JPH09329058A - 熱電発電器 - Google Patents
熱電発電器Info
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- JPH09329058A JPH09329058A JP8149239A JP14923996A JPH09329058A JP H09329058 A JPH09329058 A JP H09329058A JP 8149239 A JP8149239 A JP 8149239A JP 14923996 A JP14923996 A JP 14923996A JP H09329058 A JPH09329058 A JP H09329058A
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
- H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
-
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- Gas Burners (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 触媒燃焼熱をより高密度に熱電素子に供給
し、排気熱を回収して発電器の効率向上と同時に発電器
外部に放出される排ガスの冷却を行う。 【解決手段】熱電素子または複数個の熱電素子を直列に
接続した面状発電ユニット１は、放熱部２と、熱入力部
３に設置された熱伝導性の端板６とに狭持され、熱伝導
性の端板６は、熱電素子１との接合面と反対側の面が、
表面積を増大させるため、櫛形状熱交換フィンの形状に
なっており、熱伝導性の端板６の櫛形状熱交換フィン側
の表面を覆うようにして、触媒部７が設置されることに
より、触媒燃焼熱を熱電素子高温側の表面に効率よく供
給することができる。
し、排気熱を回収して発電器の効率向上と同時に発電器
外部に放出される排ガスの冷却を行う。 【解決手段】熱電素子または複数個の熱電素子を直列に
接続した面状発電ユニット１は、放熱部２と、熱入力部
３に設置された熱伝導性の端板６とに狭持され、熱伝導
性の端板６は、熱電素子１との接合面と反対側の面が、
表面積を増大させるため、櫛形状熱交換フィンの形状に
なっており、熱伝導性の端板６の櫛形状熱交換フィン側
の表面を覆うようにして、触媒部７が設置されることに
より、触媒燃焼熱を熱電素子高温側の表面に効率よく供
給することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、触媒燃焼熱を熱源
とする熱電発電器に関するものである。
とする熱電発電器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】熱電材料に温度差を与えたときに生じる
熱起電力を利用し、熱と電気の直接変換を行う熱電発電
器は、非常用電源、携帯用電源、僻地用電源、廃熱回収
装置などとして注目されている。これらの発電器に用い
る熱源として、燃焼熱、触媒燃焼熱、排気熱などが用い
られるが、なかでも触媒燃焼熱を利用した熱源は、燃料
ガスの流量調整によって容易に温度調節でき、また面状
に燃焼させることによって燃焼熱を効率的に発電部に熱
入力できるなどの特長を持つ。
熱起電力を利用し、熱と電気の直接変換を行う熱電発電
器は、非常用電源、携帯用電源、僻地用電源、廃熱回収
装置などとして注目されている。これらの発電器に用い
る熱源として、燃焼熱、触媒燃焼熱、排気熱などが用い
られるが、なかでも触媒燃焼熱を利用した熱源は、燃料
ガスの流量調整によって容易に温度調節でき、また面状
に燃焼させることによって燃焼熱を効率的に発電部に熱
入力できるなどの特長を持つ。
【０００３】従来、触媒燃焼を熱源とする熱電発電器の
構成として、特開平−８５９７３に公開されている。そ
の構成は、図１０に示すように、網目状の触媒保持筒２
１を内部に備えた燃焼室２２と、熱電素子２３と、放熱
用フィン２４とで構成され、熱電素子２３の高温側と低
温側は、それぞれ燃焼室２２の外壁と放熱用フィン２４
に固着されている。
構成として、特開平−８５９７３に公開されている。そ
の構成は、図１０に示すように、網目状の触媒保持筒２
１を内部に備えた燃焼室２２と、熱電素子２３と、放熱
用フィン２４とで構成され、熱電素子２３の高温側と低
温側は、それぞれ燃焼室２２の外壁と放熱用フィン２４
に固着されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図のよ
うな触媒燃焼を熱源とする発電器の熱電変換効率は一般
的に４％以下と低く、効率向上には、熱電素子の性能が
そのままならば、触媒燃焼熱をより効率的に利用する構
成が要求される。すなわち、生じた触媒燃焼熱のうち、
熱電変換に利用されずに排熱される割合を減少させる構
成が必要である。また、図１０のような構成の発電器で
は、約２５０〜６００℃の高温の排ガスが燃焼室から放
出されるため、特に民生用に使用する発電器の場合、安
全性や使い勝手に問題がある。
うな触媒燃焼を熱源とする発電器の熱電変換効率は一般
的に４％以下と低く、効率向上には、熱電素子の性能が
そのままならば、触媒燃焼熱をより効率的に利用する構
成が要求される。すなわち、生じた触媒燃焼熱のうち、
熱電変換に利用されずに排熱される割合を減少させる構
成が必要である。また、図１０のような構成の発電器で
は、約２５０〜６００℃の高温の排ガスが燃焼室から放
出されるため、特に民生用に使用する発電器の場合、安
全性や使い勝手に問題がある。
【０００５】本発明は、このような従来の熱電発電器の
課題を考慮し、触媒燃焼熱を熱源とする熱電発電器にお
いて、触媒燃焼熱の効率的な熱入力を可能にし、排ガス
の温度を下げる熱電発電器を提供することを目的とす
る。
課題を考慮し、触媒燃焼熱を熱源とする熱電発電器にお
いて、触媒燃焼熱の効率的な熱入力を可能にし、排ガス
の温度を下げる熱電発電器を提供することを目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明の熱電発電器は、熱入力部が熱電素子に接す
る熱伝導性の端板と触媒部からなり、熱伝導性端板の熱
電素子とは反対側の面が、凹凸形状の表面構造であり、
上記触媒部が凹凸表面に構成されている、熱交換器一体
型の燃焼室であることを特徴とする。また、熱入力部か
らの排ガスと、熱入力部に供給される前の燃料または空
気または混合ガスの少なくとも１つとを熱交換させるこ
とによって、熱回収を行うと同時に排ガスの温度を下げ
る手段を有することを特徴とする。
に、本発明の熱電発電器は、熱入力部が熱電素子に接す
る熱伝導性の端板と触媒部からなり、熱伝導性端板の熱
電素子とは反対側の面が、凹凸形状の表面構造であり、
上記触媒部が凹凸表面に構成されている、熱交換器一体
型の燃焼室であることを特徴とする。また、熱入力部か
らの排ガスと、熱入力部に供給される前の燃料または空
気または混合ガスの少なくとも１つとを熱交換させるこ
とによって、熱回収を行うと同時に排ガスの温度を下げ
る手段を有することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１から図９を用いて説明する。
て、図１から図９を用いて説明する。
【０００８】（実施の形態１）図１は、本実施の形態１
による熱電発電器の構成を示した断面図であり、上部の
図は横断面図、下部の図は縦断面図である。図１におい
て、１は熱電素子または複数個の熱電素子を直列に接続
した面状発電ユニットであり、放熱部２と熱入力部３と
に狭持されている。放熱部２は、放熱用のアルミニウム
製フィン４とファン５とで構成されている。熱入力部３
は、熱伝導性の端板６と触媒部７とからなる。熱伝導性
の端板６は、熱電素子１との接合面と反対側の面が、表
面積を増大させるために、櫛形状熱交換フィンの形状に
なっている。そのため、熱伝導性の端板６には、加工性
の良好なアルミニウムダイキャストなどが望ましい。触
媒部７は、熱伝導性の端板６の櫛形状熱交換フィン側の
表面を覆うようにして設置されている。８は側壁、９は
アルミナウールなどの断熱材である。１０はブタンなど
の燃料を保持する燃料タンクであり、燃料ガスと空気と
の混合手段であるノズル１１およびスロート部１２を介
して、熱入力部３と連結している。熱入力部内の１３は
ガス流入口、１４は排気口である。
による熱電発電器の構成を示した断面図であり、上部の
図は横断面図、下部の図は縦断面図である。図１におい
て、１は熱電素子または複数個の熱電素子を直列に接続
した面状発電ユニットであり、放熱部２と熱入力部３と
に狭持されている。放熱部２は、放熱用のアルミニウム
製フィン４とファン５とで構成されている。熱入力部３
は、熱伝導性の端板６と触媒部７とからなる。熱伝導性
の端板６は、熱電素子１との接合面と反対側の面が、表
面積を増大させるために、櫛形状熱交換フィンの形状に
なっている。そのため、熱伝導性の端板６には、加工性
の良好なアルミニウムダイキャストなどが望ましい。触
媒部７は、熱伝導性の端板６の櫛形状熱交換フィン側の
表面を覆うようにして設置されている。８は側壁、９は
アルミナウールなどの断熱材である。１０はブタンなど
の燃料を保持する燃料タンクであり、燃料ガスと空気と
の混合手段であるノズル１１およびスロート部１２を介
して、熱入力部３と連結している。熱入力部内の１３は
ガス流入口、１４は排気口である。
【０００９】以上のように構成された熱電発電器につい
て、以下、その動作を述べる。ノズル１１から噴射され
た燃料は、周囲の空気を巻き込んだ混合ガスとなって、
スロート部１２を通って、ガス流入口から熱入力部３内
に送り込まれる。送り込まれた混合ガスは、熱入力部３
内の触媒部７上で触媒燃焼した後、排気口１４より発電
器外部に放出される。熱入力部３で得られた触媒燃焼熱
は、熱伝導性の端板６を通じて熱電素子１高温側表面に
達する。熱電素子１の低温側は放熱部２と接しているた
め、熱電素子１高温側と低温側との間に温度差が生じ、
熱起電力による発電が行なわれる。
て、以下、その動作を述べる。ノズル１１から噴射され
た燃料は、周囲の空気を巻き込んだ混合ガスとなって、
スロート部１２を通って、ガス流入口から熱入力部３内
に送り込まれる。送り込まれた混合ガスは、熱入力部３
内の触媒部７上で触媒燃焼した後、排気口１４より発電
器外部に放出される。熱入力部３で得られた触媒燃焼熱
は、熱伝導性の端板６を通じて熱電素子１高温側表面に
達する。熱電素子１の低温側は放熱部２と接しているた
め、熱電素子１高温側と低温側との間に温度差が生じ、
熱起電力による発電が行なわれる。
【００１０】本実施の形態によれば、櫛形構造の熱伝導
性の端板を用いることにより、熱交換器と一体型の熱入
力部を構成できるため、触媒燃焼熱を熱電素子高温側の
表面に効率よく入力できる。また、熱伝導性の端板と触
媒部が接しているため、燃焼部の表面温度の過度の上昇
を防ぐことができ、熱電素子の耐熱性に適した構成が実
現できる。
性の端板を用いることにより、熱交換器と一体型の熱入
力部を構成できるため、触媒燃焼熱を熱電素子高温側の
表面に効率よく入力できる。また、熱伝導性の端板と触
媒部が接しているため、燃焼部の表面温度の過度の上昇
を防ぐことができ、熱電素子の耐熱性に適した構成が実
現できる。
【００１１】なお、熱入力部を、対向させた一対の熱伝
導性の端板で、各熱伝導性の端板の櫛形状フィン表面側
に構成した触媒部を取り囲む形の構造にすれば、熱入力
部の体積を変えずに、触媒部とフィン表面積を二倍設置
できるため、より高密度な熱入力部を構成することがで
きる。
導性の端板で、各熱伝導性の端板の櫛形状フィン表面側
に構成した触媒部を取り囲む形の構造にすれば、熱入力
部の体積を変えずに、触媒部とフィン表面積を二倍設置
できるため、より高密度な熱入力部を構成することがで
きる。
【００１２】（実施の形態２）さらに、図２に、熱電素
子または熱電素子からなる一対の面状の発電ユニット
を、熱入力部の両面に接合し、熱入力部と放熱部とで狭
持させた構造の熱電発電器の構成を示す。
子または熱電素子からなる一対の面状の発電ユニット
を、熱入力部の両面に接合し、熱入力部と放熱部とで狭
持させた構造の熱電発電器の構成を示す。
【００１３】図２において、熱入力部３の熱伝導性の端
板６の構造は（実施の形態１）と同様であるが、本実施
の形態では、一対の熱伝導性の端板６の櫛形状フィン側
表面が対向するように、一対の熱伝導性の端板６を組み
合せ、その櫛形状フィンに触媒部７を形成している。各
熱伝導性の端板６の櫛形状フィン側とは反対側の面に、
熱電素子から成る面状発電ユニット１をそれぞれ設置す
る。面状発電ユニット１は、平面上に配列した複数個の
熱電素子を直列に接続した構造のものを用いる。放熱部
２の構成は（実施の形態１）と同様であり、放熱部２
は、これらの面状発電ユニット１を熱入力部３と狭持す
るように設置されている。本構成の発電器の動作は、
（実施の形態１）と同様であるので省略する。
板６の構造は（実施の形態１）と同様であるが、本実施
の形態では、一対の熱伝導性の端板６の櫛形状フィン側
表面が対向するように、一対の熱伝導性の端板６を組み
合せ、その櫛形状フィンに触媒部７を形成している。各
熱伝導性の端板６の櫛形状フィン側とは反対側の面に、
熱電素子から成る面状発電ユニット１をそれぞれ設置す
る。面状発電ユニット１は、平面上に配列した複数個の
熱電素子を直列に接続した構造のものを用いる。放熱部
２の構成は（実施の形態１）と同様であり、放熱部２
は、これらの面状発電ユニット１を熱入力部３と狭持す
るように設置されている。本構成の発電器の動作は、
（実施の形態１）と同様であるので省略する。
【００１４】図２のように、熱入力部３である燃焼室を
熱伝導性の端板を対向させた構造にすることにより、燃
焼室の体積はそのままで、触媒燃焼の面積の増大と同時
に熱交換フィンの表面積を増大させることができ、より
高密度な熱源を形成できる。さらに、熱入力部の両面に
発電ユニットを設置する対向型構造にすることで、熱入
力部表面から発電器外部に放出される燃焼熱を大幅に減
らすことができ、効率のよい熱入力が可能になる。その
結果、燃焼量に対する発電出力の割合、すなわち発電効
率を大幅に向上させた、コンパクトな熱電発電器を構成
することができる。
熱伝導性の端板を対向させた構造にすることにより、燃
焼室の体積はそのままで、触媒燃焼の面積の増大と同時
に熱交換フィンの表面積を増大させることができ、より
高密度な熱源を形成できる。さらに、熱入力部の両面に
発電ユニットを設置する対向型構造にすることで、熱入
力部表面から発電器外部に放出される燃焼熱を大幅に減
らすことができ、効率のよい熱入力が可能になる。その
結果、燃焼量に対する発電出力の割合、すなわち発電効
率を大幅に向上させた、コンパクトな熱電発電器を構成
することができる。
【００１５】（実施の形態３）図３は、触媒部としてメ
タル担体触媒１５を用いた場合の熱電発電器の構成図で
ある。触媒部１５は、厚さ０．５ｍｍ以下の耐熱性金属
薄板１６の表面に、白金などの貴金属触媒が担持された
アルミナなどのセラミック微粉末１７を塗布した構造で
ある。耐熱性金属薄板１６には、ＳＵＳ板などの加工性
の良好なものを用いるとよい。そのほかの構成および動
作は（実施の形態１）と同様である。
タル担体触媒１５を用いた場合の熱電発電器の構成図で
ある。触媒部１５は、厚さ０．５ｍｍ以下の耐熱性金属
薄板１６の表面に、白金などの貴金属触媒が担持された
アルミナなどのセラミック微粉末１７を塗布した構造で
ある。耐熱性金属薄板１６には、ＳＵＳ板などの加工性
の良好なものを用いるとよい。そのほかの構成および動
作は（実施の形態１）と同様である。
【００１６】図３のような構成の触媒部１５を用いるこ
とで、高性能な触媒部を安価に製造できる。さらに、触
媒部が劣化した場合には簡単に交換することができ、実
用性も向上させることができる。
とで、高性能な触媒部を安価に製造できる。さらに、触
媒部が劣化した場合には簡単に交換することができ、実
用性も向上させることができる。
【００１７】また、メタル担体触媒１５として、ガス流
入口側の端が矩形波状のメタル担体触媒を用いた例を図
４に示す。図４において、右側の図は、横断面図、左側
の図は、その右側からみた縦断面図である。左の図の右
側から（この右側は実際上は下方に対応する）ガスが流
入する。メタル担体触媒１５は、熱伝導性端板６のフィ
ン側表面の一部に形成されている。すなわち、左側の図
において、端板６の基盤部６ａには、横方向に８本の、
端板６のフィン部６ｂが突設されている。そして、いち
ばん上のフィン部６ｂには左約３分の２位しか触媒１５
は形成されず、すぐ下のフィン部６ｂは全部、触媒１５
が形成され、またその下のフィン部６ｂには左約３分の
２位しか触媒１５は形成されていない。以下のフィン部
６ｂも同様である。他方、それらのフィン部６ｂの間の
端板基盤部６ａも交互に全部触媒１５で覆われている部
分と、左約３分の２位しか覆われていない部分とが存在
している。
入口側の端が矩形波状のメタル担体触媒を用いた例を図
４に示す。図４において、右側の図は、横断面図、左側
の図は、その右側からみた縦断面図である。左の図の右
側から（この右側は実際上は下方に対応する）ガスが流
入する。メタル担体触媒１５は、熱伝導性端板６のフィ
ン側表面の一部に形成されている。すなわち、左側の図
において、端板６の基盤部６ａには、横方向に８本の、
端板６のフィン部６ｂが突設されている。そして、いち
ばん上のフィン部６ｂには左約３分の２位しか触媒１５
は形成されず、すぐ下のフィン部６ｂは全部、触媒１５
が形成され、またその下のフィン部６ｂには左約３分の
２位しか触媒１５は形成されていない。以下のフィン部
６ｂも同様である。他方、それらのフィン部６ｂの間の
端板基盤部６ａも交互に全部触媒１５で覆われている部
分と、左約３分の２位しか覆われていない部分とが存在
している。
【００１８】図４のような触媒部１５の構成によれば、
ガスの流入口側の触媒部１５が少なくなるので、高温に
なりがちな流入側の触媒燃焼を分散させることができ、
熱伝導性の端板を介して、熱電素子高温側表面にむらな
く熱を伝導できる。このため、熱電素子を構成する各熱
電材料チップ間の熱起電力の差を解消でき、また局所的
に素子の耐熱温度を超えたためにおこる素子の破損や劣
化を防ぐことができ、その結果発電器の効率や耐久性を
向上させることができる。
ガスの流入口側の触媒部１５が少なくなるので、高温に
なりがちな流入側の触媒燃焼を分散させることができ、
熱伝導性の端板を介して、熱電素子高温側表面にむらな
く熱を伝導できる。このため、熱電素子を構成する各熱
電材料チップ間の熱起電力の差を解消でき、また局所的
に素子の耐熱温度を超えたためにおこる素子の破損や劣
化を防ぐことができ、その結果発電器の効率や耐久性を
向上させることができる。
【００１９】なお、触媒部端の形状は、図４の左図のよ
うな矩形状のほかに、波状、Ｖ形状なども考えられる。
うな矩形状のほかに、波状、Ｖ形状なども考えられる。
【００２０】また図５は、熱伝導性の端板６の厚さを、
ガス流入口１３付近で大きく、排気口１４付近で小さく
なるように変化させた場合の、熱電発電器の断面図であ
る。上の図は横断面図、下の図は縦断面図である。
ガス流入口１３付近で大きく、排気口１４付近で小さく
なるように変化させた場合の、熱電発電器の断面図であ
る。上の図は横断面図、下の図は縦断面図である。
【００２１】図１の構成では、ガス流入口１３側の触媒
部７の端付近で集中して生じる触媒燃焼熱によって、熱
伝導性の端板６にガスの流れ方向に温度分布が生じる
が、図５の構成の熱伝導性の端板６を用いれば、熱入力
面に温度分布をなくし、熱電素子高温側表面にむらなく
熱を伝えることができる。つまり、端板６の基盤部６ａ
の厚さを流入側を厚くし、流出側の厚さを薄くしてい
る。
部７の端付近で集中して生じる触媒燃焼熱によって、熱
伝導性の端板６にガスの流れ方向に温度分布が生じる
が、図５の構成の熱伝導性の端板６を用いれば、熱入力
面に温度分布をなくし、熱電素子高温側表面にむらなく
熱を伝えることができる。つまり、端板６の基盤部６ａ
の厚さを流入側を厚くし、流出側の厚さを薄くしてい
る。
【００２２】このため、熱電素子を構成する各熱電材料
チップ間の熱起電力の差を解消でき、結果として素子の
発電効率の向上につながる。また、局所的に素子の耐熱
温度を超えたためにおこる素子の破損や劣化を防ぐこと
ができ、発電器の耐久性能を向上できる。
チップ間の熱起電力の差を解消でき、結果として素子の
発電効率の向上につながる。また、局所的に素子の耐熱
温度を超えたためにおこる素子の破損や劣化を防ぐこと
ができ、発電器の耐久性能を向上できる。
【００２３】なお、図示はしていないが、触媒部１５を
半分とし、つまり、流入側の触媒部１５は端板６の基盤
部６ａもフィン部６ｂも覆わないようにすると、触媒燃
焼が集中して生じる位置が熱電素子または面状発電ユニ
ットとの接合面の中央付近にくる。そのような触媒部１
５を形成した場合は、熱伝導性の端板６の基盤６ａの厚
さを、その中央付近の触媒燃焼の位置付近で最大とな
り、端板６の両端に向かって小さくなるように設定すれ
ばよい。 （実施の形態４）図６は、本実施の形態４による熱電発
電器の構成を示した断面図である。図６において、熱電
素子または複数個の熱電素子を直列に接続した面状発電
ユニット１が、放熱部２と熱入力部３とに狭持された構
造は、（実施の形態１）と同様である。熱入力部３の側
壁８の外表面には、排ガス流路１８が構成され、さらに
その外側には、燃料タンク１０と気化室２０と流路１９
と燃料ガスを噴射するノズル１１とスロート部１２が設
置され、熱入力部３の内部と連結している。本構成の熱
入力部３の側壁８には、熱伝導性の良好なアルミニウム
などの材質が好ましい。
半分とし、つまり、流入側の触媒部１５は端板６の基盤
部６ａもフィン部６ｂも覆わないようにすると、触媒燃
焼が集中して生じる位置が熱電素子または面状発電ユニ
ットとの接合面の中央付近にくる。そのような触媒部１
５を形成した場合は、熱伝導性の端板６の基盤６ａの厚
さを、その中央付近の触媒燃焼の位置付近で最大とな
り、端板６の両端に向かって小さくなるように設定すれ
ばよい。 （実施の形態４）図６は、本実施の形態４による熱電発
電器の構成を示した断面図である。図６において、熱電
素子または複数個の熱電素子を直列に接続した面状発電
ユニット１が、放熱部２と熱入力部３とに狭持された構
造は、（実施の形態１）と同様である。熱入力部３の側
壁８の外表面には、排ガス流路１８が構成され、さらに
その外側には、燃料タンク１０と気化室２０と流路１９
と燃料ガスを噴射するノズル１１とスロート部１２が設
置され、熱入力部３の内部と連結している。本構成の熱
入力部３の側壁８には、熱伝導性の良好なアルミニウム
などの材質が好ましい。
【００２４】以上のように構成された熱電発電器につい
て、以下、その動作を述べる。ノズル１１から噴射され
た燃料は、周囲の空気を巻き込んだ混合ガスとなって、
スロート部１２を通って、熱入力部３内に送り込まれ
る。送り込まれた混合ガスが熱入力部３内の触媒７上で
触媒燃焼した結果得られた熱は、（実施の形態１）と同
様に、熱電素子１による発電に利用される。一方、触媒
燃焼で生じた排ガスは、排気口１４より排ガス流路１８
内を通過し、排ガス流路１８内で熱入力部３の側壁８の
外表面および燃料ガスタンク１０と気化室２０と流路１
９とスロート部１２に接して、熱交換を行いながら発電
器外部に放出される。
て、以下、その動作を述べる。ノズル１１から噴射され
た燃料は、周囲の空気を巻き込んだ混合ガスとなって、
スロート部１２を通って、熱入力部３内に送り込まれ
る。送り込まれた混合ガスが熱入力部３内の触媒７上で
触媒燃焼した結果得られた熱は、（実施の形態１）と同
様に、熱電素子１による発電に利用される。一方、触媒
燃焼で生じた排ガスは、排気口１４より排ガス流路１８
内を通過し、排ガス流路１８内で熱入力部３の側壁８の
外表面および燃料ガスタンク１０と気化室２０と流路１
９とスロート部１２に接して、熱交換を行いながら発電
器外部に放出される。
【００２５】本実施の形態によれば、熱入力部３からの
排ガスと、タンク１０内および流路内１８および気化室
２０内およびスロート部１２内の燃料とを熱交換させる
ことによって、放出される触媒燃焼熱の一部を回収して
燃焼前の混合ガスを高温にできる。このため、ガス使用
量に対する発熱量が増加し、熱電発電器の効率を高める
ことができる。さらに、約２５０〜６００℃と高温の排
ガス温度を下げることができ、民生用等にも幅広く適用
できる実用的な熱電発電器を構成できる。
排ガスと、タンク１０内および流路内１８および気化室
２０内およびスロート部１２内の燃料とを熱交換させる
ことによって、放出される触媒燃焼熱の一部を回収して
燃焼前の混合ガスを高温にできる。このため、ガス使用
量に対する発熱量が増加し、熱電発電器の効率を高める
ことができる。さらに、約２５０〜６００℃と高温の排
ガス温度を下げることができ、民生用等にも幅広く適用
できる実用的な熱電発電器を構成できる。
【００２６】また、図７には、熱回収と同時に排ガスを
冷却する手段として、熱入力部３からの排ガスと燃料タ
ンク１０内の液体燃料とを熱交換させるように構成され
た熱電発電器を示す。図７の発電器は、一対の発電ユニ
ット１で熱入力部３を挟んで対向させた構造であって、
燃料タンク１０を取り囲むように排ガス流路１８が設置
されている。本実施の形態では、燃料タンク１０内で温
められた燃料は、熱入力部３の側面に沿うように設置さ
れた流路１９内で熱入力部３側面から放出される熱によ
ってさらに温められて気化し、ノズル１１に送り込まれ
る。
冷却する手段として、熱入力部３からの排ガスと燃料タ
ンク１０内の液体燃料とを熱交換させるように構成され
た熱電発電器を示す。図７の発電器は、一対の発電ユニ
ット１で熱入力部３を挟んで対向させた構造であって、
燃料タンク１０を取り囲むように排ガス流路１８が設置
されている。本実施の形態では、燃料タンク１０内で温
められた燃料は、熱入力部３の側面に沿うように設置さ
れた流路１９内で熱入力部３側面から放出される熱によ
ってさらに温められて気化し、ノズル１１に送り込まれ
る。
【００２７】図７のような構成では、燃料タンク１０内
の液体燃料と熱入力部３からの排ガスとを熱交換させる
ことにより、燃料の気化が促進され、より高効率で実用
的かつコンパクトな熱電発電器を構成できる。
の液体燃料と熱入力部３からの排ガスとを熱交換させる
ことにより、燃料の気化が促進され、より高効率で実用
的かつコンパクトな熱電発電器を構成できる。
【００２８】また、図８には、熱回収と同時に排ガスを
冷却する手段として、熱入力部３からの排ガスと、スロ
ート部１２内を通過する燃料ガスと空気の混合ガスとを
熱交換させるように構成された熱電発電器を示す。図８
の発電器は、一対の発電ユニット１で熱入力部３を挟ん
で対向させた構造であって、熱入力部３からの排ガス
が、熱入力部３両面の熱伝導性端板６と発電ユニット１
との間を通過し、スロート部１２の表面と接した後、発
電器外部に放出されるように、排ガス流路１８が設置さ
れている。
冷却する手段として、熱入力部３からの排ガスと、スロ
ート部１２内を通過する燃料ガスと空気の混合ガスとを
熱交換させるように構成された熱電発電器を示す。図８
の発電器は、一対の発電ユニット１で熱入力部３を挟ん
で対向させた構造であって、熱入力部３からの排ガス
が、熱入力部３両面の熱伝導性端板６と発電ユニット１
との間を通過し、スロート部１２の表面と接した後、発
電器外部に放出されるように、排ガス流路１８が設置さ
れている。
【００２９】図８のような構成では、排ガスと、熱伝導
性端板６および燃焼前の混合ガスとの熱交換を行うこと
によって、排気熱を効率よく回収すると同時に排ガス温
度を下げる手段を備えた、コンパクトな発電器を構成で
きる。
性端板６および燃焼前の混合ガスとの熱交換を行うこと
によって、排気熱を効率よく回収すると同時に排ガス温
度を下げる手段を備えた、コンパクトな発電器を構成で
きる。
【００３０】図９は、熱回収と同時に排ガスを冷却する
手段として、熱入力部３からの排ガスと、燃料ガスに混
合される前の空気とを熱交換させるように構成された熱
電発電器を示す。図９の発電器は、一対の発電ユニット
１で熱入力部３を挟んで対向させた構造であって、熱入
力部４からの排ガスが、熱入力部４両面の熱伝導性端板
６と発電ユニット１との間を通過して発電器外部に放出
されるように、排ガス流路１８が設置されている。排ガ
ス流路１８の一部は、両面または片面にフィンが形成さ
れており、流路内の高温の排ガスと、流路の周囲の空気
とを熱交換させる構造になっている。ここで熱交換され
た空気は、ノズル１１から噴射される燃料ガスと混ざり
合ってスロート部１２に送り込まれる。
手段として、熱入力部３からの排ガスと、燃料ガスに混
合される前の空気とを熱交換させるように構成された熱
電発電器を示す。図９の発電器は、一対の発電ユニット
１で熱入力部３を挟んで対向させた構造であって、熱入
力部４からの排ガスが、熱入力部４両面の熱伝導性端板
６と発電ユニット１との間を通過して発電器外部に放出
されるように、排ガス流路１８が設置されている。排ガ
ス流路１８の一部は、両面または片面にフィンが形成さ
れており、流路内の高温の排ガスと、流路の周囲の空気
とを熱交換させる構造になっている。ここで熱交換され
た空気は、ノズル１１から噴射される燃料ガスと混ざり
合ってスロート部１２に送り込まれる。
【００３１】図９のような構成では、排ガスと、熱伝導
性端板６および燃焼前の空気との熱交換を行うことによ
って、排気熱を効率よく回収すると同時に、排ガス温度
を下げることができる手段を備えたコンパクトな発電器
を構成できる。
性端板６および燃焼前の空気との熱交換を行うことによ
って、排気熱を効率よく回収すると同時に、排ガス温度
を下げることができる手段を備えたコンパクトな発電器
を構成できる。
【００３２】なお、図１から図９の構成の発電器におい
て、熱入力部に混合ガスを送り込む手段として、Ｌ字型
のスロート部を用いれば、よりコンパクトな発電器を構
成できる。
て、熱入力部に混合ガスを送り込む手段として、Ｌ字型
のスロート部を用いれば、よりコンパクトな発電器を構
成できる。
【００３３】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、触媒燃焼
熱を熱源とする熱電発電器において、触媒燃焼熱の熱電
素子への熱入力をより高密度に行うことができる、コン
パクトで高効率な熱電発電器の構成を提供できる。
熱を熱源とする熱電発電器において、触媒燃焼熱の熱電
素子への熱入力をより高密度に行うことができる、コン
パクトで高効率な熱電発電器の構成を提供できる。
【００３４】また、排気熱を回収して発電器の効率向上
に利用すると同時に排ガス温度を下げる手段を備えた、
コンパクトで実用的な発電器の構成を提供できる。
に利用すると同時に排ガス温度を下げる手段を備えた、
コンパクトで実用的な発電器の構成を提供できる。
【図１】本発明の第一の実施の形態による熱電発電器の
構成図
構成図
【図２】本発明の第二の実施の形態による熱電発電器の
構成図
構成図
【図３】本発明の第三の実施の形態による熱電発電器の
構成図
構成図
【図４】本発明の第三の実施の形態による熱電発電器の
触媒部の構成図
触媒部の構成図
【図５】本発明の第三の実施の形態による熱電発電器の
構成図
構成図
【図６】本発明の第四の実施の形態による熱電発電器の
構成図
構成図
【図７】本発明の第四の実施の形態による熱電発電器の
構成図
構成図
【図８】本発明の第四の実施の形態による熱電発電器の
構成図
構成図
【図９】本発明の第四の実施の形態による熱電発電器の
構成図
構成図
【図１０】従来の熱電発電器の構成図
１・・熱電素子または面状発電ユニット ２・・放熱部 ３・・熱入力部 ４・・フィン ５・・ファン ６・・熱伝導性端板 ７・・触媒部 ８・・側壁 ９・・断熱材 １０・・燃料タンク １１・・ノズル １２・・スロート部 １３・・ガス流入口 １４・・排気口 １５・・メタル担体触媒 １６・・金属薄板 １７・・貴金属触媒担持セラミック微粉末 １８・・排ガス流路 １９・・流路 ２０・・気化室 ２１・・触媒保持筒 ２２・・燃焼室 ２３・・熱電素子 ２４・・放熱用フィン
Claims (9)
- 【請求項１】燃料ガスの触媒燃焼熱を熱源とし、熱電素
子または熱電素子からなる面状発電ユニットが熱入力部
と放熱部に狭持された構造を有し、燃料ガスの供給手
段、および燃料ガスと空気との混合手段を有し、燃料と
空気との混合ガスを前記の熱入力部内に配した触媒部で
燃焼させることによって、燃焼熱を前記熱電素子に直接
供給できる構造である熱電発電器において、前記熱入力
部が、熱電素子に接する熱伝導性の端板と触媒部を有
し、その熱伝導性端板の、前記熱電素子とは反対側の面
が凹凸形状の構造をしており、前記触媒部がその凹凸形
状の表面に構成されていることを特徴とする熱電発電
器。 - 【請求項２】燃料ガスの触媒燃焼熱を熱源とし、熱入力
部と放熱部に狭持された熱電素子または熱電素子からな
る面状発電ユニットが、前記熱入力部を共有する構造で
１対設けられ、燃料ガスの供給手段、および燃料ガスと
空気との混合手段を有し、燃料と空気との混合ガスを前
記の熱入力部内に配した触媒部で燃焼させることによっ
て、燃焼熱を前記熱電素子に直接供給できる構造である
熱電発電器において、前記熱入力部が、熱伝導性の端板
と触媒部とからなり、その熱伝導性端板の、前記熱電素
子とは反対側の面が、凹凸形状の構造をしており、前記
触媒部がその凹凸形状の表面に構成されていることを特
徴とする熱電発電器。 - 【請求項３】触媒部が、貴金属触媒が担持されたセラミ
ック微粉末を厚さ０．５ｍｍ以下の耐熱性金属薄板の表
面に塗布したメタル担体触媒であり、このメタル担体触
媒が前記凹凸形状の少なくとも一部を覆う形で構成され
たことを特徴とする請求項１または２記載の熱電発電
器。 - 【請求項４】燃料ガス流入口側の触媒部が、燃料ガス排
出側の触媒部に比べて、少ないことを特徴とする請求項
１または２記載の熱電発電器。 - 【請求項５】熱伝導性端板の厚みが燃料ガスの流れ方向
に変化し、燃料ガス流入口側の端付近の位置で厚みが大
きいことを特徴とする請求項１または２記載の熱電発電
器。 - 【請求項６】燃料ガスの触媒燃焼熱を熱源とし、熱電素
子または熱電素子からなる面状発電ユニットが熱入力部
と放熱部に狭持された構造を有し、燃料ガスの供給手
段、および燃料ガスと空気との混合手段を有し、燃料と
空気との混合ガスを前記の熱入力部内に配した触媒部で
燃焼させることによって、燃焼熱を前記熱電素子に直接
供給できる構造である熱電発電器において、前記熱入力
部からの排ガスと、前記熱入力部に供給される前の燃料
とを熱交換させることによって、熱回収を行うと同時に
排ガスの温度を下げる手段を有することを特徴とする熱
電発電器。 - 【請求項７】燃料ガスの供給手段が、液体燃料を保持す
るタンクと、そのタンク内の液体燃料を気化させる気化
室と、前記タンクから気化室まで燃料を輸送する流路と
で構成されており、前記熱入力部からの排ガスと、前記
タンク内と気化室内と流路内の液体燃料の少なくとも１
つとを熱交換させることによって、熱回収を行うと同時
に排ガスの温度を下げ、かつ液体燃料の気化を促進する
手段を有することを特徴とする請求項６記載の熱電発電
器。 - 【請求項８】燃料ガスの触媒燃焼熱を熱源とし、熱電素
子または熱電素子からなる面状発電ユニットが熱入力部
と放熱部に狭持された構造を有し、燃料ガスの供給手
段、および燃料ガスと空気との混合手段を有し、燃料と
空気との混合ガスを前記の熱入力部内に配した触媒部で
燃焼させることによって、燃焼熱を熱電素子に直接供給
できる構造である熱電発電器において、燃料ガスと空気
との混合手段が、燃料ガスを噴射するノズルと、噴射さ
れた燃料ガスと燃料ガスに巻き込まれる形で混合される
空気とを熱入力部に送り込むスロート部とで構成されて
おり、前記熱入力部からの排ガスと、前記スロート部内
を通過する混合ガスとの熱交換による、熱回収を行うと
同時に排ガスの温度を下げる手段を備えた熱電発電器。 - 【請求項９】燃料ガスの触媒燃焼熱を熱源とし、熱電素
子または熱電素子からなる面状発電ユニットが熱入力部
と放熱部に狭持された構造を有し、燃料ガスの供給手
段、および燃料ガスと空気との混合手段を有し、燃料と
空気との混合ガスを前記の熱入力部内に配した触媒部で
燃焼させることによって、燃焼熱を熱電素子に直接供給
できる構造である熱電発電器において、燃料ガスと空気
との混合手段が、燃料ガスを噴射するノズルと、噴射さ
れた燃料ガスと燃料ガスに巻き込まれる形で混合される
空気とを熱入力部に送り込むスロート部とで構成されて
おり、燃料ガスに巻き込まれる形で混合される空気が、
前記熱入力部からの排ガスによって熱交換された空気で
あることを特徴とする熱電発電器。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8149239A JPH09329058A (ja) | 1996-06-11 | 1996-06-11 | 熱電発電器 |
| EP97109407A EP0813253A3 (en) | 1996-06-11 | 1997-06-10 | Thermoelectric generator |
| US08/873,236 US5917144A (en) | 1996-06-11 | 1997-06-11 | Thermoelectric generator, thermoelectric generator for outdoor use |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8149239A JPH09329058A (ja) | 1996-06-11 | 1996-06-11 | 熱電発電器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09329058A true JPH09329058A (ja) | 1997-12-22 |
Family
ID=15470931
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8149239A Withdrawn JPH09329058A (ja) | 1996-06-11 | 1996-06-11 | 熱電発電器 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5917144A (ja) |
| EP (1) | EP0813253A3 (ja) |
| JP (1) | JPH09329058A (ja) |
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