JP6295162B2 - 発電機能付き熱源装置 - Google Patents

Description

本発明は、発電装置と貯湯槽とを備えた発電機能付き熱源装置に関するものである。

タンク内に湯水を収容する貯湯槽（貯湯タンク）や、その貯湯槽を備えた熱源装置が様々に提案されており（例えば特許文献１、参照）、図６には、貯湯槽を備えた熱源装置の一例が示されている。この熱源装置は、貯湯槽２と発電装置１とを有しており、発電装置１は、例えば固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）や固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）等の燃料電池（ＦＣ）や、ガスエンジン等により形成されている。燃料電池は、水の電気分解の逆反応で、都市ガス等の燃料から取り出された水素と空気中の酸素とを反応させて発電する発電装置である。

また、この熱源装置は、給水供給源からの水を貯湯槽２の下部側から貯湯槽２に供給する給水通路２０と、貯湯槽２の下部側から発電装置１に冷却用の水を供給する水供給通路２１と、発電装置１の廃熱により加熱された湯を貯湯槽２側に送って該貯湯槽２の上部側から該貯湯槽２に導入する熱回収用通路２３と、貯湯槽２の上部側から給湯先に湯を供給するための湯の通路２５とを有している。湯の通路２５は、接続ユニット２７を介し、前記給水供給源から分岐した分岐通路２９と接続されており、接続ユニット２７には電磁弁２６等が設けられている。

接続ユニット２７には通路３０が接続され、通路３０を通して給湯先に湯を直接供給する熱源装置や、バーナ等を備えた給湯器等の補助熱源装置の入水側を通路３０に接続して通路３０を通った湯を必要に応じて補助熱源装置によって追い加熱して給湯先に給湯する熱源装置等、様々な構成が提案されている。なお、図６の図中、符号２４は、貯湯槽２内の圧力が許容圧力を超えたときに該圧力を外部に逃がすための過圧逃がし弁を備えた過圧逃がし用通路を示し、符号２８は排水弁を備えた排水通路を示している。

この種の熱源装置においては、例えば、発電装置１の廃熱により加熱されて貯湯槽２に貯湯された湯を、湯の通路２５を通して導出し、この湯と、給水供給源から分岐通路２９を通して導出される水とを接続ユニット２７により必要に応じて混合し、前記の如く通路３０を通して給湯先に供給することにより給湯設定温度の湯を供給することができる。また、発電装置１により発電した電力を利用者の電力負荷装置に供給することにより、電力利用もできるため、利便性と省エネ性とを備えた装置である。

なお、貯湯槽２には、例えば図７の模式図に示されるような温度の層Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃが形成されるものであり、貯湯槽２の上部側の層（高温層）Ｗａには発電装置１の発電時に生じる廃熱によって加熱された高温Ｔａ（例えば６０℃）の湯が貯湯され、貯湯槽２の下部側の層（低温層）Ｗｃには貯湯槽２内に給水される給水温度と同じ温度Ｔｃ（例えば１５℃）の水が貯水されており、その間に、温度Ｔａから温度Ｔｃまでの急な温度勾配を持つ層（温度中間層）Ｗｂがある。前記図６の破線Ｂは、高温層と温度中間層Ｗｂとの境界を示している。

特開２０１２−２０９１７３号公報

ところで、災害等によって、商用電源からの電気と水とが使用できない状況が生じた場合であっても、例えば都市ガスの供給が通常通り行われる状況においては、図６に示したような熱源装置において、発電装置１に貯湯槽２から水を供給して発電装置１を稼働させることによって発電することができ、その電力を利用することができる。

しかしながら、貯湯槽２内の大部分が例えば図７のＷａで示したような高温層により満たされてしまうといったように、図６の境界線Ｂが図に示す位置よりもずっと下側まで移動して貯湯槽２の下部側に達すると、水供給通路２１を通って発電装置１に供給される水の温度が高くなり、発電装置１を稼働させることができなくなってしまう。そうすると、発電装置１の稼働による電力利用ができなくなってしまう。

そこで、水供給通路２１にラジエータを設ける構成が提案されているが、このラジエータを稼働させるためには、発電装置１の稼働により得られる電力を用いることになるため、せっかくの電力をラジエータの稼働に用いることによって家庭用等の利用者の電力負荷装置の稼働のために用いる量が少なくなってしまい、電力利用効率が悪くなるといった問題があった。また、貯湯槽２内の大部分が前記高温層により満たされてしまった場合に、貯湯槽２の湯を棄てて給水供給源からの水を発電装置１に供給する提案も成されているが、前記の如く、水が使用できない状況下では給水供給源からの水を発電装置１に供給することはできない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、例えば災害等により商用電源からの電力と水の供給が停止した場合でも、ガス利用の発電装置を稼働させて効率的に電力利用ができる発電機能付き熱源装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、次の構成をもって課題を解決する手段としている。すなわち、第１の発明は、発電装置と、貯湯槽と、該貯湯槽の下部側から前記発電装置に水を供給する水供給通路と、前記発電装置の廃熱により加熱された湯を前記貯湯槽側に送って該貯湯槽の上部側から該貯湯槽に導入する熱回収用通路と、前記貯湯槽の上部側から給湯先に湯を供給するための湯の通路とを備え、前記水供給通路には該水供給通路を通る水の冷却装置が設けられ、該冷却装置は互いに上下方向に間隔を介した複数の板状の放熱フィンを有して該放熱フィンが複数段に配置され、該複数段の放熱フィンの板面はそれぞれ水平方向から斜めに傾けた斜面と成して各放熱フィンを前記水供給通路が貫通する態様と成し、前記複数段の放熱フィンのうち最上段の放熱フィンの斜面上に水を滴下するための水滴下部が設けられ、前記各放熱フィンの前記斜面の下端側には該斜面に落とされた水を該斜面の途中部で受け止める水受け部が設けられ、該水受け部には貫通孔が設けられて上段の放熱フィンの前記水受け部で受け止められた水が前記貫通孔を通ってその下段の放熱フィンの斜面上に滴下する構成と成し、前記各放熱フィンの斜面上には親水コート剤が設けられて、各放熱フィンの斜面上に滴下した水滴が前記親水コート剤によって前記斜面上に広がって気化することにより前記各放熱フィンの放熱効率を向上させる機能を備えている構成をもって課題を解決するための手段としている。

また、第２の発明は、前記第１の発明の構成に加え、上から２段目以下の前記各放熱フィンの水受け部に形成されている貫通孔は、その一つ上の段の放熱フィンの水受け部に形成されている貫通孔と上下方向にオーバーラップしないように位置をずらして形成されていることを特徴とする。

さらに、第３の発明は、前記第１または第２の発明の構成に加え、前記水滴下部には飲料用ペットボトルの配置部が形成されて、該配置部に配置される飲料用ペットボトルからの水が最上段の放熱フィンの斜面上に滴下される構成としたことを特徴とする。

さらに、第４の発明は、前記第１または第２または第３の発明の構成に加え、前記冷却装置には、複数段の放熱フィンに向けて風を送るファンが設けられていることを特徴とする。

さらに、第５の発明は、前記第１乃至第４のいずれか一つの発明の構成に加え、前記発電装置は燃料電池により形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、貯湯槽の下部側から発電装置に水を供給する水供給通路に、該水供給通路を通る水の冷却装置が設けられているので、災害等によって、商用電源からの電気と水とが使用できない状況が生じた場合であっても、例えば都市ガスの供給が通常通り行われる状況においては、貯湯槽から水を供給し、例えば燃料電池により形成されている発電装置を稼働させることによって発電することができるため、その電力を利用することができる。

また、水供給通路にラジエータを設けてラジエータを稼働させるためには、発電装置の稼働により得られる電力を用いることになるため、せっかくの電力をラジエータの稼働に用いることによって家庭用等の利用者の電力負荷装置の稼働のために用いる量が少なくなってしまい、電力利用効率が悪くなることが懸念されるが、本発明において水供給通路に設けられている冷却装置は、以下の構成により冷却効率を高めることができるため、発電装置の電力を用いるとしても少ない電力で冷却装置を稼働させることができる。

つまり、本発明において水供給通路に設けられている冷却装置は、互いに上下方向に間隔を介した複数の板状の放熱フィンを有して該放熱フィンが複数段に配置され、該複数段の放熱フィンの板面はそれぞれ水平方向から斜めに傾けた斜面と成して各放熱フィンを前記水供給通路が貫通する態様と成しており、各段の放熱フィンにより、水供給通路を通る水の冷却が行える。

そして、複数段の放熱フィンのうち最上段の放熱フィンの斜面上に水を滴下するための水滴下部が設けられているので、この水滴下部に例えば飲料用ペットボトルを配置する等して水滴下部から最上段の放熱フィンの斜面上に水を滴下することにより、電力等を用いずとも水を滴下することができる。

また、各放熱フィンの前記斜面の下端側には該斜面に落とされた水を該斜面の途中部で受け止める水受け部が設けられ、該水受け部には貫通孔が設けられて上段の放熱フィンの前記水受け部で受け止められた水が前記貫通孔を通ってその下段の放熱フィンの斜面上に滴下する構成と成しているので、最上段の放熱フィンの斜面上に水を滴下すれば、その水が各放熱フィンに形成された貫通孔を通って下段の放熱フィン上に順次落ちていくので、各放熱フィン上に電力を用いずに自然に水を落とすことができる。

そして、本発明においては、前記各放熱フィンの斜面上には親水コート剤が設けられて、各放熱フィンの斜面上に滴下した水滴が前記親水コート剤によって前記斜面上に広がって気化することにより前記各放熱フィンの放熱効率を向上させる機能を備えているために、たとえファン等によって強制的に冷却動作を行わなくても水供給通路を通る水を放熱フィンによって効率的に放熱できる。また、ファンを設けて放熱フィンに向けて風を送れば、より一層放熱効率を向上でき、そのファンの駆動に用いる電力を小さくできる。

また、上から２段目以下の各放熱フィンの水受け部に形成されている貫通孔を、その一つ上の段の放熱フィンの水受け部に形成されている貫通孔と上下方向にオーバーラップしないように位置をずらして形成することにより、一つ上の段の放熱フィンから貫通孔を通して一つ下の段の放熱フィンの斜面上に落ちた水は、一つ下の段の放熱フィンの斜面上を通ってその放熱フィンに形成された貫通孔まで流れていき、その貫通孔を通って、さらに下の段の放熱フィンの斜面上に落ちていくといった動作が行われる。そして、斜面上を通った水が親水コート剤の機能によって斜面上に広がっていくので、より一層放熱効率を向上できる。

さらに、水滴下部に飲料用ペットボトルの配置部を形成し、該配置部に配置される飲料用ペットボトルからの水を最上段の放熱フィンの斜面上に滴下する構成とすることにより、飲料用ペットボトルの配置部に、水を入れた飲料用ペットボトルを配置して、容易に、かつ、的確に水の滴下を行うことができる。

さらに、発電装置を燃料電池により形成することにより、燃料電池を用いて効率的な発電を行うことができる発電機能付き熱源装置を提供できる。

本発明に係る熱源装置の一実施例の要部構成を示す模式的な説明図（ａ）と図１（ａ）のＡ−Ａ断面の模式図（ｂ）である。 実施例の熱源装置に設けられている冷却装置の放熱フィンの構成と水の落ちる様子を説明するための模式的な説明図である。 実施例の熱源装置に設けられている冷却装置の放熱フィン上を上っていく水とファンからの風との関係を説明するための模式的な説明図である。 本発明に係る熱源装置の他の実施例に設けられているアダプタとその作用を模式的に示す説明図である。 本発明に係る熱源装置のさらに他の実施例に設けられている放熱フィンの構成を模式的に示す説明図である。 貯湯槽と発電装置を備えた熱源装置のシステム構成の一部を示す説明図である。 貯湯槽内の温度層の分布例を模式的に示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、本実施例の説明において、これまでの説明の例と同一構成要素には同一符号を付し、その重複説明は省略または簡略化する。

図１（ａ）には、本発明に係る発電機能付き熱源装置の一実施例の要部構成が、本実施例に適用されている冷却装置にペットボトルを配置した状態で模式図により示されている。また、図１（ｂ）には、図１（ａ）のＡ−Ａ断面が、水供給通路２１を省略して模式的に示されている。

本実施例は、図６に示した熱源装置と同様のシステム構成を有し、その発電装置１を燃料電池により形成し、さらに、図１（ａ）に示されるように、水供給通路２１に、特徴的な冷却装置３を設けて構成されている。なお、本実施例においても、図６に示した通路３０に接続されるシステムの構成等は特に限定されるものではなく、これまで提案されている構成や、これから提案される構成等、適宜の構成が適用される。

本実施例において、冷却装置３は、互いに上下方向に間隔を介した複数の板状の放熱フィン４を有しており、放熱フィン４は例えばアルミニウムにより形成されて複数段に配置されている。この複数段の放熱フィン４の板面はそれぞれ水平方向から斜めに傾けた斜面と成しており、各放熱フィン４を水供給通路２１が貫通する態様と成している。

複数段の放熱フィン４のうち最上段の放熱フィン４（４ａ）の斜面上に水を滴下するための水滴下部５が設けられており、本実施例において、水滴下部５には飲料用ペットボトル６の配置部７が形成されている。そして、該配置部７に配置される飲料用ペットボトル６からの水が放熱フィン４の斜面上に滴下される構成と成している。なお、飲料用ペットボトル６からの水の滴下には、例えばペットボトルの口に、水が少量ずつ落ちるような器具（例えば植木の水やり器等）をつけて用いるとよく、例えば５００ｍｌの水を１時間位かけて滴下するとよい。

各放熱フィン４の前記斜面の下端側には、該斜面に落とされた水を該斜面の途中部で受け止める水受け部８が凸面の手前に（凸面によって水が受け止められるように）形成されて設けられている。水受け部８には貫通孔９が設けられて、上段の放熱フィン４の水受け部８で受け止められた水が貫通孔９を通ってその下段の放熱フィン４の斜面上に滴下する構成と成している（図２、参照）。

また、本実施例では、図２に示されるように、上から２段目以下の各放熱フィン４の水受け部８に形成されている貫通孔９は、その一つ上の段の放熱フィン４の水受け部８に形成されている貫通孔９と上下方向にオーバーラップしないように位置をずらして形成されている。なお、図２（ａ）は、説明を分かりやすくするために、各放熱フィン４を上から見た図を、位置をずらして模式的に示す説明図であり、図２（ｂ）は放熱フィン４の断面構成を模式的に示す説明図である。

本実施例において、各放熱フィン４の斜面上には親水コート剤が設けられており、各放熱フィン４の斜面上に滴下した水滴が親水コート剤によって斜面上に広がって（つまり、２段目以下の放熱フィン４に落ちた水は斜面の下段側から傾きの上端側に向けてあたかも逆流するように広がって）気化することにより、各放熱フィン４の放熱効率を向上させる機能を備えている。なお、親水コート剤は特に限定されるものではないが、例えば車のフロントガラスにコートするガラスコート剤等の工業用汚染防止コート剤により形成することができるものであり（例えばハイドロテクト等）（ハイドロテクトは登録商標）、斜面の下端側に落ちた水滴を斜面の上部側に至るまで斜面上に広げる機能を有するものである。

また、図１（ａ）に示されるように、冷却装置３には、複数段の放熱フィン４に向けて風を送るファン１０が設けられており、図示されていないファン駆動手段の制御によってファン１０が駆動される。なお、ファン１０およびファン駆動手段は、発電装置１により発電される電力により駆動するものである。また、ファン１０の配設位置は特に限定されるものでなく、適宜設定されるものであるが、本実施例では、斜めに設けられている放熱フィン４の斜面上端側（図１（ａ）の右端側）に放熱フィン４とは間隔を介して設けられている。

本実施例は以上のように構成されており、本実施例の熱源装置において水供給通路２１に設けられている冷却装置３は、互いに上下方向に間隔を介した複数の板状の放熱フィン４を複数段に配置して複数段の放熱フィン４の板面を水平方向から斜めに傾けた斜面とし、各放熱フィン４を水供給通路２１が貫通する態様と成した簡単な構成であり、電力を用いなくとも、飲料用ペットボトル等から最上段の放熱フィン４の斜面上に水を滴下するだけで、その水を各放熱フィン４の水受け部８で受け止めながら貫通孔９から下段の放熱フィン４に落とし、各放熱フィン４の斜面上に親水コート剤によって広げることができる。

また、本実施例によれば、上から２段目以下の各放熱フィン４の水受け部８に形成されている貫通孔９を、その一つ上の段の放熱フィン３の水受け部８に形成されている貫通孔９と上下方向にオーバーラップしないように位置をずらして形成しているので、図２（ａ）、（ｂ）に示されるように、一つ上の段の放熱フィン４から貫通孔９を通して一つ下の段の放熱フィン４の斜面上に落ちた水は、その一つ下の段の放熱フィン４の斜面上を通ってその放熱フィン４に形成された貫通孔９まで流れていき、その貫通孔９を通って、さらに下の段の放熱フィン４の斜面上に落ちていくといった動作が行われる。

さらに、本実施例においては、放熱フィン４上に設けられている親水コート剤の効果によって、図３の実線矢印に示されるように、放熱フィン４の斜面下端側に落ちた水がその斜面上（斜面の表面側）を斜面上端側に向かって広がっていくのに対し、ファン１０を放熱フィン４の傾斜上端側に設けることによって、図３の破線矢印に示されるように、ファン１０からの風は放熱フィン４の傾斜の裏面側を斜面上端側から斜面下端側に流れていくことになる。したがって、放熱フィン４の斜面下端側に落ちた水が斜面の表面側を斜面上端側に向かって広がっていく作用をファン１０からの風によって妨げることはなく、水が放熱フィン４の表面側に効率的に広がるようにすることができる。

そして、上記のようにして斜面上（表面側）を通り、親水コート剤の機能によって斜面上に広がっていった水が気化することにより各放熱フィン４の放熱効率を向上させることができる。そのため、ファン１０の駆動に用いる電力が小さくても効率的に放熱でき、水供給通路２１を効率的に冷却することができる。

つまり、本実施例によれば、災害等によって、商用電源からの電気と水とが使用できない状況が生じた場合であっても、例えば都市ガスの供給が通常通り行われる状況においては、発電装置１に冷却装置３によって冷却した水を貯湯槽２から供給して発電装置１を稼働させることができ、それにより発電することができ、その電力の冷却装置３による利用は非常に少ないので、電力を家電装置の駆動等に十分に利用することができる。

なお、本発明は、前記実施例に限定されるものでなく適宜設定されるものである。例えば前記実施例では、複数段の放熱フィン４のうちの最上段の放熱フィン４（４ａ）の斜面上に水を滴下するための水滴下部５を、飲料用ペットボトル６の配置部７により形成したが、水滴下部５の態様は飲料用ペットボトル６の配置部７とするとは限らず、最上段の放熱フィン４ａの斜面上に水を滴下できればよい。

また、水滴下部５を、飲料用ペットボトル６の配置部７により形成する場合にも、例えば図４に示されるように、飲料用ペットボトル６の口の部分にアダプタ３１を設ける等して放熱フィン４の複数箇所に水を滴下するようにしてもよいし、このアダプタ３１のように放熱フィン４の複数箇所に水を滴下できるような構成を有する容器（例えば容器の上側は開口で底面側に複数の貫通孔を有するような構成）を水滴下部５に設けて、その容器に水を入れて滴下するようにしてもよい。

さらに、放熱フィン４の枚数や形状等は特に限定されるものでなく、適宜設定されるものであり、例えば図５に示されるように、放熱フィン４に形成される水受け部８を凹面状に形成してもよい。この場合でも、水受け部８に前記実施例のように貫通孔９を形成することにより、前記実施例とほぼ同様の効果を奏することができるが、親水コート剤によって水を斜面全体に広げる効果を考慮すると前記実施例のような態様の方がより好ましい。

さらに、前記実施例において冷却装置３に設けたファン１０は省略することもできる。

さらに、発電装置１はガスエンジンによっても形成することができる。

本発明の熱源装置は、災害等により商用電源からの電力と水の供給が停止した場合でも、ガス利用の発電装置を稼働させて効率的に電力利用ができるので、使い勝手が良好であり、例えば家庭用の熱源装置として利用できる。

１ 発電装置
２ 貯湯槽
３ 冷却装置
４ 放熱フィン
５ 水滴下部
６ 飲料用ペットボトル
７ 配置部
８ 水受け部
９ 貫通孔
１０ ファン
２１ 水供給通路
２３ 廃熱回収通路
２５ 湯の通路
３０ 出湯通路

Claims (5)

1. 発電装置と、貯湯槽と、該貯湯槽の下部側から前記発電装置に水を供給する水供給通路と、前記発電装置の廃熱により加熱された湯を前記貯湯槽側に送って該貯湯槽の上部側から該貯湯槽に導入する熱回収用通路と、前記貯湯槽の上部側から給湯先に湯を供給するための湯の通路とを備え、前記水供給通路には該水供給通路を通る水の冷却装置が設けられ、該冷却装置は互いに上下方向に間隔を介した複数の板状の放熱フィンを有して該放熱フィンが複数段に配置され、該複数段の放熱フィンの板面はそれぞれ水平方向から斜めに傾けた斜面と成して各放熱フィンを前記水供給通路が貫通する態様と成し、前記複数段の放熱フィンのうち最上段の放熱フィンの斜面上に水を滴下するための水滴下部が設けられ、前記各放熱フィンの前記斜面の下端側には該斜面に落とされた水を該斜面の途中部で受け止める水受け部が設けられ、該水受け部には貫通孔が設けられて上段の放熱フィンの前記水受け部で受け止められた水が前記貫通孔を通ってその下段の放熱フィンの斜面上に滴下する構成と成し、前記各放熱フィンの斜面上には親水コート剤が設けられて、各放熱フィンの斜面上に滴下した水滴が前記親水コート剤によって前記斜面上に広がって気化することにより前記各放熱フィンの放熱効率を向上させる機能を備えていることを特徴とする発電機能付き熱源装置。
2. 上から２段目以下の各放熱フィンの水受け部に形成されている貫通孔は、その一つ上の段の放熱フィンの水受け部に形成されている貫通孔と上下方向にオーバーラップしないように位置をずらして形成されていることを特徴とする請求項１記載の発電機能付き熱源装置。
3. 水滴下部には飲料用ペットボトルの配置部が形成されて、該配置部に配置される飲料用ペットボトルからの水が最上段の放熱フィンの斜面上に滴下される構成としたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の発電機能付き熱源装置。
4. 冷却装置には、複数段の放熱フィンに向けて風を送るファンが設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３に記載の発電機能付き熱源装置。
5. 発電装置は燃料電池により形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の発電機能付き熱源装置。

Images