熱発電携帯機器
【課題】生体への装着状態において発電効率の低下を抑制し、所望の発電量を確保する。
【解決手段】熱発電携帯機器１０は、生体に装着され、生体の熱により発電可能であって、熱源である生体と熱発電携帯機器１０からの放熱の放熱先との間における熱源側位置の温度と放熱側位置の温度との温度差に基づき発電する熱発電部材２０と、生体と放熱先との間における伝熱経路の少なくとも一部の熱抵抗を変更可能な熱伝導可変部２２と、を備える。熱伝導可変部２２内部の一部に熱伝達流体２２２が封止され、熱伝導可変部２２の姿勢に応じて、熱伝達流体２２２が移動する。この移動により、伝熱経路に対する熱伝達流体の有無が変化することによって伝熱経路の少なくとも一部の熱抵抗を変更可能である。
【解決手段】熱発電携帯機器１０は、生体に装着され、生体の熱により発電可能であって、熱源である生体と熱発電携帯機器１０からの放熱の放熱先との間における熱源側位置の温度と放熱側位置の温度との温度差に基づき発電する熱発電部材２０と、生体と放熱先との間における伝熱経路の少なくとも一部の熱抵抗を変更可能な熱伝導可変部２２と、を備える。熱伝導可変部２２内部の一部に熱伝達流体２２２が封止され、熱伝導可変部２２の姿勢に応じて、熱伝達流体２２２が移動する。この移動により、伝熱経路に対する熱伝達流体の有無が変化することによって伝熱経路の少なくとも一部の熱抵抗を変更可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、装着した生体の体温により発電し駆動する熱発電携帯機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、熱発電素子を裏蓋と本体内部の放熱リングとの間に設置し、人体の腕から体温が裏蓋を介して伝達される発熱側の温度と放熱側の温度との温度差によって発電電圧を得る熱発電腕時計が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３０５４９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来技術に係る熱発電腕時計においては、人体の腕に装着された後に熱発電腕時計の構成全体の温度が飽和するように熱的定常状態に向かう。この温度変化に伴い、熱発電素子の発熱側の温度と放熱側の温度との温度差が小さくなり、熱発電素子の発電電圧が低下する。このため、所望の発電量を確保することができなくなると共に、発電効率が低下してしまう虞がある。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、生体への装着状態において発電効率の低下を抑制し、所望の発電量を確保することが可能な熱発電携帯機器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するための、本発明の熱発電携帯機器の第１の特徴は、熱源と放熱先との間における熱源側位置の温度と放熱側位置の温度との温度差に基づき発電する熱発電部材と、内部空間と、前記内部空間で移動可能な第一流体とを有する熱伝導可変部と、を備え、前記熱伝導可変部は、前記熱源と前記放熱先との間の伝熱経路における前記第一流体の経由有無により、前記伝熱経路の少なくとも一部の熱抵抗を変更することを要旨とする。
かかる特徴によれば、熱源と熱発電携帯機器外部の雰囲気等の放熱先との間の所定の温度差に対し、伝熱経路の一部の熱抵抗を変更することにより、熱発電部材の熱源側と放熱側との温度差を増大させる。これにより、熱発電部材の発電効率の低下を抑制し、所望の発電量を確保することが可能となる。
【０００７】
また、本発明の熱発電携帯の第２の特徴は、前記熱伝導可変部は、前記伝熱経路における前記第一流体の有無により、前記伝熱経路の少なくとも一部の熱抵抗が第１熱抵抗になる状態と、前記伝熱経路の少なくとも一部の熱抵抗が前記第１熱抵抗とは異なる第２熱抵抗になる状態とを切り替え可能であることを要旨とする。
かかる特徴によれば、伝熱経路に対して第一流体を移動させることで、伝熱経路上の一部の熱抵抗を切り替えることができる。これにより、熱発電部材の発電効率の低下を抑制し、所望の発電量を確保することが可能となる。
【０００８】
また、本発明の熱発電携帯機器の第３の特徴は、前記熱伝導可変部の内部空間に、前記第一流体と第二流体とを備え、前記第二流体は、前記第一流体に比べ熱伝導率が低く、密度が異なり、前記第一流体と溶解しないことを要旨とする。
かかる特徴によれば、伝熱経路において、第一流体を経由する場合と第二流体を経由する場合の二種類を設定できる。第一流体もしくは第二流体を移動させることで、伝熱経路上の一部の熱抵抗を切り替えることができるため、熱発電部材の発電効率の低下を抑制し、所望の発電量を確保することが可能となる。
【０００９】
また、本発明の熱発電携帯機器の第４の特徴は、前記熱伝導可変部の姿勢変化により、前記第一流体を移動させ、前記第１熱抵抗と前記第２熱抵抗とを切り替えることを要旨とする。
かかる特徴によれば、外部動力が必要ない熱伝導可変部の姿勢変化で、伝熱経路上の一部の熱抵抗を切り替えることができる。これにより、電力消費することなく、熱発電部材の発電効率の低下を抑制し、所望の発電量を確保することが可能となる。
【００１０】
また、本発明の熱発電携帯機器の第５の特徴は、前記熱伝導可変部は直線移動もしくは回転移動可能な流体制御部を備え、前記流体制御部の移動により前記第一流体の移動を制御することを要旨とする。
かかる特徴によれば、第一流体の移動を流体制御部で制御できるため、所望の時点で熱伝達流体を移動することが可能となる。これにより、熱発電部材の発電効率の低下を抑制し、所望の発電量を確保することが可能となる。
【００１１】
また、本発明の熱発電携帯機器の第６の特徴は、前記熱伝導可変部は可撓体からなり、前記流体制御部が前記熱伝導可変部を押圧して変形させたまま移動することで前記第一流体を移動させることを要旨とする。
かかる特徴によれば、伝熱経路において、第一流体を経由する場合と流体制御部を経由する場合の二種類を設定できる。この第一流体もしくは流体制御部を移動させることで、伝熱経路上の一部の熱抵抗を切り替えることができるため、熱発電部材の発電効率の低下を抑制し、所望の発電量を確保することが可能となる。
【００１２】
また、本発明の熱発電携帯機器の第７の特徴は、前記熱伝達流体は磁性流体であり、磁石で構成された前記流体制御部の移動に伴い、前記第一流体を移動することを要旨とする。
かかる特徴によれば、熱伝導可変部と流体制御部とを接して配置する必要がなく、流体制御部の移動にかける動力が小さくてすむ。これにより、電力消費を小さくして、熱発電部材の発電効率の低下を抑制し、所望の発電量を確保することが可能となる。
【００１３】
また、本発明の熱発電携帯機器の第８の特徴は、前記熱伝導可変部は複数の中空部と、前記中空部それぞれに設けられた二つの開口部と、前記開口部に各々異なる向きで設けられた一方向弁と、を備え、前記流体制御部は移動可能なバルブと重錘とを有し、前記流体制御部の姿勢変化に伴って前記バルブが移動することで、前記中空部内部の前記第一流体が異なる前記中空部へと移動することを要旨とする。
かかる特徴によれば、流体制御部の移動は重力加速度によるものであり、動力を必要とせず、第一流体を移動させることが可能となる。これにより、電力消費することなく、熱発電部材の発電効率の低下を抑制し、所望の発電量を確保することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
熱源と熱発電携帯機器外部の雰囲気等の放熱先との間の所定の温度差に対し、伝熱経路の一部の熱抵抗を変更することにより、熱発電部材の熱源側と放熱側との温度差を増大させる。これにより、熱発電部材の発電効率の低下を抑制し、所望の発電量を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第一の実施の形態に係る熱発電携帯機器の断面図である。
【図２】本発明の第一の実施の形態に係る熱発電携帯機器のムーブメントの構成図である。
【図３】本発明の第一の実施の形態に係る熱発電携帯機器の熱伝導可変部の構成図である。
【図４】本発明の第一の実施の形態に係る熱発電携帯機器の熱抵抗モデルを示す図である。
【図５】本発明の第一の実施の形態に係る熱発電携帯機器が生体に装着された状態における熱抵抗モデルでの温度分布の一例を示す図である。
【図６】本発明の第一の実施の形態に係る熱発電携帯機器の熱発電部材の熱源側位置の温度と放熱側位置の温度との間に生じる温度差ΔＴｐの変化を示す説明図である。
【図７】本発明の第一の実施の形態に係る熱発電携帯機器の熱伝導可変部の状態に応じて変化する熱抵抗モデルを示す説明図である。
【図８】本発明の第一の実施の形態に係る熱発電携帯機器の熱伝導可変部の熱抵抗と、熱発電部材の熱源側位置の温度と放熱側位置の温度との間に生じる温度差ΔＴｐを示す説明図である。
【図９】本発明の第二の実施の形態に係る熱発電携帯機器の断面図である。
【図１０】本発明の第三の実施の形態に係る熱発電携帯機器の熱伝導可変部の構成図である。
【図１１】本発明の第三の実施の形態に係る熱発電携帯機器の熱伝導可変部周囲の構成を示す構成図である。
【図１２】本発明の第四の実施の形態に係る熱発電携帯機器の熱伝導可変部周囲の構成を示す構成図である。
【図１３】本発明の第五の実施の形態に係る熱発電携帯機器の熱伝導可変部周囲の構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１の実施形態）
以下、本発明に係る第１の実施形態を、図１から５を参照しながら説明する。本実施形態に係る熱発電携帯機器１００について、以下に説明する。
（全体構成）
本実施形態に係る熱発電携帯機器１００は、例えば人体の腕に装着される腕時計である。
図１に、本実施形に係る熱発電携帯機器１００断面の構成を示す。熱発電携帯機器１００は、筐体１１と、枠体１２と、カバーガラス１３と、裏蓋１４と、保持部材１５と、文字盤１６と、指針部１７と、ムーブメント１８と、基板１９と、熱発電部材２０と、導熱部材２１と、熱伝導可変部２２から構成されている。
【００１７】
筐体１１は、例えば金属などにより筒状に形成され、一方の開口端はカバーガラス１３により閉塞され、他方の開口端には筒状の枠体１２の一方の開口端が接続されている。
枠体１２は、例えば合成樹脂などにより筒状に形成され、他方の開口端は裏蓋１４により閉塞されている。
保持部材１５は、例えばアルミニウム、銅、真鍮等の金属により形成され、筐体１１および枠体１２の内部に収容されている。
【００１８】
文字盤１６は、例えば時刻の秒、分、時に係る数字などの表示が設けられた表面１６Ａがカバーガラス１３を介して外部から視認可能になるようにして、裏面１６Ｂがムーブメント１８により保持されている。
指針部１７は、例えば、時刻の秒を示す秒針１７ａと、時刻の分を示す分針１７ｂと、時刻の時を示す時針１７ｃとを備えて構成され、文字盤１６の表面１６Ａ上から突出して設けられ、ムーブメント１８により回転駆動されて文字盤１６の表面１６Ａ上に設けられた時刻に係る適宜の表示を指し示す。
ムーブメント１８は、例えば、文字盤１６の裏面１６Ｂ側に配置されて保持部材１５により保持されている。
【００１９】
基板１９は、例えば保持部材１５により保持されている。
熱発電部材２０は、例えばペルチェ素子や熱電対などからなり、保持部材１５と導熱部材２１とによって挟み込まれるようにして保持されている。
導熱部材２１は、例えば銅などにより板状に形成され、裏蓋１４の内面１４Ａ側に配置されている。
熱伝導可変部２２は、文字盤１６に対してムーブメント１８の裏側に配置され、保持部材１５に保持されている。
なお、筐体１１と保持部材１５との間、保持部材１５と熱発電部材２０との間、導熱部材２１と裏蓋１４との間などには、熱伝導性のグリス２３が塗布されている。
【００２０】
（ムーブメントの構成）
ムーブメント１８の構成について、以下に説明する。
図２は、ムーブメント１８の構成を示す構成図である。
ムーブメント１８は、制御部３１と、針駆動部３２と、昇圧部３３と、蓄電部３４とを備えて構成されている。
針駆動部３２は、例えばステッピングモータなどを備え、制御部３１から出力される駆動パルスに応じて指針部１７の秒針１７ａと分針１７ｂと時針１７ｃとを回転駆動する。
【００２１】
昇圧部３３は、例えば発振回路およびチャージポンプ回路などを備え、熱発電部材２０に接続され、熱発電部材２０から出力される発電電圧を昇圧して昇圧電圧を出力する。
蓄電部３４は、例えば２次電池やコンデンサなどを備え、昇圧部３３に接続され、昇圧部３３から出力される電力を蓄電する。
制御部３１は、例えば蓄電部３４から供給される電力により作動する発振回路および分周回路およびモータ駆動パルス出力回路などを備え、分周回路から出力される計時の基準となる信号に応じて、針駆動部３２を駆動するための駆動パルスをモータ駆動パルス出力回路から出力する。
【００２２】
（熱伝導可変部の構成）
熱伝導可変部の構成について、以下に説明する。
図３は、熱伝導可変部の構成を示す断面図である。
熱伝導可変部２２は、二つの中空部２２１ａ、２２１ｂと、中空部２２１ａ、２２１ｂ内部に封入された熱伝達流体２２２と流体２２３と、熱伝達流体２２２の流動を制御する流体制御部２３０から構成されている。
二つの中空部２２１ａ、２２１ｂは隔壁２２４で区切られており、中空部２２１ａ、２２１ｂそれぞれ二つの開口部を有している。二つの開口部はそれぞれに異なる方向の液体用一方向弁２２６が設けられ、熱伝達流体２２２の流出口２２５ａと流入口２２５ｂを構成している。
【００２３】
また、二つの中空部２２１ａ、２２１ｂ内部に封入されている、熱伝達流体２２２と流体２２３とは、熱伝導率及び密度が異なる。例えば、熱伝達流体２２２は、熱伝導率の高いフィラー（アルミナ、窒化アルミニウム、炭化珪素、グラファイト等の粉末）を混合したシリコンオイル、流体２２３は空気、窒素ガス等の不活性ガスで構成する。
流体制御部２３０は、中空部２２１の流出口２２５ａ及び流入口２２５ｂに接するよう配置され、バルブ部２３１と重錘２３２から構成されている。流体制御部２３０の姿勢により、重錘２３２に重力加速度が加わることで、一方向に往復移動することができる。
【００２４】
ここで、熱伝導可変部２２の右側が下に傾いた場合、重錘２３２の重量により、流体制御部２３０は右へ移動する。これにより、バルブ２３１は中空部２２１ａの流入口２２５ｂのみを塞ぐ。このため、中空部２２１ａ内部の熱伝達流体２２２は、重力により中空部２２１ａの流出口２２５ａ、流体制御部２３０、中空部２２１ｂの流入口２２５ｂを経て、中空部２２１ｂに移動する（図３（Ａ）参照）。このとき、流体２２３の動きは液体用一方向弁２２６で制御されないため、流体２２３は中空部２２１ｂから中空部２２１ａへと移動する。
【００２５】
同様に、熱伝導可変部２２の左側が下に傾いた場合は、流体制御部２３０は左に移動し、バルブ２３１が中空部２２１ｂの流入口２２５ｂを塞ぐ。このため、熱伝達流体２２２は中空部２２１ｂから中空部２２１ａへ、流体２２３は中空部２２１ａから中空部２２１ｂへと移動する（図３（Ｂ）参照）。
【００２６】
（熱発電携帯機器内部の熱伝導）
熱発電携帯機器１００内部の熱の流れについて説明する。
熱発電携帯機器１００を人体に装着すると、体温により裏蓋１４が加熱される。この熱は、裏蓋１４、導熱部材２１、熱発電部材２０、熱伝導可変部２２、保持部材１５、筐体１１の順に伝達する。ただし、熱伝導可変部２２は、姿勢に応じて内部に封入した熱伝達流体２２２が移動する。このため、上記伝熱経路の一部が、熱伝導可変部２２の姿勢により、熱伝達流体２２２を経由する場合と流体２２３を経由する場合とが切り替わることとなる。
熱発電携帯機器１００内部の熱伝導を説明するため、熱抵抗モデルを適用する。図４に、熱発電携帯機器１００全体の熱抵抗モデルを示す。
【００２７】
熱発電携帯機器１００の熱抵抗モデルは、裏蓋１４に接触する熱源である生体と、熱発電携帯機器１００外部の雰囲気などの放熱先との間において、裏蓋１４および導熱部材２１からなる領域の熱抵抗Ｒ５、熱発電部材２０の熱抵抗Ｒ４、枠体１２および枠体１２内部の雰囲気からなる領域の熱抵抗Ｒ３、筐体１１および保持部材１５からなる領域の熱抵抗Ｒ２、熱発電携帯機器１００の表面（例えば、筐体１１の表面１１Ａなど）および該表面付近の領域からなる放熱部の熱抵抗Ｒ１、熱伝導可変部２２の熱抵抗Ｒ２２からなる。
熱発電携帯機器１００の熱抵抗モデルは、各熱抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ５が直列に接続され、かつ熱抵抗Ｒ２、Ｒ５間において、直列接続された熱抵抗Ｒ４及び熱抵抗Ｒ２２と、熱抵抗Ｒ３とが並列に接続されている。
【００２８】
熱伝導可変部２２の熱抵抗Ｒ２２は、姿勢に応じて変化する可変熱抵抗である。熱伝達流体２２２を経由する場合には、熱伝導可変部の熱抵抗Ｒ２２が小さな値の第１熱抵抗Ｒ２２ａになり、流体２２３を経由する場合には熱抵抗Ｒ２２が大きな値の第２熱抵抗Ｒ２２ｂ（＞第１熱抵抗Ｒ２２ａ）になる。
なお、ここでは、各熱抵抗Ｒ１、Ｒ５および熱抵抗Ｒ２２ａが、熱発電部材２０の熱抵抗Ｒ４と同等あるいは熱抵抗Ｒ４よりも小さくなるように構成されている。また、熱抵抗Ｒ３は、例えば、各熱抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ２２ａ、Ｒ２２ｂよりも大きくなるように構成されている。
【００２９】
（熱発電部材の発電動作）
次に、熱発電部材２０の発電について、図５から図８を用いて説明する。
熱発電部材２０は、加熱側と放熱側との温度差に応じて発電電圧を出力する素子である。
図５に示すように、生体に装着された熱発電携帯機器１００は、熱源である生体の温度（熱源温度Ｔｃ）から熱発電携帯機器１００外部の雰囲気などの放熱先の温度（雰囲気温度Ｔａ）に至る熱の流れが発生している。ここで、熱発電部材２０の熱源側位置の温度Ｔｐ２と放熱側位置の温度Ｔｐ１とすると、熱発電部材２０は温度差ΔＴｐ（＝Ｔｐ２−Ｔｐ１）の大きさに応じた発電電圧を出力することとなる。
【００３０】
この熱の流れと発電動作の時間変化について、図５及び図６を用いて説明する。
熱発電携帯機器１００外部の雰囲気の温度（雰囲気温度）Ｔａに比べて、より高い温度（熱源温度）Ｔｃを有する熱源である生体に、熱発電携帯機器１００を装着する。裏蓋１４が生体に接触し、裏蓋１４および導熱部材２１からなる領域を経由して、熱源から熱発電部材２０の熱源側位置に熱流が伝達される。
【００３１】
この熱的過渡状態において、熱発電部材２０の熱源側位置の温度Ｔｐ２が上昇し、例えば図６に示すように、熱発電部材２０の熱源側位置の温度Ｔｐ２と放熱側位置の温度Ｔｐ１との温度差ΔＴｐ（＝Ｔｐ２−Ｔｐ１）および熱発電部材２０の発電電圧が極大値に向かい増大する（図６（ａ））。
なお、温度差ΔＴｐの最大値は、例えば、熱源から放熱先までの間の伝熱経路全体の熱抵抗Ｒと、熱発電部材２０の熱抵抗Ｒ４と、熱伝導可変部２２の熱抵抗Ｒ２２と、枠体１２および枠体１２内部の雰囲気からなる領域の熱抵抗Ｒ３と、雰囲気温度Ｔａおよび熱源温度Ｔｃとにより、下記数式（１）に示すように記述される。
【００３２】
【数１】
【００３３】
そして、熱発電部材２０および熱伝導可変部２２、枠体１２および枠体１２内部の雰囲気からなる領域を経由して、熱発電部材２０の放熱側位置、さらに放熱先に向かい熱流が伝達される。これに伴い、温度差ΔＴｐが極大値から低下傾向に変化し、熱発電携帯機器１００全体の温度が飽和する熱的定常状態、いわば、熱源と放熱先との間の所定の温度差（Ｔｃ−Ｔａ）が伝熱経路の全体に亘って配分される。これにより局所的な温度勾配が小さくなる熱的定常状態が形成される（図６（ｂ））。このような熱発電携帯機器１００全体の温度が飽和する熱的定常状態が維持されると、温度差ΔＴｐおよび発電電圧が低下した状態が維持されることとなる。
【００３４】
上記に示した熱流の伝達において、熱伝導可変部２２の熱抵抗Ｒ２２が可変する場合を、図７及び図８を用いて説明する。
まず、熱発電携帯機器１００が熱源である生体に装着された初期状態において、熱伝導可変部２２の熱伝達流体２２２が伝熱経路に存在し、熱伝導可変部２２の熱抵抗Ｒ２２が小さな値の第１熱抵抗Ｒ２２ａとなることとする。熱源から、裏蓋１４および導熱部材２１からなる領域を経由して熱発電部材２０の熱源側位置が加熱され、熱源側位置の温度Ｔｐ２が上昇する。一方、熱発電部材２０の放熱側位置は、放熱部と筐体１１および保持部材１５からなる領域とを介して熱発電携帯機器１００外部の雰囲気により冷却され、放熱側位置の温度Ｔｐ１の上昇が抑制される（図７（Ａ））。
【００３５】
これにより、熱発電部材２０の熱源側位置の温度Ｔｐ２と放熱側位置の温度Ｔｐ１との間に生じる温度差ΔＴｐ（＝Ｔｐ２−Ｔｐ１）および熱発電部材２０の発電電圧は極大値に向かい増大する（図８、時刻ｔ１まで）。
【００３６】
次に、熱発電携帯機器１００全体の温度が飽和するように熱的定常状態に向かい変化することに伴い、いわば、熱源と放熱先との間の所定の温度差（Ｔｃ−Ｔａ）が伝熱経路の全体に亘って配分される。これにより、局所的な温度勾配が小さくなり、熱発電部材２０の熱源側位置の温度Ｔｐ２と放熱側位置の温度Ｔｐ１との間に生じる温度差ΔＴｐ（＝Ｔｐ２−Ｔｐ１）が低下し、熱発電部材２０の発電電圧が低下する（図８、時刻ｔ１からｔ２）。
【００３７】
次に、熱伝導可変部２２の姿勢を変化させ、伝熱経路において、熱伝導可変部２２の流体２２３を経由させる。これにより、熱伝導可変部２２の熱抵抗Ｒ２２は大きな値の第２熱抵抗Ｒ２２ｂに変化する。裏蓋１４および導熱部材２１からなる領域と熱発電部材２０または枠体１２および枠体１２内部の雰囲気からなる領域とを経由して熱源から熱発電部材２０の放熱側位置に伝達された熱流は、いわば、熱伝導可変部２２でせき止められる（図７（Ｂ））。
【００３８】
これにより、熱発電部材２０の放熱側位置の温度Ｔｐ１は熱源側位置の温度Ｔｐ２に等しくなるように上昇し、温度差ΔＴｐおよび熱発電部材２０の発電電圧がゼロに向かい低下する。一方、筐体１１および保持部材１５からなる領域は、熱発電携帯機器１００外部の雰囲気により冷却され易くなり、筐体１１および保持部材１５からなる領域の温度Ｔｂが低下する（図８、時刻ｔ２からｔ３）。
【００３９】
つまり、熱伝導可変部２２の姿勢が変化することで、熱源と放熱先との間の伝熱経路での温度分布が変更される。これにより、熱発電部材２０の放熱側位置の温度Ｔｐ１と筐体１１および保持部材１５からなる領域の温度Ｔｂとの間の温度差が増大する。
つまり、伝熱経路の全体に亘って配分された熱源と放熱先間の温度差（Ｔｃ−Ｔａ）が、伝熱経路の一部（つまり、熱伝導可変部２２の領域）に局在的に集中するような熱的定常状態が形成される。
【００４０】
次に、熱伝導可変部２２の姿勢を変化させ、再度、熱伝導可変部２２の熱伝達流体２２２を経由する伝熱経路にする。熱伝導可変部２２の熱抵抗Ｒ２２が小さな値の第１熱抵抗Ｒ２２ａに変化する。熱発電部材２０の放熱側位置は、放熱部と筐体１１および保持部材１５、熱伝導可変部２２とを介して熱発電携帯機器１００外部の雰囲気により冷却され、放熱側位置の温度Ｔｐ１が低下する（図７（Ｃ））。
【００４１】
これにより、熱発電部材２０の放熱側位置は、放熱部と筐体１１および保持部材１５からなる領域とを介して熱発電携帯機器１００外部の雰囲気により冷却され、熱発電部材２０の放熱側位置の温度Ｔｐ１が低下する。熱発電部材２０の熱源側位置の温度Ｔｐ２と放熱側位置の温度Ｔｐ１との間に生じる温度差ΔＴｐ（＝Ｔｐ２−Ｔｐ１）および熱発電部材２０の発電電圧は極大値に向かい増大する（図８、時刻ｔ３からｔ４）。
【００４２】
そして、温度差ΔＴｐ（＝Ｔｐ２−Ｔｐ１）および熱発電部材２０の発電電圧が極大値に到達した以後においては、熱発電携帯機器１００全体の温度が飽和するように熱的定常状態に向かい変化することに伴い、いわば、熱源と放熱先との間の所定の温度差（Ｔｃ−Ｔａ）が伝熱経路の全体に亘って配分されることで局所的な温度勾配が小さくなり、熱発電部材２０の熱源側位置の温度Ｔｐ２と放熱側位置の温度Ｔｐ１との間に生じる温度差ΔＴｐ（＝Ｔｐ２−Ｔｐ１）および熱発電部材２０の発電電圧が低下傾向に変化する（図８、時刻ｔ４以降）。
【００４３】
上述したように、本実施の形態による熱発電携帯機器１００によれば、熱伝導可変部２２の姿勢に応じて、熱伝導可変部２２の熱抵抗Ｒ２２が変更できる。このため、熱源と放熱先との間の所定の温度差（Ｔｃ−Ｔａ）に対して、局在的に熱発電部材２０の熱源側位置と放熱側位置との間で温度差ΔＴｐ（＝Ｔｐ２−Ｔｐ１）を増大させることができ、発電電圧を増大させて所望の発電量を確保することができると共に、発電効率の低下を抑制することができる。
【００４４】
より具体的には、熱伝導可変部２２の熱抵抗Ｒ２２が第１熱抵抗Ｒ２２ａと第２熱抵抗Ｒ２２ｂとに切り替えられる。このため、熱源と放熱先との間の伝熱経路での温度分布が変更でき、これに起因する熱的過渡状態において熱発電部材２０の熱源側位置と放熱側位置との間に、熱源と放熱先との間の所定の温度差（Ｔｃ−Ｔａ）に基づく所望の大きさの温度差ΔＴｐ（＝Ｔｐ２−Ｔｐ１）を確保することができる。
【００４５】
さらに、姿勢により内部に封入された熱伝達流体２２２を偏在させる熱伝導可変部２２を備えるだけで、伝熱経路上の熱抵抗を変更できる。これにより、簡略な構成で発電効率の低下を抑制できる。また、外部動力を用いずに発電効率の低下を抑制できるため、発電電力を有効に利用できる。
【００４６】
（第２の実施形態）
以下、本発明に係る第２の実施形態の熱発電携帯機器２００について説明する。第１の実施形態と同一箇所については、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
第１の実施形態と異なる点は、複数の熱発電部材２０を用いて熱発電携帯機器２００を構成したものである。
第２の実施形態に係る熱発電携帯機器２００の断面構成を図９に示す。
熱発電携帯機器２００は二つの熱発電部材２０ａ、２０ｂを有し、熱伝導可変部２２の中空部２２１ａ、２２１ｂそれぞれに、熱発電部材２０ａ、２０ｂを接するよう配置する。
【００４７】
ここで、中空部２２１ａに熱伝達流体２２２が封入され、中空部２２１ｂに流体２２３が封入されているとする。このため、熱発電携帯機器２００の伝熱経路は、中空部２２１ａを経由する伝熱経路と中空部２２１ｂを経由する伝熱経路の二種類が存在する。中空部２２１ａを経由する伝熱経路においては、図７（Ａ）に示すように、熱伝導可変部２２の熱抵抗Ｒ２２は、より小さい値である第１熱抵抗Ｒ２２ａをとる。このため、熱発電部材２０ａの温度差ΔＴｐを増大させることができ、発電電圧が増大し、所望の発電量を確保できる。一方、流体２２３封入側の中空部２２１ｂを経由する伝熱経路においては、図７（Ｂ）が示すように、熱伝導可変部２２の熱抵抗Ｒ２２は、大きい値である第２熱抵抗Ｒ２２ｂをとる。このため、熱発電部材２０ｂの温度差ΔＴｐが低下し、熱発電部材２０ｂは発電しない。
【００４８】
その後、熱発電携帯機器２００の姿勢を変化させ、熱伝達流体２２２を他方の中空部２２１ｂへと移動させる。中空部２２１ａには流体２２３が、中空部２２１ｂには熱伝達流体２２２が封入されることとなる。このため、中空部２２１ａの熱抵抗Ｒ２２は、より大きい第２熱抵抗Ｒ２２ｂとなり、これと接する熱発電部材２０ａの温度差ΔＴｐが低下し、熱発電部材２０ａは発電しなくなる。一方で、中空部２２１ｂの熱抵抗Ｒ２２は、より小さい第１熱抵抗Ｒ２２ａとなり、これと接する熱発電部材２０ｂの温度差ΔＴｐが上昇し、熱発電部材２０ｂの発電電圧が増加する。
【００４９】
このように、二つの熱発電部材２０ａ、２０ｂのどちらか（熱伝達流体２２２が存在する伝熱経路上にある側の熱発電部材２０）は発電しているため、常に所望の発電量を確保することが可能となる。
なお、上述した実施の形態においては、熱伝導可変部２２の中空部２２１は二つであるが、これに限定されない。例えば、熱伝導可変部２２内部を複数の隔壁２２３で分割し、３以上の中空部を形成し、各々の中空部に熱発電部材２０を接するように構成することも可能である。
【００５０】
また、流体２２３は気体に限らない。流体２２３が熱伝達流体２２２と混合もしくは溶解せず、熱抵抗及び密度の異なる液体でも構成可能である。例えば、熱伝達流体２２２を熱伝導フィラー混合のオイル、流体２２３を水とすれば、上記機能を実現できる。
また、隔壁２２４の構造がなくとも構成可能である。例えば、表面張力が大きい水銀等を熱伝達流体２２２とすれば、流体２２３と確実に分離するため、隔壁２２４の構造は不要となる。
【００５１】
（第３の実施形態）
以下、本発明に係る第３の実施形態について説明する。第１及び第２の実施形態と同一箇所については、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
第１及び第２の実施形態と異なる点は、熱伝導可変部２２が中空円管形状の中空部２２１ひとつを備え、中空部２２１内部に熱伝達流体２２２及び流体２２３を封入して構成した点である。
【００５２】
熱伝導可変部２２の構成を図１０に示す。
熱伝達可変部２２は、中空部２２１、熱伝達流体２２２及び流体２２３から構成されている。
中空部２２１は、中空円管形状の金属や樹脂等で形成され、その内部には上部開放された隔壁２２４が複数設けられている。
【００５３】
中空部２２１内部には、熱伝達流体２２２及び流体２２３を封入している。熱伝達流体２２２と流体２２３は、異なる熱伝導率及び密度を有し、互いに溶解せず、各々の表面張力等により分離している。例えば、ここでは熱伝達流体２２２の方が流体２２３に比べ、熱伝導率及び密度が高いこととする。熱伝達流体２２２は熱伝導フィラーを混合したオイル、流体２２３は空気で構成する。
【００５４】
中空部２２１内部領域において、熱伝達流体２２２及び流体２２３は移動は自由である。例えば、熱伝導可変部２２を傾けると、熱伝達流体２２２は熱伝導可変部２２内部を移動し、熱伝導可変部２２の最も低い領域に熱伝達流体２２２が停留する。また、熱伝導可変部２２内部の残りの領域には流体２２３が存在することとなる。
【００５５】
熱伝導可変部２２に熱発電部材２０を配置した構成を図１１に示す。
熱伝導可変部２２の円周に沿って４つの熱発電部材２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄを、熱伝導可変部２２に接して設置する。
ここで、熱発電携帯機器を生体に装着すると、生体の体温により裏蓋１４が加熱され、裏蓋１４、導熱部材２１、熱発電部材２０、熱伝導可変部２２、保持部材１５、筐体１１の順に熱が伝達される。この伝熱経路は二種類あり、熱伝達流体２２２を経由する場合と、流体２２３を経由する場合がある。
【００５６】
図１１に示すような姿勢の場合、熱伝達流体２２２を経由する伝熱経路上の熱発電部材２０ａ、２０ｄは、熱伝導可変部２２の熱抵抗Ｒ２２は第一熱抵抗Ｒ２２ａであるため、熱源側位置と放熱側位置との温度差ΔＴｐ（＝Ｔｐ２−Ｔｐ１）を確保することができる。このため、熱発電部材２０ａ、２０ｄは温度差に起因した所定の発電量を確保することができる。同時に、流体２２３を経由する伝熱経路上の熱発電部材２０ｂ、２０ｃは、熱伝導可変部２２の熱抵抗Ｒ２２は第二熱抵抗Ｒ２２ｂであるため、熱源側位置と放熱側位置との温度差ΔＴｐがほぼゼロである。このため、熱発電部材２０ｂ、２０ｃは発電しない状態である。
【００５７】
この後、熱伝導可変部２２の姿勢が変化し、熱伝達流体２２２が内部で移動すると、伝熱経路上に熱伝達流体２２２が存在する熱発電部材が発電し、流体２２３が経路上に存在する熱発電部材が発電しなくなる。
【００５８】
このため、熱伝導可変部２２の姿勢変化により、発電する熱発電部材を切り替えることができる。これにより、複数ある熱発電部材のいずれかが所定の発電量を供給することができる。また、上記構造によれば、重力の作用により熱伝達流体２２２の移動性が高められており、熱伝導可変部２２の姿勢変化に伴う伝熱経路に対する熱伝達流体２２２の存在有無を容易に生じさせることができる。このため、伝熱経路の一部（つまり、熱伝導可変部２２）の熱抵抗Ｒ２２を容易に変更することができる。
【００５９】
なお、上述した実施の形態においては、４つの熱発電部材で構成したが、数の変更は可能である。また、熱伝達流体２２２と流体２２３の容積は同等と図示したが、熱発電部材の数や熱飽和する時間に応じて、熱伝達流体２２２と流体２２３の容積の比率を変更して構成することも可能である。
【００６０】
（第４の実施形態）
以下、本発明に係る第４の実施形態について説明する。上記実施形態と同一箇所については、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
上記実施形態と異なる点は、熱伝導可変部２２が樹脂等の可撓体で形成した中空円管構造の中空部２２１を有する点である。
熱伝導可変部２２及び熱発電部材２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄの構成を図１２に示す。
【００６１】
熱伝導可変部２２は、中空部２２１と流体制御部２３０からなる。
中空部２２１は、樹脂等の可撓体で形成した中空円管構造であり、内部に熱伝達流体２２２を封入している。なお、熱伝達流体２２２は熱伝導フィラーを混合したオイルで構成する。
【００６２】
流体制御部２３０は、平板に２つの凸部２３３及び回転軸２３４を有し、樹脂等で形成した構造である。回転軸２３４は針駆動部３２と接続され、指針部１７と同期した回転トルクが供給され、一定速度で回転する。
ここで、流体制御部２３０の凸部２３３で熱伝導可変部２２の中空部２２１を押圧する。中空部２２１の押圧された領域の熱伝達流体２２２が押しのけられることとなる。なお、例えば、流体制御部２３０の熱抵抗は、熱伝達流体２２２の熱抵抗より高いとする。
【００６３】
熱発電部材２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄは、熱伝達可変部２２の流体制御部２３０との対面側に、熱伝導可変部２２の円周に沿って設置する。
ここで、熱発電携帯機器を生体に装着すると、生体の体温により裏蓋１４が加熱され、裏蓋１４、導熱部材２１、熱発電部材２０、熱伝導可変部２２、保持部材１５、筐体１１の順に熱が伝達される。この伝熱経路は二種類あり、熱伝導可変部２２の熱伝達流体２２２を経由する場合と、流体制御部２３０の凸部２３３を経由する場合がある。
【００６４】
図１２（Ｂ）に示すような流体制御部２３０の位置の場合、熱伝達流体２２２を経由する伝熱経路上の熱発電部材２０ａ、２０ｃは、熱伝導可変部２２の熱抵抗Ｒ２２は第一熱抵抗Ｒ２２ａであるため、熱源側位置と放熱側位置との温度差ΔＴｐ（＝Ｔｐ２−Ｔｐ１）を確保することができる。このため、熱発電部材２０ａ、２０ｃは温度差に起因した所定の発電量を確保することができる。同時に、流体制御部２３０の凸部２３３を経由する伝熱経路上の熱発電部材２０ｂ、２０ｄは、凸部２３３の熱抵抗は熱伝達流体２２２の熱抵抗Ｒ２２ａより高いため、熱源側位置と放熱側位置との温度差ΔＴｐがほぼゼロである。このため、熱発電部材２０ｂ、２０ｄは発電しない状態である。
【００６５】
この後、流体制御部２３０が回転し、熱伝達流体２２２が熱伝導可変部２２内部で移動すると、伝熱経路上に熱伝達流体２２２が存在する熱発電部材が発電し、凸部２３３が経路上に存在する熱発電部材が発電しなくなる。
【００６６】
このため、流体制御部２３０の回転により、発電する熱発電部材を順次、切り替えることができる。これにより、複数ある熱発電部材のいずれかが所定の発電量を供給することができる。また、上記構造によれば、流体制御部２３０の回転は時間一定であるため、熱発電部材が熱飽和する前に、次の熱発電部材が発電するよう切り替えるような回転速度設定も可能である。このため、熱発電部材の発電量をより向上させて供給することが可能となる。
【００６７】
なお、上述した実施の形態においては、４つの熱発電部材で構成したが、数の変更は可能である。また、熱伝達流体２２２の熱抵抗が高く、流体制御部２３０の凸部２３３の熱抵抗を低く構成することも可能である。例えば熱伝達流体２２２を窒素ガス、凸部２３３をアルミ等の金属で構成する。この場合、伝熱経路上に凸部２３３が存在する熱発電部材が発電し、伝熱経路上に熱伝達流体２２２が存在する熱発電部材が発電しなくなる。
【００６８】
また、流体制御部２３０の回転軸２３４を針駆動部３２と接続し、回転トルクを供給することとしたが、これに限らない。例えば、回転軸２３４に偏心した重錘を取り付け、姿勢によって重錘が移動し、回転軸２３４に回転トルクを供給するように構成することも可能である。
【００６９】
（第５の実施形態）
以下、本発明に係る第５の実施形態について説明する。上記実施形態と同一箇所については、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
上記実施形態と異なる点は、中空円管構造の中空部２２１内部の熱伝達流体２２２を磁性流体で構成した点である。
熱伝導可変部２２及び熱発電部材２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄの構成を図１３に示す。
熱伝導可変部２２は中空部２２１と流体制御部２３０からなる。
【００７０】
中空部２２１は中空円管構造であり、内部に熱伝達流体２２２と流体２２３を封入した構成である。なお、熱伝達流体２２２は磁性流体、流体２２３は空気で構成する。このため、熱伝導可変部２２の熱抵抗Ｒ２２は、熱伝達流体２２２を経由する場合は第一熱抵抗Ｒ２２ａ、流体２２３を経由する場合は第二熱抵抗Ｒ２２ｂとなる。
【００７１】
流体制御部２３０は、半円形状の磁石と回転軸２３４からなる構造である。回転軸２３４は針駆動部３２と接続され、指針部１７と同期した回転トルクが供給され、磁石は一定速度で回転する。
流体制御部２３０の磁石が回転すると、磁石の磁場が移動し、これに追随して、熱伝達流体２２２である磁性流体が熱伝導可変部２２内部を移動する。
【００７２】
熱発電部材２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄは、熱伝達可変部２２の流体制御部２３０との対面側に、熱伝導可変部２２の円周に沿って設置する。
ここで、熱発電携帯機器を生体に装着すると、生体の体温により裏蓋１４が加熱され、裏蓋１４、導熱部材２１、熱発電部材２０、熱伝導可変部２２、保持部材１５、筐体１１の順に熱が伝達される。この伝熱経路は二種類あり、熱伝導可変部２２の熱伝達流体２２２を経由する場合と、流体２２３を経由する場合がある。
【００７３】
図１３に示すような流体制御部２３０の位置の場合、熱伝達流体２２２を経由する伝熱経路上の熱発電部材２０ａ、２０ｄは、熱伝導可変部２２の熱抵抗Ｒ２２は第一熱抵抗Ｒ２２ａであるため、熱源側位置と放熱側位置との温度差ΔＴｐ（＝Ｔｐ２−Ｔｐ１）を確保することができる。このため、熱発電部材２０ａ、２０ｄは温度差に起因した所定の発電量を確保することができる。同時に、流体２２３を経由する伝熱経路上の熱発電部材２０ｂ、２０ｃは、流体２２３は第二熱抵抗値Ｒ２２ｂであるため、熱源側位置と放熱側位置との温度差ΔＴｐがほぼゼロである。このため、熱発電部材２０ｂ、２０ｃは発電しない状態である。
【００７４】
この後、流体制御部２３０が回転し、熱伝達流体２２２が熱伝導可変部２２内部で移動すると、伝熱経路上に熱伝達流体２２２が存在する熱発電部材が発電し、流体２２３が経路上に存在する熱発電部材が発電しなくなる。
【００７５】
このため、流体制御部２３０の回転により、発電する熱発電部材を順次、切り替えることができる。これにより、複数ある熱発電部材のいずれかが所定の発電量を供給することができる。また、上記構造によれば、流体制御部２３０の回転は時間一定であるため、熱発電部材が熱飽和する前に、次の熱発電部材が発電するよう切り替えるような回転速度設定も可能である。このため、熱発電部材の発電量をより向上させて供給することが可能となる。
【００７６】
なお、上述した実施の形態においては、４つの熱発電部材で構成したが、数の変更は可能である。また、熱伝達流体２２２と流体２２３の容積は同等と図示したが、熱発電部材の数や熱飽和する時間に応じて、熱伝達流体２２２と流体２２３の容積の比率を変更して構成することも可能である。
また、流体制御部２３０の回転軸２３４を針駆動部３２と接続し、回転トルクを供給することとしたが、これに限らない。例えば、回転軸２３４に偏心した重錘を取り付け、姿勢によって重錘が移動し、回転軸２３４に回転トルクを供給するように構成することも可能である。
【００７７】
なお、上述した実施の形態においては、熱発電携帯機器を指針部１７によるアナログ表示の腕時計としたが、これに限定されず、例えば液晶表示などによるデジタル表示の腕時計であってもよい。
また、上述した実施の形態においては、熱発電携帯機器を人体に装着される腕時計としたが、これに限定されず、人体や動物に装着される携帯型の電子機器として、例えば、ヘッドフォンや、立体視用の眼鏡や、脈拍と心拍数と呼吸数と血圧と体温となどの生体情報を計測して計測結果を無線送信する電子機器などであってもよい。
【００７８】
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、上述した実施形態で挙げた構成等はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。また、上述した各実施形態を適宜組み合わせて採用することも可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１００、２００ 熱発電携帯機器
１１ 筐体
１４ 裏蓋
１５ 保持部材
１７ａ 秒針
１７ｂ 分針
１７ｃ 時針
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ 熱発電部材
２２ 熱伝導可変部
２２１ａ、２２１ｂ 中空部
２２２ 熱伝達流体
２２３ 流体
２２４ 隔壁
２２５ａ 流出口
２２５ｂ 流入口
２２６ 一方向弁
２３０ 流体制御部
２３１ バルブ
２３２ 重錘
２３３ 凸部
２３４ 回転軸
【技術分野】
【０００１】
この発明は、装着した生体の体温により発電し駆動する熱発電携帯機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、熱発電素子を裏蓋と本体内部の放熱リングとの間に設置し、人体の腕から体温が裏蓋を介して伝達される発熱側の温度と放熱側の温度との温度差によって発電電圧を得る熱発電腕時計が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３０５４９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来技術に係る熱発電腕時計においては、人体の腕に装着された後に熱発電腕時計の構成全体の温度が飽和するように熱的定常状態に向かう。この温度変化に伴い、熱発電素子の発熱側の温度と放熱側の温度との温度差が小さくなり、熱発電素子の発電電圧が低下する。このため、所望の発電量を確保することができなくなると共に、発電効率が低下してしまう虞がある。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、生体への装着状態において発電効率の低下を抑制し、所望の発電量を確保することが可能な熱発電携帯機器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するための、本発明の熱発電携帯機器の第１の特徴は、熱源と放熱先との間における熱源側位置の温度と放熱側位置の温度との温度差に基づき発電する熱発電部材と、内部空間と、前記内部空間で移動可能な第一流体とを有する熱伝導可変部と、を備え、前記熱伝導可変部は、前記熱源と前記放熱先との間の伝熱経路における前記第一流体の経由有無により、前記伝熱経路の少なくとも一部の熱抵抗を変更することを要旨とする。
かかる特徴によれば、熱源と熱発電携帯機器外部の雰囲気等の放熱先との間の所定の温度差に対し、伝熱経路の一部の熱抵抗を変更することにより、熱発電部材の熱源側と放熱側との温度差を増大させる。これにより、熱発電部材の発電効率の低下を抑制し、所望の発電量を確保することが可能となる。
【０００７】
また、本発明の熱発電携帯の第２の特徴は、前記熱伝導可変部は、前記伝熱経路における前記第一流体の有無により、前記伝熱経路の少なくとも一部の熱抵抗が第１熱抵抗になる状態と、前記伝熱経路の少なくとも一部の熱抵抗が前記第１熱抵抗とは異なる第２熱抵抗になる状態とを切り替え可能であることを要旨とする。
かかる特徴によれば、伝熱経路に対して第一流体を移動させることで、伝熱経路上の一部の熱抵抗を切り替えることができる。これにより、熱発電部材の発電効率の低下を抑制し、所望の発電量を確保することが可能となる。
【０００８】
また、本発明の熱発電携帯機器の第３の特徴は、前記熱伝導可変部の内部空間に、前記第一流体と第二流体とを備え、前記第二流体は、前記第一流体に比べ熱伝導率が低く、密度が異なり、前記第一流体と溶解しないことを要旨とする。
かかる特徴によれば、伝熱経路において、第一流体を経由する場合と第二流体を経由する場合の二種類を設定できる。第一流体もしくは第二流体を移動させることで、伝熱経路上の一部の熱抵抗を切り替えることができるため、熱発電部材の発電効率の低下を抑制し、所望の発電量を確保することが可能となる。
【０００９】
また、本発明の熱発電携帯機器の第４の特徴は、前記熱伝導可変部の姿勢変化により、前記第一流体を移動させ、前記第１熱抵抗と前記第２熱抵抗とを切り替えることを要旨とする。
かかる特徴によれば、外部動力が必要ない熱伝導可変部の姿勢変化で、伝熱経路上の一部の熱抵抗を切り替えることができる。これにより、電力消費することなく、熱発電部材の発電効率の低下を抑制し、所望の発電量を確保することが可能となる。
【００１０】
また、本発明の熱発電携帯機器の第５の特徴は、前記熱伝導可変部は直線移動もしくは回転移動可能な流体制御部を備え、前記流体制御部の移動により前記第一流体の移動を制御することを要旨とする。
かかる特徴によれば、第一流体の移動を流体制御部で制御できるため、所望の時点で熱伝達流体を移動することが可能となる。これにより、熱発電部材の発電効率の低下を抑制し、所望の発電量を確保することが可能となる。
【００１１】
また、本発明の熱発電携帯機器の第６の特徴は、前記熱伝導可変部は可撓体からなり、前記流体制御部が前記熱伝導可変部を押圧して変形させたまま移動することで前記第一流体を移動させることを要旨とする。
かかる特徴によれば、伝熱経路において、第一流体を経由する場合と流体制御部を経由する場合の二種類を設定できる。この第一流体もしくは流体制御部を移動させることで、伝熱経路上の一部の熱抵抗を切り替えることができるため、熱発電部材の発電効率の低下を抑制し、所望の発電量を確保することが可能となる。
【００１２】
また、本発明の熱発電携帯機器の第７の特徴は、前記熱伝達流体は磁性流体であり、磁石で構成された前記流体制御部の移動に伴い、前記第一流体を移動することを要旨とする。
かかる特徴によれば、熱伝導可変部と流体制御部とを接して配置する必要がなく、流体制御部の移動にかける動力が小さくてすむ。これにより、電力消費を小さくして、熱発電部材の発電効率の低下を抑制し、所望の発電量を確保することが可能となる。
【００１３】
また、本発明の熱発電携帯機器の第８の特徴は、前記熱伝導可変部は複数の中空部と、前記中空部それぞれに設けられた二つの開口部と、前記開口部に各々異なる向きで設けられた一方向弁と、を備え、前記流体制御部は移動可能なバルブと重錘とを有し、前記流体制御部の姿勢変化に伴って前記バルブが移動することで、前記中空部内部の前記第一流体が異なる前記中空部へと移動することを要旨とする。
かかる特徴によれば、流体制御部の移動は重力加速度によるものであり、動力を必要とせず、第一流体を移動させることが可能となる。これにより、電力消費することなく、熱発電部材の発電効率の低下を抑制し、所望の発電量を確保することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
熱源と熱発電携帯機器外部の雰囲気等の放熱先との間の所定の温度差に対し、伝熱経路の一部の熱抵抗を変更することにより、熱発電部材の熱源側と放熱側との温度差を増大させる。これにより、熱発電部材の発電効率の低下を抑制し、所望の発電量を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第一の実施の形態に係る熱発電携帯機器の断面図である。
【図２】本発明の第一の実施の形態に係る熱発電携帯機器のムーブメントの構成図である。
【図３】本発明の第一の実施の形態に係る熱発電携帯機器の熱伝導可変部の構成図である。
【図４】本発明の第一の実施の形態に係る熱発電携帯機器の熱抵抗モデルを示す図である。
【図５】本発明の第一の実施の形態に係る熱発電携帯機器が生体に装着された状態における熱抵抗モデルでの温度分布の一例を示す図である。
【図６】本発明の第一の実施の形態に係る熱発電携帯機器の熱発電部材の熱源側位置の温度と放熱側位置の温度との間に生じる温度差ΔＴｐの変化を示す説明図である。
【図７】本発明の第一の実施の形態に係る熱発電携帯機器の熱伝導可変部の状態に応じて変化する熱抵抗モデルを示す説明図である。
【図８】本発明の第一の実施の形態に係る熱発電携帯機器の熱伝導可変部の熱抵抗と、熱発電部材の熱源側位置の温度と放熱側位置の温度との間に生じる温度差ΔＴｐを示す説明図である。
【図９】本発明の第二の実施の形態に係る熱発電携帯機器の断面図である。
【図１０】本発明の第三の実施の形態に係る熱発電携帯機器の熱伝導可変部の構成図である。
【図１１】本発明の第三の実施の形態に係る熱発電携帯機器の熱伝導可変部周囲の構成を示す構成図である。
【図１２】本発明の第四の実施の形態に係る熱発電携帯機器の熱伝導可変部周囲の構成を示す構成図である。
【図１３】本発明の第五の実施の形態に係る熱発電携帯機器の熱伝導可変部周囲の構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１の実施形態）
以下、本発明に係る第１の実施形態を、図１から５を参照しながら説明する。本実施形態に係る熱発電携帯機器１００について、以下に説明する。
（全体構成）
本実施形態に係る熱発電携帯機器１００は、例えば人体の腕に装着される腕時計である。
図１に、本実施形に係る熱発電携帯機器１００断面の構成を示す。熱発電携帯機器１００は、筐体１１と、枠体１２と、カバーガラス１３と、裏蓋１４と、保持部材１５と、文字盤１６と、指針部１７と、ムーブメント１８と、基板１９と、熱発電部材２０と、導熱部材２１と、熱伝導可変部２２から構成されている。
【００１７】
筐体１１は、例えば金属などにより筒状に形成され、一方の開口端はカバーガラス１３により閉塞され、他方の開口端には筒状の枠体１２の一方の開口端が接続されている。
枠体１２は、例えば合成樹脂などにより筒状に形成され、他方の開口端は裏蓋１４により閉塞されている。
保持部材１５は、例えばアルミニウム、銅、真鍮等の金属により形成され、筐体１１および枠体１２の内部に収容されている。
【００１８】
文字盤１６は、例えば時刻の秒、分、時に係る数字などの表示が設けられた表面１６Ａがカバーガラス１３を介して外部から視認可能になるようにして、裏面１６Ｂがムーブメント１８により保持されている。
指針部１７は、例えば、時刻の秒を示す秒針１７ａと、時刻の分を示す分針１７ｂと、時刻の時を示す時針１７ｃとを備えて構成され、文字盤１６の表面１６Ａ上から突出して設けられ、ムーブメント１８により回転駆動されて文字盤１６の表面１６Ａ上に設けられた時刻に係る適宜の表示を指し示す。
ムーブメント１８は、例えば、文字盤１６の裏面１６Ｂ側に配置されて保持部材１５により保持されている。
【００１９】
基板１９は、例えば保持部材１５により保持されている。
熱発電部材２０は、例えばペルチェ素子や熱電対などからなり、保持部材１５と導熱部材２１とによって挟み込まれるようにして保持されている。
導熱部材２１は、例えば銅などにより板状に形成され、裏蓋１４の内面１４Ａ側に配置されている。
熱伝導可変部２２は、文字盤１６に対してムーブメント１８の裏側に配置され、保持部材１５に保持されている。
なお、筐体１１と保持部材１５との間、保持部材１５と熱発電部材２０との間、導熱部材２１と裏蓋１４との間などには、熱伝導性のグリス２３が塗布されている。
【００２０】
（ムーブメントの構成）
ムーブメント１８の構成について、以下に説明する。
図２は、ムーブメント１８の構成を示す構成図である。
ムーブメント１８は、制御部３１と、針駆動部３２と、昇圧部３３と、蓄電部３４とを備えて構成されている。
針駆動部３２は、例えばステッピングモータなどを備え、制御部３１から出力される駆動パルスに応じて指針部１７の秒針１７ａと分針１７ｂと時針１７ｃとを回転駆動する。
【００２１】
昇圧部３３は、例えば発振回路およびチャージポンプ回路などを備え、熱発電部材２０に接続され、熱発電部材２０から出力される発電電圧を昇圧して昇圧電圧を出力する。
蓄電部３４は、例えば２次電池やコンデンサなどを備え、昇圧部３３に接続され、昇圧部３３から出力される電力を蓄電する。
制御部３１は、例えば蓄電部３４から供給される電力により作動する発振回路および分周回路およびモータ駆動パルス出力回路などを備え、分周回路から出力される計時の基準となる信号に応じて、針駆動部３２を駆動するための駆動パルスをモータ駆動パルス出力回路から出力する。
【００２２】
（熱伝導可変部の構成）
熱伝導可変部の構成について、以下に説明する。
図３は、熱伝導可変部の構成を示す断面図である。
熱伝導可変部２２は、二つの中空部２２１ａ、２２１ｂと、中空部２２１ａ、２２１ｂ内部に封入された熱伝達流体２２２と流体２２３と、熱伝達流体２２２の流動を制御する流体制御部２３０から構成されている。
二つの中空部２２１ａ、２２１ｂは隔壁２２４で区切られており、中空部２２１ａ、２２１ｂそれぞれ二つの開口部を有している。二つの開口部はそれぞれに異なる方向の液体用一方向弁２２６が設けられ、熱伝達流体２２２の流出口２２５ａと流入口２２５ｂを構成している。
【００２３】
また、二つの中空部２２１ａ、２２１ｂ内部に封入されている、熱伝達流体２２２と流体２２３とは、熱伝導率及び密度が異なる。例えば、熱伝達流体２２２は、熱伝導率の高いフィラー（アルミナ、窒化アルミニウム、炭化珪素、グラファイト等の粉末）を混合したシリコンオイル、流体２２３は空気、窒素ガス等の不活性ガスで構成する。
流体制御部２３０は、中空部２２１の流出口２２５ａ及び流入口２２５ｂに接するよう配置され、バルブ部２３１と重錘２３２から構成されている。流体制御部２３０の姿勢により、重錘２３２に重力加速度が加わることで、一方向に往復移動することができる。
【００２４】
ここで、熱伝導可変部２２の右側が下に傾いた場合、重錘２３２の重量により、流体制御部２３０は右へ移動する。これにより、バルブ２３１は中空部２２１ａの流入口２２５ｂのみを塞ぐ。このため、中空部２２１ａ内部の熱伝達流体２２２は、重力により中空部２２１ａの流出口２２５ａ、流体制御部２３０、中空部２２１ｂの流入口２２５ｂを経て、中空部２２１ｂに移動する（図３（Ａ）参照）。このとき、流体２２３の動きは液体用一方向弁２２６で制御されないため、流体２２３は中空部２２１ｂから中空部２２１ａへと移動する。
【００２５】
同様に、熱伝導可変部２２の左側が下に傾いた場合は、流体制御部２３０は左に移動し、バルブ２３１が中空部２２１ｂの流入口２２５ｂを塞ぐ。このため、熱伝達流体２２２は中空部２２１ｂから中空部２２１ａへ、流体２２３は中空部２２１ａから中空部２２１ｂへと移動する（図３（Ｂ）参照）。
【００２６】
（熱発電携帯機器内部の熱伝導）
熱発電携帯機器１００内部の熱の流れについて説明する。
熱発電携帯機器１００を人体に装着すると、体温により裏蓋１４が加熱される。この熱は、裏蓋１４、導熱部材２１、熱発電部材２０、熱伝導可変部２２、保持部材１５、筐体１１の順に伝達する。ただし、熱伝導可変部２２は、姿勢に応じて内部に封入した熱伝達流体２２２が移動する。このため、上記伝熱経路の一部が、熱伝導可変部２２の姿勢により、熱伝達流体２２２を経由する場合と流体２２３を経由する場合とが切り替わることとなる。
熱発電携帯機器１００内部の熱伝導を説明するため、熱抵抗モデルを適用する。図４に、熱発電携帯機器１００全体の熱抵抗モデルを示す。
【００２７】
熱発電携帯機器１００の熱抵抗モデルは、裏蓋１４に接触する熱源である生体と、熱発電携帯機器１００外部の雰囲気などの放熱先との間において、裏蓋１４および導熱部材２１からなる領域の熱抵抗Ｒ５、熱発電部材２０の熱抵抗Ｒ４、枠体１２および枠体１２内部の雰囲気からなる領域の熱抵抗Ｒ３、筐体１１および保持部材１５からなる領域の熱抵抗Ｒ２、熱発電携帯機器１００の表面（例えば、筐体１１の表面１１Ａなど）および該表面付近の領域からなる放熱部の熱抵抗Ｒ１、熱伝導可変部２２の熱抵抗Ｒ２２からなる。
熱発電携帯機器１００の熱抵抗モデルは、各熱抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ５が直列に接続され、かつ熱抵抗Ｒ２、Ｒ５間において、直列接続された熱抵抗Ｒ４及び熱抵抗Ｒ２２と、熱抵抗Ｒ３とが並列に接続されている。
【００２８】
熱伝導可変部２２の熱抵抗Ｒ２２は、姿勢に応じて変化する可変熱抵抗である。熱伝達流体２２２を経由する場合には、熱伝導可変部の熱抵抗Ｒ２２が小さな値の第１熱抵抗Ｒ２２ａになり、流体２２３を経由する場合には熱抵抗Ｒ２２が大きな値の第２熱抵抗Ｒ２２ｂ（＞第１熱抵抗Ｒ２２ａ）になる。
なお、ここでは、各熱抵抗Ｒ１、Ｒ５および熱抵抗Ｒ２２ａが、熱発電部材２０の熱抵抗Ｒ４と同等あるいは熱抵抗Ｒ４よりも小さくなるように構成されている。また、熱抵抗Ｒ３は、例えば、各熱抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ２２ａ、Ｒ２２ｂよりも大きくなるように構成されている。
【００２９】
（熱発電部材の発電動作）
次に、熱発電部材２０の発電について、図５から図８を用いて説明する。
熱発電部材２０は、加熱側と放熱側との温度差に応じて発電電圧を出力する素子である。
図５に示すように、生体に装着された熱発電携帯機器１００は、熱源である生体の温度（熱源温度Ｔｃ）から熱発電携帯機器１００外部の雰囲気などの放熱先の温度（雰囲気温度Ｔａ）に至る熱の流れが発生している。ここで、熱発電部材２０の熱源側位置の温度Ｔｐ２と放熱側位置の温度Ｔｐ１とすると、熱発電部材２０は温度差ΔＴｐ（＝Ｔｐ２−Ｔｐ１）の大きさに応じた発電電圧を出力することとなる。
【００３０】
この熱の流れと発電動作の時間変化について、図５及び図６を用いて説明する。
熱発電携帯機器１００外部の雰囲気の温度（雰囲気温度）Ｔａに比べて、より高い温度（熱源温度）Ｔｃを有する熱源である生体に、熱発電携帯機器１００を装着する。裏蓋１４が生体に接触し、裏蓋１４および導熱部材２１からなる領域を経由して、熱源から熱発電部材２０の熱源側位置に熱流が伝達される。
【００３１】
この熱的過渡状態において、熱発電部材２０の熱源側位置の温度Ｔｐ２が上昇し、例えば図６に示すように、熱発電部材２０の熱源側位置の温度Ｔｐ２と放熱側位置の温度Ｔｐ１との温度差ΔＴｐ（＝Ｔｐ２−Ｔｐ１）および熱発電部材２０の発電電圧が極大値に向かい増大する（図６（ａ））。
なお、温度差ΔＴｐの最大値は、例えば、熱源から放熱先までの間の伝熱経路全体の熱抵抗Ｒと、熱発電部材２０の熱抵抗Ｒ４と、熱伝導可変部２２の熱抵抗Ｒ２２と、枠体１２および枠体１２内部の雰囲気からなる領域の熱抵抗Ｒ３と、雰囲気温度Ｔａおよび熱源温度Ｔｃとにより、下記数式（１）に示すように記述される。
【００３２】
【数１】
【００３３】
そして、熱発電部材２０および熱伝導可変部２２、枠体１２および枠体１２内部の雰囲気からなる領域を経由して、熱発電部材２０の放熱側位置、さらに放熱先に向かい熱流が伝達される。これに伴い、温度差ΔＴｐが極大値から低下傾向に変化し、熱発電携帯機器１００全体の温度が飽和する熱的定常状態、いわば、熱源と放熱先との間の所定の温度差（Ｔｃ−Ｔａ）が伝熱経路の全体に亘って配分される。これにより局所的な温度勾配が小さくなる熱的定常状態が形成される（図６（ｂ））。このような熱発電携帯機器１００全体の温度が飽和する熱的定常状態が維持されると、温度差ΔＴｐおよび発電電圧が低下した状態が維持されることとなる。
【００３４】
上記に示した熱流の伝達において、熱伝導可変部２２の熱抵抗Ｒ２２が可変する場合を、図７及び図８を用いて説明する。
まず、熱発電携帯機器１００が熱源である生体に装着された初期状態において、熱伝導可変部２２の熱伝達流体２２２が伝熱経路に存在し、熱伝導可変部２２の熱抵抗Ｒ２２が小さな値の第１熱抵抗Ｒ２２ａとなることとする。熱源から、裏蓋１４および導熱部材２１からなる領域を経由して熱発電部材２０の熱源側位置が加熱され、熱源側位置の温度Ｔｐ２が上昇する。一方、熱発電部材２０の放熱側位置は、放熱部と筐体１１および保持部材１５からなる領域とを介して熱発電携帯機器１００外部の雰囲気により冷却され、放熱側位置の温度Ｔｐ１の上昇が抑制される（図７（Ａ））。
【００３５】
これにより、熱発電部材２０の熱源側位置の温度Ｔｐ２と放熱側位置の温度Ｔｐ１との間に生じる温度差ΔＴｐ（＝Ｔｐ２−Ｔｐ１）および熱発電部材２０の発電電圧は極大値に向かい増大する（図８、時刻ｔ１まで）。
【００３６】
次に、熱発電携帯機器１００全体の温度が飽和するように熱的定常状態に向かい変化することに伴い、いわば、熱源と放熱先との間の所定の温度差（Ｔｃ−Ｔａ）が伝熱経路の全体に亘って配分される。これにより、局所的な温度勾配が小さくなり、熱発電部材２０の熱源側位置の温度Ｔｐ２と放熱側位置の温度Ｔｐ１との間に生じる温度差ΔＴｐ（＝Ｔｐ２−Ｔｐ１）が低下し、熱発電部材２０の発電電圧が低下する（図８、時刻ｔ１からｔ２）。
【００３７】
次に、熱伝導可変部２２の姿勢を変化させ、伝熱経路において、熱伝導可変部２２の流体２２３を経由させる。これにより、熱伝導可変部２２の熱抵抗Ｒ２２は大きな値の第２熱抵抗Ｒ２２ｂに変化する。裏蓋１４および導熱部材２１からなる領域と熱発電部材２０または枠体１２および枠体１２内部の雰囲気からなる領域とを経由して熱源から熱発電部材２０の放熱側位置に伝達された熱流は、いわば、熱伝導可変部２２でせき止められる（図７（Ｂ））。
【００３８】
これにより、熱発電部材２０の放熱側位置の温度Ｔｐ１は熱源側位置の温度Ｔｐ２に等しくなるように上昇し、温度差ΔＴｐおよび熱発電部材２０の発電電圧がゼロに向かい低下する。一方、筐体１１および保持部材１５からなる領域は、熱発電携帯機器１００外部の雰囲気により冷却され易くなり、筐体１１および保持部材１５からなる領域の温度Ｔｂが低下する（図８、時刻ｔ２からｔ３）。
【００３９】
つまり、熱伝導可変部２２の姿勢が変化することで、熱源と放熱先との間の伝熱経路での温度分布が変更される。これにより、熱発電部材２０の放熱側位置の温度Ｔｐ１と筐体１１および保持部材１５からなる領域の温度Ｔｂとの間の温度差が増大する。
つまり、伝熱経路の全体に亘って配分された熱源と放熱先間の温度差（Ｔｃ−Ｔａ）が、伝熱経路の一部（つまり、熱伝導可変部２２の領域）に局在的に集中するような熱的定常状態が形成される。
【００４０】
次に、熱伝導可変部２２の姿勢を変化させ、再度、熱伝導可変部２２の熱伝達流体２２２を経由する伝熱経路にする。熱伝導可変部２２の熱抵抗Ｒ２２が小さな値の第１熱抵抗Ｒ２２ａに変化する。熱発電部材２０の放熱側位置は、放熱部と筐体１１および保持部材１５、熱伝導可変部２２とを介して熱発電携帯機器１００外部の雰囲気により冷却され、放熱側位置の温度Ｔｐ１が低下する（図７（Ｃ））。
【００４１】
これにより、熱発電部材２０の放熱側位置は、放熱部と筐体１１および保持部材１５からなる領域とを介して熱発電携帯機器１００外部の雰囲気により冷却され、熱発電部材２０の放熱側位置の温度Ｔｐ１が低下する。熱発電部材２０の熱源側位置の温度Ｔｐ２と放熱側位置の温度Ｔｐ１との間に生じる温度差ΔＴｐ（＝Ｔｐ２−Ｔｐ１）および熱発電部材２０の発電電圧は極大値に向かい増大する（図８、時刻ｔ３からｔ４）。
【００４２】
そして、温度差ΔＴｐ（＝Ｔｐ２−Ｔｐ１）および熱発電部材２０の発電電圧が極大値に到達した以後においては、熱発電携帯機器１００全体の温度が飽和するように熱的定常状態に向かい変化することに伴い、いわば、熱源と放熱先との間の所定の温度差（Ｔｃ−Ｔａ）が伝熱経路の全体に亘って配分されることで局所的な温度勾配が小さくなり、熱発電部材２０の熱源側位置の温度Ｔｐ２と放熱側位置の温度Ｔｐ１との間に生じる温度差ΔＴｐ（＝Ｔｐ２−Ｔｐ１）および熱発電部材２０の発電電圧が低下傾向に変化する（図８、時刻ｔ４以降）。
【００４３】
上述したように、本実施の形態による熱発電携帯機器１００によれば、熱伝導可変部２２の姿勢に応じて、熱伝導可変部２２の熱抵抗Ｒ２２が変更できる。このため、熱源と放熱先との間の所定の温度差（Ｔｃ−Ｔａ）に対して、局在的に熱発電部材２０の熱源側位置と放熱側位置との間で温度差ΔＴｐ（＝Ｔｐ２−Ｔｐ１）を増大させることができ、発電電圧を増大させて所望の発電量を確保することができると共に、発電効率の低下を抑制することができる。
【００４４】
より具体的には、熱伝導可変部２２の熱抵抗Ｒ２２が第１熱抵抗Ｒ２２ａと第２熱抵抗Ｒ２２ｂとに切り替えられる。このため、熱源と放熱先との間の伝熱経路での温度分布が変更でき、これに起因する熱的過渡状態において熱発電部材２０の熱源側位置と放熱側位置との間に、熱源と放熱先との間の所定の温度差（Ｔｃ−Ｔａ）に基づく所望の大きさの温度差ΔＴｐ（＝Ｔｐ２−Ｔｐ１）を確保することができる。
【００４５】
さらに、姿勢により内部に封入された熱伝達流体２２２を偏在させる熱伝導可変部２２を備えるだけで、伝熱経路上の熱抵抗を変更できる。これにより、簡略な構成で発電効率の低下を抑制できる。また、外部動力を用いずに発電効率の低下を抑制できるため、発電電力を有効に利用できる。
【００４６】
（第２の実施形態）
以下、本発明に係る第２の実施形態の熱発電携帯機器２００について説明する。第１の実施形態と同一箇所については、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
第１の実施形態と異なる点は、複数の熱発電部材２０を用いて熱発電携帯機器２００を構成したものである。
第２の実施形態に係る熱発電携帯機器２００の断面構成を図９に示す。
熱発電携帯機器２００は二つの熱発電部材２０ａ、２０ｂを有し、熱伝導可変部２２の中空部２２１ａ、２２１ｂそれぞれに、熱発電部材２０ａ、２０ｂを接するよう配置する。
【００４７】
ここで、中空部２２１ａに熱伝達流体２２２が封入され、中空部２２１ｂに流体２２３が封入されているとする。このため、熱発電携帯機器２００の伝熱経路は、中空部２２１ａを経由する伝熱経路と中空部２２１ｂを経由する伝熱経路の二種類が存在する。中空部２２１ａを経由する伝熱経路においては、図７（Ａ）に示すように、熱伝導可変部２２の熱抵抗Ｒ２２は、より小さい値である第１熱抵抗Ｒ２２ａをとる。このため、熱発電部材２０ａの温度差ΔＴｐを増大させることができ、発電電圧が増大し、所望の発電量を確保できる。一方、流体２２３封入側の中空部２２１ｂを経由する伝熱経路においては、図７（Ｂ）が示すように、熱伝導可変部２２の熱抵抗Ｒ２２は、大きい値である第２熱抵抗Ｒ２２ｂをとる。このため、熱発電部材２０ｂの温度差ΔＴｐが低下し、熱発電部材２０ｂは発電しない。
【００４８】
その後、熱発電携帯機器２００の姿勢を変化させ、熱伝達流体２２２を他方の中空部２２１ｂへと移動させる。中空部２２１ａには流体２２３が、中空部２２１ｂには熱伝達流体２２２が封入されることとなる。このため、中空部２２１ａの熱抵抗Ｒ２２は、より大きい第２熱抵抗Ｒ２２ｂとなり、これと接する熱発電部材２０ａの温度差ΔＴｐが低下し、熱発電部材２０ａは発電しなくなる。一方で、中空部２２１ｂの熱抵抗Ｒ２２は、より小さい第１熱抵抗Ｒ２２ａとなり、これと接する熱発電部材２０ｂの温度差ΔＴｐが上昇し、熱発電部材２０ｂの発電電圧が増加する。
【００４９】
このように、二つの熱発電部材２０ａ、２０ｂのどちらか（熱伝達流体２２２が存在する伝熱経路上にある側の熱発電部材２０）は発電しているため、常に所望の発電量を確保することが可能となる。
なお、上述した実施の形態においては、熱伝導可変部２２の中空部２２１は二つであるが、これに限定されない。例えば、熱伝導可変部２２内部を複数の隔壁２２３で分割し、３以上の中空部を形成し、各々の中空部に熱発電部材２０を接するように構成することも可能である。
【００５０】
また、流体２２３は気体に限らない。流体２２３が熱伝達流体２２２と混合もしくは溶解せず、熱抵抗及び密度の異なる液体でも構成可能である。例えば、熱伝達流体２２２を熱伝導フィラー混合のオイル、流体２２３を水とすれば、上記機能を実現できる。
また、隔壁２２４の構造がなくとも構成可能である。例えば、表面張力が大きい水銀等を熱伝達流体２２２とすれば、流体２２３と確実に分離するため、隔壁２２４の構造は不要となる。
【００５１】
（第３の実施形態）
以下、本発明に係る第３の実施形態について説明する。第１及び第２の実施形態と同一箇所については、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
第１及び第２の実施形態と異なる点は、熱伝導可変部２２が中空円管形状の中空部２２１ひとつを備え、中空部２２１内部に熱伝達流体２２２及び流体２２３を封入して構成した点である。
【００５２】
熱伝導可変部２２の構成を図１０に示す。
熱伝達可変部２２は、中空部２２１、熱伝達流体２２２及び流体２２３から構成されている。
中空部２２１は、中空円管形状の金属や樹脂等で形成され、その内部には上部開放された隔壁２２４が複数設けられている。
【００５３】
中空部２２１内部には、熱伝達流体２２２及び流体２２３を封入している。熱伝達流体２２２と流体２２３は、異なる熱伝導率及び密度を有し、互いに溶解せず、各々の表面張力等により分離している。例えば、ここでは熱伝達流体２２２の方が流体２２３に比べ、熱伝導率及び密度が高いこととする。熱伝達流体２２２は熱伝導フィラーを混合したオイル、流体２２３は空気で構成する。
【００５４】
中空部２２１内部領域において、熱伝達流体２２２及び流体２２３は移動は自由である。例えば、熱伝導可変部２２を傾けると、熱伝達流体２２２は熱伝導可変部２２内部を移動し、熱伝導可変部２２の最も低い領域に熱伝達流体２２２が停留する。また、熱伝導可変部２２内部の残りの領域には流体２２３が存在することとなる。
【００５５】
熱伝導可変部２２に熱発電部材２０を配置した構成を図１１に示す。
熱伝導可変部２２の円周に沿って４つの熱発電部材２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄを、熱伝導可変部２２に接して設置する。
ここで、熱発電携帯機器を生体に装着すると、生体の体温により裏蓋１４が加熱され、裏蓋１４、導熱部材２１、熱発電部材２０、熱伝導可変部２２、保持部材１５、筐体１１の順に熱が伝達される。この伝熱経路は二種類あり、熱伝達流体２２２を経由する場合と、流体２２３を経由する場合がある。
【００５６】
図１１に示すような姿勢の場合、熱伝達流体２２２を経由する伝熱経路上の熱発電部材２０ａ、２０ｄは、熱伝導可変部２２の熱抵抗Ｒ２２は第一熱抵抗Ｒ２２ａであるため、熱源側位置と放熱側位置との温度差ΔＴｐ（＝Ｔｐ２−Ｔｐ１）を確保することができる。このため、熱発電部材２０ａ、２０ｄは温度差に起因した所定の発電量を確保することができる。同時に、流体２２３を経由する伝熱経路上の熱発電部材２０ｂ、２０ｃは、熱伝導可変部２２の熱抵抗Ｒ２２は第二熱抵抗Ｒ２２ｂであるため、熱源側位置と放熱側位置との温度差ΔＴｐがほぼゼロである。このため、熱発電部材２０ｂ、２０ｃは発電しない状態である。
【００５７】
この後、熱伝導可変部２２の姿勢が変化し、熱伝達流体２２２が内部で移動すると、伝熱経路上に熱伝達流体２２２が存在する熱発電部材が発電し、流体２２３が経路上に存在する熱発電部材が発電しなくなる。
【００５８】
このため、熱伝導可変部２２の姿勢変化により、発電する熱発電部材を切り替えることができる。これにより、複数ある熱発電部材のいずれかが所定の発電量を供給することができる。また、上記構造によれば、重力の作用により熱伝達流体２２２の移動性が高められており、熱伝導可変部２２の姿勢変化に伴う伝熱経路に対する熱伝達流体２２２の存在有無を容易に生じさせることができる。このため、伝熱経路の一部（つまり、熱伝導可変部２２）の熱抵抗Ｒ２２を容易に変更することができる。
【００５９】
なお、上述した実施の形態においては、４つの熱発電部材で構成したが、数の変更は可能である。また、熱伝達流体２２２と流体２２３の容積は同等と図示したが、熱発電部材の数や熱飽和する時間に応じて、熱伝達流体２２２と流体２２３の容積の比率を変更して構成することも可能である。
【００６０】
（第４の実施形態）
以下、本発明に係る第４の実施形態について説明する。上記実施形態と同一箇所については、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
上記実施形態と異なる点は、熱伝導可変部２２が樹脂等の可撓体で形成した中空円管構造の中空部２２１を有する点である。
熱伝導可変部２２及び熱発電部材２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄの構成を図１２に示す。
【００６１】
熱伝導可変部２２は、中空部２２１と流体制御部２３０からなる。
中空部２２１は、樹脂等の可撓体で形成した中空円管構造であり、内部に熱伝達流体２２２を封入している。なお、熱伝達流体２２２は熱伝導フィラーを混合したオイルで構成する。
【００６２】
流体制御部２３０は、平板に２つの凸部２３３及び回転軸２３４を有し、樹脂等で形成した構造である。回転軸２３４は針駆動部３２と接続され、指針部１７と同期した回転トルクが供給され、一定速度で回転する。
ここで、流体制御部２３０の凸部２３３で熱伝導可変部２２の中空部２２１を押圧する。中空部２２１の押圧された領域の熱伝達流体２２２が押しのけられることとなる。なお、例えば、流体制御部２３０の熱抵抗は、熱伝達流体２２２の熱抵抗より高いとする。
【００６３】
熱発電部材２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄは、熱伝達可変部２２の流体制御部２３０との対面側に、熱伝導可変部２２の円周に沿って設置する。
ここで、熱発電携帯機器を生体に装着すると、生体の体温により裏蓋１４が加熱され、裏蓋１４、導熱部材２１、熱発電部材２０、熱伝導可変部２２、保持部材１５、筐体１１の順に熱が伝達される。この伝熱経路は二種類あり、熱伝導可変部２２の熱伝達流体２２２を経由する場合と、流体制御部２３０の凸部２３３を経由する場合がある。
【００６４】
図１２（Ｂ）に示すような流体制御部２３０の位置の場合、熱伝達流体２２２を経由する伝熱経路上の熱発電部材２０ａ、２０ｃは、熱伝導可変部２２の熱抵抗Ｒ２２は第一熱抵抗Ｒ２２ａであるため、熱源側位置と放熱側位置との温度差ΔＴｐ（＝Ｔｐ２−Ｔｐ１）を確保することができる。このため、熱発電部材２０ａ、２０ｃは温度差に起因した所定の発電量を確保することができる。同時に、流体制御部２３０の凸部２３３を経由する伝熱経路上の熱発電部材２０ｂ、２０ｄは、凸部２３３の熱抵抗は熱伝達流体２２２の熱抵抗Ｒ２２ａより高いため、熱源側位置と放熱側位置との温度差ΔＴｐがほぼゼロである。このため、熱発電部材２０ｂ、２０ｄは発電しない状態である。
【００６５】
この後、流体制御部２３０が回転し、熱伝達流体２２２が熱伝導可変部２２内部で移動すると、伝熱経路上に熱伝達流体２２２が存在する熱発電部材が発電し、凸部２３３が経路上に存在する熱発電部材が発電しなくなる。
【００６６】
このため、流体制御部２３０の回転により、発電する熱発電部材を順次、切り替えることができる。これにより、複数ある熱発電部材のいずれかが所定の発電量を供給することができる。また、上記構造によれば、流体制御部２３０の回転は時間一定であるため、熱発電部材が熱飽和する前に、次の熱発電部材が発電するよう切り替えるような回転速度設定も可能である。このため、熱発電部材の発電量をより向上させて供給することが可能となる。
【００６７】
なお、上述した実施の形態においては、４つの熱発電部材で構成したが、数の変更は可能である。また、熱伝達流体２２２の熱抵抗が高く、流体制御部２３０の凸部２３３の熱抵抗を低く構成することも可能である。例えば熱伝達流体２２２を窒素ガス、凸部２３３をアルミ等の金属で構成する。この場合、伝熱経路上に凸部２３３が存在する熱発電部材が発電し、伝熱経路上に熱伝達流体２２２が存在する熱発電部材が発電しなくなる。
【００６８】
また、流体制御部２３０の回転軸２３４を針駆動部３２と接続し、回転トルクを供給することとしたが、これに限らない。例えば、回転軸２３４に偏心した重錘を取り付け、姿勢によって重錘が移動し、回転軸２３４に回転トルクを供給するように構成することも可能である。
【００６９】
（第５の実施形態）
以下、本発明に係る第５の実施形態について説明する。上記実施形態と同一箇所については、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
上記実施形態と異なる点は、中空円管構造の中空部２２１内部の熱伝達流体２２２を磁性流体で構成した点である。
熱伝導可変部２２及び熱発電部材２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄの構成を図１３に示す。
熱伝導可変部２２は中空部２２１と流体制御部２３０からなる。
【００７０】
中空部２２１は中空円管構造であり、内部に熱伝達流体２２２と流体２２３を封入した構成である。なお、熱伝達流体２２２は磁性流体、流体２２３は空気で構成する。このため、熱伝導可変部２２の熱抵抗Ｒ２２は、熱伝達流体２２２を経由する場合は第一熱抵抗Ｒ２２ａ、流体２２３を経由する場合は第二熱抵抗Ｒ２２ｂとなる。
【００７１】
流体制御部２３０は、半円形状の磁石と回転軸２３４からなる構造である。回転軸２３４は針駆動部３２と接続され、指針部１７と同期した回転トルクが供給され、磁石は一定速度で回転する。
流体制御部２３０の磁石が回転すると、磁石の磁場が移動し、これに追随して、熱伝達流体２２２である磁性流体が熱伝導可変部２２内部を移動する。
【００７２】
熱発電部材２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄは、熱伝達可変部２２の流体制御部２３０との対面側に、熱伝導可変部２２の円周に沿って設置する。
ここで、熱発電携帯機器を生体に装着すると、生体の体温により裏蓋１４が加熱され、裏蓋１４、導熱部材２１、熱発電部材２０、熱伝導可変部２２、保持部材１５、筐体１１の順に熱が伝達される。この伝熱経路は二種類あり、熱伝導可変部２２の熱伝達流体２２２を経由する場合と、流体２２３を経由する場合がある。
【００７３】
図１３に示すような流体制御部２３０の位置の場合、熱伝達流体２２２を経由する伝熱経路上の熱発電部材２０ａ、２０ｄは、熱伝導可変部２２の熱抵抗Ｒ２２は第一熱抵抗Ｒ２２ａであるため、熱源側位置と放熱側位置との温度差ΔＴｐ（＝Ｔｐ２−Ｔｐ１）を確保することができる。このため、熱発電部材２０ａ、２０ｄは温度差に起因した所定の発電量を確保することができる。同時に、流体２２３を経由する伝熱経路上の熱発電部材２０ｂ、２０ｃは、流体２２３は第二熱抵抗値Ｒ２２ｂであるため、熱源側位置と放熱側位置との温度差ΔＴｐがほぼゼロである。このため、熱発電部材２０ｂ、２０ｃは発電しない状態である。
【００７４】
この後、流体制御部２３０が回転し、熱伝達流体２２２が熱伝導可変部２２内部で移動すると、伝熱経路上に熱伝達流体２２２が存在する熱発電部材が発電し、流体２２３が経路上に存在する熱発電部材が発電しなくなる。
【００７５】
このため、流体制御部２３０の回転により、発電する熱発電部材を順次、切り替えることができる。これにより、複数ある熱発電部材のいずれかが所定の発電量を供給することができる。また、上記構造によれば、流体制御部２３０の回転は時間一定であるため、熱発電部材が熱飽和する前に、次の熱発電部材が発電するよう切り替えるような回転速度設定も可能である。このため、熱発電部材の発電量をより向上させて供給することが可能となる。
【００７６】
なお、上述した実施の形態においては、４つの熱発電部材で構成したが、数の変更は可能である。また、熱伝達流体２２２と流体２２３の容積は同等と図示したが、熱発電部材の数や熱飽和する時間に応じて、熱伝達流体２２２と流体２２３の容積の比率を変更して構成することも可能である。
また、流体制御部２３０の回転軸２３４を針駆動部３２と接続し、回転トルクを供給することとしたが、これに限らない。例えば、回転軸２３４に偏心した重錘を取り付け、姿勢によって重錘が移動し、回転軸２３４に回転トルクを供給するように構成することも可能である。
【００７７】
なお、上述した実施の形態においては、熱発電携帯機器を指針部１７によるアナログ表示の腕時計としたが、これに限定されず、例えば液晶表示などによるデジタル表示の腕時計であってもよい。
また、上述した実施の形態においては、熱発電携帯機器を人体に装着される腕時計としたが、これに限定されず、人体や動物に装着される携帯型の電子機器として、例えば、ヘッドフォンや、立体視用の眼鏡や、脈拍と心拍数と呼吸数と血圧と体温となどの生体情報を計測して計測結果を無線送信する電子機器などであってもよい。
【００７８】
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、上述した実施形態で挙げた構成等はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。また、上述した各実施形態を適宜組み合わせて採用することも可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１００、２００ 熱発電携帯機器
１１ 筐体
１４ 裏蓋
１５ 保持部材
１７ａ 秒針
１７ｂ 分針
１７ｃ 時針
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ 熱発電部材
２２ 熱伝導可変部
２２１ａ、２２１ｂ 中空部
２２２ 熱伝達流体
２２３ 流体
２２４ 隔壁
２２５ａ 流出口
２２５ｂ 流入口
２２６ 一方向弁
２３０ 流体制御部
２３１ バルブ
２３２ 重錘
２３３ 凸部
２３４ 回転軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源と放熱先との間における熱源側位置の温度と放熱側位置の温度との温度差に基づき発電する熱発電部材と、
内部空間と、
前記内部空間で移動可能な第一流体とを有する熱伝導可変部と、を備え、
前記熱伝導可変部は、前記熱源と前記放熱先との間の伝熱経路における前記第一流体の経由有無により、前記伝熱経路の少なくとも一部の熱抵抗を変更することを特徴とする熱発電携帯機器。
【請求項２】
前記熱伝導可変部は、前記伝熱経路における前記第一流体の有無により、前記伝熱経路の少なくとも一部の熱抵抗が第１熱抵抗になる状態と、前記伝熱経路の少なくとも一部の熱抵抗が前記第１熱抵抗とは異なる第２熱抵抗になる状態とを切り替え可能であることを特徴とする請求項１に記載の熱発電携帯機器。
【請求項３】
前記熱伝導可変部の内部空間に、前記第一流体と第二流体とを備え、
前記第二流体は、前記第一流体に比べ熱伝導率が低く、密度が異なり、前記第一流体と溶解しないことを特徴とする請求項１または２に記載の熱発電携帯機器。
【請求項４】
前記熱伝導可変部の姿勢変化により、前記第一流体を移動させ、前記第１熱抵抗と前記第２熱抵抗とを切り替えることを特徴とする請求項２または３に記載の熱発電携帯機器。
【請求項５】
前記熱伝導可変部は直線移動もしくは回転移動可能な流体制御部を備え、
前記流体制御部の移動により前記第一流体の移動を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の熱発電携帯機器。
【請求項６】
前記熱伝導可変部は可撓体からなり、前記流体制御部が前記熱伝導可変部を押圧して変形させたまま移動することで前記第一流体を移動させることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の熱発電携帯機器。
【請求項７】
前記第一流体は磁性流体であり、磁石で構成された前記流体制御部の移動に伴い、前記第一流体を移動することを特徴とする請求項２に記載の熱発電携帯機器。
【請求項８】
前記熱伝導可変部は、
複数の中空部と、
前記中空部それぞれに設けられた二つの開口部と、
前記開口部に各々異なる向きで設けられた一方向弁と、を備え、
前記流体制御部は移動可能なバルブと重錘とを有し、
前記流体制御部の姿勢変化に伴って前記バルブが移動することで、前記中空部内部の前記第一流体が異なる前記中空部へと移動することを特徴とする請求項４に記載の熱発電携帯機器。
【請求項１】
熱源と放熱先との間における熱源側位置の温度と放熱側位置の温度との温度差に基づき発電する熱発電部材と、
内部空間と、
前記内部空間で移動可能な第一流体とを有する熱伝導可変部と、を備え、
前記熱伝導可変部は、前記熱源と前記放熱先との間の伝熱経路における前記第一流体の経由有無により、前記伝熱経路の少なくとも一部の熱抵抗を変更することを特徴とする熱発電携帯機器。
【請求項２】
前記熱伝導可変部は、前記伝熱経路における前記第一流体の有無により、前記伝熱経路の少なくとも一部の熱抵抗が第１熱抵抗になる状態と、前記伝熱経路の少なくとも一部の熱抵抗が前記第１熱抵抗とは異なる第２熱抵抗になる状態とを切り替え可能であることを特徴とする請求項１に記載の熱発電携帯機器。
【請求項３】
前記熱伝導可変部の内部空間に、前記第一流体と第二流体とを備え、
前記第二流体は、前記第一流体に比べ熱伝導率が低く、密度が異なり、前記第一流体と溶解しないことを特徴とする請求項１または２に記載の熱発電携帯機器。
【請求項４】
前記熱伝導可変部の姿勢変化により、前記第一流体を移動させ、前記第１熱抵抗と前記第２熱抵抗とを切り替えることを特徴とする請求項２または３に記載の熱発電携帯機器。
【請求項５】
前記熱伝導可変部は直線移動もしくは回転移動可能な流体制御部を備え、
前記流体制御部の移動により前記第一流体の移動を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の熱発電携帯機器。
【請求項６】
前記熱伝導可変部は可撓体からなり、前記流体制御部が前記熱伝導可変部を押圧して変形させたまま移動することで前記第一流体を移動させることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の熱発電携帯機器。
【請求項７】
前記第一流体は磁性流体であり、磁石で構成された前記流体制御部の移動に伴い、前記第一流体を移動することを特徴とする請求項２に記載の熱発電携帯機器。
【請求項８】
前記熱伝導可変部は、
複数の中空部と、
前記中空部それぞれに設けられた二つの開口部と、
前記開口部に各々異なる向きで設けられた一方向弁と、を備え、
前記流体制御部は移動可能なバルブと重錘とを有し、
前記流体制御部の姿勢変化に伴って前記バルブが移動することで、前記中空部内部の前記第一流体が異なる前記中空部へと移動することを特徴とする請求項４に記載の熱発電携帯機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−９６８１９（Ｐ２０１３−９６８１９Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３９４１８（Ｐ２０１１−２３９４１８）
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
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