４６が上下に往復動する。そして、磁石４６の往復動により、電磁誘導によってコイル４８に起電力が生ずる。

熱電変換器２４は、起電力によってコイル４８に生じた交流電圧を出力し、交流電圧はレベル変換器５２に入力される。レベル変換器５２は、入力された交流電圧を適当に変換して交流電圧を出力し、出力された交流電圧は、コンバータ６２に入力される。
コンバータ６２では、ブリッジ回路６４によって、図７に示したように交流電圧の一方の極性（プラス）が反転させられた整流電圧が得られる。そして、ブリッジ回路６４から出力された整流電圧は、コンデンサ６６によって平滑化されてからフィルタ６８によって安定化され、図８に示したように、ほぼ一定の再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）がコンバータ６２から出力される。

コンバータ６２から出力された再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）は、ダイオードＯＲ回路７０に入力される。ダイオードＯＲ回路７０では、並列に設けられ、出力側が相互に接続された２つのダイオード７４，７６から、再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）と電源電圧Ｖｄｃとの間の大小関係に基づいて、再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）及び電源電圧Ｖｄｃのうち一方又は両方が出力される。
具体的には、２つのダイオード７４，７６は、αを所定の正の値（固有値）としたときに、以下の固有の特性（１）〜（３）を有する。固有値αの単位はボルトであり、本実施形態では、固有値αは例えば０．７Ｖ以上である。

（１）２つのダイオード７４，７６は、再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）の電圧レベル（絶対値）が、電源電圧Ｖｄｃの電圧レベルと固有値αとの和（｜Ｖｄｃ｜＋α）以上であるとき（｜Ｖｃｏｎ（ｔ）｜≧｜Ｖｄｃ｜＋α）、再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）を専ら出力する。
（２）２つのダイオード７４，７６は、再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）の電圧レベルと電源電圧Ｖｄｃの電圧レベルとの差が固有値αよりも小さいとき（｜Ｖｃｏｎ（ｔ）｜−｜Ｖｄｃ｜＜α）、再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）及び電源電圧Ｖｄｃの両方を均等に出力する。
（３）２つのダイオード７４，７６は、外部電圧Ｖｄｃの電圧レベルが、再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）の電圧レベルと固有値αとの和（｜Ｖｃｏｎ（ｔ）｜＋α）以上であるとき（｜Ｖｃｏｎ（ｔ）｜＋α）≦｜Ｖｄｃ｜）、電源電圧Ｖｄｃを専ら出力する。

上記（１）〜（３）の固有の特性に基づいて、ＤＣ−ＤＣコンバータ７８に再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）及び電源電圧Ｖｄｃのうち一方又は両方が入力されると、ＤＣ−ＤＣコンバータ７８は、入力された電圧を変換して、例えば５Ｖの直流電圧を出力する。そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ７８の出力は、主回路基板１２に実装されたＬＳＩチップ１４等に供給される。

ここで、図９は、制御装置６０が実行するメインプログラムを概略的に示すフローチャートである。
メインプログラムによれば、まず、監視対象（制御量）である再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）の電圧レベルが読み込まれ（ステップ１０）、読み込まれた再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）の電圧レベルが、ＤＣ−ＤＣコンバータ７８の定格入力値の最大値Ｖｍａｘよりも大であるか否かが判定される（ステップ１２）。ステップ１２の判定の結果、再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）の電圧レベルが最大値Ｖｍａｘよりも大である場合（Ｙｅｓの場合）、レベル変換器５２の変圧比（Ｖ１／Ｖ２）が最大であるか否かが確認される（ステップ１４）。

ステップ１４の判定の結果、変圧比（Ｖ１／Ｖ２）が最大ではない場合（Ｎｏの場合）、制御装置６０はスイッチ５８を操作して変圧比（Ｖ１／Ｖ２）を一段分増大させる（ステップ１６）。一方、ステップ１４の判定の結果、変圧比（Ｖ１／Ｖ２）が最大である場合（Ｙｅｓの場合）、制御装置６０はファン８０の回転数を所定数だけ増大させる（ステップ１８）。そして、ステップ１６又はステップ１８の後、ステップ１０が実行されて再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）の電圧レベルが再び読み込まれる。

ステップ１２の判定の結果、再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）の電圧レベルが最大値Ｖｍａｘよりも大でない場合（Ｎｏの場合）、再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）の電圧レベルが、電源電圧Ｖｄｃの電圧レベルと固有値αとの和（｜Ｖｄｃ｜＋α）以上であるか否かが判定される（ステップ２０）。ステップ２０の判定の結果、再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）の電圧レベルが、電源電圧Ｖｄｃの電圧レベルと固有値αとの和（｜Ｖｄｃ｜＋α）以上である場合（Ｙｅｓの場合）、ステップ１０が実行されて再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）の電圧レベルが再び読み込まれる。

ステップ２０の判定の結果、再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）の電圧レベルが、電源電圧Ｖｄｃの電圧レベルと固有値αとの和（｜Ｖｄｃ｜＋α）以上ではない場合（Ｎｏの場合）、ファン８０の回転数が最小であるか否かが確認される（ステップ２２）。

ステップ２２の判定の結果、ファン８０の回転数が最小である場合（Ｙｅｓの場合）、制御装置６０はスイッチ５８を操作して変圧比（Ｖ１／Ｖ２）を一段分減少させる（ステップ２４）。一方、ステップ２２の判定の結果、ファン８０の回転数が最小ではない場合（Ｎｏの場合）、制御装置６０はファン８０の回転数を所定数だけ減少させる（ステップ２６）。そして、ステップ２４又はステップ２６の後、ステップ１０が実行されて再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）の電圧レベルが再び読み込まれる。

上述した一実施形態の廃熱発電機能付き電子機器１０では、ダイオードＯＲ回路７０に再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）及び電源電圧Ｖｄｃが入力されている。ダイオードＯＲ回路７０は、上記固有の特性（１）〜（３）を示すため、この廃熱発電機能付き電子機器１０においては、再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）を蓄える蓄電部を有していなくてもよく、簡単な構成にて、再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）が利用される。

一方、この廃熱発電機能付き電子機器１０では、制御装置６０が、再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）の電圧レベルが、電源電圧Ｖｄｃの電圧レベルと固有値αとの和以上になるように再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）の電圧レベルを制御する。この制御により、再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）の電圧レベルが電源電圧Ｖｄｃの電圧レベルと固有値αとの和以上になれば、ダイオードＯＲ回路７０からは再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）に基づく電力が出力される。つまり、制御装置６０は、ダイオードＯＲ回路７０から再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）に基づく電力を優先的に出力させる。この結果として、この廃熱発電機能付き電子機器１０においては、外部電源７２の使用が抑制されながら、再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）が有効に使用され、全体として消費エネルギーが削減される。

そして、上述した一実施形態の廃熱発電機能付き電子機器１０においては、制御装置６０がファン８０の回転数を低くすることによって、発電に供される熱が増加し、簡単な構成にて、再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）の電圧レベルが高くなる。
また、上述した一実施形態の廃熱発電機能付き電子機器１０においては、制御装置６０が変圧比（Ｖ１／Ｖ２）を小さくすることによって、簡単な構成にて、再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）の電圧レベルが高くなる。
なお、再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）の電圧レベルを高くする場合、熱電変換器２４から出力される電力を増大させるとともに、ファン８０の消費電力を削減するという観点から、まず、ファン８０の回転数を低くするのが好ましい。

更に、上述した一実施形態の廃熱発電機能付き電子機器１０では、ＤＣ−ＤＣコンバータの定格入力電圧に上限があっても、制御装置６０が再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）の電圧レベルを制御することによって、ＤＣ−ＤＣコンバータに上限を超える再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）が入力されることが防止される。このため、この廃熱発電機能付き電子機器１０は安定に動作する。

具体的には、レベル変換器５２の変圧比（Ｖ１／Ｖ２）を増大することや、ファン８０の回転数を増大することによって、再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）の電圧レベルを下げることができる。なお、再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）の電圧レベルを下げる場合、熱電変換器２４から出力される電力を維持しながら、ファン８０の消費電力の増大を防止するという観点から、ファン８０の回転数を増大させる前に、レベル変換器５２の変圧比（Ｖ１／Ｖ２）を増大するのが好ましい。

また更に、上述した一実施形態の廃熱発電機能付き電子機器１０では、スターリングエンジン２８及び電磁誘導ユニット３０を用いることによって、熱から電気への変換効率が高くなり、消費エネルギーがより一層削減される。

本発明は、上述した一実施形態に限定されることはなく、上述した一実施形態に変更を加えた形態も含む。
例えば、上述した一実施形態では、熱電変換器２４がスターリングエンジン２８と電磁誘導ユニット３０とを含んでいたが、図１０に例示したように、ゼーベック効果を利用した熱電変換器８４を用いてもよい。

熱電変換器８４は、ｐ型半導体としてのＳｉ／ＳｉＧｅのＱＷ（量子井戸構造）フィルム８６と、ｎ型半導体としてのＢ４Ｃ／Ｂ９ＣのＱＷフィルム８８とを有し、ＱＷフィルム８６とＱＷフィルム８８との接合部に熱を加えることによって、ＱＷフィルム８６とＱＷフィルム８８の両端に起電力が発生する。
熱電変換器８４で発生した起電力は、レベル変換器とコンバータとを兼ねる反転ＤＣ−ＤＣコンバータ９０に入力され、再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）がダイオードＯＲ回路７０に入力される。

上述した一実施形態では、ダイオードＯＲ回路７０及びＤＣ−ＤＣコンバータ７８が副回路基板８２に実装されていたが、ダイオードＯＲ回路７０及びＤＣ−ＤＣコンバータ７８は、主回路基板１２に実装されていてもよい。更に、レベル変換器５２、コンバータ６２、及び、制御装置６０も主回路基板１２に実装されていてもよい。

上述した一実施形態では、ＬＳＩチップ１４がファン８０によって空冷されていたが、水冷されていてもよく、あるいはペルチェ素子によって冷却されていてもよい。これらの場合、制御装置６０は、冷却能力を調整するために、ファン８０の回転数に代えて、水冷のためのポンプの回転数やペルチェ素子への印加電圧を調整すればよい。

上述した一実施形態では、電源選択回路として、ダイオードＯＲ回路７０が採用されていたが、入力された再生電圧及び電源電圧のうち、電圧レベルの大きい方を出力するような電源選択回路を用いてもよい。電源選択回路として、スイッチ回路等、他の電気回路を採用してもよい。
上述した一実施形態では、レベル変換器５２とコンバータ６２が協働して、熱電変換器２４の出力電圧を直流の再生電圧Ｖｃｏｎ（ｔ）に変換する変換器を構成していたが、反転ＤＣ−ＤＣコンバータ９０のように、変換器の構成は特には限定されない。

上述した一実施形態では、ＬＳＩチップ１４の熱が電気に変換されていたが、他の電気部品の熱を電気に変換してもよい。
最後に、本発明は、スイッチングハブ以外のパーソナルコンピュータ等の電子機器にも適用可能であるのは勿論である。

１０廃熱発電機能付き電子機器
１２主回路基板
１４ＬＳＩチップ（電気部品）
１６インターフェース
１８ネットワーク
２０ヒートシンク
２２ヒートパイプ
２４，８４熱電変換器
２８スターリングエンジン
３０電磁誘導ユニット
５２レベル変換器（変換器）
６０制御装置
６２コンバータ（変換器）
７０ダイオードＯＲ回路（電源選択回路）
７２外部電源
７８絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ
８０ファン（冷却装置）

Claims

回路基板に実装され、通電によって発熱する電気部品と、
前記電気部品を冷却するための冷却装置と、
前記電気部品で発生した熱を電圧に変換する熱電変換器と、
前記熱電変換器が出力した電圧が入力され、入力された電圧を変圧比可変にて直流の再生電圧に変換して出力する変換器と、
直流の電源電圧を出力する外部電源と、
前記変換器が出力した再生電圧及び前記外部電源が出力した電源電圧が入力され、前記再生電圧の電圧レベルが、前記電源電圧の電圧レベルよりも大きいときに前記再生電圧に基づく電力を出力する電源選択回路と、
前記再生電圧の電圧レベルが前記電源電圧レベルよりも大きくなるように、前記冷却装置の冷却能力を調整して前記再生電圧の電圧レベルを制御する制御装置と
を備えることを特徴とする廃熱発電機能付き電子機器。
前記制御装置は、前記再生電圧の電圧レベルを制御するために、前記変換器の変圧比を更に調整することを特徴とする請求項１に記載の廃熱発電機能付き電子機器。
前記制御装置は、前記再生電圧の電圧レベルを増大させるときに、前記変圧比を小さくすることよりも、前記冷却装置の冷却能力を減少させることを優先することを特徴とする請求項２に記載の廃熱発電機能付き電子機器。
前記制御装置は、前記再生電圧の電圧レベルを減少させるときに、前記冷却装置の冷却能力を増大させることよりも、前記変圧比を大きくすることを優先することを特徴とする請求項２又は３に記載の廃熱発電機能付き電子機器。