WO2007034880A1

WO2007034880A1 - 携帯式熱伝達装置

Info

Publication number: WO2007034880A1
Application number: PCT/JP2006/318754
Authority: WO
Inventors: Kenji Okayasu
Original assignee: Kenji Okayasu
Priority date: 2005-09-21
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2007-03-29
Also published as: JP2007113909A; JP5007899B2

Description

明細書

携帯式熱伝達装置

技術分野

[0001] 本発明は、自らエネルギー源を有し、電力やガスの供給が困難な屋外等でも利用可能な、暖房器や暖房衣服等の外部の熱負荷へ熱を供給するための携帯式熱伝達装置に関するものである。背景技術

[0002] 従来屋外等で使用する可搬式の暖房器として、ガスストーブ、懐炉等が広く普及している。し力しこれらのものは、身体の一部分しか暖まらな力つたり、暖カさのコント口ールができなかったり不便なものであった。またバッテリーを使い、そのバッテリーからの電気工ネルギ一によつて発熱を行う電気抵抗体を内部に分散させた暖房服やマット等が実用化されている。し力しこれらの装置は、現在でもバッテリーの質量エネルギー密度はあまり高くなぐ暖房に必要なエネルギーを十分な時間供給できな、面がめつに。

[0003] これらの問題を解決すベぐ LPGをエネルギー源とし触媒で LPGを燃焼させて熱を取出し、これを空気の対流によって暖房する衣服が知られている。（例えば、特許文献 2参照。）し力しながら空気の対流だけでは、熱を隅々まで運ぶことが難しいため、上記の如き燃焼装置に熱電変換素子を組込み、この起電力により熱媒の循環装置を駆動させる暖房装置も知られている。（例えば、特許文献 3参照。 )

一方本発明者も、触媒燃焼装置に熱駆動ポンプを組込み、加熱液体を循環させる携帯式熱伝達装置を既に提案している。（特許文献 1参照。 )

[0004] ところで、上記公報に開示された装置にぉ、てもつばら採用されて、る燃焼器の触媒燃焼方式は、風が吹いたり、燃料と空気の混合比が少し変化しても途切れないタフな燃焼反応であり、また火炎燃焼よりも低温で燃焼できるという特徴を有している。しかしながら、理論混合比付近で長時間反応させると、燃焼温度が触媒にとって高くなり過ぎて次第に劣化してしまう問題が存在する。

これを防ぐため、理論混合比を外して反応させているが、燃料を濃くする方向に外すと着火性は向上し扱い易くなるものの、不完全燃焼となり燃料の無駄使いとなると共に、悪臭のする排気ガスを排出することになる。一方燃料を薄くする方向に外すと完全燃焼となり燃料の無駄がなくなり、排気ガスもきれいになるが、相対的に増大する空気量を賄うには非力なベンチユリ一管による空気吸引では限界がある。特に触媒は、混合気との接触面積が大きくなくてはならず、このため流路抵抗が大きくなりガスの噴出力以外に外部の動力例えばバッテリーでファンを回し空気を導入する等の手段が必要となり、携帯式装置にあっては、複雑で大掛力りになるうらみがあった。

[0005] 特許文献 1 :特許第 3088127号明細書

特許文献 2：特開平 9一 126423号公報

特許文献 3：特開 2001— 116265号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] このような状況に鑑み、本発明は LPGを燃焼させてその熱で熱駆動ポンプを駆動させ、液体の加熱と外部の熱負荷への伝達をするようにして全体の装置の小型化を図ると共に、この種装置に要求される燃焼状態やガスの供給の制御及び安全性を確保するために、内部に組込んだ熱電変換素子に上記熱を通過させて起電力を発生させ、この電力を利用して制御装置を作動させることを目的としてなしたものである。課題を解決するための手段

[0007] すなわち本発明は、 LPGボンべを含むガス供給装置と、このガスで働くガス噴出ノズル及びベンチユリ一管とを備え、かつ始動のための混合比調整機構を有するガス' 空気混合装置と、ここで発生した混合気を燃焼室内で火炎燃焼させるための燃焼器と、これを囲んで設置した集熱体と熱駆動ポンプと、高温側を集熱体に低温側を熱駆動ポンプにそれぞれ接合させた熱電変換素子と、制御装置とからなり、前記燃焼器で発生した熱により加熱した液体を熱駆動ポンプにより液体回路を経て熱負荷に伝えると共に、熱電変換素子で発生した電力で制御装置を作動させることを特徴とする携帯式熱伝達装置を要旨とするものである。

[0008] また本発明は、燃焼室内での燃焼によって生じた燃焼排気の熱エネルギーを輻射エネルギーに一部変換するための多孔性固体輻射変換体を内蔵した燃焼器を使用することを特徴とするものであり、集熱体を、燃焼器を取り囲み、かつ燃焼器との間に空間を構成するように一つ以上設けたことも特徴とするものである。さらに本発明は、ガス，空気混合装置における吸気ダクトの吸気孔外方近傍位置に吸気孔防風板を設けると共に、燃焼部の下流に設けた排気ダストの排気孔外方近傍位置に排気孔防風板を設け、吸気孔及び排気孔は装置の同一方向で互いに離して設置されていることを特徴とするものであり、上記排気ダクト内に液体回路の一部を配設すると共に該部に熱交能を組込んだことを特徴とするものである。

さらにまた本発明は、上記熱電変換素子の電力により駆動され集熱器の温度をモ二ターし、必要時にガス供給装置に働きかけてガスを遮断する制御装置を組込んだことを特徴とするものである。そして本発明は、上記制御装置を一時的に動かす電源を組込んだことも特徴とするものであり、さらに上記制御装置により制御された燃焼の状態を表示する状態表示器を備えたことをも特徴とするものである。

[0009] (作用）

本発明は、 LPGをガス'空気混合装置によって混合気とし、これを燃焼器で火炎燃焼させるが、燃焼器を囲んで設けられた集熱体には高温側を集熱体に低温側を熱駆動ポンプに接合させた熱電変換素子を組込んで、るため、熱駆動ポンプによる加熱で液体を昇温させて外部の熱負荷に熱を伝えることができると共に、上記熱電変換素子により電力を発生することができ、この電力で制御装置を作動させることができるものである。

実施例

[0010] 図 1は本発明携帯式熱伝達装置の第一の実施例を示し、その構成をブロック図で示したものである。

図におヽて大きな長方形の枠が携帯式熱伝達装置 Aの本体全体を示し、この中のブロックが本発明を構成するそれぞれの装置を示しており、各ブロック間は使用するガス、空気、液体等の物質、熱、電気の流れを示す矢印でつながつている。

[0011] 本発明の携帯式熱伝達装置 Aのうちのガス供給装置 Bは、ガスボンベとその着脱装置、ガス開閉レバー、圧力レギュレーター、ガス開閉弁、ガス配管等力なっており、 LPGをガス'空気混合装置 Cへ一定圧力で供給するようになっている。そして始動のための混合比調整機構を有するガス ·空気混合装置 cは、ガス噴出ノズル、ベンチユリ一管、吸気ダクト、絞り弁、ディフューザ一等力なり、供給されたガスをノズルからベンチユリ一管に吹込み、発生した負圧で外気を吸気ダクト、絞り弁を通しェゼクタ一に導入し、ガスと空気をディフューザ一へ送るようになつていて、ディフューザ一でガスと空気は速度を落としながら混合して、くようになって、る。

このようにして得られた混合気の圧力は、ディフューザ一の中で速度のエネルギーが圧力のエネルギーに変換され、大気圧より僅かに高くなる。この圧力差が混合気を、燃焼器、排気ダ外を通り排出させる原動力となる。

[0012] 次の燃焼器 Dは、火炎燃焼式の燃焼室内で燃焼によって生じた燃焼排気エネルギ一を輻射エネルギーに一部変換するための多孔性固体輻射変換体を内蔵したもので構成されている。また燃焼器 Dは、例えばセラミックス等の耐熱性、断熱性が高くかつ熱線輻射能の高い材質で作られている。そして燃焼器上面には、多数の孔が設けてあり燃焼室まで貫通している。燃焼室は、一部又は全体が平坦で構成されていて、その面に上述の孔が貫通して設けられ、これが炎孔となっている。この炎孔の少し下流に火炎が形成され、火炎のさらに下流に多孔性固体輻射変換体が設置されている。このように構成されているため、高温の排気ガスはエネルギーの一部を燃焼室内部へ戻すことで混合気の燃焼を促進し、火炎を燃焼室内に保持させることができる。以上の構成にすることにより、今まで触媒燃焼でしかできな力つた大気圧バーナーでの容器内燃焼が可能になると共に、触媒燃焼よりずっと高温でし力もより薄い混合気でも持続的に燃焼させることが可能になった。

なお多孔性固体輻射変換体によって、排気ガスは熱エネルギーの一部を取られてしまうので排気ガスの温度は少し低下するが、その分は燃焼器内部に戻されているので、燃焼器自体がより高温になる。

この燃焼器を囲んで設置された集熱体 Eは、燃焼器 Dからの熱を集めるもので、一般に銅等の熱良導体で作られて、る。

[0013] そして上記の燃焼室で発生した熱は、集熱体 Eで集められ、かつ後述する熱電変換素子 Tを通過して熱駆動ポンプ Fに伝えられると、ここで加熱された液体は液体循環回路 Gを経て外部の熱負荷 Hに伝達される。この熱駆動ポンプ Fは、一般的なものが使用でき、熱駆動ポンプ内に液体加熱部用凹部、凝縮管、気液交換室、吸込み側及び吐出側逆止弁を備え、蒸気泡の発生一凝縮一加熱された液体の排出一凝縮一蒸気泡の消滅一外部からの液体導入のサイクルが繰返され、これによつて液体の加熱及びポンプの機能を発揮するようになって!/、る。

[0014] また熱電変換素子 Tは、高温側が上記集熱体 Eに接合し、低温側が上記熱駆動ポンプ Fに接合して配置されている。高温の燃焼器 Dで発生した熱は、集熱体 Eで集められ、熱電変換素子 T内部を通り、低温の熱駆動ポンプ Fに伝えられるが、このとき熱電変換素子 Tに起電力が生じる。このときの熱電変換素子の接合は、それぞれの側が相手方の機器に密着して、ることが好ま、。

[0015] 以上説明したように本発明は、 LPGを火炎燃焼式の燃焼器 Dによって燃焼させることにより、高温状態で安定した熱を発生させ、この熱を集熱体 Eで集めて熱駆動ボンプ Fを駆動させて熱の伝達を行うと共に、同時的に熱電変換素子 Tにより起電力を発生させてこれにより制御装置 Iを作動させるようにした携帯式熱伝達装置であるから、熱エネルギーを液体加熱及びその循環と起電力の発生との両者に作用させて極めて効率的に使用できると共に、装置全体を小型化でき、取扱性にも優れ、携帯性にも富んだ特徴を有して、る。

[0016] さらに本実施例においては、上記熱電変換素子 Tで発生した電力の一部を用いて安全機能を組込んでいる。すなわち熱電変換素子 Tの電力により駆動され、集熱体 Eの温度を温度センサー Jでモニターし、必要時にガス供給装置 Bに働きかけてガスを遮断する制御装置 Iを組込んでいる。この制御装置 Iは、集熱体 Eに取付けた温度センサー Jでこの部分の温度をモニターし、集熱体 Eの温度が設定温度以上になったとき、ガス供給装置 Bに働きカゝけてガスの供給を遮断する。また、燃焼器 Dの炎が何等かの要因で立消えしたときも、集熱体 Eの温度が別の設定温度以下になることにより、ガスを遮断するようになっている。

このような制御装置 Iを組込むことにより、燃焼異常による障害を未然に防止し、安全を確保できることとなる。

[0017] さらに同図においては、制御装置 Iにつながる液晶表示器等の状態表示装置 Kを設けており、上記の制御装置 Iにおける制御状態、さらには携帯用熱伝達装置 Aの作動状態を表示することができるため、熱伝達装置の利便性を向上させることができ、さらには異常表示等の表示も可能で、安全性の確保にも寄与するようになっている。

[0018] また上記実施例においては、上記制御装置 Iにバッテリーによる電源 Lを組込んでいるが、これは熱伝達装置を起動する際に、制御装置 Iに電気を一時的に供給するためのもので、熱電変換素子 Tが十分な起電力を発生させるまでの繋ぎの役目を果たす効果がある。

[0019] 図 2は本発明携帯式熱伝達装置の第二の実施例を示すものである。この装置は基本的には上記の実施例と同様、 LPGボンべを含むガス供給装置 Bと、ガス噴出ノズル及びベンチユリ一管を備え、かつ始動のための混合比調整機構を有するたガス' 空気混合装置 Cと、燃焼室内で燃焼によって生じた燃焼排気エネルギーを輻射エネルギ一に一部変換するための多孔性輻射変換体を内蔵した燃焼器 Dと、集熱体 Eと、熱電変換素子 Tと、熱駆動ポンプ Fとからなっている。

このうちガス供給装置 Bは、頂部にツマミ 10を有する圧力レギュレーター 9と、内部に LPGが充填され、ガス開閉レバー 6とガス開閉弁 7とを介して連結されたガスボンベ 8とからなっており、さらにこの出口と後述するガス'空気混合装置 Cとの間の通路には、ガス遮断バルブ 22及びその操作用のボタン 23が設けられている。

[0020] 一方ガス'空気混合装置 Cは、後述する燃焼器 Dと一体型になっているが、吸気孔 1 'を設けた吸気ダクト 1と、この吸気ダクト 1に貫通して設けられたガス噴出ノズル 2とを備えていて、この下流側にはベンチユリ一管 3及びディフユーザー 11がそれぞれ連設され、下流端は燃焼器 Dの入口に臨むようになつている。なお図中 4は空気の吸入量を調節するための絞り弁であり、 5はこれを作動させるレバーである。

[0021] 上記ガス供給装置 Bとガス'空気混合装置 Cの作用について説明すると、ガス供給装置のガス開閉レバー 6を操作してガス開閉弁 7を開くと、ガスボンベ 8からの LPGが圧力レギュレーター 9で一定圧にされた後、ガス噴出ノズル 2に供給される。このガス供給ノズル 2の内径は、例えば直径 40マイクロメートル〜 60マイクロメートル程度で、ノズルに加わる圧力は 2. 9 X 10⁴Pa〜19. 6 X 10⁴Paゲージ圧位が適当で、圧カレギュレーターつまみ 10を回して調圧される。ガスはベンチユーリー管 3のェゼクタ一で吸気ダクト 1から空気を吸引し、ディフユーザー 11で速度を弱めながら空気と混合する。こうしてできる混合気は、レバー 5を操作して絞り弁 4の開度を調整することにより混合比を変えることができる。着火時は濃い混合比が必要であるが、定常運転時には理論混合比より少し薄、混合比が不完全燃焼もなく好ま Uヽ。

本発明における混合比調整機構は、上述した例のように空気量を制限して行う方法が簡便で好都合であるが、空気量はそのままでガスの供給量を増すことでも混合比を濃くすることもできる。この場合はもう 1個のガスノズルをディフユーザー内に設けて圧力レギュレーターと配管で繋ぎ、間にガス開閉バルブを設置すれば良い。この場合のガスノズルは、ディフューザ一の下流部分で、流れに対して略直交するような方向に噴出するように設置すれ空気吸引には影響を及ぼすことなぐガスと空気の混合に寄与することとなる。

[0022] 燃焼部は、燃焼室 12を備えた燃焼器 Dと、これを取り囲むアルミ等の熱良導体で作られた集熱体 Eを含んでいる。燃焼器 Dは、燃焼室 12の上流側に、平坦面 13まで開孔して炎孔 14として機能する多数の間隔を隔てた孔 15を有する。燃焼室 12は内容積が例えば lOcc以下の大変小さいものである。点火用に燃焼室 12内に延びる点火プラグ 16が設けられている。

[0023] また燃焼器 Dには、燃焼室 12の出口に燃焼室内で燃焼によって生じた燃焼排気エネルギーを輻射エネルギーに一部変換するための多孔性固体輻射変換体 17が設けられ、この多孔性固体輻射変換体 17としては、例えば直径 0. lmn！〜 0. 3mm 程度の耐熱金属の針金を網目に編んだ金網を用いている。

[0024] 先ず着火のために、レバー 5により絞り弁 4を調整して空気量を少なくすることで濃い目に設定された混合気が燃焼器 Dの多数の孔 15から燃焼室 12内へ噴出する。孔 15から噴出した混合気は、急激に拡大した平坦面 13のために出口近くに渦を作る。次に点火プラグ 16の火花で混合気が爆発し、渦にも着火して炎孔 14からの炎が合体し一つの火炎面 18が形成され、そして平坦面 13近くで安定する。燃焼により燃焼室 12の壁面温度は上昇し、この熱は炎孔 14上部も暖めこれにより混合気は予熱され、これにより混合気の燃焼速度が上昇する。一方燃焼による高温の排気ガスは、燃焼室 12内で燃焼によって生じた燃焼排気エネルギーを輻射エネルギーに一部変換するための多孔性固体輻射変換体 17を構成する金網の針金の直径が細いので、熱容量が小さく直ぐに昇温し、数百度になり電磁波として輻射エネルギーを四方八方へ放射するようになる。輻射エネルギーの一部は、上流側すなわち火炎面を加熱して燃焼が大幅に促進される。また燃焼室 12内での上記多孔性固体輻射変換体 17 の位置も重要で、火炎面から離れ過ぎると熱輻射の効果が小さくなり、逆に火炎面 1 8に近過ぎると、着火時の火炎形成ができなくなることが分力つた。このことから、上記多孔性固体輻射変換体 17を燃焼室 12の平坦面 13から 5mn！〜 15mm程度の距離に設置するのが適当である。このように排気ガスのもつ熱エネルギーを輻射エネルギ一という形で火炎へ熱還流させることができる。混合気は強く熱せられているため、燃焼速度は次第に速くなつてくる。この状態をしばらく時間的に維持する必要があるが、これは、燃焼室 12内で燃焼によって生じた上記多孔性固体輻射変換体 17や燃焼器 Dの温度が上昇し、燃焼機能を発揮するまでの加熱時間である。その後、レバー 5 を動力し絞り弁 4の開度を大きくして空気を導入すると、混合気の流量が増加し燃焼室 12内の流速も早くなる。通常の燃焼室であればここで火炎面下流に吹き飛んでしまうこととなる。しかし予熱と熱還流で加熱された混合気は、この流速に対応する燃焼速度をもっため、吹き飛ぶことなく安定した状態で燃焼室 12内に保持され、保炎が達成される。混合気は理論混合比より少し空気過剰になっているため、燃焼は完全燃焼で多くの熱エネルギーが発生し還流、予熱に回るため火炎の安定度はどんどん高まっていく。このように火炎の燃焼速度を高めることにより、小さな燃焼室 12で大量のガスを燃やすことができるため、同出力の触媒燃焼器よりも小型化でき、携帯式の熱伝達装置の燃焼器としては最適のものとなおる。

そして燃焼室 12で発生した熱は、燃焼器 Dを取り囲む集熱体 Eで集められ、これに密着した熱電変換素子 Tの高温側に伝えられる。一方熱電変換素子 Tの低温側には、熱駆動ポンプ Fの加熱部 19が密着されている。パイプ 21は、熱駆動ポンプ Fと外部の熱負荷 Hとを繋いで回路を形成し、内部は液体で満たされている。熱は熱電変換素子 Tの高温側から低温側へ伝わって、き、これに密着して、る熱駆動ポンプ F の加熱部 19に伝わっていくことになる。このとき熱が熱電変換素子 Tを通過することで熱起電力が発生し、これをリード線 20で制御装置 Iへ導入する。一方熱駆動ボンプ Fの加熱部 19内部の円錐状の窪み（点線で図示）の中で液体の沸騰、凝縮が繰返され、ポンプ作用を発揮すると共に液体が加熱され、パイプ 21を通じて循環させることができる。このようにして燃焼器 Dで発生した熱は、集熱器 E、熱電変換素子 T、熱駆動ポンプ Fへと伝えられ、外部の熱負荷 Ηまで移送される。

[0026] 本発明の燃焼室 12内で上記多孔性固体輻射変換体 17として使われる金網は、一層でも効果があり、複数枚重ねるとより効果的になるが、あまり多くなると流路抵抗が増加してしまうため、非力な大気圧バーナーでは吸込み空気量との兼合いで決める必要がある。また金網の目の粗さも同様で、 80番〜 40番程度が好ましい。さらに金属にセラミクスコ一ティングすることで熱による損耗を防ぐと共にセラミタスが良好な輻射能をもっため金網にとって効果的である。さらに金網の代わりに発泡セラミクスを使用しても良い。

[0027] また本発明に使用される熱電変換素子 Τは、熱によって異種金属の接合面に生ずる熱起電力いわゆるジーベック効果を利用して熱エネルギーの一部を電気工ネルギ一に変換する素子のことで、異種金属でループを作り、 2力所の接合面をそれぞれ一方は熱し他方は冷却すると、それぞれの接合面に起電力が発生してループ内に電流が流れる現象を利用するものである。例えば金属としてテルル ·鉛合金に他の金属を加え、 Ρ型、 Ν型半導体を形成し、これらの接合面で高い熱起電力が発生することが知られているので、これらを多数並べて、それぞれを板状の電極で結ぶと接合面が得られる。そしてこの多数の接合面を直列に繋いだ一方の面を高温側、他方の面を低温側にして用いればよい。なお絶縁のため接合面を覆うように、薄いセラミタスでカバーすることが一般に行われて、る。

[0028] またこの実施例では、熱電変換素子 Τから発生した電力の一部をリード線 20で取出して制御装置 Iに供給すると共に状態表示器 Κにも供給している。この制御装置 I は、温度センサー Jにより集熱体 Εの温度をモニターして設定値以上になると過熱と判断し、ガス供給装置 Bに設けたガス遮断バルブ 22への電気供給を止めるようになつている。ガス遮断バルブ 22は、電磁石により通電時のみガスを通過させる弁で、本制御装置 Iの動作中は常に通電されている。そしてボタン 23を矢印方向に押すことで、弁が電磁石に吸着され弁が開くようになって、る。

次に火炎が何等かの理由で立消えた場合、燃焼状態からの立消えでは集熱体 E の温度が、もう一つの設定値以下になること及び温度が下がり続けていると立消えと判断し、制御装置 Iはガス遮断バルブ 22への通過を遮断する。また点火ミスによる場合は、電源スィッチ 24が ONになってからある一定時間（30秒〜 60秒）以内に集熱体 Eの温度上昇がな、とき点火ミスと判断し、ガス遮断バルブ 22への通電も止められる。

電源 Lは、バッテリーでスィッチ 24を ONにすると制御装置 Iに電気を供給するようになっている。スィッチ 24は、リンク機構でガス開閉レバー 6と機械的に連結されていて、ガス開閉弁 7が開かれるとスィッチ 24が ONになるようになつている。

以上のように、制御装置 I、状態表示器 K及び電源 Lを組込むと、燃焼異状による障害を未然に防止して異状表示もできるため、装置の安全性を高めることができ、さらにはこれら制御および表示を安定的に行える効果がある。

[0029] 図 3は本発明の第三の実施例の一部を示しており、例えば図 2に示した第二の実施例の燃焼部を中心にした構成を図 3の構成に置き換えた別の例を示すものである。この実施例では、一つの集熱体 Eを用いたもので、この集熱体 Eがアルミ等の熱良導体で作られ、そして燃焼器 Dを完全に取り囲み、かつ燃焼器 Dとの間に空間を構成するような寸法形状になっている。両者の結合は、混合気が入ってくる燃焼器 Dの上部を取り囲むように配置された断熱材シール 25のみで行われている。集熱体 Eには、上流側熱交換部 26と下流側熱交換部 27を構成する多数の孔 28、 29がそれぞれ明けられている。上流側熱交換部 26は、断熱材シール 25でベンチユリ一管 3と結合されている。

そして燃焼室 12には、上記図 2の実施例と同様、出口部分に燃焼室内で燃焼によつて生じた燃焼排気エネルギーを輻射エネルギーに一部変換するための多孔性固体輻射変換体 17が設置されている。

[0030] 上記実施例では、燃焼器 Dと集熱体 Eとの間が空気の断熱層となっているため、燃焼器 Dの熱はもつばら上流側及び下流側熱交換部 26、 27で集熱体 Eに伝えられ、燃焼状態において燃焼室 12で発生した熱は燃焼器 Dの壁を通して伝熱では集熱体 Eには伝わらない。よって、燃焼器 D自体が図 2の第二の実施例より高温になることで、燃焼がより促進される。しかも混合気予熱は、上流側熱交換部 26が加わり 2段となつて燃焼室 12内の火炎はより吹飛びに《安定する。また高温の排気は、下流側熱交換部 27で熱が回収されて熱電変換素子 Tに吸収されるため、第二の実施例よりも低くなり結果として多くの熱を無駄なく熱電変換素子 Tに供給し得ると共に火炎の一層の安定化も達成することができる利点がある。

なお第三の実施例で使われる燃焼器 Dは、輻射能に優れた耐熱性のセラミタスで形成するのが良いが、ステンレス等の耐熱性金属でも十分に使用可能である。

[0031] 図 4は本発明携帯式熱伝達装置の第四の実施例を示すものである。この実施例では、上述した実施例に加えて、熱電変換素子の小型化、集熱体の多層化、排熱の効率的利用及び火炎の立消え防止の機能をさらに付加したものである。

このうち熱電変換素子 Tの小型化である力本発明では外部の熱負荷 Hへの熱の移送は熱駆動ポンプ Fが自立的に行うため、熱電変換素子 Tからの電力供給は不要である。発生した電力はもっぱら制御装置 Iの作動に用いられるため、小型の熱電変換素子 Tで充分である。そしてこのことは、燃焼器 D回りのサイズを小さくし集熱体 E を含む燃焼部の小型化を可能にし、表面積に比例して増えるヒートロスを可及的に /J、さくすることができることとなる。

[0032] 次に集熱体 Eの多層化である力燃焼器 Dの外側には前記実施例 3と同様の着想力空間を設けて第 1集熱体 30が囲んで、集めた熱を熱電変換素子 Tの高温側に注ぎ込む。その外側には空間を設けて第 2集熱体 31が取り囲む。そして第 2集熱体 31の外側には、同様に空間を設けた上で第 3集熱体 32が、燃焼部及び熱駆動ボンプ Fの加熱部 19全体を覆うように設けられている。なお、図中 25は燃焼器 Dを支持するための、また第 1集熱体 31と第 2集熱体 32との空間を保持する断熱材シールである。

ここで前記第 1集熱体 30は、高温になるため例えば銅などの熱良導体で作られ、熱電変換素子 Tの高温側に密着して熱を伝える。

一方第 2集熱体 31は、アルミなどの熱良導体で作られ、前記第 3集熱体 32とは空間を設けて取付けられ、その内側面が熱電変換素子 Tの低温側に、また外側面が熱駆動ポンプ Fの加熱部 19にそれぞれ密着して接合させて、る。このようになって!/、るので、熱駆動ポンプ Fの吸熱能力は高ぐ第 2集熱体 31の温度が上昇するとこれを吸収するため、ポンプ作用が活発になり液体吐出量が増大する。このためガス流量が増大し燃焼器 Dでの発熱量が増大しても第 2集熱体 31の温度はさほど上昇せず、通常 110°C〜130°Cの範囲内となる。上記第 1集熱体 30は、ガス流量によって大幅に温度が変化するが、その値は熱電変換素子 Tの大きさにもよるが、第 2集熱体 31より 150°C〜250°C高くなると見込まれる。熱伝変換素子 Tは、この温度差で発電するため、ガス流量に応じて出力が増減する。また上記第 1集熱体 30、第 2集熱体 31には、多数の孔が開、て、て排気ガスの熱を吸収する熱交^^の役目を果たして、る第 3集熱体 32は、内部が空洞で液体 33が満たされたウォータージャケット構造を側部に備えていて、外部の熱負荷 Hで冷やされた液体力ここに導入され、内部の燃焼部や熱駆動ポンプ Fからの放熱を吸収するようになっている。この液体 33は、次に下流側に設けられた主熱交換器 34に導かれ、第 2集熱体 31からの排気ガス (約 100 °C)によって加熱される。このとき排気ガスは、約 50°C程度まで温度が下げられ大量の水蒸気が凝縮し潜熱を液体に伝えてドレンとなり、下側のドレンタンク 35に貯められる。この液体は、また温度が高くなつた状態で熱駆動ポンプ Fへパイプ 36を通って導入される。このように集熱体 Eを多層化しヒートロスを抑えることで、熱効率の高い携帯式熱伝達装置を提供することができる。また図示は省略したが、第 3集熱体 32の外側を発泡材などの断熱外皮覆うと効率はさらに向上する。

さらにこの実施例では、例えば耐熱プラスチックなどで作られた排気ダクト 37を設けてあり、この内部に上述した主熱交換器 34を収納し、排気口 38と一体に構成されている。排気孔 38の外側には、第 1防風板 41と第 2風防板 42とかなるボックス型の排気孔防風板 39が取付けられている。このとき排気孔 38の端部は、そのベース面 38a より若干突出 38bさせている。一方吸気ダクト 1の吸気孔 1 'の外方にも上記排気孔防風板 39と同じ構成の吸気孔防風板 40が設けられている。そして吸気孔 1 '及び排気孔 38は、装置の同一方向で互いに離して設置されて!、る。

これは、外部から風を受けたとき吸気孔 1 '及び排気孔 38に同一の風圧が加わるようにして、火炎の吹き消えが起こらないようにするためで、大気圧バーナー式の風呂釜等で実用化されている。風呂釜の場合には、吸気孔'排気孔が一体で作られ互いに熱交換することで排気損失を少なくするようになってヽる。この実施例でもこのようにすることで損失を減少することができる。し力しながら本発明の燃焼室 12は、風呂釜等の場合の数百分の一程度の内容積しかなく燃焼室負荷 (燃焼室発熱量 Z燃焼室内容積 cc)が高い。これは燃焼室温度が高くなり、火炎が安定する反面、燃焼騒音が大きくなる。この騒音はでディフユーザー 11、ベンチユリ一管 3、吸気孔 1 'へと向うものと排気孔 38に向うものとに分かれ、そして大気に解放され減衰、消滅してしまう。ここでもし吸気孔 1 'と排気孔 38とが近接していると、吸気孔 1 '及び排気孔 38が音響学的に結合して、ある特定の周波数が強められる共振が発生し易くなり、騒音が圧力変動へ変化していき火炎は消されてしまう。これを防止するため、燃焼室、排気孔と燃焼室の気体の通る道の距離をできるだけ短くすると共に互いにある距離を離して設置する必要がある。どうしても近接させなければならない場合、両者の間に壁を設けて音響学的結合を遮断する必要がある。第 1及び第 2の防風板 41, 42は、吸気孔 1 '及び排気孔 38に直接風圧が加わらな、ように孔を完全に覆う大きさにすることが好ましい。防風板は、吸気孔 1 '及び排気孔 38の面より間隔をあけて設置して、その間隔から吸気、排気が行われる。

なお上述した吸気孔防風板 40及び排気孔防風板 39は、図 3のようにボックス型にする方が望ましいが、図 6及び図 7のような第 1防風板 41と第 2防風板 42とを組み合わせた構造にしても構わない。また吸気孔 1 '及び排気孔 38に設ける 2つの防風板は、図示したように互、が同一平面となるようにすることが風圧の差がなくより好ま、 1S 平面位置が若干ずれていても構わない。

上述した第四の実施例によれば、携帯式熱伝達装置のスムーズな起動と安全運転がなしうるが、以下その運転状況について説明する。

本装置の燃焼は、排気ガスの熱を未燃混合気に熱還流して燃焼を促進させ、燃焼室 12内で安定燃焼させようとするものである。そのためには、熱輻射で熱還流する多孔性固体輻射変換体 17に相当する金網層や良好な輻射能をもつセラミクス製の燃焼器 Dの温度が数百 °Cに上がることが望ましい。いわゆる暖機運転が必要になる力先ず低温度状態でも着火できるように、 LPG、空気の混合比が理論混合比より濃い状態にすることが必要となる。まずガス開閉レバー 6を手で動かしガス開閉弁 7を開くと、ガスは LPGボンべ 8から圧力レギュレーター 9で調圧され、ガス遮断バルブ 22まで達する。一方ガス開閉レバ一 6は、電源 Lのスィッチ 24と機械的に連動していて、スィッチ 24も ONになり制御装置 Iも作動する。これによつてタイマーがスタートして、ガス遮断バルブ 22の電磁石に通電する。これで本装置は、スタンバイの状態となり、表示装置 Kの液晶ディスプレイにそれが表示される。また制御装置 Iは、温度センサー Jで第 2集熱体 31の温度をモ二ターし始める。

[0035] この状態で手動の着火動作が行われる。すなわち吸気ダクト 1内で回転する絞り弁 4と同軸で連動する着火用のレバー 5を手で時計方向に回すと、絞り弁 4が回り吸気ダクト 1の通気断面が狭められる。同レバー 5は、機械的にボタン 23、着火用圧電素子 43のノブがリンクして結合しているため、ボタン 23が押し下げられると弁が電磁石に吸着され、 LPGがガス遮断弁 22からノズル 2へ流れていく。そしてベンチユリ一管 3 に負圧が発生し、吸気孔 1 '力も空気が吸引される。吸気ダクト 1は、絞り弁 4で狭められているため、混合気は着火に適した理論混合比よりも LPGが濃い混合気が燃焼器 Dに供給される。このときレバー 5のもう一端が板パネ 44の爪に引掛つて止まり、この状態が保持される。

そして着火用圧電素子 43のノブが何回か押されると、燃焼室 12内で点火プラグ 16 に火花が飛び、混合気に着火する。この状態が保持され徐々に温度が上昇すると、第 2集熱体 31も温度が上昇していく。制御装置 Iは、この温度の時間当り上昇率から着火成功と判断して、しばらくこの状態保持する。やがて第 2集熱体 31の温度が設定値 (例えば 100°C程度）に達すると (燃焼器 D、多孔性固体輻射変換体 17が充分効果を発揮し始める温度に達したと考えられるため）、リセット磁石 45に短時間通電をする。リセット磁石 45は、板パネ 44に取付けられた継鉄 46を吸着し、板パネ 44の爪が下がり、レバー 5は矢印方向（反時計回り）にパネ 47で引戻され、ストッパー 48 で止まる。すると連動している絞り弁 4は回転し、吸気ダクト 1の通気断面が拡大し、より多量の空気が導入され、理論混合比よりも少し薄、 (LPGが少し少なヽ)混合気が燃焼器 Dに供給される。

[0036] これで本装置は定常状態になり、熱駆動ポンプ Fは燃焼室で発生した熱を液体に乗せ、外部の熱負荷 Hへ送出すようになる。もし着火が行われず第 2集熱体 31の温度が設定値に達していないと、制御装置 Iは着火ミスと判断し、タイマーにより一定時間後（60〜90秒程度)ガス遮断バルブ 22への通電を停止し、ガス供給は止まることとなる。

また定常状態の運転時に突風などで火炎が立消え第 2集熱体 31の温度が別の設定値 (例えば 105°C)以下になると共に低下し続けた場合、炎が消えたと判断し、同じくガス遮断バルブ 22への通電を停止し、ガスを止めるようになつている。逆に何等かの事情、例えば熱駆動ポンプ Fが故障、停止した場合など第 2集熱体 31の温度が急上昇することが起き、高温側の設定値 (例えば 150°C)に達すると、燃焼器 Dの過熱と判断し直ちにガス遮断バルブ 22への通電を止めガスを止めるように作動する。 Vヽずれの場合でも、液晶ディスプレイの状態表示器 Kに本装置の状態が表示され、場合によっては圧電スピーカーで同じに音を発することで、利用者に状態を知らせることができる。

本装置は、内部で火炎燃焼が行われていて、裸火のように外力も直ぐに燃焼の状態を目視できないために、立消え防止と過熱防止の安全機構の装備が求められる。制御装置 Iは、マイクロコンピューターが糸且込まれた電子回路を用いると良ぐこれによって本装置は電源 Lのバッテリーから電力を供給されるが、熱電変換素子丁からの電力供給が充分になったら、ノッテリーからの電力供給を止めることで、電源 Lの電力消費を最小減にすることができる。さらに熱電変換素子 Tからの電力の一部を電源 L側に供給して、ノッテリーが 2次電池やキャパシタの場合は、これを充電させることも可能である。なお制御装置 Iに供給される電力は、熱電変換素子 Tからの電圧が燃焼部の発熱量により変動するので、これを一定にして回路に供給する電圧レギユレ一ター回路を組込むことが好ましい。

またこの実施例において図 5に示すように、第 1集熱体 30と第 2集熱体 31との間に例えばセラミックスなどで形成した断熱層 49を設けることにより、熱の漏れを防止することにより一層断熱効果を高めることも可能である。

なお図 4において 19aは、熱駆動ポンプ Fに設けた泡取りタンク、 34aは排気ダクト入り口部に設けた逆流防止壁、 35aはドレインタンク内に設けた逆流防止パイプをそれぞれ示すものである。

[0037] 上記の実施例においては、燃焼器 Dに燃焼によって生じた燃焼排気エネルギーを幅射エネルギーに一部変換するための多孔性固体輻射変換体 17を内蔵した例について説明しているが、装置の目的、用途等で許容されるときには、この多孔性固体輻射変換体を省略することも可能である。

図面の簡単な説明

[0038] [図 1]本発明の携帯式熱伝達装置の第一の実施例を示すブロック図である。

[図 2]本発明の携帯式熱伝達装置の第二の実施例を示す断面図である。

[図 3]本発明の携帯式熱伝達装置の第三の実施例を示部分的な断面図である。

[図 4]本発明の携帯式熱伝達装置の第四の実施例を示す断面図である。

[図 5]第四実施例の集熱体の部分を一部変更した例を示す一部拡大断面である。

[図 6]本発明の携帯式熱伝達装置に用いる風防板の別の実施例を示す一部断面斜視図である。

[図 7]図 6の断面図である。

符号の説明

[0039] A 携帯式熱伝達装置本体

B ガス供給装置

C 空気吸引，ガス，空気混合装置

D 燃焼器

E 集熱体

F 熱駆動ポンプ

G 液体循環回路

H 外部の熱負荷

I 制御装置

J 温度センサー

K 状 Is表不器

L 電源

T 熱電変換素子吸気ダクト

，吸気孔

ガス噴出ノズルベンチユリ一管絞り弁

レノ一

ガス開閉レバーガス開閉弁

ボンべ

圧力レギュレーター圧力レギュレーターつまみディフューザ一燃焼室

平坦面

炎孔

穴

点火プラグ

多孔性固体輻射交換体火炎面

加熱部

リード線

パイプ

ガス遮断ノレブボタン

スィッチ

断熱材シール

上流側熱交換部下流側熱交換部孔

孔

第 1集熱体第 2集熱体第 3集熱体液体主熱交ドレンタンクパイプ排気ダクト排熱孔a ベースb 突出

排気孔防風板吸気孔防風板第 1防風板第 2防風板着火用圧電子板パネリセット電磁石継鉄ノ^ネストッパー断熱層

Claims

請求の範囲

[1] LPGボンべを含むガス供給装置と、このガスで働くガス噴出ノズル及びベンチユリ一管とを備え、かつ始動のための混合比調整機構を有するガス'空気混合装置と、ここで発生した混合気を燃焼室内で火炎燃焼させるための燃焼器と、これを囲んで設置した集熱体と、熱駆動ポンプと、高温側を集熱体に低温側を熱駆動ポンプにそれぞれ接合させた熱電変換素子と、制御装置とからなり、前記燃焼器で発生した熱により加熱した液体を熱駆動ポンプにより液体回路を経て熱負荷に伝えると共に、熱電変換素子で発生した電力で制御装置を作動させることを特徴とする携帯式熱伝達装置。

[2] 燃焼室内での燃焼によって生じた燃焼排気の熱エネルギーを輻射エネルギーに一部変換するための多孔性固体輻射変換体を内蔵した火炎燃焼方式の燃焼器を用 V、ることを特徴とする請求項 1記載の携帯式熱伝達装置。

[3] 燃焼器を取り囲み、かつ燃焼器との間に空間を構成するように一以上の集熱体を設けたことを特徴とする請求項 1又は請求項 2記載の携帯式熱伝達装置。

[4] ガス'空気混合装置における吸気ダクトの吸気孔外方近傍位置に吸気孔防風板を設けると共に、燃焼部の下流に設けた排気ダストの排気孔外方近傍位置に排気孔防風板を設け、上記吸気孔及び排気孔は装置の同一方向で互いに離して設置されて Vヽることを特徴とする請求項 1な!ヽし請求項 3のヽずれかに記載の携帯式熱伝達装置。

[5] 上記排気ダクト内に、熱駆動ポンプにおける液体回路の一部を配設すると共に該部に熱交能を組込んだことを特徴とする請求項 4記載の携帯式熱伝達装置。

[6] 集熱体の温度をモニターし、必要時にガス供給装置に働きかけてガスを遮断する制御装置を設けたことを特徴とする請求項 1な、し請求項 5の、ずれかに記載の携帯式熱伝達装置。

[7] 上記制御装置を一時的に動かす電源を糸且込んだことを特徴とする請求項 1ないし請求項 6の、ずれかに記載の携帯式熱伝達装置。

[8] 上記制御装置により制御された燃焼の状態を表示する状態表示器を備えたことを特徴とする請求項 1な!ヽし請求項 7のヽずれかに記載の携帯式熱伝達装置。