JP2011507473A - 熱電発電機を含むヒートトレーシング装置 - Google Patents

Abstract

循環流体を加熱する輻射ヒーターからの熱を利用するヒートトレーシングシステムにおいて、熱電発電モジュールは循環ポンプを作動させる電気を生産するために用いられる。熱電発電モジュールは熱吸収板とヒートシンク間に挟まれ、この組立体は、輻射ヒーターに近接する熱吸収板とともに設置される。配管回路はヒートシンクを通り、配管を循環する流体はヒートシンク内部のヒーターからの熱によって加熱される。熱電モジュールの高温側と低温側の温度差により、モジュールは配管を循環するポンプを作動させるために電力を生産する。補助熱交換器は、さらなる流体熱容量のために提供されてもよく、それによってヒートトレーシング配管に利用可能な熱量が増加する。
【選択図】図３

Description

本発明は流体を加熱して循環させるシステムに係り、具体的には流体を加熱するため、またこの流体をヒートトレーシングのような配管回路で循環させるポンプを作動させるために触媒ヒーターを用いるシステムに関する。

寒冷地で水道管の凍破を防止したり溶かすためにヒートトレーシング（ｈｅａｔ ｔｒａｃｉｎｇ）回路を循環する流体（例；グリコール）の容器を加熱するために（カナダ アルバータ州のエドモントン市に所在するＣＣＩ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｉｎｃ．で製作したＣａｔａ−Ｄｙｎｅ^ＴＭ）のような触媒ヒーターの熱を利用することは広く公知されている。このような応用例はＢｅｉｄａ等の米国特許６，７７６，２２７とＭｃＫａｙ等の米国特許７，１３８，０９３及びＢｅｎｏｉｔ等の米国特許７，２９３，６０６で見ることができる。このようなシステムは高温流体をヒートトレーシング回路に循環させるポンプを必要とする。しかし、ヒートトレーシングシステムはたいてい遠隔地（例；カナダ北部では水源地）に設置されるため、最も近い送配電網も非常に遠くて電動ポンプの使用が実用的でない場合が多い。太陽熱発電は非常に寒い地で連続的に用いることができなければポンプを作動させるのに非常に多くの費用が必要なことがあるのでこの問題の理想的な解決策でない。また、北半球でこんな酷寒期には利用可能な日光も最小でありうる。したがって、太陽電気で作動する電動ポンプを用いる場合には日光が照らさない場合に備えてしっかりとしたバッテリーの予備を具備しなければならない。

米国特許６，７７６，２２７ 米国特許７，１３８，０９３ 米国特許７，２９３，６０６

これらの理由を勘案して、本発明は触媒ヒーターを利用したヒートトレーシングシステムに用いる電動ポンプに電力を供給するさらに実用的な方法とシステムを提供することを目的とする。本発明はこの必要性に関する。

本発明は循環流体を加熱しながらヒートトレーシング回路のような配管で流体を循環させるポンプを作動させる電気を生産するために天然ガスを燃料にする触媒ヒーターのようなヒーターの熱を利用して循環流体を加熱するシステムと装置を提供する。特定の実施形態において、このようなシステムは循環ポンプを稼動させるのに十分およびそれよりも多くの電気を生産する。

本発明によれば、適当なヒーター、好ましくは触媒ヒーターを利用して熱電方式で電力を生産する。熱電発電はその原理がよく知られていて数年間利用されてきた。（「ゼーベック効果」と呼ばれる熱電発電の科学的原理によれば、）陽極のｐ型熱電素子と陰極のｎ型熱電素子またはモジュールで構成されたサーモカップル（ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ）で電力が生産されるのに、この時熱電素子またはモジュールは電気的には直列連結されて熱的には並列連結されており、サーモカップルの一側（高温側または温接点）から他側（低温側または冷接点）へ熱をポンピングする。このような構成で、サーモカップルの高温側と低温側間の温度勾配に比例する電流が生じる。

本発明では、吸熱板とヒートシンク間に１つ以上の熱電発電モジュール（以下、“ＴＥＧモジュール”とも言う）を配置する。本明細書では、吸熱板とＴＥＧモジュールとヒートシンクの全ての組立体をＴＥＧボードとも言う。吸熱板を輻射ヒーターに近接して略平行にＴＥＧボードを配置するが、吸熱板とヒーター間に空気間隙をおく。したがって、吸熱板に近い方のＴＥＧモジュール表面は高温側になって、ヒートシンクに近い側の反対側表面は低温側になる。配管回路がヒートシンクを通過しながら、配管を流れる流体がヒーターからヒートシンクに伝達される熱により加熱される。この流体は電動ポンプにより循環する。（ヒートシンクから循環流体への熱伝逹により強化される）ＴＥＧモジュールの高温側と低温側の温度差により、ＴＥＧモジュールで電力が生産されて、この電力はポンプを作動させるのに用いられることはもちろんシステムの総電力出力によっては他の用途にも用いられる。

したがって、一実施形態において本発明は高温側と低温側を有する複数の熱電モジュールと一つの触媒ヒーターを含む発電装置において：前記熱電モジュールの高温側は触媒ヒーターの熱に露出されて、熱電モジュールの低温側はヒートシンクの近くに位置して熱伝導関係において、前記熱電モジュールがヒートトレーシング配管回路で高温流体を循環させるポンプを作動させる電流を生産して；前記ヒートトレーシング配管回路がヒートシンクを通過しながらヒートシンクの熱を分散させる発電装置を提供する。

他の実施形態において、本発明はまた、第１吸熱板；と第１側面と第２側面を有するヒートシンク；及び高温側と低温側を有する複数の第１熱電モジュールを含んで、前記熱電モジュールは電気的に相互に連結されていてヒートシンクの第１側面と吸熱板間に配置されており、熱電モジュールの高温側は吸熱板に隣接している。第１吸熱板に熱源に近い状態で発電装置が放射熱源の近くにある時、放射熱源の熱が第１吸熱板と熱電モジュールを介してヒートシンクに伝達されて、熱電モジュールが作動しながら電気が生産される発電装置も提供する。好ましくは、ヒートシンクは銅やアルミニウムのような熱伝導材料でなった１つ以上のブロックを含んで、流体が流れる１つ以上の配管を嵌挿するための１つ以上のチャネルがブロック毎に形成されたことが好ましい。

好適な実施形態において、本発明の発電装置はまた、
（ａ）入口と出口を有する収集タンクであって、前記収集タンクは前記配管回路と流体連通しており、配管回路の出口区間がタンクのタンク出口に連結されて配管回路の戻り区間はタンクのタンク入口に連結される収集タンク及び
（ｂ）前記配管回路で流体を循環させるポンプであって、前記ポンプが第１輻射ヒーターの熱流を受ける複数の第１熱電モジュールにより生じた電力で作動されるポンプを含む。

この装置では、配管回路を流れる流体が補助熱交換器を通過するように配管回路に連結する補助熱交換器を備えてもよく、該補助熱交換器は第１輻射ヒーターの熱に露出されるように配置される。

本発明の実施形態は、添付の図面を参照して記述される。なお、参照番号は同様の部品を示す。

本発明の第１実施形態によって触媒ヒーターに設置されたＴＥＧボード組立体の断面図である。 図１のＴＥＧボードの展開正面図である。 図１〜２のＴＥＧボードが設置されたヒートトレーシングシステムの概略正面図である。 本発明の第２実施形態によるヒートトレーシングシステムの概略正面図である。 本発明の第３実施形態によるヒートトレーシングシステムの断面図である。 図４〜５のＴＥＧボード配置の展開図であり、ＴＥＧモジュールの例示的なレイアウトを示す。 本発明の“マスター”及び“スレーブ”構成を示すヒートトレーシングシステムの概略レイアウトである。 本発明に実施形態よる装置から生じた電力を利用して、同時に循環ポンプを作動させ、かつバッテリーを充電するための概略電気回路図である。

図１〜３は本発明による熱電発電機のＴＥＧボード６０の一例を示している。図１に示したように、ＴＥＧモジュール８の高温側８Ｈの吸熱板２１と低温側８Ｃのヒートシンク５間にＴＥＧモジュールが配置される。ＴＥＧモジュール８毎に陽極線８０Ｐと陰極線８０Ｎが付いている。図面には電気配線に対して詳細に図示していなかったが、クラスター化されたＴＥＧモジュール８の電線８０Ｐ、８０Ｎは適切な方式で連結されるので、ＴＥＧモジュールのクラスターで生じた全ての電力はＴＧＥボード６０から出る送電ケーブル８２を介して伝送する（図３参照）。図２はＴＥＧモジュール８の構成の可能な一例を示している。（本発明はＴＥＤモジュール８のいかなる特定の数の使用あるいは配置に依存しないことに留意されたい。）

ＴＥＧボード６０の吸熱板２１を第１触媒ヒーター１９の熱輻射面１９Ｈ近くに配置し、加熱された流体をヒートトレーシング配管回路で循環させるための電気ポンプを作動させるのに用いられる電流を生産する熱電過程が始まる。吸熱板２１と第１触媒ヒーター１９間には空気間隙２３を置くことが好ましい。吸熱板２１は熱伝逹を最大化するためにヒーター１９に可能な限り近くなければならないが、ヒーター１９における触媒反応のための酸素の活動を妨害する程に近くしてはいけない。空気間隙２３の幅は吸熱板２１の大きさに合うように可変的であって、設計によって違う場合がある。

ブラケット（ｂｒａｃｋｅｔ）または他の好適なコネクタ（図式的には参照番号３０で示される）を用いてヒートシンク５を吸熱板２１に設置して、吸熱板２１はヒーター１９に設置する。これらコネクタ３０は空気間隙２３における上下空気流れの妨害を最小化するデザインで配置されることが好ましい。好ましくは、熱交換器１５の熱損失を最小化してチューブ１５Ｔを流れる流体への熱伝逹を最大化するために熱交換器を熱交換面（図示せず）で覆う。同様の目的から、任意として適当な（好ましくは断熱性の）かぶせ板またはエンクロージャでＴＥＧボード６０を覆ってもよい。

前述した原理によれば、ＴＥＧモジュールクラスタの高温側から低温側へ送られる総熱量によって電流の強度が変わる。したがって、与えられた個数のＴＥＧモジュールで生じる電流を最大にするためには、熱源に露出された高温側の温度を最大にして反対側の低温側の温度は最小にする−すなわち、温度勾配を最大にすると良い。

触媒ヒーターの表面温度は基本的に一定であるので、熱源の温度を高めることがたいていは選択事項でない。しかし、ヒートシンク５を用いると、ＴＥＧモジュール８の低温側で熱を吸収／分散させて低温側温度をさらに低めることができる。ヒートシンクの機能は用いられた材料の性質（特に、熱伝導容量）と質量により左右される。本発明の好ましい実施形態において、ヒートシンク５は熱伝導率が高い材料、例えばアルミニウムや銅のような熱伝導性金属や熱伝導性非金属や亜金属複合材料でなった厚いブロック形態が好ましい。アルミニウムヒートシンク５を用いる場合には、アルミニウムは寿命を伸ばすためにアルミニウムを酸化処理して吸熱性能向上のために黒色や他の暗い色で塗ることが良い。特に好ましい実施形態においては、ヒートシンク５の内部チャネル５０を経由する配管５２に冷却液を流れるようにすればヒートシンクの効率が大幅に改善される。配管５２を流れる流体に／から熱が伝達されるとヒートシンク５の温度が低くなる。代替の実施形態において、実際には配管５２がチャネル５０を通過しなくて、配管５２の連結を促すようにチャネル入出口に配管を連結することもできる。

循環流体を触媒ヒーターで加熱する既存のヒートトレーシング装置に本発明の触媒熱駆動熱電発電システムを適用する方法の一例が図３に示されている。示された装置の上部区間はヒートトレーシング区間１００であって、ここの収集タンク１にグリコールのような流体２が集まる。収集タンク１にはキャップ１８と、また好ましくは微細濾過網３が付いていて粒子型汚染物が収集タンク１の中に入ってくるのを濾過する。好適な設計の熱交換器１５も配置されるが、示された実施形態では公知された形態のフィンの付いていた熱交換器を用いて、チューブ１５Ｔ（例えば銅チューブ）がフィン１５Ｆを曲がりくねって通過し、熱吸収を最大化するために好ましくは黒色で塗られる。チューブ１５Ｔは入口端部３５と出口端部３７を有する。熱交換器１５のすぐそばに第２の触媒ヒーター２０を置けば、触媒ヒーター２０の熱が熱交換器１５のフィン１５Ｆに伝達されて、結局熱交換器１５のチューブ１５Ｔを循環する流体に伝達される。またヒートトレーシング配管の回路が提供されるが、ヒートトレーシング配管の出口区間１６はチューブ１５Ｔの出口端部に連結され、戻り区間１７は収集タンク１の上部に連結されるが、好ましくは図３で見るように濾過網３の上方でキャップ１８に連結される。熱交換器１５の熱損失を最小化してチューブ１５に流れる流体への熱伝逹を最大化するために熱交換器１５を熱交換平面（図示せず）で覆うことが良い。

こういう種類の既存のヒートトレーシング装置では収集タンク１の下部から循環ポンプを介して熱交換器１５の銅配管の入口端部までの閉回路を形成する配管の長さがさらに長い。しかしながら、本発明によれば、本発明ではヒートトレーシング区間１００を熱電発電機２００に連結する配管が収集タンク１の下部からヒートシンク５を通過する図３の配管５２、ヒートシンク５を介して（羽根ポンプのような）電気ポンプ１０につながった配管７、及び熱交換器１５のチューブ１５Ｔの入口端部３５までつながった配管１１で構成される。熱電発電機２００のＴＥＧモジュールクラスターが送電ケーブル８２を介してポンプ１０と電気的に連結されていて、第１触媒ヒーター１９が作動すればポンプ１０に電流が生成される。第２触媒ヒーター２０が作動すればチューブ１５Ｔを流れるヒートトレーシング流体２が加熱したまま、ポンプ１０によりヒートトレーシング配管出口区間１６を介して熱を必要とする供給源に送られる。ヒートトレーシング流体２は戻り管１７を介して収集タンク１とヒートシンク５を通過する。供給源で熱を損失するためヒートシンク５を通過するヒートトレーシング流体２はヒットシンクで熱を吸収するのに十分な容量を有する。このような形で、ヒートシンク５にヒートトレーシング流体２が流れるため熱交換器１５に到着する前にヒートトレーシング流体が効果的に予熱される。

本発明の装置には始動のためにバイパス管１３を設置することが好ましい。図３によれば、熱交換器１５のチューブ１５Ｔの入口端部３５とポンプ１０間の配管１１のＸ地点から始まって収集タンク１付近の戻り管１７地点までバイパス管１３が連結される。図３のように配管１１はポンプ１０とＸ地点間の分岐管１１Ａと、Ｘ地点と末端部１１Ｔ間の分岐管１１Ｂに分けられる。Ｘ地点にバイパスバルブ１２が設置される。このバルブ１２は分岐管１１Ａから分岐管１１Ｂ側に流体が自由に流れる正常位置と、分岐管１１Ａから分岐管１１Ｂ方向への流体流れを遮断してバイパス管１３側に流体を流れるようにするバイパス位置間で作動する。このようなバイパス回路によって、流体が熱交換器１５と全体ヒートトレーシング配管を循環する必要がなくヒートシンク５を通過できるが、流体が熱交換器とヒートトレーシング配管（すなわち、出口区間１６および戻り区間１７）を循環する場合相当に大きい動力が必要である。

図３を参照してシステムの動作に対して説明する。理解を助けるために、図３の矢印Ａは配管を介して循環するヒートトレーシング流体２の流れを示す。

システムを始動するために、まず天然ガスのような燃料が第１、第２触媒ヒーター１９、２０に供給されて、第１触媒ヒーター１９は触媒反応を起こすためにバッテリーに連結される。続いて、バイパスバルブ１２がバイパス位置に動く。第１触媒ヒーター１９の触媒反応が起きると、吸熱板２１に赤外線熱が伝達されて、ＴＥＧモジュール８で熱電発電過程が始まる。１つの試験済みの実験的システムによると、このように生じた熱電力の電圧値が０．７Ｖになると、ポンプ１０が遅くなりながら流体がバイパス管とヒートシンク５に流れる。流体がヒートシンク５を通過し始めれば電圧が瞬間的に急騰する。続いて、第１触媒ヒーター１９とバッテリーの連結が切れて、第２触媒ヒーター２０がバッテリーに連結されて作動する。もちろん、第２触媒ヒーター２０の触媒反応が起きた後にはこの連結は切れる。

電圧が（試験済みシステムにおいては５Ｖ程度の）十分に高い値に達すれば、バイパスバルブ１２が正常位置に動いて流体がシステム全体を循環する。熱電発電機は電圧が安定値に達する時までポンプ１０に供給される電圧を続けて増加させるが、示されたシステムでは３０分程度掛かる。このシステムはガス供給を遮断さえすれば停止することができる。第１触媒ヒーター１９で生じた熱が分散されながら、ポンプ１０に供給される電力が減少してついにポンプ１０が中止する。

このシステムの長所は当業者ならば容易に予想することができる。最も大きい長所は触媒に燃料がありさえすれば電力供給が続いて循環ポンプを作動させるということだ。この場合、外部電源が不要であって、太陽熱発電を利用する場合生じる不連続的発電や保存用予備バッテリーのような短所もなくなる。システムに必要なバッテリー電力は触媒ヒーター（単数又は複数）の触媒反応を起こすのに必要な量である。

図４は、循環流体を加熱して発電をするのに一つの触媒ヒーター１９だけを利用する代替の実施形態を示す。本実施形態での主な構成では、流体２は配管５２と一対のヒートシンク５を通過しながら加熱される。しかし、図４のように、流体の加熱を改善するために触媒ヒーター１９の上に（好適なタイプの）熱交換器７０を任意として設置してもよく、このような補助熱交換器７０をメイン配管に連結する。補助熱交換器７０は熱交換器が露出された残留熱量を最大化するために（図示していない）排気フード内に配置することが好ましい。好ましくは補助熱交換器７０の配管端部１１Ｔに設置された二次バルブ７２は第１位置と第２位置間を動くのに、第１位置では流体２が熱交換器７０を介して配管出口区間１６に入って、第２位置では流体２が熱交換器７０を迂回して直接配管出口区間１６に入る。

図４の実施形態では、装置は一対の長いヒートシンク５を利用して、システムの熱容量とＴＥＧモジュールの個数を増加させて、システムの発電容量を大きくする。このようなヒートシンク構造で、配管５２は両側ヒートシンク５を全て通過する。当業者ならば分かるだろうが、本発明の範囲および原則を逸脱せずに１つ以上の追加のヒートシンクをさらに追加してこの、または他の代替の実施形態に組み込むことができる。

図５は、図４の実施形態の変形例であって、一対の触媒ヒーター１９が変形されたあるいは「二重」ＴＥＧボードの両側に設置されて、該ＴＥＧボードには電気的に独立した二個のＴＥＧモジュール回路がある。図５のように、単数又は複数のヒートシンク５（図５の実施形態では２つのヒートシンク５が提供されている）が一対の吸熱板２１間に配置されて、ヒートシンク５と吸熱板２１間に挟まれるようにそれぞれのヒートシンク５の各側にはＴＥＧモジュール８のクラスターを配置する。二重ＴＥＧボードにヒーター１９を設置した次に二個の吸熱板２１を互いに連結するためにブラケット（３０；ｂｒａｃｋｅｔ）とクロスタイ（３２；ｃｒｏｓｓ−ｔｉｅ）を利用する。しかし、当業者ならば分かるように、本発明では他の種類の設置手段や連結手段も用いることができる。

前述したように、この実施形態では循環する流体２を加熱して発電するのに利用することができる熱量が２倍にしながらもヒートシンク５の数は増やす必要がない。もちろん、ヒートシンク５の作動を最適化するためにヒートシンクのサイズや材質を変えることが必要である、または好ましいこともあるが、小型ヒートシンク５を複数個用いるよりは一定個数の大型ヒートシンクを用いることがさらに効率的である。

電気的に独立的な二個のＴＥＧモジュール回路を用いると発電電力を他の目的で使いやすい。例えば、ＴＥＧモジュール回路毎に自体的に送電ケーブル８２を別途に備えれば、一側ＴＥＧモジュール回路の電力出力は循環ポンプ１０にだけ用いて、他方モジュール回路の電力はバッテリー充電や他の目的に用いることができる。一方、すべてのＴＥＧモジュール回路は、システムの全出力電力が１組の送電ケーブル８２によって伝達されるように、連結することもできる。

図５の構造では補助熱交換器７０が触媒ヒーター７０上にあるが、これは選択的なものであって必須なものではない。補助熱交換器７０の有無を問わず、ヒーターやＴＥＧボード上に排気フード８０を設置することが良い（図５参照）。補助熱交換器７０がある実施形態においては、補助熱交換器７０は熱露出を最大にするために排気フード８０の中に配置することが良い。

ヒーター１９と（図５の二重ＴＥＧボードよりも）ＴＥＧボードを一つだけ用いることもでき、補助熱交換器７０と排気フード８０は有無を問わない本発明の他の実施形態が容易に理解されよう。１つの他の実施形態では、排気フード８０が収集タンク１の一部や全体を囲んで、ヒーター１９（あるいは、特定の実施形態においてはヒーター２０）からの廃熱に収集タンクを露出させることもできる。

図６は、（図４〜５のように）長いヒートシンク５一対を用いる場合の好ましいＴＥＧモジュールの構成を示す。しかしながら、前述のように、ＴＥＧモジュール８が特定の個数や配置に限定されず、当業者ならば可能な多くのＴＥＧモジュール配置の変形を理解されたい。

とりわけ湿してはいないが、さらに大きい熱容量と発電量が必要ならば例えば触媒ヒーターを４個用いることもできる。この場合、ＴＥＧボードを一対の下部触媒ヒーター間に二重で配置した図５のシステムに対して、一対の上部触媒ヒーター間の二重ＴＥＧボード上に補助熱交換器をさらに配置した構造を行なう。基本的に、このような構成は図３の構成をアップグレードしたといえる。

図７は、本発明のいかに多くの実施形態がヒートトレーシング回路や建物暖房システムに適用するかの一実施形態を示す。示された実施形態で、ポンプ（図示せず）と流体収集タンク１を備えた“マスター”ユニット９０は配管系９３に高温流体を循環させて建物Ｂを暖房する（あるいはヒートトレーシング回路に高温流体を循環させて水源や他の施設を加熱する）ために主に流体を加熱し、また発電するのに用いられることもできる。示された建物暖房システムの“スレーブ”ユニット９２はいかなる選択された本発明の実施形態とも関連していてもよいが、ポンプや連結された収集タンクを必要としない。スレーブユニット９２はさらなる電力を生産することはもちろん、循環流体の温度を高めるための効果的な熱交換器の役割もする。スレーブユニット９２はまた（あるいは代替として）マスターユニット９０の始動や他の目的で用いられるバッテリー（図示せず）を充電するための一次または補助電力を提供するのに用いられたりする。好ましい実施形態で、スレーブユニット９２は図４や図５に示された構造を有することができるが、補助熱交換器７０は必ずしも必要ではない。

図７に示したように、配管系９３は建物Ｂ内に設置された（公知の温水循環式フィン付きベースボードヒーターのような）好適なラジエーター９４に高温流体を供給する。矢印Ａは配管系９３とラジエーター９４を流れる流体の方向を示す。配管系とラジエーターに１つ以上の二次ヒーター９５を設置して熱をさらに加えることができる。二次ヒーター９５は、本発明の装置の選択された実施形態を含むいかなる好適な種類も可能であって（発電容量は必ずしも二次ヒーター９５に必要としない）、例えば図３の上部ヒートトレーシング区間１００と同様に熱交換器と触媒ヒーターを組み合わせた構成（すなわち、ＴＥＧボードを具備しない）もあり得る。

図８は、バッテリー充電と同時に流体循環ポンプを作動させるのにＴＥＧボード（本発明の装置の選択された実施形態による）を利用するシステムを概略的に示す。図８のＴＥＧボード６０は、ＴＥＧボード６０からポンプ１０を通る配管７と、送電ケーブル８２がある。説明の便宜上、ＴＥＧボード６０に連結された触媒ヒーター１９および他の要素は図８で省略した。図８のような並列回路を利用して、送電ケーブル８２をＤＣ（すなわち、直流）コンバータまたは充電制御部８４に連結する一方、補助電力ケーブル８５がＤＣコンバータ８４と充電バッテリー８６端子（したがって充電バッテリー）を通り、さらなる補助電力ケーブル８７がバッテリー８６の端子と流体循環ポンプ１０を連結する。

本発明の装置の多様な実施形態では、好ましくはヒーター１９、２０に対する燃料ガス（天然ガスやプロパン）供給を遮断するためにヒートシンク５に作動可能な熱安全スイッチを組み込む。熱安全スイッチはヒートシンク５の温度を感知する温度検出器を含む。ポンプ１０の故障や他の原因でヒートシンク５の温度が所定の温度より高くなれば、熱安全スイッチが作動して燃料ガス供給を遮断する。当業者ならば分かるように、さまざまな公知の技術が、熱安全遮断手段を本発明の利用のために使用あるいは容易に適合されることが理解される。

また、当業者において、本発明の必須の概念を逸脱することなく、本発明のさまざまな変形がなされ、これらすべての変形は本発明および添付の請求項の範囲内にあることが意図される。本発明は図示した実施形態に限定されたり、本発明の実行におけるいかなる実質的な結果的な変化をなくして、多様な請求された要素や特徴の代替は本発明の範囲を逸脱したりものではないことは特に理解されたい。

本明細書において、「含む」（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）という用語は非限定的な意味で用いられ、この語に続くものが含まれてはいるが、特に言及されない限り排除されないことを意味する。不定冠詞「１つの」（ａ）による要素の言及については、文脈が、１つあるいは１つのみのそういった要素があるとはっきり示さない限り、２つ以上の要素が存在する可能性を排除しない。

Claims (17)

1. 高温側と低温側を有する複数の熱電モジュールと一つの触媒ヒーターを含む発電装置において
   前記熱電モジュールの高温側は触媒ヒーターの熱に露出され、熱電モジュールの低温側はヒートシンクの近くに位置して熱伝導関係において、前記熱電モジュールがヒートトレーシング配管回路で高温流体を循環させるポンプを作動させる電流を生産し、
   前記ヒートトレーシング配管回路がヒートシンクを通過しながらヒートシンクの熱を分散させることを特徴とする発電装置。
2. （ａ）第１吸熱板と
   （ｂ）第１側面と第２側面を有するヒートシンク及び
   （ｃ）高温側と低温側を有する複数の第１熱電モジュールを含み、
   前記熱電モジュールは電気的に相互に連結され、ヒートシンクの第１側面と吸熱板間に配置されており、熱電モジュールの高温側の吸熱板に隣接され、
   第１吸熱板に熱源に近い状態で発電装置が放射熱源に近くある時、放射熱源の熱が第１吸熱板と熱電モジュールを介してヒートシンクに伝達され、熱電モジュールが作動して電気が生産されることを特徴とする発電装置。
3. 前記ヒートシンクが熱伝導材料でなったブロックを含んで、流体が流れる１つ以上の配管を嵌挿するための１つ以上のチャネルがブロック毎に形成されたことを特徴とする請求項２に記載の発電装置。
4. １つ以上の前記熱伝導材料の内少なくとも１つが銅およびアルミニウムからなる群から選択されることを特徴とする請求項３に記載の発電装置。
5. 第２吸熱板と複数の第２熱電モジュールをさらに含んで、前記複数の第２熱電モジュールは第２吸熱板とヒートシンクの第２側面間に配置されることを特徴とする請求項２に記載の発電装置。
6. （ａ）第１吸熱板と
   （ｂ）第１側面と第２側面を有するヒートシンクと
   （ｃ）高温側と低温側を有する複数の第１熱電モジュールであって、は電気的に相互に連結され、ヒートシンクの第１側面と第１吸熱板間に配置されており、熱電モジュールの高温側は第１吸熱板に隣接されている前記複数の第１熱電モジュールと、
   （ｄ）熱輻射面を有する第１輻射ヒーターを含んで、
   前記第１吸熱板と第１熱電モジュールとヒートシンクを含んだアセンブリが第１輻射ヒーターの近くに設置されて、この時第１吸熱板は第１輻射ヒーターの熱輻射面のもっとも近くに位置することを特徴とする発電装置。
7. 閉配管回路が前記ヒートシンクを通過して、前記配管回路は出口区間と戻り区間を有することを特徴とする請求項６に記載の発電装置。
8. （ａ）入口と出口を有する収集タンクで、前記配管回路と流体連通し、前記配管回路の出口区間がタンクのタンク出口に連結されて配管回路の戻り区間はタンクのタンク入口に連結される収集タンク及び
   （ｂ）そこを流れる第１輻射ヒーターの熱流を受ける複数の第１熱電モジュールにより生じた電力で作動されて、前記配管回路で流体を循環させるポンプ
   をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の発電装置。
9. 前記第１輻射ヒーターが天然ガスを燃料にする触媒ヒーターであることを特徴とする請求項８に記載の発電装置。
10. 前記配管回路に補助熱交換器をさらに連結されて配管回路を流れる流体が補助熱交換器を通過する一方、補助熱交換器は第１輻射ヒーターの熱に露出されるように位置することを特徴とする請求項８に記載の発電装置。
11. 前記補助熱交換器のチューブにフィン（ｆｉｎ）が付いていることを特徴とする請求項１０に記載の発電装置。
12. （ａ）ヒートシンク下流側の配管を流れる流体が補助熱交換器内を流れるように配管回路内に連結された補助熱交換器及び
    （ｂ）熱輻射面が前記補助熱交換器に隣接するように配置された熱輻射面を有する第２輻射ヒーターをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の発電装置。
13. 前記補助熱交換器のチューブにフィン（ｆｉｎ）が付いていることを特徴とする請求項１２に記載の発電装置。
14. （ａ）第２吸熱板と
    （ｂ）高温側と低温側を有する複数の第２熱電モジュールであって、前記複数の第２熱電モジュールは電気的に相互に連結されてヒートシンクの第２側面と第２吸熱板間に配置される複数の第２熱電モジュール及び
    （ｃ）熱輻射面を有する第２輻射ヒーター；をさらに含んで、
    熱電モジュールの高温側の第２吸熱板に近く位置することを特徴とする請求項８に記載の発電装置。
15. 前記ヒートシンクが熱伝導材料でなった１つ以上のブロックを含んで、流体が流れる配管を嵌挿するためのチャネルがブロック毎に形成されたことを特徴とする請求項８に記載の発電装置。
16. １つ以上の前記ブロックの内の少なくとも１つの前記熱伝導金属がアルミニウムを含むことを特徴とする請求項８に記載の発電装置。
17. バイパス管と関連バイパスバルブをさらに含んで、前記バイパスバルブは第１位置と第２位置間で作動可能だが、第１位置ではヒートシンクと補助熱交換器を自由に流体が流れて、第２位置ではヒートシンクには流体が流れるが補助熱交換器には流体が流れないことを特徴とする請求項１２に記載の発電装置。

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