JP2006136172A - Generation set and power generating method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発電装置および発電方法に係り、特に熱電変換素子を用いて発電するものに関する。 The present invention relates to a power generation apparatus and a power generation method, and particularly relates to a power generation apparatus using a thermoelectric conversion element.
従来の熱電変換素子を用いて発電する発電装置では、前記熱電変換素子が発電する際に冷却が必要な部位を効率良く冷却するために、たとえば、前記冷却が必要な部位の表面積を大きくし、また、前記発電装置で発電された電力を用いてファンを駆動し前記冷却が必要な面に空気をあてている。 In a power generation device that generates power using a conventional thermoelectric conversion element, in order to efficiently cool a portion that needs cooling when the thermoelectric conversion element generates power, for example, the surface area of the portion that requires cooling is increased, Moreover, the fan is driven using the electric power generated by the power generation device, and air is applied to the surface that needs to be cooled.
また、前記従来の技術に関連する特許文献として特許文献1、特許文献2がある。
ところで、前記従来の発電装置では、空気の対流熱伝達によって前記熱電変換素子を冷却しているので、冷却量が不足しがちになり、効率良く熱電変換素子を冷却することが困難であるという問題がある。 By the way, in the said conventional electric power generating apparatus, since the said thermoelectric conversion element is cooled by the convective heat transfer of air, the amount of cooling tends to be insufficient, and it is difficult to cool a thermoelectric conversion element efficiently. There is.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、熱電変換素子を用いて発電をする発電装置および発電方法において、従来よりも効率良く発電することができる発電装置および発電方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a power generation apparatus and a power generation method capable of generating power more efficiently than in the conventional power generation apparatus and power generation method using a thermoelectric conversion element. For the purpose.
請求項1に記載の発明は、発電装置において、熱電変換素子と、前記熱電変換素子の一部を加熱するための燃焼器と、前記熱電変換素子の他の一部を冷却するための蒸発器とを有し、前記蒸発器で気化した物質を前記燃焼器の燃料として使用するように構成されている発電装置である。
The invention according to
請求項2に記載の発明は、発電装置において、平面状の部位を備えた燃焼器と、板状に形成され、厚さ方向の一方の面が、前記燃焼器の平面状部位に対向している熱電変換素子と、平面状の部位を備え、この平面状の部位が前記熱電変換素子の厚さ方向の他方の面に対向している蒸発器とを有し、前記蒸発器で気化した物質を前記燃焼器の燃料として使用するように構成されている発電装置である。 According to a second aspect of the present invention, in the power generation device, the combustor having a planar portion and a plate-like shape, and one surface in the thickness direction is opposed to the planar portion of the combustor. A thermoelectric conversion element having a planar portion, and the planar portion facing the other surface in the thickness direction of the thermoelectric conversion element, and vaporized by the evaporator Is a power generator configured to be used as fuel for the combustor.
請求項3に記載の発明は、発電装置において、板状に形成された燃焼器と、板状に形成され、厚さ方向の一方の面が、前記燃焼器の厚さ方向の一方に面に対向している第1の熱電変換素子と、平面状の部位を備え、この平面状の部位が前記第1の熱電変換素子の厚さ方向の他方の面に対向している第1の蒸発器と、板状に形成され、厚さ方向の一方の面が、前記燃焼器の厚さ方向の他方に面に対向している第2の熱電変換素子と、平面状の部位を備え、この平面状の部位が前記第2の熱電変換素子の厚さ方向の他方の面に対向している第2の蒸発器とを有し、前記第1の蒸発器、前記第2の蒸発器のうちの少なくとも一方の蒸発器で気化した物質を、前記燃焼器の燃料として使用するように構成されている発電装置である。 According to a third aspect of the present invention, in the power generator, the combustor formed in a plate shape and the plate-shaped combustor, and one surface in the thickness direction faces one surface in the thickness direction of the combustor. 1st evaporator which is equipped with the 1st thermoelectric conversion element which opposes, and a planar part, and this planar part is facing the other surface of the thickness direction of the 1st thermoelectric conversion element A second thermoelectric conversion element that is formed in a plate shape and has one surface in the thickness direction facing the other surface in the thickness direction of the combustor, and a planar portion. A second evaporator facing the other surface in the thickness direction of the second thermoelectric conversion element, and the first portion of the first evaporator and the second evaporator The power generation device is configured to use a substance vaporized in at least one of the evaporators as fuel for the combustor.
請求項4に記載の発明は、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の発電装置において、前記蒸発器で気化する物質は、気化する温度が低い物質である発電装置である。 A fourth aspect of the present invention is the power generation apparatus according to any one of the first to third aspects, wherein the substance vaporized by the evaporator is a substance having a low vaporization temperature.
請求項5に記載の発明は、熱電変換素子によって発電する発電装置において、前記熱電変換素子の一部を、物質の潜熱を用いて冷却するように構成されている発電装置である。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a power generation device that generates electricity with a thermoelectric conversion element, wherein a part of the thermoelectric conversion element is cooled by using latent heat of a substance.
請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の発電装置おいて、前記熱電変換素子の他の一部を加熱するための燃焼器を備えており、前記物質は、前記燃焼器に使用される燃料である発電装置である。
The invention according to claim 6 is the power generation apparatus according to
請求項7に記載の発明は、請求項1〜請求項4、請求項6のいずれか1項に記載の発電装置において、前記燃焼器は、燃料と酸素との予混合ガスを、または、燃料と空気との予混合ガスを予め温めておくことにより、前記予混合ガスを燃焼するように構成されている発電装置である。
The invention according to
請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の発電装置において、前記燃焼器は、燃焼室と、燃料と空気との予混合ガス、または、燃料と空気との予混合ガスを前記燃焼室に供給するための予混合ガスの流路と、燃焼により生じたガスを前記燃焼室から排出するための排ガスの流路とを有し、前記予混合ガスの流路は、消炎距離よりも狭く形成されており、前記予混合ガスの流路を流れる前記予混合ガスが、前記燃焼室に至るまでに、前記排ガスの流路を流れる排ガスによって、温められるように構成されている発電装置である。 According to an eighth aspect of the present invention, in the power generation apparatus according to the seventh aspect, the combustor combusts a combustion chamber and a premixed gas of fuel and air or a premixed gas of fuel and air. A premixed gas flow path for supplying to the chamber, and an exhaust gas flow path for discharging the gas generated by the combustion from the combustion chamber, wherein the premixed gas flow path is more than the extinguishing distance. A power generator configured to be narrowly formed and heated by the exhaust gas flowing through the exhaust gas flow path until the premix gas flowing through the premix gas flow path reaches the combustion chamber; is there.
請求項9に記載の発明は、請求項1〜請求項4、請求項6のいずれか1項に記載の発電装置において、前記燃焼器は、燃料と酸素とを別々に、または、燃料と空気とを別々に予め温めておくことにより、前記予混合ガスを燃焼するように構成されている発電装置である。 According to a ninth aspect of the present invention, in the power generation device according to any one of the first to fourth aspects and the sixth aspect of the present invention, the combustor separates fuel and oxygen, or fuel and air. Is a power generator configured to burn the premixed gas by separately preheating them.
請求項10に記載の発明は、請求項9に記載の発電装置において、前記燃焼器は、燃焼室と、前記燃料を前記燃焼室に供給するための燃料流路と、酸素または空気を、前記燃料とは別個に、前記燃焼室に供給するための酸素流路と、燃焼により生じたガスを前記燃焼室から排出するための排ガスの流路とを有し、前記燃料流路および前記酸素流路は消炎距離よりも狭く形成されており、前記燃料流路を流れる燃料が、前記燃焼室に至るまでに、前記排ガスの流路を流れる排ガスによって温められるように構成されており、前記酸素流路を流れる酸素または空気が、前記燃焼室に至るまでに、前記排ガスの流路を流れる排ガスによって温められるように構成されている発電装置である。 An invention according to claim 10 is the power generation device according to claim 9, wherein the combustor includes a combustion chamber, a fuel flow path for supplying the fuel to the combustion chamber, oxygen or air, Separately from the fuel, it has an oxygen flow path for supplying the combustion chamber and an exhaust gas flow path for exhausting the gas generated by combustion from the combustion chamber, and the fuel flow path and the oxygen flow path The path is formed narrower than the extinguishing distance, and the fuel flowing through the fuel flow path is configured to be warmed by the exhaust gas flowing through the exhaust gas flow path before reaching the combustion chamber. The power generation device is configured such that oxygen or air flowing through the passage is heated by the exhaust gas flowing through the exhaust gas passage before reaching the combustion chamber.
請求項11に記載の発明は、熱電変換素子を用いて発電をする発電方法において、前記熱電変換素子が発電する際に冷却が必要な部位を、燃料の潜熱を用いて冷却する冷却段階と、前記冷却段階で使用された前記燃料を燃焼させて、前記熱電変換素子が発電する際に加熱が必要な部位を加熱する過熱段階とを有する発電方法である。
The invention according to
本発明によれば、熱電変換素子を用いて発電をする発電装置および発電方法において、従来よりも効率良く発電することができるという効果を奏する。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, the power generation apparatus and power generation method for generating power using a thermoelectric conversion element have the effect that power can be generated more efficiently than before.
図1は、本発明の実施形態に係る発電装置1の概略構成を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a
発電装置1は、熱電変換素子3を用いて発電する装置であり、前記熱電変換素子3の一部(前記熱電変換素子3が発電する際に冷却が必要な部位)が、物質の潜熱(物質が相変化するときに前記物質が吸収する熱;蒸発熱;融解熱;昇華熱)を用いて冷却するように構成されている。
The
また、発電装置1には、前記熱電変換素子3の他の一部(前記熱電変換素子が発電する際に加熱が必要な部位)を加熱するための燃焼器5が設けられており、前記物質は、前記燃焼器5の燃料として使用されるようになっている。
Further, the
すなわち、前記熱電変換素子3の冷却に使用された前記物質が、前記燃焼器5に供給されるようになっている。
That is, the substance used for cooling the
ここで、例を掲げて詳しく説明する。 Here, an example will be described in detail.
前記発電装置1には、燃焼器5と蒸発器7とが設けられている。
The
前記燃焼器5はたとえば円板状に形成され、この厚さ方向の両側には、円形の平面状部位がそれぞれ形成されている。
The
前記熱電変換素子3は、前記燃焼器5とほぼ同じ外径を備えた円板状に形成されている。また、前記熱電変換素子3の一部(前記熱電変換素子3が発電する際に加熱が必要な部位;前記熱電変換素子3の厚さ方向の一方の面)が、前記燃焼器5の円形状の部位に対向して当接するように、前記熱電変換素子3が設けられている。
The
また、前記蒸発器7は、前記燃焼器5(前記熱電変換素子3)とほぼ同じ外径を備えた円板状に形成されている。また、前記熱電変換素子3の一部(前記熱電変換素子3が発電する際に冷却が必要な部位;前記熱電変換素子3の厚さ方向の他方の面)に、前記蒸発器7の円形状の部位が対向して当接するように、前記蒸発器7が設けられている。
In addition, the
そして、前記蒸発器7で気化した物質が前記燃焼器5で燃料として使用されるようになっている。
The substance vaporized in the
さらに詳しく説明すると、燃焼器5の厚さ方向の一方に面には、前記熱電変換素子3(3A)が設けられており、前記熱電変換素子3(3A)の他方の面(前記燃焼器5と対向している面とは反対側の面)に、前記蒸発器7(7A)が設けられている。
More specifically, the thermoelectric conversion element 3 (3A) is provided on one surface in the thickness direction of the
また、前記燃焼器5の厚さ方向の他方の面には、前記一方の面と同様に、前記熱電変換素子3(3B)と前記蒸発器7(7B)とが設けられている。
Further, similarly to the one surface, the thermoelectric conversion element 3 (3B) and the evaporator 7 (7B) are provided on the other surface in the thickness direction of the
そして、前記燃焼器5に前記熱電変換素子3(3A、3B)、蒸発器7(7A、7B)を設置した装置の外形は、円柱形状に形成されている。
And the external shape of the apparatus which installed the said thermoelectric conversion element 3 (3A, 3B) and the evaporator 7 (7A, 7B) in the said
また、前記蒸発器7(7A、7B)には、燃料を前記蒸発器7(7A、7B)に供給するための供給路9が接続されている。前記供給路9の他端部は、図示しない燃料タンクに接続されている。 A supply path 9 for supplying fuel to the evaporator 7 (7A, 7B) is connected to the evaporator 7 (7A, 7B). The other end of the supply path 9 is connected to a fuel tank (not shown).
さらに、前記蒸発器7(7A、7B)と前記燃焼器5とは、前記蒸発器7で加熱された燃料を前記燃焼器5へ導入するための導入路11で互いに接続されている。
Further, the evaporator 7 (7A, 7B) and the
なお、図1に示す発電装置1では、前記各蒸発器7A、7Bで加熱された燃料は前記燃焼器5に供給されるようになっているが、各蒸発器7A、7Bのうちの少なくとも一方の蒸発器で気化した燃料を、前記燃焼器5に供給するようにしてもよい。
In the
また、前記燃焼器5には、前記蒸発器7で加熱された燃料と空気とが混合された予混合ガスが、供給されるようになっている。したがって、図1には示していないが、前記導入路11の中間部には、前記導入路11内に空気(酸素を含む空気;酸素だけでもよい)を供給するための空気導入路が接続されている。
The
なお、前記空気導入路を設けることなく、予め混合された燃料と空気とを前記供給路9を介して、前記蒸発器7内に供給するようにしてもよい。
Note that fuel and air mixed in advance may be supplied into the
前記燃焼器5について、詳しく説明する。
The
図2は、図1におけるIIA―IIB断面を示す図であり、図3は、図2におけるIIIA―IIIB断面を示す図である。 2 is a diagram showing a section taken along the line IIA-IIB in FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram showing a section taken along the line IIIA-IIIB in FIG.
前記燃焼器5は、燃料と酸素との予混合ガス(気体燃料と空気との予混合ガス)を、予め温めておくことにより、小型であっても前記予混合ガスを安定して燃焼させることが可能なようになっている。
The
また、前記燃焼器5は、小さな燃焼室19と、燃料と空気との予混合ガスとを前記燃焼室19に供給するための予混合ガスの流路21と、燃焼により生じたガス(燃焼ガス;排ガス)を前記燃焼室19から排出するための排ガスの流路23とを備えている。なお、前記燃焼器3の外部で予め圧縮された予混合ガスを、前記予混合ガスの流路21に供給することにより、前記予混合ガスの流路21内を、予混合ガスが圧送されるようになっている。
The
前記予混合ガスの流路21は、詳しくは後述する消炎距離よりも狭く形成されており、また、前記予混合ガスの流路21を流れる前記予混合ガスが、前記燃焼室19に至るまでに、前記排ガスの流路(燃焼ガスの流路)23を流れる排ガスによって、前記燃焼室19での燃焼を継続して行うことが可能な温度まで温められるように構成されている。
The premixed
前記燃焼器5によれば、燃料と空気との予混合ガスを燃焼室19で燃焼させ、この燃焼によって生成される高温の燃焼ガスで前記予混合ガスを温めている。前記予混合ガスが温まっていることにより、小さな燃焼室19であっても前記予混合ガスを安定した状態で継続して燃焼させることができる。
According to the
なお、たとえば、前記予混合ガスが、理論混合比の1/3程度の希薄ガス(燃料が希薄なガス)であっても、安定した燃焼が可能である。 Note that, for example, even when the premixed gas is a lean gas (a gas in which the fuel is lean) having about 1/3 of the theoretical mixing ratio, stable combustion is possible.
また、前記予混合ガスの流路21が、消炎距離よりも狭く形成されているので、前記燃焼室19から前記予混合ガスの流路21へ炎が逆流することを防止でき、燃焼器5の安全性が高くなっている。
Further, since the premixed
さらに、前記燃焼ガスで前記予混合ガスを温めているので、前記排ガスの流路23の出口23Aにおける前記燃焼ガスの温度は低くなっており、したがって、燃焼ガスが有していた熱エネルギーが効率良く利用されており、前記燃焼器5全体の効率が良くなっている。すなわち、たとえば、前記予混合ガスが持っている化学エネルギーに対する、前記燃焼器5の筐体(燃焼ガス以外の部位)から放出される熱エネルギーの割合が大きくなっている。
Further, since the premixed gas is warmed by the combustion gas, the temperature of the combustion gas at the
前記燃焼器5についてさらに詳しく説明する。
The
図2や図3に示すような前記燃焼器5は、いわゆるスイスロール型の燃焼器(マイクロコンバスタ)と呼ばれる場合がある。
The
前記マイクロコンバスタ5の外径は、前述したように、短い円柱状に形成されており、中央部に前記燃焼室19が設けられている。なお、この燃焼室19には、始動のための点火栓(図示せず)が設けられている。
As described above, the outer diameter of the
図2に示すように、前記円柱状のマイクロコンバスタ5の軸方向(側面の延伸方向;底面と上面を結ぶ方向)からマイクロコンバスタ5を眺めた場合、前記燃焼室19から前記マイクロコンバスタ5の外周に向かって、前記予混合ガスの流路21と前記排ガスの流路(燃焼ガスの流路)23とが渦巻き状に延伸して設けられている。
As shown in FIG. 2, when the
また、前記燃焼室19と前記予混合ガスの流路21と前記燃焼ガスの流路23とは、渦巻き状に形成されている保温壁25および伝熱壁27と、前記円柱状のマイクロコンバスタ5の上面の壁を構成している円板状の上部板29(図3参照)と、前記円柱状のマイクロコンバスタ5の底面の壁を構成している円板状の下部板31(図3参照)とによって形成されている。
The
前記保温壁25や前記伝熱壁27は、薄い板状であって長い長方形状の素材をこの長さ方向に湾曲させることにより渦巻き状に形成されている。
The
また、前記保温壁25の上端部(前記素材の幅方向の一端部に相当する部位)と、前記伝熱壁27の上端部(前記素材の幅方向の一端部に相当する部位)とが、ほぼ同一平面上に存在するように、また、前記保温壁25の下端部(前記素材の幅方向の他端部に相当する部位)と、前記伝熱壁27の下端部(前記素材の幅方向の他端部に相当する部位)とが、ほぼ同一平面上に存在するように、前記保温壁25と前記伝熱壁27とが配置されている。
Moreover, the upper end part (part corresponding to one end part in the width direction of the material) of the
さらに、前記保温壁25の上端部と前記伝熱壁27の上端部とに前記上部板29が一体的に設けられ、前記保温壁25の下端部と前記伝熱壁27の下端部とに前記下部板31が一体的に設けられている。
Further, the
前記保温壁25と前記上部板29と前記下部板31とで、前記予混合ガスの流路21と前記燃焼ガスの流路23との基になる流路が形成されており、前記伝熱壁27は、前記基になる流路を仕切って、前記予混合ガスの流路21と前記燃焼ガスの流路23とを形成するような位置に配置されている。
The
つまり、前記伝熱壁27によって、前記基になる流路が、この幅方向で2つの流路(前記予混合ガスの流路21、前記燃焼ガスの流路23)に仕切られている。そして、前記伝熱壁27を間にして、前記予混合ガスの流路21と前記燃焼ガスの流路23とが、前記燃焼室19から前記マイクロコンバスタ5の外周に向かって、渦巻き状に長く並進して形成されている。
That is, the
このように、前記伝熱壁27を境にして、前記予混合ガスの流路21と前記燃焼ガスの流路23とが渦巻き状に長く並進して形成されているので、前記予混合ガスと前記燃焼ガスとが対向流になり、前記予混合ガスと前記燃焼ガスとの間で十分な熱交換が行われると共に、前記予混合ガスの流路21と前記燃焼ガスの流路23とを渦巻き状に形成したことにより、前記マイクロコンバスタ5の大きさが小さくなっている。
In this way, the premixed
さらに、前記予混合ガスと前記燃焼ガスとが対向流になっているので、前記燃焼ガスの温度は、前記燃焼室19から遠ざかるにしたがって徐々に低くなり、一方、前記予混合ガスの温度は、前記燃焼室19に近づくにしたがって徐々の高くなり、前記燃焼室19の近傍では、前記予混合ガスの温度が前記燃焼室19から出た直後の燃焼ガスの温度に近くなり、温度の高くなった予混合ガスが前記燃焼室19に供給され、前記燃焼室19での燃焼が安定する。
Further, since the premixed gas and the combustion gas are in a counterflow, the temperature of the combustion gas gradually decreases as the distance from the
次に、前述した消炎距離について簡単に説明する。 Next, the flame extinguishing distance will be briefly described.
一般に燃焼は空気中に酸素と燃料とが反応して燃焼ガスを生成する発熱反応であるが、燃料がガス体だと酸素と反応して火炎になる。 In general, combustion is an exothermic reaction in which oxygen and fuel react with each other in the air to generate combustion gas. However, if the fuel is a gas body, it reacts with oxygen and forms a flame.
火炎は、高温でラジカルになった酸素と燃料ガスが急激に反応して起こる現象であり、連鎖反応を起こして急激に伝播する。しかし、ラジカルは固体壁に当たると失活するので、火炎は狭い固体壁の隙間を通ることができない。 A flame is a phenomenon that occurs when oxygen converted into radicals at high temperature and the fuel gas react rapidly, causing a chain reaction to propagate rapidly. However, since the radicals are deactivated when they hit the solid wall, the flame cannot pass through the gaps in the narrow solid wall.
このように、火炎の通れない限界の隙間の距離を消炎距離といい、図4は、予混合ガスの燃焼速度と消炎距離との関係を示す表である。 Thus, the distance of the limit gap through which the flame cannot pass is called the extinction distance, and FIG. 4 is a table showing the relationship between the combustion speed of the premixed gas and the extinction distance.
なお、図4に示す消炎距離D1は、予混合ガス流路の延伸方向に直角な平面による断面が円形である場合における前記予混合ガス流路の直径を示している。 Note that the extinguishing distance D1 shown in FIG. 4 indicates the diameter of the premixed gas flow path when the cross section of the plane perpendicular to the extending direction of the premixed gas flow path is circular.
ここで、前記予混合ガスの流路の断面形状(前記予混合ガスの流路の延伸方向に直角な平面による前記予混合ガスの流路の断面形状)が、円形ではない場合には、次に示す式f1によって、相当径D3を求め、この求めた相当径D3が、消炎距離D1以下になっていれば、前記予混合ガスの流路が、消炎距離よりも狭く形成されていることになる。 Here, when the cross-sectional shape of the premixed gas flow path (the cross-sectional shape of the premixed gas flow path by a plane perpendicular to the extending direction of the premixed gas flow path) is not circular, When the equivalent diameter D3 is obtained by the equation f1 shown in FIG. 5 and the obtained equivalent diameter D3 is equal to or less than the extinguishing distance D1, the flow path of the premixed gas is formed narrower than the extinguishing distance. Become.
相当径D3=ガスの流路の断面積S1×4/ガスの流路の周辺長L1・・・式f1。 Equivalent diameter D3 = cross-sectional area of gas flow path S1 × 4 / peripheral length L1 of gas flow path Equation f1.
なお、すでに理解されるように、前記予混合ガスの流路21の断面は、矩形状に形成されているので、ガスの流路の断面積S1は、図4に示すガスの流路の幅B1×ガスの流路の高さH1で求めることができ、前記ガスの流路の周辺長L1は、ガスの流路の幅B1×2+ガスの流路の高さH1×2で求めることができる(図3参照)。
As already understood, since the cross section of the premixed
前記保温壁25、前記伝熱壁27、前記上部板29、前記下部板31には、たとえば、SUS316やSUS310などの耐熱性ステンレス鋼やインコネルなどの耐熱性合金が使用されている。
For the
さらに前記マイクロコンバスタ5の外径は、たとえば10mm〜50mm、厚さは、3mm〜10mm程度であり、前記保温壁25の厚さは1mm程度になっており、前記伝熱壁27の厚さは、0.3mm程度になっている。前記保温壁25と前記伝熱壁27とが熱伝導率がほぼ等しい材質で構成されている場合には、前記保温壁25の厚さを前記伝熱壁27の厚さよりも厚く形成してある。
Further, the outer diameter of the
前記マイクロコンバスタ5の燃料としては、アルコール類、パラフィン系炭化水素等の炭化水素等、液体燃料が使用される。なお、本実施形態のように熱電変換素子を冷却する必要が無い場合には、メタン、エタン、一酸化炭素、水素、アセチレン等の気体燃料が使用される場合もある。なお、液体燃料を使用する場合には、前記予混合ガスの流路21の入口21Aで前記液体燃料が気化していることが好ましい。さらに、メチルアルコール、エチルアルコール等の気化する温度が低い燃料であることが一層好ましい。
As the fuel for the
また、前記マイクロコンバスタ5は、小型であるので、円柱状のムクの素材から削りだして前記下部板31と前記保温壁25と前記伝熱壁27とを一体的に形成し、この形成されたものの上部を前記上部板29で塞ぐようにして前記マイクロコンバスタ5を形成することが望ましい。なお、前記上部板29は、溶接やロウ付け等によって接合されるものである。
Further, since the
さらには、前記下部板31と前記保温壁25と前記伝熱壁27とを、鋳造によって一体的に形成し、この形成されたものの上部を前記上部板29で塞ぐようにして前記マイクロコンバスタ5を形成してもよいし、前記下部板31と前記保温壁25と前記伝熱壁27と前記上部板29とを鋳造によって一体的に形成してもよい。
Furthermore, the
次に、前記発電装置1の動作について説明する。
Next, the operation of the
前記蒸発器7に燃料(たとえばメタノール)を供給すると、前記蒸発器で前記メタノールが気化し、前記熱電変換素子3の一方の面は冷却される。
When fuel (for example, methanol) is supplied to the
前記蒸発器7で気化したメタノールを含む予混合ガスを前記燃焼器5に供給し、前記点火栓によって予混合ガスに点火すると、前記燃焼室19で前記予混合ガスが燃焼する。
When the premixed gas containing methanol vaporized in the
この燃焼によって生成された燃焼ガスが前記マイクロコンバスタ5の外部に排出される際に、前記伝熱壁27を介して、前記予混合ガスが温められる。
When the combustion gas generated by this combustion is discharged to the outside of the
前記マイクロコンバスタ5での燃焼熱によって、前記熱電変換素子3の他の一方の面は加熱され、前記熱電変換素子3が発電をする。
The other surface of the
発電装置1によれば、物質の潜熱(たとえば、燃料の気化熱)を用いて前記熱電変換素子を冷却するように構成されているので、空気対流で冷却している前記従来の発電装置よりも効率良く前記熱電変換素子を冷却することができる。
According to the
また、物質の潜熱を用いて冷却しているので、冷却する温度をほぼ一定に保つことができ、安定した状態で発電をすることができる。 Moreover, since it cools using the latent heat of a substance, the temperature to cool can be kept substantially constant, and it can generate electric power in the stable state.
さらに、熱電変換素子3を効率良く冷却することができるので、発電装置1(熱電変換素子3)の発電の効率を従来よりも高めることができる。
Furthermore, since the
また、発電装置1によれば、蒸発器7で気化した燃料を燃焼器5の燃料として使用するようになっているので、すなわち、前記燃焼器5に気体燃料を供給するようになっているので、前記燃焼器5での燃焼が安定したものになる。
Further, according to the
特に、燃料を燃焼させる前に燃料の温度を高めておく必要のあるマイクロコンバスタを、前記燃焼器5として用いた場合、前記マイクロコンバスタに気化した燃料を供給することができるので、前記マイクロコンバスタでの燃焼が安定する。
In particular, when a micro combustor that needs to increase the temperature of the fuel before burning the fuel is used as the
また、マイクロコンバスタ5は小型化が容易であるので、前記熱電変換素子3や前記蒸発器7を前記マイクロコンバスタ5にあわせて小型化すれば、前記発電装置1自体の小型化を容易に行うことができる。
Further, since the
また、発電装置1によれば、板状に形成された熱電変換素子3の一方の面に燃焼器5が設けられ、他方の面に蒸発器7が設けられているので、すなわち、前記熱電変換素子3を面で加熱し冷却しているので、前記熱電変換素子3を効率良く加熱すると共に冷却することができる。
Moreover, according to the electric
また、発電装置1によれば、板状に形成された燃焼器5の両面のそれぞれに板状の熱電変換素子3(3A、3B)を設け、これらの熱電変換素子3A、3Bの外側の面のそれぞれに蒸発器7(7A、7B)を設けてあるので、簡素な構成で、前記燃焼器5が発生する熱を効率良く前記各熱電変換素子3A、3Bに伝達することができ、また、前記各熱電変換素子3A、3Bを効率良く冷却することができる。
Moreover, according to the electric
さらに、発電装置1において、メチルアルコール等の気化する温度が低い燃料を用いれば、前記熱電変換素子3を低い温度で冷却することができ、効率良く発電することができる。
Furthermore, in the
また、発電装置1によれば、燃料の持っている化学的エネルギーを効率良く熱エネルギーに変換することが可能なマイクロコンバスタ5を用いて、前記熱電変換素子3を加熱しているので、前記熱電変換素子3を効率良く加熱することができる。すなわち、前記燃料の持っている化学エネルギーを効率良く電気エネルギーに変換することができる。
Further, according to the
ところで、図2では、マイクロコンバスタ5の厚さ方向から眺めた場合、予混合ガスの入口21Aと、燃焼ガスの出口23Bとが形成されている部位では、段差が形成されているので、前記マイクロコンバスタ5は、正確な円形に形成されているわけではないが、ほぼ円形状に形成されていることになる。
By the way, in FIG. 2, when viewed from the thickness direction of the
なお、図5(マイクロコンバスタの変形例を示す図であり、図1のIIA−IIB断面に対応する図)に示すように、マイクロコンバスタの外形を、短い円柱形に形成してもよい。この場合、予混合ガスの入口21Aと燃焼ガスの出口23Aとは、マイクロコンバスタ5の側面に設けられることになる。
In addition, as shown in FIG. 5 (a diagram showing a modification of the micro combustor and corresponding to the IIA-IIB cross section of FIG. 1), the outer shape of the micro combustor may be formed in a short cylindrical shape. In this case, the premixed
また、マイクロコンバスタ5が、必ずしも円形状である必要はなく、四角形状等の多角形状に形成されていてもよい。そして、マイクロコンバスタが多角形状に形成された場合には、このマイクロコンバスタの形状に応じて、前記蒸発器や前記改質器の形状も多角形状に形成することが望ましい。
The
さらに、前記熱電変換素子3や前記マイクロコンバスタ5、前記蒸発器7が、板状以外の形状に形成されていてもよい。
Furthermore, the
ところで、前記実施形態に係る発電装置1では、燃料と酸素との予混合ガスを、または、燃料と空気との予混合ガスを予め温めておくことにより、前記予混合ガスを燃焼するように構成されている燃焼器5を採用しているが、前記燃焼器5の代わりに、燃料と酸素とを別々に、または、燃料と空気とを別々に予め温めておくことにより、小型であっても前記燃料を前記酸素または前記空気を用いて安定して燃焼させることが可能な燃焼器を採用してもよい。
By the way, in the electric
前記燃焼器(燃料と酸素とを別々に、または、燃料と空気とを別々に予め温める燃焼器)について詳しく説明すると、前記燃焼器は、燃焼室と、燃料を前記燃焼室に供給するための燃料流路と、酸素または空気を前記燃料とは別個に前記燃焼室に供給するための酸素流路と、燃焼により生じたガスを前記燃焼室から排出するための排ガスの流路とを有し、前記燃料流路および前記酸素流路は消炎距離よりも狭く形成されており、前記燃料流路を流れる燃料が、前記燃焼室に至るまでに、前記排ガスの流路を流れる排ガスによって温められるように構成されており、前記酸素流路を流れる酸素または空気が、前記燃焼室に至るまでに、前記排ガスの流路を流れる排ガスによって温められるように構成されている。 The combustor (a combustor that preheats fuel and oxygen separately or fuel and air separately) will be described in detail. The combustor includes a combustion chamber and fuel for supplying the combustion chamber. A fuel flow path; an oxygen flow path for supplying oxygen or air to the combustion chamber separately from the fuel; and an exhaust gas flow path for discharging gas generated by combustion from the combustion chamber. The fuel flow path and the oxygen flow path are formed narrower than the extinguishing distance so that the fuel flowing through the fuel flow path is warmed by the exhaust gas flowing through the exhaust gas flow path before reaching the combustion chamber. The oxygen or air flowing through the oxygen flow path is heated by the exhaust gas flowing through the exhaust gas flow path before reaching the combustion chamber.
より詳しく説明すると、図2に示す燃焼器(前記実施形態に係る発電装置1使用される燃焼器)5では、予混合ガスの流路21、排ガスの流路23という2つの渦巻き状の流路が形成されているが、燃料と酸素とを別々にまたは燃料と空気とを別々に予め温める燃焼器では、図2に示す小型燃焼器5において、渦巻き状の流路をさらに1つ増やして3つの流路を形成し、1つ目の流路を燃料流路とし、2つ目の流路を空気または酸素の流路とし、3つ目の流路を排ガスの流路とすることによって、燃料と酸素もしくは燃料と空気をそれぞれ個別に予熱し、この予熱されたものを燃焼室内で混合して燃焼するようになっている。このように構成された小型燃焼器を拡散型燃焼器という場合がある。
More specifically, in the combustor 5 (the combustor used in the
なお、前記拡散型燃焼器では、燃焼室において、空気もしくは酸素と燃料とを混合しているが、燃焼室に至る経路(流路)の途中で燃料と空気もしくは酸素とを混合してもよい。 In the diffusion combustor, air or oxygen and fuel are mixed in the combustion chamber. However, fuel and air or oxygen may be mixed in the course (flow path) leading to the combustion chamber. .
また、前記酸素流路、前記燃料流路のうちのいずれか一方の流路を廃して、燃焼室の壁に小さな貫通孔を設け、この貫通孔から、前記燃焼室へ、空気もしくは酸素、燃料のいずれかを供給するようにしてもよい。 Further, either one of the oxygen flow path and the fuel flow path is abolished, and a small through hole is provided in the wall of the combustion chamber. From this through hole, air, oxygen, fuel Either of these may be supplied.
たとえば、燃料流路を廃し、燃焼室の壁に小さな貫通孔を設け、この貫通孔から、前記燃焼室へ、燃料を供給するようにしてもよい。 For example, the fuel flow path may be eliminated, a small through hole may be provided in the wall of the combustion chamber, and fuel may be supplied from the through hole to the combustion chamber.
1 発電装置
3、3A、3B 熱電変換素子
5 燃焼器
7、7A、7B 蒸発器
19 燃焼室
21 予混合ガスの流路
23 排ガスの流路
DESCRIPTION OF
Claims (11)
熱電変換素子と;
前記熱電変換素子の一部を加熱するための燃焼器と;
前記熱電変換素子の他の一部を冷却するための蒸発器と;
を有し、前記蒸発器で気化した物質を前記燃焼器の燃料として使用するように構成されていることを特徴とする発電装置。 In the power generator,
A thermoelectric conversion element;
A combustor for heating a part of the thermoelectric conversion element;
An evaporator for cooling the other part of the thermoelectric conversion element;
The power generation apparatus is configured to use the substance vaporized by the evaporator as a fuel for the combustor.
平面状の部位を備えた燃焼器と;
板状に形成され、厚さ方向の一方の面が、前記燃焼器の平面状部位に対向している熱電変換素子と;
平面状の部位を備え、この平面状の部位が前記熱電変換素子の厚さ方向の他方の面に対向している蒸発器と;
を有し、前記蒸発器で気化した物質を前記燃焼器の燃料として使用するように構成されていることを特徴とする発電装置。 In the power generator,
A combustor with a planar portion;
A thermoelectric conversion element formed in a plate shape and having one surface in the thickness direction facing a planar portion of the combustor;
An evaporator having a planar portion, the planar portion facing the other surface in the thickness direction of the thermoelectric conversion element;
The power generation apparatus is configured to use the substance vaporized by the evaporator as a fuel for the combustor.
板状に形成された燃焼器と;
板状に形成され、厚さ方向の一方の面が、前記燃焼器の厚さ方向の一方に面に対向している第1の熱電変換素子と;
平面状の部位を備え、この平面状の部位が前記第1の熱電変換素子の厚さ方向の他方の面に対向している第1の蒸発器と;
板状に形成され、厚さ方向の一方の面が、前記燃焼器の厚さ方向の他方に面に対向している第2の熱電変換素子と;
平面状の部位を備え、この平面状の部位が前記第2の熱電変換素子の厚さ方向の他方の面に対向している第2の蒸発器と;
を有し、前記第1の蒸発器、前記第2の蒸発器のうちの少なくとも一方の蒸発器で気化した物質を、前記燃焼器の燃料として使用するように構成されていることを特徴とする発電装置。 In the power generator,
A combustor formed in a plate shape;
A first thermoelectric conversion element formed in a plate shape and having one surface in the thickness direction opposed to one surface in the thickness direction of the combustor;
A first evaporator having a planar portion, the planar portion facing the other surface in the thickness direction of the first thermoelectric conversion element;
A second thermoelectric conversion element formed in a plate shape and having one surface in the thickness direction facing the other surface in the thickness direction of the combustor;
A second evaporator having a planar portion, the planar portion facing the other surface in the thickness direction of the second thermoelectric conversion element;
The material vaporized in at least one of the first evaporator and the second evaporator is used as fuel for the combustor. Power generation device.
前記蒸発器で気化する物質は、気化する温度が低い物質であることを特徴とする発電装置。 In the electric power generating apparatus of any one of Claims 1-3,
The power generation apparatus according to claim 1, wherein the substance vaporized by the evaporator is a substance having a low vaporization temperature.
前記熱電変換素子の一部を、物質の潜熱を用いて冷却するように構成されていることを特徴とする発電装置。 In a power generation device that generates electricity with a thermoelectric conversion element,
A power generator configured to cool a part of the thermoelectric conversion element using latent heat of a substance.
前記熱電変換素子の他の一部を加熱するための燃焼器を備えており、
前記物質は、前記燃焼器に使用される燃料であることを特徴とする発電装置。 In the electric power generating apparatus of Claim 5,
A combustor for heating the other part of the thermoelectric conversion element;
The power generation apparatus according to claim 1, wherein the substance is a fuel used for the combustor.
前記燃焼器は、燃料と酸素との予混合ガスを、または、燃料と空気との予混合ガスを予め温めておくことにより、前記予混合ガスを燃焼するように構成されていることを特徴とする発電装置。 In the electric power generating apparatus of any one of Claims 1-4, Claim 6,
The combustor is configured to burn the premixed gas by preheating a premixed gas of fuel and oxygen or a premixed gas of fuel and air in advance. Power generator.
前記燃焼器は、
燃焼室と;
燃料と空気との予混合ガス、または、燃料と空気との予混合ガスを前記燃焼室に供給するための予混合ガスの流路と;
燃焼により生じたガスを前記燃焼室から排出するための排ガスの流路と;
を有し、前記予混合ガスの流路は、消炎距離よりも狭く形成されており、前記予混合ガスの流路を流れる前記予混合ガスが、前記燃焼室に至るまでに、前記排ガスの流路を流れる排ガスによって、温められるように構成されていることを特徴とする発電装置。 The power generator according to claim 7,
The combustor
A combustion chamber;
A premixed gas flow path for supplying a premixed gas of fuel and air or a premixed gas of fuel and air to the combustion chamber;
An exhaust gas flow path for exhausting gas produced by combustion from the combustion chamber;
And the flow path of the premixed gas is formed narrower than the extinction distance, and the flow of the exhaust gas before the premixed gas flowing through the flow path of the premixed gas reaches the combustion chamber. A power generator configured to be heated by exhaust gas flowing through a road.
前記燃焼器は、燃料と酸素とを別々に、または、燃料と空気とを別々に予め温めておくことにより、前記予混合ガスを燃焼するように構成されていることを特徴とする発電装置。 In the electric power generating apparatus of any one of Claims 1-4, Claim 6,
The combustor is configured to burn the premixed gas by preheating the fuel and oxygen separately or the fuel and air separately in advance.
前記燃焼器は、
燃焼室と;
前記燃料を前記燃焼室に供給するための燃料流路と;
酸素または空気を、前記燃料とは別個に、前記燃焼室に供給するための酸素流路と;
燃焼により生じたガスを前記燃焼室から排出するための排ガスの流路と;
を有し、前記燃料流路および前記酸素流路は消炎距離よりも狭く形成されており、前記燃料流路を流れる燃料が、前記燃焼室に至るまでに、前記排ガスの流路を流れる排ガスによって温められるように構成されており、前記酸素流路を流れる酸素または空気が、前記燃焼室に至るまでに、前記排ガスの流路を流れる排ガスによって温められるように構成されていることを特徴とする発電装置。 The power generator according to claim 9,
The combustor
A combustion chamber;
A fuel flow path for supplying the fuel to the combustion chamber;
An oxygen flow path for supplying oxygen or air to the combustion chamber separately from the fuel;
An exhaust gas flow path for exhausting gas produced by combustion from the combustion chamber;
The fuel flow path and the oxygen flow path are formed narrower than the extinguishing distance, and the fuel flowing through the fuel flow path is exhausted by the exhaust gas flowing through the exhaust gas flow path before reaching the combustion chamber. The oxygen or air that flows through the oxygen flow path is configured to be heated by the exhaust gas that flows through the flow path of the exhaust gas before reaching the combustion chamber. Power generation device.
前記熱電変換素子が発電する際に冷却が必要な部位を、燃料の潜熱を用いて冷却する冷却段階と;
前記冷却段階で使用された前記燃料を燃焼させて、前記熱電変換素子が発電する際に加熱が必要な部位を加熱する過熱段階と;
を有することを特徴とする発電方法。 In a power generation method of generating power using a thermoelectric conversion element,
A cooling step in which a portion that needs to be cooled when the thermoelectric conversion element generates power is cooled using latent heat of the fuel;
An overheating stage in which the fuel used in the cooling stage is burned to heat a portion that needs to be heated when the thermoelectric conversion element generates power;
A power generation method comprising:
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