JP2002272152A

JP2002272152A - 熱電発電装置および熱電発電用蒸発装置

Info

Publication number: JP2002272152A
Application number: JP2001129837A
Authority: JP
Inventors: Toshinobu Tanimura; 利伸谷村; Shigefumi Nishio; 茂文西尾; Kanichi Kadotani; ▲皖▼一門谷
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2000-12-15
Filing date: 2001-04-26
Publication date: 2002-09-20

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】発電効率の向上を達成し得る熱電発電装置の提
供、および熱交換効率の向上を達成し得る熱電発電用蒸
発装置の提供にある。【解決手段】熱電発電装置１は、熱電発電モジュール４
の上方から吹下ろす熱媒体の蒸気により、熱電モジュー
ル４Ｍに付着した凝縮熱媒体の落下を助勢するべく、蒸
発部２において生成された熱媒体の蒸気を、熱電変換部
３における熱電発電モジュール４の上方域へ導くガイド
プレート(ガイド手段)５を具備している。また、本発明
の熱電発電用蒸発装置(蒸発部)２は、熱媒体を貯留する
貯留部２Ａと、該貯留部２Ａを貫通するダクト２Ｂと、
該ダクト２Ｂの内部に貯留部２Ａと連通させて設けた複
数の伝熱管２ｂとを備え、貯留部２Ａにおける熱媒体
を、複数の伝熱管２ｂを介してダクト２Ｂに導入し、該
ダクト２Ｂを流れる高温流体により熱媒体を加熱して蒸
気を生成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱媒体の蒸気を生
成する蒸発部と熱電発電モジュールを有する熱電変換部
とを備えて成るサーモサイフォン型の熱電発電装置、お
よび熱電発電用蒸発装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】熱電発電装置の一態様として、図１５に
示す如きサーモサイフォン型の熱電発電装置がある。

【０００３】この熱電発電装置Ａは、蒸発部Ｂと熱電変
換部Ｃとを具備しており、上記蒸発部Ｂは、ダクトＢａ
を流れる高温流体(排ガス)で伝熱管Ｂｂ、Ｂｂ…を炙
り、貯留部Ｂｃに貯留された熱媒体Ｗを加熱すること
で、熱媒体の蒸気を生成するものである。

【０００４】一方、熱電変換部Ｃは、上記蒸発部Ｂと連
通するチャンバＣａに熱電発電モジュールＤを収容して
成り、この熱電発電モジュールＤは、熱電モジュールＥ
と水冷板(冷却手段)Ｆとを備えている。

【０００５】熱電発電モジュールＤを構成する熱電モジ
ュールＥは、図１６に示す如く、Ｐ型半導体ＳｐとＮ型
半導体Ｓｎとを、電極Ｔｈと電極Ｔｃとによって電気的
に直列(熱源に対して並列)に接続した熱電素子集合体で
あり、上記水冷板Ｆは熱電モジュールＥの低温側(電極
Ｔｃ側)にグリース等を介して結合されている。

【０００６】上述した熱電発電装置Ａにおいては、蒸発
部Ｂにおいて生成された熱媒体の蒸気が熱電変換部Ｃの
チャンバＣａに供給され、熱電発電モジュールＤを構成
する熱電モジュールＥの高温側(電極Ｔｈ側)に触れて凝
縮する際、熱を放出して熱電モジュールＥの高温側を加
熱することにより、水冷板Ｆで冷却されている熱電モジ
ュールＥの低温側(電極Ｔｃ側)との温度差に基づいて、
熱電モジュールＥを構成するＰ型半導体ＳｐおよびＮ型
半導体Ｓｎが動作して発電が行われる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の熱電発電装置Ａにおいて、蒸発部Ｂから熱電変換部
ＣのチャンバＣａに供給された熱媒体の蒸気は、図１５
中に矢印ａ，ｂ，ｃで示す如く、熱電発電モジュールＤ
(熱電モジュールＥ)の表面に倣って上昇して行き、上記
熱電発電モジュールＤの表面に触れて凝縮する。

【０００８】一方、熱媒体の蒸気が凝縮して生成された
凝縮熱媒体は、図１５中において矢印ｆ，ｇで示す如
く、自重により熱電発電モジュールＤの表面を伝って落
下して行く。

【０００９】すなわち、熱電発電モジュールＤの表面に
倣って上昇する熱媒体の蒸気と落下する凝縮熱媒体とが
互いにぶつかり合うこととなる。

【００１０】このため、上昇する熱媒体の蒸気により凝
縮熱媒体の落下が妨げられて、熱電発電モジュールＤの
表面から凝縮熱媒体が排除され難くなり、熱電発電モジ
ュールＤと熱媒体の蒸気との接触が妨げられて熱伝達が
阻害されることで、発電効率の低下を招いてしまう不都
合があった。

【００１１】本発明は上記実状に鑑みて、発電効率の向
上を達成し得る熱電発電装置の提供を目的とするもので
ある。

【００１２】また、上述した従来の熱電発電装置Ａにお
ける蒸発部Ｂでは、貯留部Ｂｃを貫通する複数の伝熱管
Ｂｂ，Ｂｂ…に、ダクトＢａを流れる高温流体を導入し
ているため、細い伝熱管Ｂｂを通過する際の抵抗によっ
て高温流体の流速を大きく設定することができず、これ
により熱交換効率の低下を招いてしまう不都合があっ
た。

【００１３】本発明は上記実状に鑑みて、熱交換効率の
向上を達成し得る熱電発電用蒸発装置の提供を目的とす
るものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段および効果】上記目的を達
成するべく、請求項１の発明に関わる熱電発電装置は、
熱電モジュールの低温側に冷却手段を設けた熱電発電モ
ジュールを有する熱電変換部と、熱媒体の蒸気を生成す
る蒸発部とを具備して成り、熱媒体の蒸気によって熱電
モジュールの高温側を加熱し、熱電モジュールの低温側
と高温側との温度差によって発電するサーモサイフォン
型の熱電発電装置であって、蒸発部において生成された
熱媒体の蒸気を、熱電変換部における熱電発電モジュー
ルの上方域へ導くガイド手段を備えて成り、熱電発電モ
ジュールの上方から吹下ろす熱媒体の蒸気によって、熱
電モジュールに付着した凝縮熱媒体の落下を助勢するよ
う構成したことを特徴としている。上記構成によれば、
ガイド手段によって熱電発電モジュールの上方域へ導い
た熱媒体の蒸気が、熱電発電モジュールの上方から吹下
ろすことで、熱電モジュールに付着した凝縮熱媒体の落
下が助勢され、上記熱電モジュールから凝縮熱媒体が速
やかに排除されることとなり、熱媒体の蒸気と熱電モジ
ュールとの間で良好に熱伝達が行われ、もって本発明の
熱電発電装置においては、発電効率の向上を達成するこ
とが可能となる。

【００１５】請求項２の発明に関わる熱電発電装置は、
請求項１の発明に関わる熱電発電装置において、ガイド
手段は、熱電変換部における熱電発電モジュールの下方
域を覆う態様で蒸発部との間に設けられ、熱電発電モジ
ュールから落下する凝縮熱媒体を蒸発部へ案内する凝縮
熱媒体ガイド部と、蒸発部において生成された熱媒体の
蒸気を凝縮熱媒体と出会うことなく熱電発電モジュール
の上方域へ案内する蒸気ガイド部とを備えて成ることを
特徴としている。上記構成によれば、蒸気ガイド部およ
び凝縮熱媒体ガイド部を備えたガイド手段により、上昇
する熱媒体の蒸気と落下する凝縮熱媒体との接触が防止
されるので、凝縮熱媒体と接触することによる熱媒体の
蒸気の温度低下が抑えられ、もって本発明の熱電発電装
置においては、発電効率の向上を達成することが可能と
なる。

【００１６】請求項３の発明に関わる熱電発電用蒸発装
置は、熱媒体を貯留する貯留部と、該貯留部を貫通する
ダクトと、該ダクトの内部に貯留部と連通させて設けた
複数の伝熱管とを備え、貯留部における熱媒体を複数の
伝熱管を介してダクトに導入し、該ダクトを流れる高温
流体により熱媒体を加熱して、熱媒体の蒸気を生成する
ことを特徴としている。上記構成によれば、ダクトを流
れる高温流体は、該ダクトの内部に設けられた複数の伝
熱管の間を流通するので、高温流体を複数の伝熱管の内
部に流通させている従来の蒸発部に比べて、高温流体が
流通する際の抵抗は少ないものとなり、ダクト内におけ
る高温流体の流速を大幅に増大させることができ、さら
に各伝熱管を縦方向に延設した場合には、熱媒体の蒸気
が伝熱管から上方へ抜け易くなるため限界熱流束を大き
く取ることができ、もって本発明に関わる熱電発電用蒸
発装置においては熱交換効率の向上を達成することが可
能となる。

【００１７】請求項４の発明に関わる熱電発電用蒸発装
置は、請求項３の発明に関わる熱電発電用蒸発装置にお
いて、複数の伝熱管における熱媒体の蒸気の出口と、貯
留部における凝縮熱媒体の入口とを、互いに独立して離
隔した位置に設けたことを特徴としている。上記構成に
よれば、複数の伝熱管から発生する熱媒体の蒸気と、貯
留部に環流する凝縮熱媒体とが互いに出合うことがな
く、もって凝縮熱媒体との接触による熱媒体の蒸気の温
度低下が抑えられる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、実施例を示す図面に基づい
て、本発明を詳細に説明する。図１および図２は、本発
明に関わる熱電発電装置の第１実施例を示しており、こ
の熱電発電装置１は、蒸発部(熱電発電用蒸発装置)２と
熱電変換部３とを具備している。

【００１９】本発明に関わる蒸発部(熱電発電用蒸発装
置)２は、熱媒体Ｗを貯留する貯留部２Ａと、該貯留部
２Ａを貫通するダクト２Ｂとを備え、該ダクト２Ｂには
上記貯留部２Ａと連通して、熱媒体Ｗの導入される多数
の伝熱管２ｂが設けられており、ダクト２Ｂを流れる高
温流体(排ガス)によって各伝熱管２ｂを炙り、内部の熱
媒体Ｗを加熱することによって、該熱媒体Ｗの蒸気を生
成するよう構成されている。

【００２０】なお、熱媒体Ｗとしては、沸点が高くかつ
熱伝導率および潜熱の大きいものが望ましいが、水(純
水)やその他の適宜な液体、例えばフロリナート(登録商
標)等を採用し得ることは言うまでもない。

【００２１】一方、熱電変換部３は、上記蒸発部２と連
通するチャンバ３Ａを備えるとともに、該チャンバ３Ａ
の内部には３台の熱電発電モジュール４が収容されてお
り、各々の熱電発電モジュール４は、水冷板(冷却手段)
４Ｃの両面に熱電モジュール４Ｍ，４Ｍを設置すること
によって構成されている。

【００２２】なお、熱電発電モジュール４における熱電
モジュール４Ｍの構成、および熱電発電モジュール４に
よる発電の原理に関しては、図１５および図１６に示し
た従来の熱電発電モジュールＤと基本的に変わるところ
はない。

【００２３】３台の熱電発電モジュール４は、それぞれ
水冷板４Ｃを垂直方向に立て、かつ熱電発電装置１の左
右方向(図１中の左右方向)に延在させるとともに、熱電
発電装置１の前後方向(図２中の左右方向)に並置されて
おり、チャンバ３Ａに固定されたサポートフレーム３Ｂ
に断熱材３ｂを介して支持されている。

【００２４】上述した蒸発部２の上方域、かつ熱電発電
部３における熱電発電モジュール４の下方域には、蒸発
部２において生成された熱媒体Ｗの蒸気を、熱電発電モ
ジュール４の上方域へ導くためのガイドプレート(ガイ
ド手段)５が設置されている。

【００２５】上記ガイドプレート５は、図３〜図６に示
す如く、上部プレート５Ａと、下部プレート５Ｂと、ガ
イドビーム５Ｃとを具備しており、上部プレート５Ａ
は、矩形状の板金を扁平な逆Ｖ字形状に屈曲形成し、か
つ左右の縁部を下方に向けて湾曲形成することによって
構成されている。

【００２６】また、下部プレート５Ｂは、上部プレート
５Ａと同じ前後幅の板金を扁平な逆Ｖ字形状に屈曲形成
し、上部プレート５Ａの底面に該底面の中央域を覆う態
様で固設されている。

【００２７】また、ガイドビーム５Ｃは、上板５Ｃｔと
左右の側板５Ｃｓとを有する逆凹字状断面の部材であ
り、上部プレート５Ａの上部には、該上部プレート５Ａ
の左右方向に延在する３条のガイドビーム５Ｃが、上部
プレート５Ａの前後方向に並置して固定されている。

【００２８】ここで、上記ガイドプレート５の上部に
は、各ガイドビーム５Ｃの側板５Ｃｓと、上部プレート
５Ａにおいてガイドビーム５Ｃに覆われていない部位と
により、後に詳述する如く、熱電発電モジュール４から
落下する凝縮熱媒体を蒸発部２へ案内するための流路
(凝縮熱媒体ガイド部)５Ｄ，５Ｄ…が構成されている。

【００２９】また、上部プレート５Ａにおける左右の縁
部には、各ガイドビーム５Ｃの左右の側板５Ｃｓ，５Ｃ
ｓに挟まれた部位に、それぞれ開口部５Ａｏが形成され
ており、ガイドプレート５における下部プレート５Ａお
よび各開口部５Ａｏによって、後に詳述する如く、蒸発
部２において生成された熱媒体の蒸気を、凝縮熱媒体と
出会うことなく熱電発電モジュール４の上方域へ案内す
るための蒸気ガイド部５Ｅが構成されている。

【００３０】上述したガイドプレート５は、図１および
図２に示す如く、熱電変換部３のチャンバ３Ｂに固定さ
れたサポートフレーム３Ｂに支持されており、図１に示
す如く、上記ガイドプレート５における左右の縁部は、
熱電発電モジュール４における左右の縁部よりも外方に
張り出して位置するとともに、蒸発部２におけるダクト
２Ｂよりも外側における貯留部２Ａの水面の上方に位置
している。

【００３１】また、図２に示す如く、上述したガイドプ
レート５は、熱電変換部３におけるチャンバ３Ａの前後
幅と略同一の幅を有しているとともに、上記ガイドプレ
ート５の上部に構成された５Ｄ，５Ｄ…は、３台の熱電
発電モジュール４における各熱電モジュール４Ｍ，４Ｍ
…の直下に位置している。

【００３２】以下では、上述した熱電発電装置１の稼働
時における、熱媒体の蒸気および凝縮熱媒体の流れにつ
いて、図１〜図６および図７を参照しつつ説明する。

【００３３】熱電発電装置１の蒸発部(熱電発電用蒸発
装置)２において、上述した如く、ダクト２Ｂを流れる
高温流体(排ガス)によって伝熱管２ｂ、２ｂ…を炙り、
貯留部２Ａから各伝熱管２ｂ、２ｂ…に導入されている
熱媒体Ｗを加熱することによって、各伝熱管２ｂ、２ｂ
…の上部開口(熱媒体の蒸気の出口)から、熱媒体の蒸気
が発生し上昇して行く。

【００３４】ここで、上記構成の蒸発部(熱電発電用蒸
発装置)２によれば、ダクト２Ｂを流れる高温流体は、
該ダクト２Ｂの内部に設けられた複数の伝熱管２ｂ、２
ｂ…の間を流通するので、高温流体を複数の伝熱管の内
部に流通させている従来の蒸発部(図１５参照)に比べ、
高温流体が流通する際の抵抗は少ないものとなる。

【００３５】これにより、ダクト２Ｂ内における高温流
体の流速を大幅に増大させることができ、もって本発明
に関わる蒸発部(熱電発電用蒸発装置)２によれば、熱交
換効率の大幅な向上を達成することができる。

【００３６】また、上記構成の蒸発部(熱電発電用蒸発
装置)２では、各伝熱管２ｂ、２ｂ…を縦方向に延設さ
せているので、熱媒体の蒸気が伝熱管２ｂの上方へ抜け
易く、これにより限界熱流束を大きく取ることができる
ため、熱交換効率の向上を達成することが可能となる。

【００３７】図７(ａ)に示す如く、蒸発部２において生
成された熱媒体の蒸気は、ガイドプレート５の下部プレ
ート５Ｂに案内されて、矢印ｈの如く左右方向へ流れて
行き、次いで上部プレート５Ａの左右の縁部に形成され
た開口部５Ａｏを通過して、矢印ｉで示す如く上昇して
行く。

【００３８】上述したように、ガイドプレート５の左右
の縁部は、熱電発電モジュール４の左右の縁部よりも外
方に張り出しているので、上部プレート５Ａの開口部５
Ａｏを通過した熱媒体の蒸気は、矢印ｊに示す如く熱電
発電モジュール４の縁部の外方を通過して、該熱電発電
モジュール４の上方域にまで到達する。

【００３９】すなわち、蒸発部２において生成された熱
媒体の蒸気は、ガイドプレート５の蒸気ガイド部５Ｅ
(下部プレート５Ｂ、開口部５Ａｏ)によって、熱電発電
モジュール４における熱電モジュール４Ｍの上方域へ導
かれることとなる。

【００４０】熱電発電モジュール４の上方域に到達した
熱媒体の蒸気は、矢印ｋで示す如く熱電発電モジュール
４の上方から吹き下ろし、熱電モジュール４Ｍの表面に
倣って下降しつつ、上記熱電モジュール４Ｍの表面に触
れて凝縮し、凝縮熱媒体となって熱電モジュール４Ｍの
表面に付着する。

【００４１】ここで、熱電発電部２へは蒸発部２から連
続して熱媒体の蒸気が供給されるため、熱電モジュール
４Ｍの表面に付着した凝縮熱媒体は、熱電発電モジュー
ル４の上方から吹き下ろす新たな熱媒体蒸気の勢いによ
り、自重による落下が助勢されて熱電モジュール４Ｍの
表面から速やかに排除されることとなる。

【００４２】このように、熱電モジュール４Ｍの表面か
ら凝縮熱媒体が速やかに排除されることとによって、熱
媒体の蒸気と熱電モジュールとの間における熱伝達が極
めて良好に行われ、もって発電効率の向上が達成される
こととなる。

【００４３】一方、図７(ｂ)において矢印ｌで示す如
く、熱電発電モジュール４の表面から落下した凝縮熱媒
体は、上述のようにガイドプレート５の各流路５Ｄが、
熱電モジュール４Ｍの直下に位置していることから、上
記ガイドプレート５の流路５Ｄに受け止められる。

【００４４】上記ガイドプレート５の流路５Ｄに落下し
た凝縮熱媒体は、矢印ｍで示す如く、上記流路５Ｄを左
右に流れ下って行き、上部プレート５Ａの左右の縁部か
ら、矢印ｎで示す如く蒸発部２の貯留部２Ａに落下して
戻される。

【００４５】ここで、図４および図５からも明らかなよ
うに、ガイドプレート５における流路５Ｄと開口部５Ａ
ｏとは、ガイドビーム５Ｃの側板５Ｃｓによって離隔さ
れているで、流路５Ｄを通過する凝縮熱媒体と開口部５
Ａｏを通過する熱媒体の蒸気とは、ガイドプレート５上
において互いに出合うことがない。

【００４６】言い換えれば、図７(ａ)および図７(ｂ)か
ら明らかなように、熱電変換部３におけるチャンバ３Ａ
の内部を、熱媒体の蒸気と凝縮熱媒体とが互いに出合う
ことなく循環するので、凝縮熱媒体との接触による熱媒
体の蒸気の温度低下が抑えられ、もって発電効率の向上
が達成されることとなる。

【００４７】また、熱電発電装置１の蒸発部(熱電発電
用蒸発装置)２においては、上述した如く、熱媒体Ｗを
貯留する貯留部２Ａにダクト２Ｂが貫通し、図１に示す
ように貯留部２Ａはダクト２Ｂの外方に位置しているの
で、熱媒体の蒸気の出口である各伝熱管２ｂ、２ｂ…の
上部開口と、凝縮熱媒体の入口である貯留部２Ａの上部
開口とが互いに離隔して位置することとなり、各伝熱管
２ｂ、２ｂ…の上部開口(熱媒体の蒸気の出口)から発生
して上昇する熱媒体の蒸気と、ガイドプレート５から貯
留部２Ａの上部開口(凝縮熱媒体の入口)に落下して戻さ
れる凝縮熱媒体とが互いに出合うことなく循環するの
で、凝縮熱媒体との接触による熱媒体の蒸気の温度低下
が抑えられる。

【００４８】図８は、本発明に関わる熱電発電装置の第
２実施例を示しており、この熱電発電装置１０における
蒸発部２と熱電発電モジュール４との間には、扁平な逆
Ｖ字状を呈するガイドプレート(ガイド手段)１５が設置
されている。なお、上記ガイドプレート１５以外の構成
は、先に説明した第１実施例の熱電発電装置１と何ら変
わるところはない。

【００４９】上記構成の熱電発電装置１０において、蒸
発部２で生成された熱媒体の蒸気は、矢印ｈ，ｉ，ｊで
示す如くガイドプレート１５によって熱電発電モジュー
ル４の上方域へ導かれ、矢印ｋで示す如く熱電発電モジ
ュール４の上方から吹き下ろされることとなる。

【００５０】一方、矢印ｌで示す如く熱電発電モジュー
ル４から落下した凝縮熱媒体は、矢印ｍ，ｎで示す如く
ガイドプレート１５に案内されて、蒸発部２の貯留部２
Ｂに戻される。

【００５１】上記構成の熱電発電装置１０では、ガイド
プレート１５によって熱電発電モジュール４の上方域へ
熱媒体の蒸気が導かれ、この熱媒体の蒸気が熱電発電モ
ジュール４の上方から吹き下ろされることで、第１実施
例の熱電発電装置１と同じく発電効率の向上が達成され
ることとなる。

【００５２】図９は、本発明に関わる熱電発電装置の第
３実施例を示しており、この熱電発電装置２０における
蒸発部２と熱電発電モジュール４との間には、扁平な逆
Ｖ字状を呈する凝縮熱媒体ガイドプレート２５Ｗと、扁
平なＶ字状を呈する蒸気ガイドプレート(ガイド手段)２
５Ｓとが、上下に重ね合わせて設置されている。なお、
上記凝縮熱媒体ガイドプレート２５Ｗおよび蒸気ガイド
プレート２５Ｓ以外の構成は、先に説明した第１実施例
の熱電発電装置１と何ら変わるところはない。

【００５３】上記構成の熱電発電装置２０において、蒸
発部２で生成された熱媒体の蒸気は、矢印ｈ，ｉ，ｊで
示す如く、蒸気ガイドプレート２５Ｓによって熱電発電
モジュール４の上方域へ導かれ、矢印ｋで示す如く熱電
発電モジュール４の上方から吹き下ろされることとな
る。

【００５４】一方、矢印ｌで示す如く熱電発電モジュー
ル４から落下した凝縮熱媒体は、矢印ｍ，ｎで示す如く
凝縮熱媒体ガイドプレート２５Ｗに案内されて、蒸発部
２の貯留部２Ｂに戻される。

【００５５】上記構成の熱電発電装置２０では、蒸気ガ
イドプレート２５Ｓによって熱電発電モジュール４の上
方域へ熱媒体の蒸気が導かれ、この熱媒体の蒸気が熱電
発電モジュール４の上方から吹き下ろされることで、第
１実施例の熱電発電装置１と同じく発電効率の向上が達
成されることとなる。

【００５６】図１０は、本発明に関わる熱電発電装置の
第４実施例を示しており、この熱電発電装置３０におけ
る蒸発部２と熱電発電モジュール４との間には、蒸発部
２の上方を覆う蒸気ガイドプレート(ガイド手段)３５Ｓ
と、熱電発電モジュール４の下方を覆う凝縮熱媒体ガイ
ドプレート３５Ｗとが、共に同一方向に傾斜した態様で
設置されている。なお、上記蒸気ガイドプレート３５Ｓ
および凝縮熱媒体ガイドプレート３５Ｗ以外の構成は、
先に説明した第１実施例の熱電発電装置１と何ら変わる
ところはない。

【００５７】上記構成の熱電発電装置３０において、蒸
発部２で生成された熱媒体の蒸気は、矢印ｈ，ｉ，ｊで
示す如く、蒸気ガイドプレート３５Ｓによって熱電発電
モジュール４の上方域へ導かれ、矢印ｋで示す如く熱電
発電モジュール４の上方から吹き下ろされることとな
る。

【００５８】一方、矢印ｌで示す如く熱電発電モジュー
ル４から落下した凝縮熱媒体は、矢印ｍ，ｎで示す如く
凝縮熱媒体ガイドプレート３５Ｗに案内されて、蒸発部
２の貯留部２Ｂに戻される。

【００５９】上記構成の熱電発電装置３０では、蒸気ガ
イドプレート３５Ｓによって熱電発電モジュール４の上
方域へ熱媒体の蒸気が導かれ、この熱媒体の蒸気が熱電
発電モジュール４の上方から吹き下ろされることで、第
１実施例の熱電発電装置１と同じく発電効率の向上が達
成されることとなる。

【００６０】また、上記構成の熱電発電装置３０では、
熱電変換部３におけるチャンバ３Ａの内部を、熱媒体の
蒸気と凝縮熱媒体とが互いに出合うことなく循環するの
で、凝縮熱媒体との接触による熱媒体の蒸気の温度低下
が抑えられ、第１実施例の熱電発電装置１と同じく発電
効率の向上が達成されることとなる。

【００６１】なお、上述した実施例においては、蒸気ガ
イドプレート３５Ｓと凝縮熱媒体ガイドプレート３５Ｗ
とを独立した２枚のプレートから構成しているが、上記
蒸気ガイドプレート３５Ｓおよび凝縮熱媒体ガイドプレ
ート３５Ｗを、一枚のプレートによって共用するよう構
成することも可能である。

【００６２】図１１に示す熱電発電装置３０′は、図１
０に示した熱電発電装置３０の変形例であり、この熱電
発電装置３０′では、蒸発部２′におけるダクト２Ｂ′
を、貯留部２Ａ′の一方の側壁に密接する態様で貫通設
置している。

【００６３】なお、上記蒸発部２′のレイアウト以外、
図１０に示した熱電発電装置３０と何ら変わるところは
ないので、熱電発電装置３０′の構成要素において、熱
電発電装置３０の要素と同一作用を成す要素に、図１０
と同一の符号に′(ダッシュ)を附して詳細な説明は省略
する。

【００６４】上記構成の熱電発電装置３０′において
も、上述した熱電発電装置３０と同様にして、発電効率
の向上が達成されることは言うまでもない。

【００６５】図１２は、本発明に関わる熱電発電装置の
第５実施例を示しており、この熱電発電装置４０は、独
立した蒸発部４２と熱電変換部４３とが互いに分離して
設置されている。

【００６６】また、蒸発部４２における貯留部４２Ａの
上部と、熱電変換部４３におけるチャンバ４３Ａの上部
とが、蒸気供給ダクト(ガイド手段)４５Ｓを介して連通
されているとともに、熱電変換部４３におけるチャンバ
４３Ａの下部と、蒸発部４２における貯留部４２Ａと
が、凝縮熱媒体環流パイプ４５Ｗを介して連通されてお
り、この凝縮熱媒体環流パイプ４５ＷにはポンプＰが介
装されている。

【００６７】なお、上述した熱電発電装置４０における
蒸発部４２および熱電変換部４３の構成は、図１の熱電
発電装置１における蒸発部２および熱電変換部３と基本
的に変わるところはない。

【００６８】上記構成の熱電発電装置４０において、蒸
発部４２で生成された熱媒体の蒸気は、矢印ｏ，ｐ，ｑ
で示す如く、蒸気供給ダクト４５Ｓによって熱電発電モ
ジュール４の上方域へ導かれ、矢印ｒで示す如く熱電発
電モジュール４の上方から吹き下ろされることとなる。

【００６９】一方、矢印ｓで示す如く熱電発電モジュー
ル４から落下した凝縮熱媒体は、矢印ｔで示す如く凝縮
熱媒体環流パイプ４５Ｗに流れ込み、ポンプＰによって
矢印ｕ，ｖで示す如く蒸発部４２の貯留部４２Ｂに戻さ
れる。

【００７０】なお、蒸発部４２と熱電変換部４３との位
置関係の設定により、凝縮熱媒体環流パイプ４５Ｗに流
れ込んだ凝縮熱媒体を、ポンプＰを用いることなく自重
によって蒸発部４２の貯留部４２Ｂに環流させるよう構
成することも可能である。

【００７１】上記構成の熱電発電装置４０では、ガイド
手段である蒸気供給ダクト４５Ｓによって、熱電発電モ
ジュール４の上方域へ熱媒体の蒸気が導かれ、この熱媒
体の蒸気が熱電発電モジュール４の上方から吹き下ろさ
れることで、第１実施例の熱電発電装置１と同じく発電
効率の向上が達成されることとなる。

【００７２】また、上記構成の熱電発電装置４０におい
ては、蒸気供給ダクト４５Ｓと凝縮熱媒体環流パイプ４
５Ｗとによって、熱媒体の蒸気と凝縮熱媒体とが互いに
出合うことなく蒸発部４２と熱電変換部４３との間を循
環するので、凝縮熱媒体との接触による熱媒体の蒸気の
温度低下が抑えられ、第１実施例の熱電発電装置１と同
じく発電効率の向上が達成されることとなる。

【００７３】図１３に示す熱電発電装置４０′は、図１
２に示した熱電発電装置４０の変形例であり、この熱電
発電装置４０′では、蒸発部４２′におけるダクト４２
Ｂ′を、貯留部４２Ａ′の下部に熱媒体Ｗを貯留させる
態様で貫通設置している。

【００７４】上述した構成の熱電発電装置４０′では、
ポンプＰにより凝縮熱媒体を貯留部４２Ａ′に圧送して
いるので、ダクト４２Ｂ′の側方域に熱媒体Ｗを貯留さ
せずとも、各伝熱管４２ｂ′の内部に熱媒体Ｗを供給す
ることか可能である。

【００７５】なお、蒸発部４２′のレイアウト以外、図
１２に示した熱電発電装置４０と何ら変わるところはな
いので、熱電発電装置４０′の構成要素において、熱電
発電装置４０の要素と同一作用を成す要素に、図１２と
同一の符号に′(ダッシュ)を附して詳細な説明は省略す
る。

【００７６】上記構成の熱電発電装置４０′において
も、上述した熱電発電装置４０と同様にして、発電効率
の向上が達成されることは言うまでもない。

【００７７】図１４は、図１〜図７に示した熱電発電装
置１(第１実施例)の具体的な設置態様を示しており、こ
の図から明らかなように上記熱電発電装置１は、ディー
ゼルエンジン１００の排気管１００Ｅに装着されてい
る。

【００７８】熱電発電装置１は、先に詳述した如く蒸発
部(熱電発電用蒸発装置)２と熱電変換部３とを備えてお
り、上記蒸発部２に排気管１００Ｅが接続されている。
ディーゼルエンジン１００からの排ガス(高温流体)は、
排気管１００Ｅを介して蒸発部２のダクト(図１および
図２中の符合２Ｂ参照)に導入され、該ダクトの内部を
矢印ｆで示す如く流れることとなる。

【００７９】ここで、上述した熱電発電装置１の設置態
様においては、ディーゼルエンジン１００からの排気騒
音が、排ガスを熱電発電装置１の蒸発部２(ダクト)を通
過させることにより吸音されるので、本来ならディーゼ
ルエンジン１００の排気系統に設置する必要のあるマフ
ラー(消音器)を省略することができ、これによって構成
の簡素化やコストの低減を達成することが可能となる。

【００８０】なお、上述した熱電発電装置１に換えて、
図８〜図１３に示した熱電発電装置１０、２０、３０、
３０′、４０、４０′を、ディーゼルエンジン１００の
排気管１００Ｅに装着した構成においても、熱電発電装
置１を装着した構成と同様にして、構成の簡素化やコス
トの低減といった作用効果が得られることは言うまでも
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に関わる熱電発電装置の第１実施例を示
す正面断面図。

【図２】本発明に関わる熱電発電装置の第１実施例を示
す側面断面図。

【図３】熱電発電装置におけるガイドプレートを示す側
面図。

【図４】熱電発電装置におけるガイドプレートを示す平
面図。

【図５】熱電発電装置におけるガイドプレートを示す正
面図。

【図６】図５中のVI−VI線断面図。

【図７】(ａ)および(ｂ)は熱媒体の蒸気および凝縮熱媒
体の流れを示す熱電発電装置の概念図。

【図８】本発明に関わる熱電発電装置の第２実施例を示
す概念図。

【図９】本発明に関わる熱電発電装置の第３実施例を示
す概念図。

【図１０】本発明に関わる熱電発電装置の第４実施例を
示す概念図。

【図１１】図１０に示した第４実施例の変形例を示す概
念図。

【図１２】本発明に関わる熱電発電装置の第５実施例を
示す概念図。

【図１３】図１２に示した第５実施例の変形例を示す概
念図。

【図１４】図１〜図７に示した熱電発電装置の具体的な
設置態様を示す概念図。

【図１５】従来の熱電発電装置を示す概念図。

【図１６】熱電発電モジュールを示す概念図。

【符号の説明】

１…熱電発電装置、２…蒸発部(熱電発電用蒸発装置)、２Ａ…貯留部、２Ｂ…ダクト、２ｂ…伝熱管、３…熱電変換部、４…熱電発電モジュール、４Ｍ…熱電モジュール、５…ガイドプレート(ガイド手段)、５Ｄ…流路(凝縮熱媒体ガイド部)、５Ｅ…蒸気ガイド部、１０…熱電発電装置、１５…ガイドプレート(ガイド手段)、２０…熱電発電装置、２５Ｓ…蒸気ガイドプレート(ガイド手段)、３０…熱電発電装置、３５Ｓ…蒸気ガイドプレート(ガイド手段)、４０…熱電発電装置、４２…蒸発部、４３…熱電変換部、４５Ｓ…蒸気供給ダクト(ガイド手段)、１００…ディーゼルエンジン、１００Ｅ…排気管、Ｗ…熱媒体。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱電モジュールの低温側に冷却手段を
設けた熱電発電モジュールを有する熱電変換部と、熱媒
体の蒸気を生成する蒸発部とを具備して成り、前記熱媒
体の蒸気によって前記熱電モジュールの高温側を加熱
し、前記熱電モジュールの低温側と高温側との温度差に
よって発電するよう構成したサーモサイフォン型の熱電
発電装置であって、前記蒸発部において生成された熱媒体の蒸気を、前記熱
電変換部における前記熱電発電モジュールの上方域へ導
くガイド手段を備えて成り、前記熱電発電モジュールの
上方から吹下ろす前記熱媒体の蒸気により、前記熱電モ
ジュールに付着した凝縮熱媒体の落下を助勢するよう構
成したことを特徴とする熱電発電装置。
【請求項２】前記ガイド手段は、上記熱電変換部に
おける前記熱電発電モジュールの下方域を覆う態様で前
記蒸発部との間に設けられ、前記熱電発電モジュールか
ら落下する凝縮熱媒体を前記蒸発部へ案内する凝縮熱媒
体ガイド部と、前記蒸発部において生成された熱媒体の
蒸気を前記凝縮熱媒体と出会うことなく前記熱電発電モ
ジュールの上方域へ案内する蒸気ガイド部とを備えて成
ることを特徴とする請求項１記載の熱電発電装置。
【請求項３】熱媒体を貯留する貯留部と、前記貯留部を貫通するダクトと、前記ダクトの内部に前記貯留部と連通して設けた複数の
伝熱管とを備え、前記貯留部における前記熱媒体を、前記複数の伝熱管を
介して前記ダクトに導入し、該ダクトを流れる高温流体
により前記熱媒体を加熱して、前記熱媒体の蒸気を生成
することを特徴とする熱電発電用蒸発装置。
【請求項４】前記複数の伝熱管における熱媒体の蒸
気の出口と、前記貯留部における凝縮熱媒体の入口と
を、互いに独立して離隔した位置に設けたことを特徴と
する請求項３記載の熱電発電用蒸発装置。