JPH10191669A - 発電装置 - Google Patents

発電装置

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JPH10191669A
JPH10191669A JP8349443A JP34944396A JPH10191669A JP H10191669 A JPH10191669 A JP H10191669A JP 8349443 A JP8349443 A JP 8349443A JP 34944396 A JP34944396 A JP 34944396A JP H10191669 A JPH10191669 A JP H10191669A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 風胴内の発電ユニットによる圧力損失及び騒
音の発生を少なくする。 【解決手段】 扁平に形成された水管と、水管の両側面
に設けた熱電素子モジュールと、熱電素子モジュールの
外側面に設けたフィン基板と、フィン基板の外側面に設
けたフィンとからなる発電ユニットを、風胴内に複数個
積層配置してなる発電装置において、発電ユニットの風
胴内のガス流路の少なくとも上流側に対向する側端部
に、整流板を固着した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高温空気または、
高温の燃焼ガス等の高温ガスの保有熱を利用して熱電素
子で直接発電するようにした発電装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】この種の発電装置としては、本発明の出
願人が先に実開昭62−94661号として提案したも
のがある。この発電装置は図1,図2に示すようになっ
ていて、扁平形状の水管aの上面と下面に熱電素子モジ
ュールbを接着あるいはロー付けにて固着し、さらに、
この両熱電モジュールbにガス通路となるフィンcを一
体に固着して構成した発電ユニットdを図2に示すよう
に風胴e内に各水管aの両端部に設けてある水出入口f
を互いに接続して積層配置する構成となっている。そし
て各水管aは風胴e内の上下に設けた基板gにわたって
貫通する取り付けロングボルトhにて一体状に固着され
ている。
【0003】この構成において、風胴eに流入した高温
ガスは各発電ユニットdの上下面に設けたフィンc,c
を通って下流側へ排出され、この間に発電ユニットdの
熱電素子モジュールbの一側面を加熱する。一方各発電
ユニットdの水管aには水が循環していることにより、
熱電素子モジュールbの他側面を冷却する。これによ
り、各熱電素子モジュールbには厚さ方向に温度差が生
じ、このときのゼーベック効果等により電力が発生し、
これを取り出して利用するようになっている。
【0004】ところで、上記従来の発電装置にあって
は、各発電ユニットの所定の厚さを有する水管aや、熱
電素子モジュールb、さらにフィンcの基板の側端面が
風胴eの上流側に対向された構成となっていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記した発電装置にあ
っては、各発電ユニットdの各水管aや、熱電素子モジ
ュールb、さらにフィンcの基板の側端面が風胴eにお
ける風の衝突面となってしまい、この風胴e内を通る高
温ガスの圧力損失の大きな原因となっていた。また、ガ
ス流が発電ユニットdにあたる際に発生していた騒音も
高かった。
【0006】
【課題を解決するための手段及び作用効果】本発明は上
記した従来の発電装置の問題点を解決するためになされ
たもので、本発明に係る発電装置は、扁平に形成された
水管と、水管の両側面に設けた熱電素子モジュールと、
熱電素子モジュールの外側面に設けたフィン基板と、フ
ィン基板の外側面に設けたフィンとからなる発電ユニッ
トを、風胴内に複数個積層配置してなる発電装置におい
て、発電ユニットの側端部のうち、風胴内のガス流路の
上流側であって、ガス流に対向する側端部に整流板を設
けた構成となっており、風胴を流れる高温ガスは各発電
ユニットのフィンを通って下流側へ排出され、この間に
フィンにガス流の熱が吸収され、その熱がフィン基板を
介して熱電素子モジュールの一側面に伝達される。一方
水管には水が水出入口より流出入されて流れていて、こ
れに当接している熱電素子モジュールの他側面が冷却さ
れ、これにより熱電素子モジュールにて発電される。こ
のとき、各発電ユニットのガス流方向の上流側に整流板
が設けてあるので、風胴を流れる高温ガスは発電ユニッ
トの側端部で乱されることなくスムーズな流れとなって
フィン部に流入する。このため、この発電ユニットによ
るガス流に対する抵抗が少なくなり、風胴を通る高温ガ
スの圧力損出を少なくすることができると共に、発電ユ
ニットにガス流があたる際の騒音を少なくすることがで
きる。
【0007】また、発電装置において、整流板を発電ユ
ニットのフィン基板に支持し、及び、この発電ユニット
の風胴内のガス流方向の下流側にも整流板を固着し、さ
らに下流側の整流板の長さを上流側より長くたことによ
り、このフィンを通るガス流は乱れることがなくスムー
ズな流れとなって流れる。そして上流側の整流板が短い
ことにより、発電ユニットの上流側の大きさを小さくで
き、発電装置全体をコンパクトにすることができる。
【0008】さらに、上記発電装置において、発電ユニ
ットの水管の両側に配置される両フィン基板のガス流方
向の幅を、水管の同方向の幅より広くし、この両フィン
基板をガス流方向の両端部で、かつ水管からはずれた位
置で相互に結合したことにより、両フィン基板は水管の
両側面に設けた熱電素子モジュールの表面に沿う状態で
互いに結合することができ、このフィン基板に剛性をも
たせておくことにより、このフィン基板を熱電素子モジ
ュールの面精度以外の不確定要因がない状態で固着でき
る。従ってこのフィン基板を熱電素子モジュールの表面
に均一に当接することができ、フィンからの熱を効率よ
く熱電素子モジュール側へ伝達することができる。ま
た、両フィン基板を結合する部材が水管に接触すること
がなくなり、水管とフィン基板とを熱的に断絶され、フ
ィン基板から熱が余計のところへ逃げるのを防止でき
る。
【0009】さらに、上記発電装置の風胴を焼却炉の排
ガス出口に接続したことにより、焼却炉からの排熱から
発電でき、排ガスの有効利用を図ることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図3以下に
基づいて説明する。図中1は断面形状が矩形状になって
いる風胴であり、この風胴1内に複数の発電ユニット
2,2,…が風胴1の風路に対して直角方向(上下方
向)に一定間隔をおいて積層配置されている。
【0011】この発電ユニット2は図4に示すようにな
っていて、風胴1の開口幅方向に長くした扁平にして、
かつ上,下面を平坦にした水管3と、この水管3の上,
下面に接着等の手段にて固着された熱電素子モジュール
4と、この各熱電素子モジュール4の他面に当接させる
フィン基板5と、このフィン基板5の他面に風胴1の風
路方向に向けて固着したフィン7とからなっている。そ
して上記両フィン基板5,5の幅は、水管3の風路方向
の幅より長くなっていて、それぞれの風路方向の両端部
がボルト8,8にて結合されており、これにより、両フ
ィン基板5,5は熱電素子モジュール4に当接して水管
3を挟んだ状態でこの水管3に結合されている。
【0012】上記各発電ユニット2は風胴1内におい
て、この風胴1を通る高温ガスの流路中に配置され、こ
の高温ガスが各発電ユニット2の上下ににあるフィン7
を通ることになるが、このとき各発電ユニット2の水管
3と両フィン基板5,5の合計厚さ分の面積が上記高温
ガスの流路の妨げとなる。
【0013】そこで、各発電ユニット2の上流側と下流
側に整流板9,10を取り付ける。上流側の整流板9は
先端部を比較的大きな、例えば発電ユニット2のフィン
7を除く厚さの1/2の半径の半円形にした形状になっ
ており、下流側の整流板10は風胴1の下流側へ長く延
長された形状となっている。この両整流板9,10はフ
ィン基板5,5の側端面に接着剤にて、またはビス(図
示せず)にて固着されている。
【0014】上記水管3の長手方向両端部には水出入口
11,11が設けてある。この各水出入口11は図5に
示すように、水管3の上側に固着したねじ付き接管12
と、下側に固着した段付き接管13とからなっている。
そして、段付き接管13にはこれの段部に嵌合すると共
に、上記ねじ付き接管12に螺合するナット部材14が
遊嵌されている。
【0015】各発電ユニット2の相互は、各水管1の水
出入口11を当接させて重ね合わせ、上側の水管1のナ
ット部材14を下側の水管1のねじ付き接管12に螺合
することにより順次積層結合される。そして最上側の発
電ユニットのねじ付き接管12が風胴1側に固着された
固定接管15に、これに遊嵌されているナット部材14
にて結合される。また最下側の発電ユニットの水管3の
水出入口11の下側は閉じられていて、この部分に固着
した支持台16が風胴1側に固着されるようになってい
る。図中17は断熱材、18はシール部材である。この
ようにして各発電ユニット2,2,…は、これの各水管
3の水出入口11を重ね合わせてこれの相互をナット部
材14にて結合することにより風胴1内に積層配置され
る。
【0016】上記構成において、風胴1に流入した高温
ガスは各発電ユニット2,2,…にあたり、これのフィ
ン7を通って流出していく。このとき、各発電ユニット
2の上流側に整流板9があるので、上記高温ガス流は発
電ユニット2の側端部で乱されることなくスムーズな流
れとなってフィン7部に流入される。またこのフィン7
を出たガス流は、発電ユニット2の下流側に取り付けら
れている整流板10に沿って渦流となっていることなく
スムーズな流れとなって風胴1の下流側へ排出されてい
く。このときの高温ガスの熱はフィン7よりフィン基板
5に伝達され、発電素子モジュール4の一側面が加熱さ
れる。
【0017】一方各熱電ユニット2,2,…の水管3に
は、これの一方の水出入口11より水が供給され、他方
の水出入口11より流出して水が循環しているので、上
記熱電素子モジュール4の他面が冷却され、これによ
り、この熱電素子モジュール4にはこれの上下面の温度
差による起電が生じて発電される。
【0018】上記実施の形態において、フィン基板5は
フィン7からの熱を熱電素子モジュール4に効率よく伝
導するために、熱伝導率のよい、例えばアルミが用いら
れる。一方整流板9,10は軽く、かつ断熱性を有して
いる方がいいので、ベークライト等の合成樹脂やセラミ
ックが用いられる。なおアルミにしてフィン基板5と一
体状に構成してもよい。
【0019】この整流板9,10の形状は、流体の流れ
を乱さないような形なら特に限定されない。そして上流
側の整流板9の先端は丸みがあった方が流体の流れの方
向が多少ずれてもこれを許容できて流れが乱れることが
ない。またこの上流側の整流板9も長い方が流れが滑ら
かになってよいが、コンパクトにするために上流側を短
くした。なおこの上流側の整流板9は、発電ユニット2
を通るガス流にとって、流体抵抗を小さくするために極
めて重要であるが、下流側の整流板10はなくても装置
として許容することができる。そしてこれを設ける場合
にはできるだけ下流側へ長くすることが、渦流の発生防
止に有効である。
【0020】各発電ユニット2のフィン7の高さは、あ
まり高いと、これの先端の方からの熱が熱電素子モジュ
ール4側へ伝わり難く、結局フィン効率が低下する。従
ってフィン効率を高めるためにはフィン7の高さはある
程度低い方がいい。そしてこの高さの低いフィン7の熱
効率よく熱電素子モジュール4側へ伝達するために、フ
ィン7と熱電素子モジュール4との間に介在したフィン
基板5の厚さを大きくした。フィン基板5は熱伝導性の
よい材料(アルミ)で厚く作られていることにより、熱
の通り道が多く、フィン7で吸収した熱を瞬時に熱電素
子モジュール4に集中化することができる。このとき、
このフィン基板5が厚くなった分だけ発電ユニット2の
ガス流に対する厚さが大きくなってガス流の抵抗が増え
るが、これは発電ユニット2の側端部に整流板9,10
を取り付けることにより解決される。
【0021】この種の発電ユニット2では、熱電素子モ
ジュール4とフィン基板5とが均一に当接されていない
と効率か悪くなる。上記実施例では、フィン基板5が厚
く剛性を有していること、及びこれの幅方向両側で、か
つ水管3の幅方向両側でフィン基板相互がボルト8,8
にて結合されているので、このボルト8,8の締結力を
両側で均等になるようにして締結することにより、両フ
ィン基板5,5は水管3に固着された熱電素子モジュー
ル4,4の表面に均一に当接することができる。またこ
のとき、例えばボルト8が金属製であっても、このボル
ト8を介してフィン基板5の熱が水管3側へ伝わること
がない。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の発電装置の発電ユニットを示す一部破断
分解斜視図である。
【図2】従来の発電装置を示す一部破断分解斜視図であ
る。
【図3】本発明に係る発電装置を示す側面図である。
【図4】本発明に係る発電装置の要部を示す断面図であ
る。
【図5】本発明に係る発電装置の水管の接続部を示す断
面図である。
【符号の説明】
1…風胴 2…発電ユニット 3…水管 4…熱電素子モジュール 5…フィン基板 7…フィン 8…ボルト 9,10…整流板 11…水出入口 12…ねじ付き接管 13…段付き接管 14…ナット部材 15…固定接管 16…支持台 17…断熱材 a…水管 b…熱電素子モジュール c…フィン d…発電ユニット e…風胴 f…水出入口 g…基板 h…ロングボルト

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 扁平に形成された水管と、水管の両側面
    に設けた熱電素子モジュールと、熱電素子モジュールの
    外側面に設けたフィン基板と、フィン基板の外側面に設
    けたフィンとからなる発電ユニットを、風胴内に複数個
    積層配置してなる発電装置において、発電ユニットの側
    端部のうち、風胴内のガス流路の上流側であって、ガス
    流に対向する側端部に整流板を設けたことを特徴とする
    発電装置。
  2. 【請求項2】 整流板を発電ユニットのフィン基板に支
    持したことを特徴とする請求項1記載の発電装置。
  3. 【請求項3】 発電ユニットの側端部のうち、風胴内の
    ガス流路の下流側の側端部にも整流板を設けたことを特
    徴とする請求項1記載の発電装置。
  4. 【請求項4】 発電ユニットの風胴内のガス流方向の上
    流側と下流側の整流板において、下流側の整流板の長さ
    を上流側より長くしたことを特徴とする請求項3記載の
    発電装置。
  5. 【請求項5】 扁平に形成された水管と、水管の両側面
    に設けた熱電素子モジュールと、熱電素子モジュールの
    外側面に設けたフィン基板と、フィン基板の外側面に設
    けたフィンとからなる発電ユニットを、風胴内に複数個
    積層配置してなる発電装置において、発電ユニットの水
    管の両側に配置される両フィン基板のガス流方向の幅
    を、水管の同方向の幅より広くし、この両フィン基板を
    ガス流方向の両端部で、かつ水管からはずれた位置で相
    互に結合したことを特徴とする発電装置。
  6. 【請求項6】 風胴を焼却炉の排ガス出口に接続してな
    ることを特徴とする請求項1,2,3,4または5記載
    の発電装置。
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JP2007006619A (ja) * 2005-06-23 2007-01-11 Toyota Motor Corp 熱電発電装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007006619A (ja) * 2005-06-23 2007-01-11 Toyota Motor Corp 熱電発電装置
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