JP2009053175A - 熱電発電式温度計測表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】積極的に高温部の温度状態を測定して光や音の状態で表示したり、場合により警報を発したりできるように該高温部の持つ熱エネルギーで発電し、この起電力を活用する独立型の表示装置を得る。
【解決手段】ナベ、フライパン等調理理器具や魔法瓶、ジャー等保温器具等の高温部に用いて外部又は内部にあらかじめ電源を設けることなく、周囲の低温部との温度差で発電する熱電発電素子による自力起電力により高温該部の温度を計測しこれを光、音あるいは指示針等で表示する。計測値は温度表示するだけでなく、適温あるいは非適温の状態を適宜光の点滅、音楽、合成音声等で区別して報せたり、温度差が大きいほど大きな起電力が得られる特性を活かして過熱異常時には大音量のブザー等で警報を発したり、あるいは時間等のメッセージ表示や通信情報端末等多様な応用を可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ナベ、フライパン等調理理器具や魔法瓶、ジャー等保温器具あるいは家電機器等の高温部に用いて外部又は内部にあらかじめ電源を設けることなく、周囲の低温部との温度差で発電する熱電発電素子による自力起電力により高温該部の温度を計測しこれを光、音あるいは指示針等で表示する装置に関するものである。上記のように単に計測値を温度表示するだけでなく、適温あるいは非適温の状態を適宜光の点滅、音楽、合成音声等で区別して報せたり、温度差が大きいほど大きな起電力が得られる特性を活かして過熱異常時には大音量のブザー等で警報を発したり、あるいは時間等のメッセージ表示等多くの応用活用ができ、生活分野全般あるいは各種産業分野で独立型の温度計測表示装置として新しい製品分野が開拓できる。

従来、調理器具等家庭用民生機器の温度測定表示装置は、アルコールや水銀等の熱媒体あるいはバネ等の物理的膨張もしくは熱変形を用いたいわゆる「指示型温度計」が用いられその指示値は指示針もしくはメモリを読み取ったりするのが普通であった。一部電気的に温度センサーの測定値をデジタル表示するものもあるが電池や外部電気入力が必要であり簡便性、長期の信頼性にかけるため特殊な用途以外に普及していない。

積極的に高温部の温度状態を測定して光や音の状態で表示したり、場合により警報を発したりできるように該高温部の持つ熱エネルギーで発電し、この起電力を活用する独立型の表示装置を得る。このため、対象とする温度範囲で充分な起電力を安定的にかつ安全に得られる熱電発電素子の選定、これに供給される熱が円滑に入出するような高温加熱および低温冷却の方法、およびこれらによる起電力の表示への変換、活用方法等が主な課題となる。

たとえば調理の際ナベでテンプラやフライに用いる油の適温は約１６０度Ｃ程度、鉄板で焼きそばや焼き餃子に用いる表面の適温は約２００度Ｃ、焼肉のそれは約２５０度Ｃ程度である。この温度レベルを高温熱源とし室温等周囲温度を低温熱源とするような熱電発電素子はビスマステルル系のものがすでに実用化されておりこのほかの素子も研究開発が行われている。このような熱電発電素子の加熱部には測定すべき高温部を熱的に接触させ、他方の冷却部には周囲の室温に近い低温部を接触させて両者で温度差がつくようにする。この結果該熱電発電素子の高温部および低温部両極には起電力が発生し両極を電気的に結線すれば直流電力が得られる。この得られた電力を表示部の機器の駆動力として用いれば頭書に述べたように光、音そのほかの出力が適宜可能となる。このため実用的にはこれらを収納する筐体およびその内部に制御部、外部に表示用出力部を設け、既述の熱電発電素子部分と必要に応じ一体的に形成する。

前項のような簡単な構成で、内臓の電池や外部電力を用いず独立の装置として対象の高温部の温度を測定し多様な方法で表示でき、かつ適宜警報としても用いることが可能となる。前記の例以外に適宜取り付け方法を工夫すればエンジン、ボイラーおよび発電機等の熱やエネルギー用機器の高温の測定や魔法瓶、ジャーあるいは家電機器などの高温部温度のチェック等にも用いたり、時間等のほかの情報やメッセージを表示したりすることも可能となる。また、外部機器との通信機能を付加すれば情報交換システムの端末としても用い得る。

本発明の実施は前項までに既述の原理から、熱電発電素子の加熱部に測定すべき該高温部の温度が、また低温部には室温等周囲温度が正しく伝えられることが肝要である。このため該素子の加熱部に測定すべき高温部の熱を内部に封入された作動流体により運ぶようにしたヒートパイプを用いる。この作動流体は該高温部に接して設けられる感温部内で加熱され蒸発し伝熱部を経て該素子の加熱部に到達して伝熱冷却され凝縮復液し再度加熱部に戻るような循環構造とする。この時の蒸発温度と凝縮温度はほぼ同じで、従って加熱部には該高温部の温度が伝達される。ここに感温部は油などに浸漬したり、鉄板などの固体表面に固着したりする。また他方の冷却部は放熱を促進し室温等周囲温度に近づけるため放熱フィン等を適宜設ける。これで得られた熱電発電素子の直流起電力を制御部で適宜制御し温度計測やその表示に用いるのが最良の実施形態の一例である。

以下、本発明を図１の実施例について説明する。同図１は本装置の側断面の概念図である。本装置の構造は主に（１）熱電発電素子本体、（２）加熱部、（３）冷却部がいわゆる熱電発電部分を構成する。（４）感温部は直接測定すべき高温部（図示せず）に接触し本例のようなヒートパイプ構造では同図のように（５）伝熱部を経て（２）加熱部に温度が伝えられる。その基本原理は既知であるが前項に述べたごとく内部に封入された作動流体（図示せず）の相変化を伴う循環移動で熱の移動を得ることによる。この構造によれば（５）伝熱部の形状や長さにはかなりの自由度が得られるので調理器具内の油、湯、汁や内容物等あるいは該器具本体の高温部の温度測定をするため（４）感温部の位置を高温部に接触もしくは浸漬するよう設定しやすくなる。また場合によりこの部分を可撓性に富む材料とし変形自在に構成することも可能でさらに利便性を向上させ得る。（３）冷却部はなるべく周囲の室温や屋外で用いる際は周囲の温度に近づけることが望ましいためここに（６）放熱フィンを適宜設ける。この結果（２）加熱部および（３）冷却部にできた温度差により起電力が生じるが（１）熱電発電本体の各温度側に設けられた電極から電線（同図の破線）をつなげばこれを通して直流電力が得られる。この電力はいったん（８）制御部に送られ、（９）表示部の制御を行う。この出力を光表示に用いる場合はＬＥＤ等が直流駆動で便利であり、これを複数個、多色で表示したり、光の強度や点滅等を加味したりと多彩な表示表現ができる。また、液晶を用いて文字表示し温度以外の情報やメッセージを表示することも同様可能である。また音として出力する場合、ブザー等電気装置の駆動や電子合成音あるいは合成音声表示等適宜選定できる。なお必要に応じてあらかじめ設けられた電子センサー（図示せず）等で室温等周囲温度を制御部で較正することも可能である。なお、ヒートパイプ構造や（６）放熱フィンは要求される測定精度によっては省略してもよい。また、本装置の制御部内に通信機能を持たせ、これにより外部機器と相互に情報の遠隔授受が可能な情報システムの端末としても機能させ得る。通信手段には有線以外に電波、赤外線、超音波等無線を適宜選定し、高温部の通常計測データーや過熱等異常時の情報送信および作動指示の待ち受けや時間情報等の受信を行う。なお、待ち受け時に充分な電力が得られない懸念がある場合は補助的に電池等の補助電源を付加する。

本発明は、ナベ、フライパン等調理理器具や魔法瓶、ジャー等保温器具あるいはアイロンや電熱部を有する家電機器等の一般民生用で生活の質向上に役立つだけでなく、高温部を有する、もしくは過熱による高温を発生するおそれのある熱機器等の監視やチェックの業務用分野にも利用可能である。特に電力送電線や通信ケーブル等エネルギーや情報関連機器でその異常監視用途に計測データー等の遠隔通信の端末として用いる場合は、電源不要で個別的に作動できる独立型装置の特性が発揮できる。

本発明に関わる熱電発電式温度測定表示装置の構造、作用を示す側断面概念図である。

符号の説明

（１）熱電発電素子本体
（２）加熱部
（３）冷却部
（４）感温部
（５）伝熱部
（６）放熱フィン
（７）筐体
（８）制御部
（９）表示部

Claims (6)

1. 調理用器具、家電機器、原動機や発電機等高温部を有する器具に取り付け、その高温部の温度および室温等周囲温度をそれぞれ熱電発電素子の加熱部および冷却部に与え両者に生ずる温度差により起電力を得てその電力のみで高温部等温度の計測、表示およびその制御を行うように構成する独立型装置。
2. 前項の表示をＬＥＤ等の光、音、合成音声で行わせたり、指示針あるいは液晶等表示装置の駆動で行わせたりするように制御、構成すること。
3. 前記［請求項１］の熱電発電素子の加熱部にヒートパイプ構造を付加しその感温部で高温部温度を感知し該過熱部に伝達させるよう構成すること。
4. 前記［請求項１］の熱電発電素子の冷却部に放熱フィン構造を付加し空冷効果で室温等周囲温度に近づけるよう構成すること。
5. 前記［請求項１］の装置に遠隔通信機構を付加し取得情報の送信あるいは指示情報の受信等ができるように構成すること。
6. 前記［請求項１］の装置に補助電源を付加し該装置の機能を補助するよう構成すること。

Images