(57)【要約】【課題】装置内部で発生する熱を電気エネルギーに変換する熱電素子の発電効率の向上を図ること。【解決手段】発電装置は、複数の発熱部１０５ａ,１０５ｂで発生する熱をそれぞれ電力に変換する熱電変換部１０７ａ,１０７ｂと、熱電変換部１０７ａ,１０７ｂの出力の接続を直列または並列に切り替える切替部１０９と、複数の熱電変換部１０７ａ,１０７ｂの発生温度に基づいて切替部１０９の切り替えを制御する制御部１００と、を備える。【選択図】図２
2015219503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発熱部で発生する熱をそれぞれ電力に変換する複数の熱電変換部と、
前記複数の熱電変換部の出力の接続を直列または並列に切り替える切替部と、
前記複数の熱電変換部の温度に基づいて前記切替部の切り替えを制御する制御部と、
を備えることを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記複数の熱電変換部の温度に基づいた前記切替部の設定情報が記憶されている記憶部を備え、
前記制御部は、
前記複数の熱電変換部と前記記憶部に記憶されている設定情報に基づいて、前記切替部の切り替えを制御することを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記複数の熱電変換部の温度を検出する複数の温度検出部と、
前記複数の熱電変換部の温度に基づいた前記切替部の設定情報が記憶されている記憶部と、
を備え、
前記制御部は、
前記複数の温度検出部が検出した温度と前記記憶部に記憶されている設定情報に基づいて、前記切替部の切り替えを制御することを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項４】
前記制御部は、入力されたジョブに基づいて、ジョブ実行時の温度変化を予測し、予測した温度と前記記憶部に記憶された設定情報とに基づいて、前記切替部の切り替えを制御することを特徴とする請求項２に記載の発電装置。
【請求項５】
前記制御部は、ジョブ実行時の温度変化を、周囲の環境温度も考慮して予測し、予測した温度と前記記憶部に記憶されている設定情報とに基づいて、前記切替部の切り替えを制御することを特徴とする請求項４に記載の発電装置。
【請求項６】
前記制御部は、実行対象のジョブの実行時の温度変化を、前回実施されたジョブからの経過時間も考慮して予測し、予測した温度と前記記憶部に記憶されている設定情報とに基づいて、前記切替部の切り替えを制御することを特徴とする請求項４に記載の発電装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記熱電変換部の温度に加えて前記熱電変換部の劣化による発電特性の変化に基づいて、発電量が最大となるように前記切替部の切り替えを制御することを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項８】
前記複数の熱電変換部の温度と前記熱電変換部の劣化による発電特性の変化に基づいた前記切替部の設定情報を予め記憶する記憶部をさらに備え、
前記制御部は、前記記憶部に記憶されている設定情報に基づいて、発電量が最大となるように前記切替部の切り替えを制御することを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記熱電変換部で発電した電力をＭＰＰＴ制御により充電制御することを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記熱電変換部で発電した電力を前記熱電変換部の温度に応じて充電制御することを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項１１】
複数の発熱部で発生する熱をそれぞれ電力に変換する複数の熱電変換部と、
前記複数の熱電変換部の出力の接続を直列または並列に切り替える切替部と、
前記複数の熱電変換部の温度に基づいて前記切替部の切り替えを制御する制御部と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１２】
複数の発熱部で発生する熱をそれぞれ電力に変換する複数の熱電変換部と、
前記複数の熱電変換部の出力の接続を直列または並列に切り替える切替部と、
を備える発電装置の発電方法であって、
前記複数の熱電変換部の温度に基づいて前記切替部の切り替えを制御する制御工程を含むことを特徴とする発電方法。
【請求項１３】
複数の発熱部で発生する熱をそれぞれ電力に変換する複数の熱電変換部と、
前記複数の熱電変換部の出力の接続を直列または並列に切り替える切替部と、
を備えるコンピュータに、
前記複数の熱電変換部の温度に基づいて前記切替部の切り替えを制御する制御ステップを実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電装置、画像形成装置、発電方法、およびプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真プロセスを利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ及びこれらを組み合わせた複合機では、省エネ要求に対応するため、画像形成装置で発生する熱を回収し、電気エネルギーとして再利用できる省エネ技術が知られている。
【０００３】
例えば、発生した熱を効率よく電気エネルギーに変換し、変換した電気エネルギーを利用するために、複数の発電素子と複数の蓄電素子とから構成される直流電源装置が開示されている（特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１では、蓄電素子の蓄電量に応じて複数の発電素子の接続方法を直列または並列に切り替えている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、熱電素子は発生した熱の温度によって発電量が変化するという特性がある。特許文献１では温度条件による発電特性の変化を考慮していないため、温度条件によっては発電効率が低下するという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、熱を電気エネルギーに変換する熱電素子の発電効率の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数の発熱部で発生する熱をそれぞれ電力に変換する複数の熱電変換部と、前記複数の熱電変換部の出力の接続を直列または並列に切り替える切替部と、前記複数の熱電変換部の温度に基づいて前記切替部の切り替えを制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、熱を電気エネルギーに変換する熱電素子の発電効率の向上を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本実施の形態にかかる画像形成装置の概略構成例を示す説明図である。
【図２】図２は、本実施の形態にかかる発熱装置の機能構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、図１のデジタル複合機の電源系の構成例（１）を示すブロック図である。
【図４】図４は、画像形成装置がコピージョブ⇒スキャナジョブの動作を実施したときの、定着装置の定着ローラとスキャナの時間-温度（上部）、時間−発電電力特性（下部）を示すグラフである。
【図５−１】図５−１は、図４中[１]の瞬間の、定着装置の定着ローラに接する熱電素子Ａとスキャナに接する熱電素子Ｂが直列接続されている場合の各素子の電流−電圧特性(上部)と、電流−電力特性(下部)を示すグラフである。
【図５−２】図５−２は、並列接続されている場合の接続の図５−１と同じ特性を示すグラフである。
【図６−１】図６−１は、図４中[２]の瞬間の、定着装置の定着ローラに接する熱電素子Ａとスキャナに接する熱電素子Ｂが直列接続されている場合の各素子の電流−電圧特性(上部)と、電流−電力特性(下部)を示すグラフである。
【図６−２】図６−２は、並列接続されている場合の接続の図６−１と同じ特性を示すグラフである。
【図７−１】図７−１は、図４中[３]の瞬間の、定着装置の定着ローラに接する熱電素子Ａとスキャナに接する熱電素子Ｂが直列接続されている場合の各素子の電流−電圧特性(上部)と、電流−電力特性(下部)を示すグラフである。
【図７−２】図７−２は、並列接続されている場合の接続の図７−１と同じ特性を示すグラフである。
【図８】図８は、記憶部に記憶される情報の詳細例を示す図表である。
【図９】図９は、蓄電開始から、熱電素子の接続の切り替え動作を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、熱電素子に用いられる材料のＺＴ特性を示すグラフである。
【図１１】図１１は、熱電素子の電圧−電流特性を示すグラフである。
【図１２】図１２は、ＭＰＰＴの動作を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、熱電素子から最大電力を取り出すための手段の一つで、逐一比較(山登り法)を示すグラフである。
【図１４】図１４は、図１のデジタル複合機の電源系の構成例（２）を示すブロック図である。
【図１５】図１５は、図１４のＭＰＰＴによる充電制御例を示すフローチャートである。
【図１６】図１６は、図１のデジタル複合機の電源系の構成例（３）を示すブロック図である。
【図１７】図１７は、図１６中の各熱電素子の温度によりＰＷＭ信号のＤｕｔｙを決定する場合の記憶部の詳細を示す図表である。
【図１８】図１８は、図１６と図１７の記憶部でＭＰＰＴ制御されたＤＤＣのＰＷＭ信号Ｄｕｔｙを決定する動作を示すフローチャートである。
【図１９】図１９は、熱電素子モジュールの温度を１００℃〜８００℃まで変化させ、変化サイクルを一定試行回数取得した後の熱電素子の抵抗値の上昇率を示すグラフである。
【図２０】図２０は、図１９に示される熱電素子モジュールの劣化を考慮し、熱電素子の使用時間に応じて記憶部のテーブルを変更する例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる発電装置、画像形成装置、発電方法、およびプログラムの一実施の形態を詳細に説明する。
【００１１】
（実施の形態）
本実施の形態にかかる発電装置は、複数の熱源からの廃熱を複数の熱電素子で電気に変換し、電池に蓄電することが可能であり、また、各熱電素子間にはスイッチが設けられており、直並列を切り替えるものである。以下の図面を用いて具体的に説明する。
【００１２】
図１は、本実施の形態にかかる画像形成装置の概略構成例を示す説明図である。図１に示す画像形成装置１は、デジタル複合機であり、複写機能と、プリンタ機能、およびファクシミリ機能等を有している。操作部のアプリケーション切り替えキーにより、複写機能、プリンタ機能、およびファクシミリ機能を順次に切り替えて選択することが可能となっている。複写機能の選択時には複写モードとなり、プリンタ機能の選択時にはプリンタモードとなり、ファクシミリモードの選択時にはファクシミリモードとなる。画像形成装置１での画像形成の流れについて以下に複写モードを例にあげ、図１を用いて簡単に説明する。
【００１３】
複写モードでは、原稿束がＡＤＦ１０により、順にスキャナ２０に給送され、スキャナ２０により、画像情報が読み取られる。そしてその読み取られた画像情報は、画像処理手段を介して書き込み手段としての書き込みユニット３０により光情報に変換される。感光体ドラム４１は、帯電器（不図示）により一様に帯電された後に書き込みユニット３０からの光情報で露光されて静電潜像が形成される。この感光体ドラム４１上の静電潜像は現像装置４２により現像されてトナー像となる。このトナー像の形成と並行して給紙ユニットあるいはキャパシタユニット５０から記録紙が搬送路４０を経て、所定のタイミングで感光体ドラム４１直近に搬送される。上記トナー像は、搬送ベルト４３により記録紙に転写され、記録紙は、定着装置４４によりトナー像が定着され、排出される。
【００１４】
なお、スキャナ２０は、一般に知られているように、蛍光灯あるいはハロゲンランプといった光源を用いて原稿を照射し、その原稿画像に応じた反射光をＣＣＤなどの光電変換素子によりデジタル画像データを得るものであり、連続使用時において温度上昇する。また、定着装置４４は、定着効率に優れた加熱ヒータを内蔵した定着ローラ及び定着ローラに対向して設けられる加圧ローラの機構を用いた装置が用いられており、やはり連続使用時において温度上昇する。なお、定着装置４４は、定着ローラ方式に限らず定着ベルト方式などであってもよい。本実施の形態では、上述したスキャナ２０、定着装置４４での熱を電気エネルギーの変換に用いている。
【００１５】
図２は、本実施の形態にかかる発熱装置の機能構成を示すブロック図である。図２において、制御部１００は、マイクロコンピュータシステムでなる。すなわち、制御部１００は、ＣＰＵ（central  processing  unit）でなる。ＲＯＭ（read  only  memory）１０１、ＲＡＭ（random  access  memory）１０２などを有する。
【００１６】
熱電変換部１０７ａ，ｂは、複数の発熱部１０５ａ，ｂで発生する熱をそれぞれ電力に変換する。切替部１０９は、熱電変換部１０７ａ，ｂの出力の接続を直列または並列に切り替える。制御部１００は、複数の熱電変換部１０７ａ，ｂの温度に基づいて切替部１０９の切り替えを制御する。なお、複数の発熱部１０５ａ，ｂにもそれぞれの温度を検知する温度センサ１０６ａ，ｂが設けられている。
【００１７】
記憶部１０３には、複数の熱電変換部１０７ａ，ｂの温度の組み合わせごとの切替部１０９の切替方法を定める設定情報を予め記憶しておく。制御部１００は、実行対象のジョブの実行時の温度変化を予測し、予測した温度を記憶部１０３に記憶された設定情報と比較し、温度の組み合わせに対応する切替方法を決定する。
【００１８】
また、制御部１００は、実行対象のジョブの実行時の温度変化を、周囲の環境温度も考慮して予測し、予測した温度に応じて記憶部１０３に記憶されている情報と比較する。
【００１９】
また、制御部１００は、実行対象のジョブの実行時の温度変化を、前回実施されたジョブからの経過時間も考慮して予測し、予測した温度に応じて記憶部１０３に記憶されている情報と比較する。
【００２０】
また、制御部１００は、実行対象のジョブの実行時の温度変化を、ジョブの内容がカラー印刷またはモノクロ印刷に応じた温度変化の差異も考慮して予測し、予測した温度に応じて記憶部１０３に記憶されている情報と比較する。
【００２１】
また、制御部１００は、熱電変換部１０７ａ，ｂの劣化による発電特性の変化を含めて、発電量が最大となるように切替部１０９の切り替えを直列または並列にする。
【００２２】
また、制御部１００は、熱電変換部１０７ａ，ｂで発電した電力をＭＰＰＴ制御により充電制御する。なお、ＭＰＰＴ制御は、Maximum  Power  Point  Tracking（最大電力点追従）制御の略称である。
【００２３】
また、制御部１００は、熱電変換部１０７ａ，ｂで発電した電力を熱電変換部１０７ａ，ｂの温度に応じて充電制御する。
【００２４】
なお、上述した各機能を、制御部（ＣＰＵ）１００を用いてソフトウェア（プログラム）により実現する代わりに、これら各部の全部または一部をハードウェア回路により実現してもよい。
【００２５】
図３は、図１のデジタル複合機の電源系の構成例（１）を示すブロック図である。熱電変換部１０７ａ，ｂとしての熱電素子５３，５４は、発熱部１０５ａとしての定着装置４４と、発熱部１０５ｂとしてのスキャナ２０にそれぞれ隣接して設置され、それぞれから排出される熱エネルギーを電気エネルギーに変換する。そして、熱電素子５３，５４から発電されて発生した電気エネルギーは、ＭＰＰＴ制御された充電器６０を介して蓄電池６１に蓄えられる。そして蓄えられた電気エネルギーは放電器６２、及び切替回路６３を介して負荷６４に供給される。ここで充電器６０、放電器６２、及び切替回路６３は動作するために電源が必要となるため、ＡＣ電源６５から電力供給を受けているＰＳＵ（パワーサプライユニット）６６からの電源ラインは、当該回路にも接続される。なお、熱電素子５３，５４については、発電装置の規模にみあった一般的に市販されている熱電素子を用いる。
【００２６】
また、熱電素子５３，５４と充電器６０間には、切替部１０９としてのＳＷ５７，５８，５９が配置されており、充電器６０に対する熱電素子５３と熱電素子５４の接続方法を直列または並列接続に切り替えることができる。
【００２７】
制御部１００はデジタル複写機の全体の制御を行っており、各動作モードに応じてシーケンシャルに各負荷６４を動作させる。また、制御部１００は、蓄電池６１への充放電の制御も行っている。制御部１００は、温度センサ５１，５２で検出した定着装置４４、スキャナ２０の温度、及び温度センサ５５，５６で検出した熱電素子５３，５４の温度から決定されるタイミングで充電を行うように充電器６０の出力電圧を制御する。温度センサ５１，５２は、サーミスタなど一般的に知られている検知素子を用いる。
【００２８】
また、制御部１００は、ＳＷ５７，５８，５９を下記のように制御する。制御部１００は、定着装置４４とスキャナ２０に隣接している温度センサ５１，５２からの温度データを受け温度データの組み合わせに応じて予めＳＷ５７，５８，５９の状態が記憶された記憶部１０３のデータを読出してＳＷ５７，５８，５９を制御する。
【００２９】
熱電素子５３，５４の温度検出において上記では個別に設けた温度センサ５５，５６で検出する構成としたが、動作開始時の定着装置の温度から予測検出してもよい。この場合には温度センサ５５，５６が不要となり、装置構成において複雑化を抑えることが可能となる。
【００３０】
また、上記予測開始時の環境温度も考慮することで、動作直後からの予測による温度変化の精度を向上させることができる。また、前回の画像形成動作完了からの経過時間を考慮して熱電素子５３，５４の温度を予測検知する構成とすると、動作直後であって、定着装置４４、及び熱電素子５３，５４が前回動作による保温状態にあったときの検知精度を向上させることができる。その他、画像形成装置は、モノクロ／カラーで、動作時の温度状態が異なるため、モノクロ／カラーの設定も考慮し、温度を予測することで、さらに予測による温度検知精度を向上させることができる。
【００３１】
図４は、画像形成装置がコピージョブ⇒スキャナジョブの動作を実施したときの、定着装置４４の定着ローラとスキャナ２０の時間-温度（上部）、時間−発電電力特性（下部）を示すグラフである。また、上下グラフ間に記載されている「発電量の大きい接続方法」は、より大きな発電電力を得ることの出来る複数個の熱電素子の接続方法が時間軸に沿って記載されている。
【００３２】
表１は、図４中に記載されている[１]、[２]、[３]時点の瞬時発電電力を、複数個の熱電素子５３，５４が直列、並列接続ごとにそれぞれ示している。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
ジョブ開始から[２]のタイミングで並列接続時と直列接続時の発電量が等しくなり、[２]以降、直列接続がより大きな発電量であることを示している。以下、[１]〜[３]それぞれの時点において、熱電素子５３，５４の出力を直列、並列接続した場合に得られる電力について詳述する。
【００３５】
図５−１は、図４中[１]の瞬間の、定着装置４４の定着ローラに接する熱電素子Aとスキャナ２０に接する熱電素子Bが直列接続されている場合の、各素子の電流-電圧特性(上部)と、電流-電力特性(下部)を示している。また、図５−２は、並列接続されている場合の接続の図５−１と同じ特性を示している。なお、ここでは熱電素子５３，５４について熱電素子A、Ｂと記述している。
【００３６】
なお、直列接続時は各熱電素子の電流が、並列接続時は各素子の電圧が等しくなるため、図５−１は横軸に電流を、図５−２は横軸に電圧を載せているだけであり、各素子の特性は、図５−１と図５−２とで同じである。
【００３７】
充電制御により、複数の発電素子から得られる発電量が最大になっていると考えると、直列接続では各素子の電流が、並列接続では各素子の電圧が等しくなる。このため、図５−１、図５−２それぞれ下図の（Ａ＋Ｂ）の線で示す最大値が、各接続で得られる最大電力となる。
【００３８】
各接続での最大電力を比較すると、
直列接続：０．４４Ｗ
並列接続：０．４８Ｗ
となり、並列接続の方が得られる電力が大きいことがわかる。
【００３９】
図６−１は、図４中[２]の瞬間の、定着装置４４の定着ローラに接する熱電素子Aとスキャナ２０に接する熱電素子Bが直列接続されている場合の、各素子の電流-電圧特性(上)部と、電流-電力特性(下部)を示している。また、図６−２は、並列接続されている場合の接続の図６−１と同じ特性を示している。
【００４０】
直列接続時は各素子の電流が、並列接続時は各素子の電圧が等しくなるため、図６−１は横軸に電流を、図６−２は横軸に電圧を載せているだけであり、各素子の特性は、図６−１と図６−２とで同じである。
【００４１】
充電制御により、複数の発電素子から得られる発電量が最大になっていると考えると、直列接続では各素子の電流が、並列接続では各素子の電圧が等しくなる。このため、図６−１、図６−２それぞれ下図の（Ａ＋Ｂ）の線で示す最大値が、各接続で得られる最大電力となる。
【００４２】
各接続での最大電力を比較すると、
直列接続：０．１５W
並列接続：０．１５W
となり、直列接続と並列接続とで、得られる電力が等しいことがわかる。
【００４３】
図７−１は、図４中[３]の瞬間の、定着装置４４の定着ローラに接する熱電素子Aとスキャナ２０に接する熱電素子Bが直列接続されている場合の、各熱電素子の電流-電圧特性(上部)と、電流-電力特性(下部)を示している。また、図７−２は、並列接続されている場合の接続の図７−１と同じ特性を示している。
【００４４】
直列接続時は各熱電素子の電流が、並列接続時は各熱電素子の電圧が等しくなるため、図７−１は横軸に電流を、図７−２は横軸に電圧を載せているだけであり、各熱電素子の特性は、図７−１と図７−２とで同じである。
【００４５】
充電制御により、複数の熱電素子から得られる発電量が最大になっていると考えると、直列接続では各熱電素子の電流が、並列接続では各素子の電圧が等しくなる。このため、図７−１、図７−２それぞれ下図の（Ａ＋Ｂ）の線で示す最大値が、各熱電接続で得られる最大電力となる。
【００４６】
各接続での最大電力を比較すると、
直列接続：０．３０W
並列接続：０．２８W
となり、直列接続の方が得られる電力が大きいことがわかる。
【００４７】
図８は、記憶部１０３に記憶される情報の詳細例を示す図表である。なお、図８では、定着装置４４−熱電素子５３部分の温度センサ５５の温度値を（定着装置−熱電素子）温度、スキャナ２０−熱電素子５４部分の温度センサ５６の温度値を（スキャナ−熱電素子）温度と表記している。また、これら２つの温度について以下、支障のない限り、単に熱電素子５３，５４の各温度と記述する。
【００４８】
図８に示すように、記憶部１０３の中には、熱電素子５３，５４の各温度を組み合わせた場合に、熱電素子５３，５４の接続方法をどのように設定するかが記憶されている。制御部１００は、熱電素子５３，５４の各温度を取得し、上図の記憶部１０３のデータ（直列接続（テーブル値１）、並列接続（テーブル値０））と比較することで、直列接続、並列接続のどちらかを決定する。
【００４９】
図９は、蓄電開始から、熱電素子５３，５４の接続の切り替え動作を示すフローチャートである。本動作は制御部１００によって実行される。蓄電開始後、まず、熱電素子５３，５４の温度を検知する（ステップＳ１）。次に取得した熱電素子５３，５４の温度と、記憶部１０３のテーブルから、熱電素子５３，５４の接続状態を決定する(ステップＳ２)。記憶部１０３のテーブル値の読み値＝１であるか否かを判断する（ステップＳ３）。ここで読み値＝１である場合、ＳＷ５７〜５９の接続を直列となるように切り替える（ステップＳ４）。一方、ステップＳ３において読み値＝１ではない、すなわち読み値＝０である場合、ＳＷ５７〜５９の接続を並列となるように切り替える（ステップＳ５）。このように記憶部１０３のテーブル値に応じて、熱電素子５３，５４の接続を直列または並列に切り替え、以後ステップＳ１〜Ｓ５を繰り返し実行する。
【００５０】
図１０は、熱電素子に用いられる材料のＺＴ特性を示すグラフである。なお、本図は、埼玉大学  大学院理工学研究科  「熱電変換の紹介とその応用について」（http://www.ccr.gunma-u.ac.jp/4u/Events/2012/Documents/NewTechnologyNo16/NewTechnologyNo16_D04.pdf）より出典したものである。
【００５１】
ＺＴ(無次元性能指数)は、以下の式で定義される。
ＺＴ＝Ｓ2σ／κ
ただし、Ｓ：ゼーベック係数
σ：電気伝導率
κ：熱伝導率
【００５２】
図１０に示すように、熱電素子は使用される温度帯に応じた適切な材料を選定する必要があり、材料により熱電素子の電流-電圧特性も異なる。
【００５３】
図１１は、熱電素子の電圧-電流特性を示すグラフである。図１１において、Ｔは熱電素子の温度（ただし、Ｔａ＜Ｔｂ＜Ｔｃ）、黒丸：各温度での最適動作点を示している。図示するように、熱電素子は、電流が増加(減少)すると、電圧が減少(増加)するという特性を持っている。また、熱電素子は、温度によって最適動作電圧点が異なり、発電量が変化するため、発電量を最大とするためには最適動作電圧点で動作させる必要がある。
【００５４】
図１２では、ＭＰＰＴ（Maximum  Power  Point  Tracking（最大電力点追従））の動作を示すブロック図である。図１１に示した特性を見てもわかるように、熱電素子は「出力電流を大きくすると電圧が下がり、小さくすると電圧が大きくなる」という特徴がある。ここで、ＤＤＣ（電圧コンバータ）の出力電圧を意図的に大きくすると、蓄電池との電圧差が大きくなることから、蓄電池への充電電流が増加する。それによりＤＤＣへの入力電流(熱電素子から取り出す電流)も増加するため、熱電素子の特性から、熱電素子の電圧が下がる。また、この逆も成り立つ。ＤＤＣの出力電圧は、制御基板からＤＤＣに入力されるＰＷＭ信号のＤｕｔｙによって制御することが可能なため、熱電素子から取り出せる電力を制御し、最適動作させることができる。
【００５５】
図１３は、熱電素子から最大電力を取り出すための手段の一つで、逐一比較(山登り法)を示すグラフである。図１３に示す方法は、固定周期で熱電素子の電圧、電流を測定して電力を算出し、次周期の電力算出結果と比較して制御を行う方法である。まず、図中ａの場合、熱電素子の出力電圧を増加させるため、ＤＤＣの出力電圧(Ｖｃとする)をΔＶｃだけ減少させる。次に再度電力を算出し、一周期前と比較して、電力が増加(減少)していた場合にはΔＶｃの極性を変更しない(する)。これを繰り返すことで、最大電力出力を得ることができる。図中では、ｄ⇒ｅにかけて電力が減少しているため、ΔＶｃの極性を反転することで、ｆ点に移動している。
【００５６】
図１４は、図１のデジタル複合機の電源系の構成例（２）を示すブロック図である。図１のデジタル複合機の電源系のブロック図の中で、充電器６０をＭＰＰＴ制御されたＤＤＣ７０としたブロック図である。したがって、図３と同一機能については同じ符号を付し、ここでの説明は省略する。図１４において、制御部１００はＭＰＰＴ制御により、熱電素子５３，５４からの出力電力が最大となるように、ＤＤＣ７０の出力電圧をＰＷＭ信号により制御する。
【００５７】
図１５は、図１４のＭＰＰＴによる充電制御例を示すフローチャートである。本動作は制御部１００により実行される。図において、まず、ＭＰＰＴ制御するＤＤＣ７０の出力信号の変化量ΔV、及びＰＷＭ信号Ｄｕｔｙの初期値を設定する（ステップＳ１１）。次にＰＷＭ信号を出力する（ステップＳ１２）。次に熱電素子５３，５４の出力電力を検知し（ステップＳ１３）、検知した電力と１周期前に検知した電力との大小を比較する（ステップＳ１４）。ＰＷＭは、Pulse  Width  Modulationの略称であり、パルス幅変調を意味する。
【００５８】
ステップＳ１４において検知時の電力≧１周期前の電力だった場合、電力が増加している。このため、ΔＶの極性変化をせず（ステップＳ１５）、ＤＤＣ７０の出力電圧がΔＶ増加するようにＰＷＭ信号のＤｕｔｙを決定し（ステップＳ１７）、ＰＷＭ信号を出力する（ステップＳ１８）。
【００５９】
ステップＳ１４において検知時の電力≦１周期前の電力だった場合、電力が減少している。このため、ΔＶの極性を変化し（ステップＳ１６）、ＤＤＣ７０の出力電圧がΔＶ減少するようにＰＷＭ信号のＤｕｔｙを決定し（ステップＳ１７）、ＰＷＭ信号を出力する（ステップＳ１８）。以後、ステップＳ１３〜Ｓ１８を繰り返し実行する。
【００６０】
図１６は、図１のデジタル複合機の電源系の構成例（３）を示すブロック図である。図１６は、図１のデジタル複合機の電源系のブロック図の中で、記憶部１０３にＰＷＭ信号のＤｕｔｙテーブルも記憶させたブロック図である。したがって、図３と同一機能については同じ符号を付し、ここでの説明は省略する。
【００６１】
図１６では、図１１の熱電素子の電流-電圧特性から、温度に応じて最適動作点が想定できるため、制御部１００からＤＤＣ７０に入力されるＰＷＭ信号のＤｕｔｙが、熱電素子５３，５４の温度に応じて記憶されている。
【００６２】
図１７は、図１６中の各熱電素子５３，５４の温度によりＰＷＭ信号のＤｕｔｙを決定する場合の記憶部１０３の詳細を示す図表である。記憶部１０３の中には、各熱電素子５３，５４の温度を組み合わせに応じたＰＷＭ信号のＤｕｔｙが記憶されている。このため、各熱電素子５３，５４の温度を取得し、上図の記憶部１０３のデータと比較することで、ＰＷＭ信号のＤｕｔｙを決定し、各熱電素子５３，５４から得られる発電量を常時最大とすることができる。
【００６３】
図１８は、図１６と図１７の記憶部１０３でＭＰＰＴ制御されたＤＤＣ７０のＰＷＭ信号Ｄｕｔｙを決定する動作を示すフローチャートである。本動作は、制御部１００により実行される。充電制御が開始された後、まず、熱電素子５３，５４の温度を検知し（ステップＳ２１）、検知した温度と記憶部１０３のテーブルを参照し（ステップＳ２２）、ＤＤＣ７０に入力するＰＷＭ信号のＤｕｔｙを決定する（ステップＳ２３）。その後、ＰＷＭ信号を出力する（ステップＳ２４）。以後、ステップＳ２１〜Ｓ２４を繰り返し実行する。
【００６４】
図１９は、熱電素子モジュールの温度を１００℃〜８００℃まで変化させ、変化サイクルを一定試行回数取得した後の熱電素子の抵抗値の上昇率を示すグラフである。なお、本図は、「酸化物熱電変換モジュールの高出力化と耐久性評価」  著：中村倫之  岡田彩起子  箕輪昌啓（http://www.swcc.co.jp/company/development/pdf/review59/A2_59.pdf）より出典したものである。図１９の特性からわかるように、熱電素子は温度変化をエネルギーに変化するため、温度変化により疲労し、特性が変化する。
【００６５】
図２０は、図１９に示される熱電素子モジュールの劣化を考慮し、熱電素子５３，５４の使用時間に応じて記憶部１０３のテーブルを変更する例を示すフローチャートである。本動作は前述した図９において蓄電が開始された直後に行う。本動作は制御部１００により実行される。蓄電が開始された後、まず、熱電素子の使用時間の検知を開始する（ステップＳ３１）。続いて、その後、使用時間が予め定めた一定時間を超えたか否かを判断する（ステップＳ３２）。ステップＳ３２において一定時間を超えた場合、記憶部１０３の参照テーブルを変更し、補正する（ステップＳ３３）。続いて、再度、熱電素子５３，５４の使用時間検知を行い（ステップＳ３４）、使用時間が予め定めた一定時間を超えたか否かを判断する（ステップＳ３５）。ステップＳ３５において一定時間を超えた場合、再度、記憶部１０３の参照テーブルを変更し、補正する（ステップＳ３６）。
【００６６】
このように一定時間が経過した後に再度、記憶部１０３の参照テーブルを更新することで、熱電素子５３，５４の劣化により、特性が変化した場合でも最大の電力を得ることができる。
【００６７】
したがって、上述した実施の形態によれば、複数個の熱電素子を用いた発電装置において、各熱電素子５３，５４の発電特性から直列、並列接続それぞれの発電量を算出し、発電量の大きい接続に切り替えることで創電効率を向上することができる。これにより、創電効率を高めることができる。
【００６８】
ところで、本実施の形態で実行されるプログラムは、ＲＯＭ１０１に予め組み込まれて提供するものとしているが、これに限定されるものではない。本実施の形態で実行されるプログラムを、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録してコンピュータプログラムプロダクトとして提供してもよい。たとえば、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供してもよい。
【００６９】
また、本実施の形態で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、本実施の形態で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。
【００７０】
本実施の形態で実行されるＲＯＭ１０１のプログラムは、上述した制御部１００の機能を含むモジュール構成となっている。実際のハードウェアとしては制御部（ＣＰＵ）１００（プロセッサ）が上記記録媒体からプログラムを読み出して実行することにより上記各部がＲＡＭ１０２等の主記憶装置上にロードされる。そして、上記プログラムが主記憶装置上に生成されるようになっている。
【００７１】
以上、本発明者によってなされた発明を好適な実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態で説明したものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００７２】
２０  スキャナ
４４  定着装置
５１，５２，５５，５６  温度センサ
５３，５４  熱電素子
５７，５８，５９  ＳＷ
６０  充電器
６１  蓄電池
７０  ＤＤＣ
１００  制御部
１０１  ＲＯＭ
１０２  ＲＡＭ
１０３  記憶部
１０５ａ，ｂ  発熱部
１０６ａ，ｂ  温度センサ
１０７ａ，ｂ  熱電変換部
１０８ａ，ｂ  温度センサ
１０９  切替部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７３】
【特許文献１】特開２００１−２１８３６５号公報
【図１】
2015219503.tif 000004
【図２】
2015219503.tif 000005
【図３】
2015219503.tif 000006
【図４】
2015219503.tif 000007
【図５−１】
2015219503.tif 000008
【図５−２】
2015219503.tif 000009
【図６−１】
2015219503.tif 000010
【図６−２】
2015219503.tif 000011
【図７−１】
2015219503.tif 000012
【図７−２】
2015219503.tif 000013
【図８】
2015219503.tif 000014
【図９】
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【図１０】
2015219503.tif 000016
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2015219503.tif 000020
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
2015219503.tif 000026