JP5794885B2 - 熱電発電装置 - Google Patents
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Description
図1は、本実施形態に係る熱電発電装置1を熱処理炉100のバーナ燃焼部分に適用した例を示すものである。熱処理炉100で使用済みのガスを排気するにあたり、このガスを燃料としてガスバーナ3にて燃焼させ、燃焼後の排気ガスを排気ダクト2を通して排気している。排気ダクト2の下方には燃焼用ガスバーナ3が設けられ、ガスバーナ3の火炎が届く位置に熱電発電装置1が配置されている。ガスバーナ3からの火炎で炙られることで、ガス燃焼時の熱エネルギを熱電発電装置1によって電気に変換している。
ただし、本発明の熱電発電装置は、高温に曝される個所に設けられればよく、熱処理炉100に適用される場合に限らない。
図2は、熱電発電装置1を示す斜視図である。
熱電発電装置1は、熱電変換を行う熱電発電ユニット4と、この熱電発電ユニット4を覆う遮蔽カバー5と、熱電発電ユニット4を排気ダクト2に固定するための固定ブラケット6とを備え、この固定ブラケット6が排気ダクト2に固定される。
熱電発電ユニット4は、詳細には図3以降に基づいて後述するが、図中下側の受熱板10と、上側の冷却板20と、これら受熱板10および冷却板20との間に介装された熱電モジュールとを備えている。受熱板10の下面がバーナ3の火炎で下方から加熱される一方、冷却板20が冷却水にて冷却され、これらの間に介装された発電ジュールにて受熱板10と冷却板20との温度差によるゼーベック効果が生じ、発電する。
遮蔽カバー5は、下方から回り込んで来るバーナ3の火炎から熱電発電ユニット4を保護するために用いられる。具体的に遮蔽カバー5は、平面視で矩形板状とされた受熱板10の長辺側の側面にボルト止めされる一対の長辺側下部遮蔽板7,7と、これら長辺側下部遮蔽板7,7の上縁にボルト止めされる長辺側上部遮蔽板8,8と、受熱板10の短辺側の側面にボルト止めされる一対の短辺側遮蔽板9,9とで構成されている。各遮蔽板7〜9は、例えばステンレス製である。冷却板20の外径寸法は受熱板10の外径寸法よりも僅かに小さく、遮蔽カバー5が受熱板10に取り付けられた時、遮蔽カバー5と冷却板20との間には空間が形成される。
固定ブラケット6は、断面L字形状の金属形鋼を略井型形状に接合した支持枠61を有している。すなわち支持枠61は、両端が遮蔽カバー5から突出する一対の平行な支持枠材62と、遮蔽カバー5内において、支持枠材62間に跨って架け渡される一対の平行な架設枠材63とで構成される。
架設枠材63の下面には、長手方向に間隔を空けて一対の金属製の固定ブロック64が溶着されている。固定ブロック64は、冷却板20に対して支持枠61を所定の高さ位置に配置するための部材であり、支持枠61としては、架設枠材63を固定ブロック64ごと貫通するボルトにより、冷却板20の上面に固定されている。
図3は、熱電発電ユニット4の全体斜視図、図4はその平面図、図5はその側面図、図6は図4のVI−VI線断面図である。図7は、熱電発電ユニット4の冷却板20の裏面図である。
ボルト11には円板状の座金11Aが貫挿されており、座金11Aと冷却板20の上面との間には、ボルト11に挿通された状態でコイルばね15(第1の付勢部材)が介装されている。また、ボルト12には座金12Aが貫挿されており、座金12Aと冷却板20の上面との間には、ボルト12に挿通された状態でコイルばね16(第2の付勢部材)が介装されている。コイルばね16の線径および外径はそれぞれ、コイルばね15よりも大きく、コイルばね16のばね力はコイルばね15のばね力よりも大きい。これらのコイルばね15,16のばね力により、受熱板10および冷却板20は互いに近づく方向へ付勢されている。
図3、図7に示すように、冷却板20の内部には、冷却水を流す冷却水回路21が設けられている。詳細な図示を省略するが、冷却板20は2層構造であり、一方の層を形成する板材には、一連の溝が長辺に対して略平行で、かつ短辺側の辺縁近くで折り返されて蛇行するように設けられ、この溝を他方の層を形成する板材で覆うことで、両板材の間、すなわち冷却板20の内部に冷却水回路21が設けられる。両板材は、外周部分でろう付けされて一体に固着される。
また、冷却板20の外周端面には、図示しない帯状の金属板が設けられ、この金属板により受熱板10と冷却板20との間の隙間を覆い、Oリング17への熱影響を軽減させている。
図8(A)、(B)において、熱電モジュール30は、複数の熱電素子36をそれぞれ板状の受熱面部37および冷却面部38で挟持した構造である。すなわち、熱電モジュール30では、受熱面部37の内側面に受熱側電極37Aが配置され、冷却面部38の内側面に冷却側電極38Aが配置されており、P型の熱電素子36AおよびN型の熱電素子36Bの受熱面部37側の端面が受熱側電極37Aに接続され、P型の熱電素子36AおよびN型の熱電素子36Bの冷却面部38側の端面が冷却側電極38Aに接続されている。P型の熱電素子36AとN型の熱電素子36Bとが交互に受熱側電極37Aおよび冷却側電極38Aを介して電気的に直列接続されることにより、熱電モジュール30が構成されている。
以下には、図9、図10に基づき第1〜第4ターミナルブロック36〜39,41について説明する。
図9、図10において、第1〜第5ターミナルブロック36〜39,41は、第5ターミナルブロック41を中心として、冷却板20の長辺に平行な中心軸線上で中央に集約されており、それぞれスペーサ43、ターミナル44、および樹脂カバー45を備えている。
例えば、前記実施形態では、熱電発電装置1が熱処理炉100に適用されていたが、これに限定されるものではなく、熱源を有する任意の箇所に本発明の熱電発電装置を適用してよい。
また、本発明に係るOリングの材質はフッ素系に限定されず、例えば、さほど耐熱性が要求されなない場合には、ニトリルゴムやブチルゴム等の一般的な材質であってもよい。
Claims (6)
- 受熱する受熱板と、
前記受熱板よりも低温に維持される冷却板と、
前記受熱板および前記冷却板の間に介装される熱電モジュールとを備え、
前記受熱板および前記冷却板の間には、前記熱電モジュールの外側を囲む第1のOリングが設けられ、
前記受熱板および前記冷却板は、前記第1のOリングの外側の位置で互いに第1のボルトにより連結され、
前記第1のボルトには、前記受熱板および前記冷却板を互いに近づける方向に付勢する弾性を有した第1の付勢部材が設けられ、
前記受熱板および前記冷却板は、前記第1のOリングの内側の位置で互いに、複数の第2のボルトにより連結され、
前記第2のボルトには、前記受熱板および前記冷却板を互いに近づける方向に付勢する弾性を有した第2の付勢部材が設けられ、
前記第1のOリングは各角部にR形状を有する四角形とされ、
前記第1のボルトは前記第1のOリングの角部に対応して設けられ、
前記第1の付勢部材は、前記第1のOリングの角部を前記受熱板および前記冷却板に当接させ、
前記第2のボルトは前記第1のOリングの直線部分に対応して設けられ、
前記第2の付勢部材は、前記第1のOリングの直線部分を前記受熱板および前記冷却板に当接させる
ことを特徴とする熱電発電装置。 - 請求項1に記載の熱電発電装置において、
前記第1のOリングの内側の前記第2の付勢部材の付勢力は、前記第1の付勢部材の付勢力よりも大きい
ことを特徴とする熱電発電装置。 - 請求項2に記載の熱電発電装置において、
前記受熱板および前記冷却板の間には、前記第1のOリングの内側の前記複数の第2のボルトに貫挿された複数の第2のOリングが介装されている
ことを特徴とする熱電発電装置。 - 請求項3に記載の熱電発電装置において、
前記熱電モジュールを囲う前記第1のOリング、および前記第1のOリングの内側の前記複数の第2のボルトに貫挿された前記複数の第2のOリングは、フッ素系のゴム製である
ことを特徴とする熱電発電装置。 - 請求項4に記載した熱電発電装置において、
前記受熱板、前記冷却板、および複数の前記熱電モジュールを有した熱電発電ユニットと、
前記熱電発電ユニットを覆う金属製の遮蔽カバーと、
当該熱電発電装置を所定の位置に固定する固定ブラケットとを備え、
前記第1の付勢部材および前記第2の付勢部材はコイルばねである
ことを特徴とする熱電発電装置。 - 請求項5に記載した熱電発電装置において、
前記遮蔽カバーは、
前記受熱板の長辺側に取り付けられる一対の長辺側下部遮蔽板と、
前記一対の長辺側下部遮蔽板の上縁に取り付けられる一対の長辺側上部遮蔽板と、
前記受熱板の短辺側に取り付けられる一対の短辺側遮蔽板とを備え、
前記長辺側下部遮蔽板は鉛直な第1側面部を有し、
前記長辺側上部遮蔽板は鉛直な第2側面部を有し、前記長辺側上部遮蔽板の上部には、水平方向に折曲した第1上面部が形成され、
前記短辺側遮蔽板は鉛直な第3側面部を有し、前記短辺側遮蔽板の上部には、水平方向に折曲した第2上面部が形成されており、
前記第1側面部、前記第2側面部および前記第3側面部では、鉛直な端縁どうしが突き合わされ、
前記第1上面部の端縁と、前記第2上面部の端縁とが突き合わされる
ことを特徴とする熱電発電装置。
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