JPH06129680A

JPH06129680A - 換気扇

Info

Publication number: JPH06129680A
Application number: JP30442292A
Authority: JP
Inventors: Isamu Akiyama; 勇秋山
Original assignee: Takata Corp
Current assignee: Takata Corp
Priority date: 1992-10-19
Filing date: 1992-10-19
Publication date: 1994-05-13

Abstract

(57)【要約】【目的】燃焼時の排熱を利用して換気扇を自動運転す
る。【構成】ガステーブル１のバーナー２等の熱源の近傍
に配設された熱電素子６を、バーナー燃焼排熱により加
熱し、熱電素子の端子間に生じた熱起電力を電源とし、
燃焼時に駆動運転する。また、熱電素子７の熱起電力の
一部を二次電池１４に蓄電し、二次電池１４を電源と
し、バーナー２の燃焼停止時あるいは電気容量が不足し
た場合にも換気扇を駆動運転できるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は換気扇に係り、特にガス
テーブル等の熱器具を使用した際の燃焼排熱を熱電変換
し、その起電力を利用して動作させるようにした換気扇
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般家庭の台所等では、換気扇は
ガステーブルの上方位置の壁面に設けられた枠体部分に
設置されている。このため調理などで部屋の換気を行い
たい場合、調理等をする人は換気扇に付いているスイッ
チ用の引きヒモを引いたりして換気扇を始動させてい
る。今のところ、この引きヒモ構造の作動スイッチがほ
とんどの換気扇で採用されている。しかし、この種の作
動スイッチでは、引きヒモがガステーブル等の火気のす
ぐ上方に垂れていて、鍋等から上がる湯気や煙越しにヒ
モの操作を行わなければならない上、料理の油等により
ヒモが汚れて不衛生感がある。また、背の低い人や子供
ではヒモに手が届かず、スイッチ操作ができないという
場合もある。

【０００３】このような問題を解消するために最近で
は、リモートコントロールスイッチ（リモコン）により
換気扇運転操作を行うようにしたものも開発されてい
る。このような換気扇によれば、上述の問題点は解消で
きる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな場合でもリモコンが見あたらない等の理由で、換気
扇を運転させずにガステーブル等を使用するというケー
スが引きヒモ式の場合より多く発生することが予想され
る。本来、室内でガス火等の開放性熱器具を使用する場
合には換気を十分に、むしろ火気を使う場合には強制的
に換気を行うことが好ましい。すなわち、ガステーブル
等を使った場合には火気を検知して自動的に換気扇が運
転させるようにすることが好ましい。このような場合、
バーナー近傍に温度センサを装着し、火気を検知した場
合に自動的に換気扇を運転させるのも一案である。

【０００５】ところで、この種の換気扇はＡＣ１００Ｖ
で３０Ｗ程度の消費電力で運転するように設計されてお
り、通常換気扇の近くにＡＣ電源用のコンセントが設け
られ、そこから電源をとり、使用するようになってい
る。一方、一般のガステーブルでは高火力のものではガ
ス消費熱量がバーナー当たり４０００Ｋｃａｌ／ｈ程度
に設定されているが、実際にはその熱量の多くはバーナ
ー部分で燃焼した際に、そのまま大気中に放熱されてし
まっているのが現状である。この排熱を有効利用するこ
とが好ましい。

【０００６】この排熱を有効利用する方策としては、そ
の熱エネルギーをそのまま回収して鍋等の再加熱を行う
方法と、熱電変換等により熱起電力を生じさせ、その発
生電力を利用する方法とが考えられる。この場合、上述
のように換気扇を自動運転させることを考えると、ＡＣ
電源に代わる電源として熱起電力を利用して換気扇を運
転させることが好ましい。

【０００７】そこで、本発明の目的は上述した従来の技
術が有する問題点を解消し、ガステーブル等の熱源の排
熱を利用して熱電発電を行い、生じた起電力により自動
運転可能な換気扇を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明は、熱源の近傍に配設された熱電素子
を、前記熱源の燃焼排熱により加熱し、前記熱電素子の
端子間に生じた熱起電力を電源とし、前記熱源の燃焼時
に駆動運転することを特徴とするものである。

【０００９】また、第２の発明は、熱源の近傍に配設さ
れた熱電素子を、前記熱源の燃焼排熱により加熱し、前
記熱電素子の端子間に生じた熱起電力を電源とし、前記
熱源の燃焼時に駆動運転するとともに、前記熱起電力の
一部が二次電池に蓄電され、該二次電池を電源とし、前
記熱源の燃焼停止時あるいは熱源容量不足時にも駆動運
転可能なことを特徴とするものである。

【００１０】前記発明において、前記熱電素子は前記熱
源の周囲に所定間隔で配設させることが好ましい。この
とき、前記熱電素子を鉄−シリサイド系半導体から構成
させることが好ましい。また、前記熱電素子を前記熱源
の近傍に配置されたヒートパイプを介して燃焼排熱が熱
伝導されるように前記ヒートパイプに取着することが好
ましい。さらに、前記二次電池は太陽電池によっても充
電されるようにすることが好ましい。

【００１１】

【作用】第１の発明によれば、熱源の近傍に配設された
熱電素子を、前記熱源の燃焼排熱により加熱し、前記熱
電素子の端子間に生じた熱起電力を電源とし、前記熱源
の燃焼時に駆動運転するようにしたので、熱源である熱
器具等を燃焼運転する場合に発生する排熱により熱源の
周囲に配置された熱電素子の一端を加熱し、低温側端子
側との間に温度差を生じさせ、このときの熱電素子のゼ
ーベック効果で熱電発電し、この発生起電力により換気
扇を熱源燃焼時に自動的に運転させることができる。

【００１２】また、第２の発明によれば、熱源の近傍に
配設された熱電素子を、前記熱源の燃焼排熱により加熱
し、前記熱電素子の端子間に生じた熱起電力を電源と
し、前記熱源の燃焼時に駆動運転するとともに、前記熱
起電力の一部が二次電池に蓄電され、該二次電池を電源
とし、前記熱源の燃焼停止時あるいは熱源容量不足時に
も駆動運転できるようにしたので、熱源燃焼時には直
接、熱電発電により運転を自動的に行えるとともに、熱
源が燃焼していないときや熱電発電による電気容量が小
さい場合にも、換気扇に設けられたスイッチを作動する
ことによりいつでも換気扇を運転することができる。

【００１３】また、前記熱電素子を前記熱源の周囲に所
定間隔で配設することによりバーナー等の熱源の排熱を
効率よく利用することができる。

【００１４】このとき、前記熱電素子を鉄−シリサイド
系半導体から構成させたので、特性の向上により発電部
品を小型化できるとともに、高い熱電効率を実現でき
る。

【００１５】また、前記熱電素子を前記熱源の近傍に配
置されたヒートパイプを介して燃焼排熱が熱伝導される
ように前記ヒートパイプに取着することで、熱電素子を
熱源から離れた位置に置くことができ、バーナー位置で
の高温をそのまま保持して熱電素子の高温側に熱伝導さ
せることができる。

【００１６】さらに、前記二次電池は太陽電池によって
も充電されるので、所定のバッテリー電圧を十分確保す
ることができる。

【００１７】

【実施例】以下、第１の発明及び第２の発明による換気
扇の一実施例を添付図面を参照して説明する。（第１実施例）第１実施例は、第２の発明を表現するの
に好適な実施例といえるが、第１の発明の構成を包含し
た形をとっているので、この実施例をもとに、その構成
について図１を参照して説明する。

【００１８】図１は、熱源であるバーナーの近傍に配置
された熱電素子と換気扇本体との接続を概略的に示した
機器構成図である。同図において、符号１はガステーブ
ルを示している。このガステーブル１は通常の家庭用に
使用されている公知のものである。この種のガステーブ
ルでは通常、バーナー２を囲むように支持台３が着脱自
在に載置されており、この支持台３上に鍋等４を置き、
加熱等を行うようになっている。この支持台３は本実施
例では図２に示したようにほぼ等角度間隔で配置された
６本の脚部３ａから構成されており、この脚部３ａの近
傍にはセラミックス製の台座５に支持された熱電素子
６、７が取り付けられている。この熱電素子６、７は一
端６ａ、７ａがバーナー２の燃焼部２ａの上方に位置
し、バーナーが燃焼する際に、その炎が直接接触しない
程度の位置に高さ調整されている。

【００１９】一方、他端にはアルミニウム製の薄板状の
放熱フィン８が列設されており、熱電素子６、７はその
両側の端子において、所定の温度差（Δｔ）が確保され
るようになっている。このときバーナー２の周囲には図
２（ａ）に示したように２本の脚部３ａの両脇に２個ず
つ熱電素子６、７が配置されており、隣接する２個の熱
電素子６、６（７、７）がアルミベース６ｃ（７ｃ）で
直列接続され、さらにリード線９がアルミベース部分か
ら延出している。一方の熱電素子６からのリード線９は
図１に示したように電圧調整回路１０を経て換気扇本体
１１の図示しない直流モータに接続され、他方のリード
線１２は回路切替器１３を経由して換気扇本体１１の側
部に取り付けられたバッテリー１４の電極に接続されて
いる。

【００２０】電圧調整回路１０は熱電素子６を加熱した
ことにより発生した熱起電力（ＤＣ電源）が換気扇モー
タの定格容量より大きい場合に、供給電圧を所定電圧に
分圧するとともに、バッテリー１４に余剰電圧を供給す
る役割を有する。また、回路切替器１３は上述の余剰電
圧分の起電力をバッテリー１４に蓄える充電回路を構成
する一方、バーナーの火力が弱く、端子間に十分な温度
差が確保できず、熱電素子の発電起電力が不足するよう
な場合に、充電用熱電素子７の起電力を追加的に直接電
源として使用するように回路Ｃ１を切り換える。

【００２１】ここで、本実施例で使用されている熱電素
子の材質について説明するとともに、本発明に使用可能
な熱電素子について簡単に説明する。本実施例では図２
（ａ）及び図３（ａ）に示したような形状の熱電素子が
使用され、図示しないセラミックス台座により支持台３
の脚部３ａ近くに固定されている。

【００２２】この熱電素子６は鉄ケイ化物にドーパント
金属を複合化して形成したｐ型半導体２０とｎ型半導体
２１とを先端で接合した細長い略Ｕ字形をなす単体素子
でアルミベース６ｃを介して端部からリード線９を延出
させた構造になっている。熱電素子の高温端６ａを加熱
した際の低温側端子６ｂとの温度差（Δｔ）において、
ゼーベック効果によりｐ型半導体２０の低温側端子６ｂ
を＋端、ｎ型半導体２１の低温側端子６ｂを−端とした
電圧が発生し、本実施例のようにＤＣモータ等の負荷抵
抗を接続することで所定の起電力を取り出すことができ
る。

【００２３】また、本実施例では上述のように鉄−シリ
サイド系（ＦｅＳｉ₂）半導体が使用されているが、こ
の半導体での熱発電能力としては高温端温度１０３３
Ｋ、低温側温度５２３Ｋの時に熱電素子内部抵抗の変化
に応じて最大電力６０ｍＷを見込むことができる。本実
施例以外の熱電半導体としては、やや低温に設定する場
合にII−V族化合物のＺｎＳｂが４５０℃（７２３Ｋ）
程度以下において、高い熱電能を示すｐ型半導体として
好適である。また、IV-VI族化合物のＰｂＴｅの添加不
純物を変化させ、幅広い熱特性を得ることも可能であ
る。V-VI族化合物として、ビスマステルル系化合物Ｂｉ
₂Ｔｅ₃、他にＳｂ₂Ｔｅ₃、Ｂｉ₂Ｓｅ₃、Ｂｉ₂Ｔｅ₃とＳ
ｂ₂Ｔｅ₃の固溶体、Ｂｉ₂Ｓｅ₃とＢｉ₂Ｔｅ₃の固溶体等
を挙げることができる。

【００２４】図２（ｂ）及び図３（ｂ）は上述のＢｉ₂
Ｔｅ₃を使用してπ型素子３０を構成し、複数の素子を
バーナー２に沿ってほぼ円弧状になるように円周方向に
直列に連結して高温側を接合板３１で支持し、低温側で
隣接したｐ型素子とｎ型素子の端子接続３２を行うよう
にした熱電モジュール３３を示したものである。

【００２５】この熱電モジュール３３は必要な熱起電力
によりその数、大きさを自由に設定でき、本実施例では
２個の熱電モジュール３３Ａ、３３Ｂを連結してバーナ
ー燃焼時の駆動用電源３４とし、１個の熱電モジュール
３３Ｃでバッテリー１４を充電するようになっている。
このとき低温側の放熱効率を高めるために外方に向け、
放熱フィンを配設することも好ましい。このように使用
する熱電素子の熱電能、熱電素子を配置する熱源の形状
に応じてπ型素子、Ｕ型素子等を任意に設定し、そのモ
ジュールも設計することが好ましい。

【００２６】また、高効率の熱電発電を行うためにセグ
メント構造、カスケード構造をとるようにしても良い。
セグメント構造は、素子の温度勾配に沿う各温度領域に
おいて、性能指数の大きな異種の熱電素子を直列に接続
することで実現でき、カスケード構造は温度特性の異な
る異種材料のモジュールを積層することにより高出力を
得ることができる。

【００２７】次に、図１に示した熱源から得られる排熱
の熱エネルギーの大きさにより電圧調整回路と回路切替
器とを制御して換気扇の運転を行う操作方法について、
図４及び図５を参照して説明する。図４はガステーブル
のバーナーを強火燃焼させた状態を示した機器構成図で
ある。このときバーナー燃焼により熱電素子６が加熱さ
れると、換気扇モータの定格容量より大きい熱起電力
（ＤＣ電源）が発生する。電圧調整回路１０では余剰電
力分をカットオフし、換気扇モータ駆動のための所定電
圧に分圧するとともに、分岐回路を介して換気扇本体１
１に取り付けられたバッテリー１４に余剰電圧を供給す
る。このときバッテリー１４には熱電素子７で得られた
起電力も直接供給されるようになっており、回路切替器
１３で充電用回路Ｃ２が１本にまとめられ、バッテリー
１４に接続される。

【００２８】一方、図５はガステーブルのバーナーを弱
火燃焼させた状態を示した機器構成図である。この場
合、熱電素子６の起電力のみでは換気扇モータを所定回
転数で運転させることができない。そこで、熱電素子７
の発生起電力を回路切替器１３を経由して駆動側に供給
させるようになっている。また必要に応じてバッテリー
を併用してモータ駆動することも可能である。

【００２９】次に、上述の実施例に対してヒートパイプ
を使用して熱電素子を取り付けるようにした変形例につ
いて図６及び図７を参照して説明する。熱電素子は、上
述のように高温側と低温側との温度差（Δｔ）が十分と
れることがもっとも重要であるため、低温部端子は高く
とも２５０℃（５２３Ｋ）程度に抑える必要がある。

【００３０】そこで、熱電素子４０、４１をバーナーか
らある程度離した位置に設置し、かつ高温側において十
分な熱エネルギーが得られるようにヒートパイプ４２を
取り付け、このヒートパイプ４２の吸熱側をバーナー近
傍に配置し、放熱側に熱電素子４０、４１を固定して熱
電素子全体が高温下に位置しない構造とした。なお、図
６において、上述の電圧調整回路と回路切替器とは図示
していないが、同様に回路内に設けることができる。

【００３１】ヒートパイプ４２の構造の詳細を図７に示
した。同図において、支持台３の脚部３ａに沿うように
ヒートパイプ円筒部４２ａが取り付けられ、このヒート
パイプ４２は脚部外側において偏平な板状４２ｂに加工
され、外面に複数個のＵ字形熱電素子４０（４１）を取
り付けられるようになっている。パイプには銅管が用い
られ、パイプ内部には図示しない銅製ウィックが挿入さ
れ、作動流体としては５００〜８００℃において良好な
相変化を呈するセシウム、カリウム、ナトリウム、リチ
ウム等のうち、好適な流体を所定の封入方法により封入
すれば良い。

【００３２】また、パイプ材質も銅の他、ＳＵＳ、アル
ミニウム、チタン、タンタル等を選択することができ、
ウィック材料としても銅金網の他、銅フェルト、ニッケ
ルフェルト、銅焼結体、ニッケル焼結体等を適宜採用す
ることができる。

【００３３】なお、本実施例では熱電素子として鉄−シ
リサイド系（ＦｅＳｉ₂）半導体を採用しているが、上
述の各種材料の素子材料を用いることができる。また、
放熱効果を大きくするためにアルミニウム製放熱フィン
を熱電素子の低温側に取着している。このようにヒート
パイプを用いれば、高い効率でバーナー燃焼部の熱エネ
ルギーを外側位置にある熱電素子まで伝えることができ
る。

【００３４】また、ヒートパイプでなく、中空銅管を熱
伝導体として使用して同様の構成をとり、熱電素子に燃
焼部の熱エネルギーを伝えるようにしても良い。この場
合は、ヒートパイプに比べ、熱電素子での発生温度差が
小さくなるが、コスト的に低く抑えられるというメリッ
トがある。

【００３５】次に、上述の他の実施例として換気扇に取
り付けられたバッテリーを二次電池として太陽電池によ
りバッテリー充電を行うようにした換気扇の構成を図８
を参照して説明する。同図において、符号５０は屋根Ｒ
上に設置された太陽電池発電モジュールを示しており、
本実施例では結晶系Ｓｉ太陽電池が用いられ、２枚のガ
ラス板５１の間に太陽電池５２を配設し、透明樹脂５３
により封入したモジュールとして使用しているが、使用
する太陽電池の種類としては他に、アルファモス系Ｓｉ
電池やＧａＡｓ等のIII−V族化合物半導体からなる太陽
電池を選択することも当然可能である。

【００３６】また、この発電モジュール５０の裏面位置
には非集光型集熱器５４が取り付けられており、この集
熱器５４内にヒートパイプからなる集熱体５５が延設収
容されている。このヒートパイプ５５の端部には熱電素
子５６が取着され、さらにこの熱電素子５６の低温側端
子から太陽電池出力と並列にバッテリーにリード線５７
が接続されている。これにより太陽電池５２による光電
変換発電とともに、太陽熱を利用した熱電発電を併用す
ることが可能となる。

【００３７】なお、換気扇本体に取り付けられたバッテ
リー１４と太陽電池５２及び熱電素子５６との間の回路
上には逆流防止ダイオード５８と電圧制御回路５９とが
設けられており、二次電池としてのバッテリー１４が過
充電により破壊したり、太陽電池５２及び熱電素子５６
がバッテリー１４の電圧より低い場合に電流が太陽電池
等に逆流しないようになっている。

【００３８】また、ガステーブルを使用していない場合
にも換気等を目的として換気扇を運転したいときがあ
る。このような場合には、換気扇に設けられているスイ
ッチＳＷを操作して充電されたバッテリーによって換気
扇モータを回転させるが、太陽電池や太陽熱による熱電
発電でのバッテリー充電が高い効率で行われる場合に
は、ガステーブルのバーナーの周囲に配置された熱電素
子による熱電発電によらなくても、このバッテリー１４
のみで換気扇を運転することも可能である。この場合、
バーナー燃焼時に自動的に換気扇を運転させるためにバ
ーナー近傍に熱電対等の温度センサＳを配置することが
好ましい。

【００３９】なお、以上の説明において、熱源としてガ
ステーブルを例に説明を行ったが、適正な発電容量の熱
電素子モジュールを取り付けることで、風呂釜等、他の
種々の燃焼器具に対しても、本発明による換気扇を自動
運転させることができることは云うまでもない。また、
インバータを内蔵し、ＡＣモータによる駆動運転を行う
ようにしても良い。

【００４０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、熱源の燃焼時にその燃焼排熱を使用して換気
扇を自動運転させることができるので、省エネルギーの
観点から、また換気効率上も優れた換気体制を実現でき
る。また、二次電池を用いた充電によりいつでも運転で
きるようにしたので、運転の利便性を高めることができ
るという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による換気扇の一実施例を示した機器構
成図。

【図２】本発明に使用する熱電素子の一例を示したバー
ナーの平面図。

【図３】本発明に使用する熱電素子の一例を示した部分
拡大図。

【図４】本発明による換気扇の動作の一例（強火燃焼
時）を示した機器構成図。

【図５】本発明による換気扇の動作の一例（弱火燃焼
時）を示した機器構成図。

【図６】本発明による換気扇の変形例を示した機器構成
図。

【図７】図６の換気扇に使用されるヒートパイプの一例
を示した部分拡大図。

【図８】本発明による換気扇の他の実施例を示した機器
構成図。

【符号の説明】

１ガステーブル２バーナー６，７，３０，４０，４１，５６熱電素子１１換気扇本体１４バッテリー４２，５５ヒートパイプ５０太陽電池発電モジュール５２太陽電池５４集熱器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱源の近傍に配設された熱電素子を、前記
熱源の燃焼排熱により加熱し、前記熱電素子の端子間に
生じた熱起電力を電源とし、前記熱源の燃焼時に駆動運
転することを特徴とする換気扇。
【請求項２】熱源の近傍に配設された熱電素子を、前記
熱源の燃焼排熱により加熱し、前記熱電素子の端子間に
生じた熱起電力を電源とし、前記熱源の燃焼時に駆動運
転するとともに、前記熱起電力の一部が二次電池に蓄電
され、該二次電池を電源とし、前記熱源の燃焼停止時あ
るいは熱源容量不足時にも駆動運転可能なことを特徴と
する換気扇。
【請求項３】前記熱電素子は前記熱源の周囲に所定間隔
で配設されたことを特徴とする請求項１または請求項２
のいずれかに記載の換気扇。
【請求項４】前記熱電素子は鉄−シリサイド系半導体か
ら構成されていることを特徴とする請求項１または請求
項２のいずれかに記載の換気扇。
【請求項５】前記熱電素子は前記熱源の近傍に配置され
たヒートパイプを介して燃焼排熱が熱伝導されるように
前記ヒートパイプに取着されたことを特徴とする請求項
１または請求項２のいずれかに記載の換気扇。
【請求項６】前記二次電池は太陽電池により充電される
ことを特徴とする請求項２記載の換気扇。