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技術 可搬式発電装置

出願人 ダイニチ工業株式会社
発明者 佐藤浩之
出願日 2017年8月22日 (1年9ヶ月経過) 出願番号 2017-158962
公開日 2019年3月7日 (2ヶ月経過) 公開番号 2019-037105
状態 未査定
技術分野 特殊な電動機、発電機 熱電素子
主要キーワード 燃料口 ゼーベック素子 冷却風入口 立方体形 換気用吸気口 燃料希薄状態 冷却風出口 燃焼用空気供給ファン
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (7)

課題

小型かつ高出力な可搬式発電装置を提供すること。

解決手段

熱電発電モジュール3を用いて発電を行う発電ユニット6を備えた発電装置であって、外装ケース2には発電ユニット6に供給する空気を取り入れ吸気口10と、発電ユニット6からの排気が排出される排気口11とを対向させて配置した。これにより、発電装置内部における通風抵抗を低く抑えることができるため、送風機消費される電力を抑えられ、小型かつ高出力な発電装置となる。

概要

背景

従来、屋外災害時などに使用することのできる、持ち運び可能な可搬式電源として、熱エネルギー電気エネルギーに変換する熱電発電モジュールを用いた発電装置が提案されている。この発電装置に使用される熱電発電モジュールは、低温部と高温部との温度差により起電力を発生するものであって、温度差が大きいほど大きな起電力を得ることができる。そのため、発電装置には熱電発電モジュールの高温部を加熱する加熱源と、低温部を冷却する冷却部を備えている。

また、上述の発電装置においては、効率よく高温部を加熱するため、加熱源としてエネルギー密度の高い炭化水素燃料燃焼させるバーナが用いられる。バーナの例としては、触媒燃焼バーナ(特許文献1)や、有炎燃焼バーナ(特許文献2)などがあり、これにより熱電発電モジュールの高温部を効率よく加熱し、高い発電効率を得ることができる。

概要

小型かつ高出力な可搬式の発電装置を提供すること。熱電発電モジュール3を用いて発電を行う発電ユニット6を備えた発電装置であって、外装ケース2には発電ユニット6に供給する空気を取り入れ吸気口10と、発電ユニット6からの排気が排出される排気口11とを対向させて配置した。これにより、発電装置内部における通風抵抗を低く抑えることができるため、送風機消費される電力を抑えられ、小型かつ高出力な発電装置となる。

目的

本発明は、上記課題を解決するためのもので、小型かつ高出力な可搬式の発電装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

複数の側面を含んで構成される外装ケース内に、熱電発電モジュールと、前記熱電発電モジュールの高温側に設けられた燃焼部と、前記熱電発電モジュールの低温側に設けられた冷却部と、を含んで構成される発電ユニットを備え、前記外装ケースには、前記発電ユニットに供給する空気を取り入れ吸気口と、前記発電ユニットからの排気が排出される排気口が設けられており、前記吸気口と前記排気口は対向して配置されていることを特徴とする可搬式発電装置

請求項2

前記燃焼部に燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給ファンと、前記冷却部に送風する送風ファンと、を備えることを特徴とする請求項1記載の可搬式発電装置

請求項3

前記燃焼部と前記燃焼用空気供給ファンとが空気の流れ方向に直列に配置され、前記冷却部と前記送風ファンとが空気の流れ方向に直列に配置されていることを特徴とする請求項2記載の可搬式発電装置。

請求項4

前記燃焼用空気供給ファンにより取り込まれた空気が流通する第一通風路と、前記送風ファンにより取り込まれた空気が流通する第二通風路と、を備え、前記第一通風路および前記第二通風路は、前記吸気口と前記排気口を共有することを特徴とする請求項3記載の可搬式発電装置。

請求項5

前記燃焼用空気供給ファンと前記送風ファンは、空気の流れ方向に直列に配置されていることを特徴とする請求項4記載の可搬式発電装置。

請求項6

前記燃焼部から排出される燃焼排ガスと、前記冷却部を通過した空気とが混合される排気混合室を備えることを特徴とする請求項2〜5のいずれかに記載の可搬式発電装置。

請求項7

前記送風ファンは、上流側が前記排気混合室に接続され、下流側が前記排気口に接続されていることを特徴とする請求項6記載の可搬式発電装置。

請求項8

前記外装ケースの前記吸気口が設けられていない面に換気用吸気口を備え、前記燃焼用空気供給ファンは、前記吸気口から離れて設けられていることを特徴とする請求項7記載の可搬式発電装置。

請求項9

前記燃焼用空気供給ファンは遠心ファンであり、前記送風ファンは軸流ファンであることを特徴とする請求項2〜8のいずれかに記載の可搬式発電装置。

請求項10

前記燃焼部は、燃焼室内に渦流火炎を形成する渦流燃焼器であることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の可搬式発電装置。

技術分野

0001

本発明は、熱電発電モジュールを用いた可搬式発電装置に関するものである。

背景技術

0002

従来、屋外災害時などに使用することのできる、持ち運び可能な可搬式の電源として、熱エネルギー電気エネルギーに変換する熱電発電モジュールを用いた発電装置が提案されている。この発電装置に使用される熱電発電モジュールは、低温部と高温部との温度差により起電力を発生するものであって、温度差が大きいほど大きな起電力を得ることができる。そのため、発電装置には熱電発電モジュールの高温部を加熱する加熱源と、低温部を冷却する冷却部を備えている。

0003

また、上述の発電装置においては、効率よく高温部を加熱するため、加熱源としてエネルギー密度の高い炭化水素燃料燃焼させるバーナが用いられる。バーナの例としては、触媒燃焼バーナ(特許文献1)や、有炎燃焼バーナ(特許文献2)などがあり、これにより熱電発電モジュールの高温部を効率よく加熱し、高い発電効率を得ることができる。

先行技術

0004

特開平10−201269号公報
特開2004−129442号公報

発明が解決しようとする課題

0005

そして、さらに高い発電効率を得ようとすると、冷却効率の向上が次なる課題として挙げられる。しかしながら、冷却効率を上げるために冷却部を大きくすると、発電装置を小型に構成することが難しくなる。また、発電装置においては、熱電発電モジュールの出力から発電装置内部で消費される電力を差し引いた電力が外部に出力可能な電力となるため、冷却部へ送風する送風機風力を上げると消費電力が大きくなってしまい、外部への出力を上げることが難しくなってしまう。

0006

本発明は、上記課題を解決するためのもので、小型かつ高出力な可搬式の発電装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

本発明は、複数の側面を含んで構成される外装ケース内に、
熱電発電モジュールと、前記熱電発電モジュールの高温側に設けられた燃焼部と、前記熱電発電モジュールの低温側に設けられた冷却部と、を含んで構成される発電ユニットを備え、
前記外装ケースには、前記発電ユニットに供給する空気を取り入れ吸気口と、前記発電ユニットからの排気が排出される排気口が設けられており、
前記吸気口と前記排気口は対向して配置されていることを特徴とする可搬式発電装置である。

発明の効果

0008

上述のように構成することにより、小型かつ高出力な可搬式の発電装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

0009

本実施形態の発電装置の内部構成の一例を示す平面図である。
本実施形態の発電装置の一例を示す外観斜視図である。
本実施形態の発電装置の一例を示す外観斜視図である。
本実施形態の発電装置の一例を示す内部構成図である。
本実施形態の発電装置の一例を示す内部構成図である。
本発明の実施形態における渦流燃焼器の一例を示す構成図である。

0010

好適と考える本発明の実施形態を、本発明の作用効果を示して簡単に説明する。

0011

本発明は、熱電発電モジュールを用いて発電を行う発電ユニットを備えた発電装置であって、外装ケースには発電ユニットに供給する空気を取り入れる吸気口と、発電ユニットからの排気が排出される排気口とを対向させて配置した。これにより、吸気口から排気口に至る空気の流れは略直線状となり、発電装置内部における通風抵抗を低く抑えることができる。したがって、例えば、送風機により発電装置内部に空気を取り入れる構造の場合には、送風機で消費される電力を抑えられ、小型かつ高出力な発電装置となる。

0012

また、発電装置内に空気を取り入れる送風機として、熱電発電モジュールの高温部を加熱する燃焼部に燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給ファンと、低温部を冷却する冷却部に送風する送風ファンとを備えており、通風抵抗を抑えることで、送風能力の小さい送風機であっても発電装置内に必要な空気を取り入れることができるため、これら送風機における消費電力を小さくして、高出力な発電装置となる。

0013

また、燃焼部と燃焼用空気供給ファン、冷却部と送風ファンをそれぞれ空気の流れに対して直列に配置する。このように直列に配置することで、燃焼部および冷却部へ空気を供給する風路での通風抵抗をより小さく抑えることができるため、送風機で消費される電力を抑え、高出力な発電装置となる。

0014

また、燃焼用空気供給ファンにより取り込まれた空気が流通する風路と、送風ファンにより取り込まれた空気が流通する風路は、吸気口と排気口を共有するように構成することで、発電装置の構造を簡略化することができ、小型化を図ることができる。

0015

また、燃焼用空気供給ファンと送風ファンとを、空気の流れ方向に直列に配置することで、装置内部の通風路は吸気口から排気口を繋ぐ1本になるため、送風路が簡略化され、装置の小型化を図ることができる。また、燃焼用空気供給ファンと送風ファンにより発生する空気流は同一の気流となるため、通風抵抗をより効果的に抑制することができる。

0016

また、燃焼部から排出される燃焼排ガスと、冷却部を通過した空気とが混合される排気混合室を備えることで、排気口からの排気の温度を低下させることができるので、安全性にも優れた発電装置となる。

0017

また、送風ファンは、上流側を排気混合室に接続し、下流側を排気口に接続することで、排気混合室で混合された排気は、漏れなく送風ファンに吸い込まれて排気口から装置外に排出されることとなる。そのため、排気を装置内部に流入させることなく外部に排出させることができるため、発電装置内部の温度上昇を抑えることができ、信頼性に優れた発電装置となる。

0018

また、外装ケースの吸気口が設けられていない面に換気用吸気口を備え、さらに燃焼用空気供給ファンを吸気口から離れて設けることで、換気用吸気口から取り入れた空気を燃焼用空気供給ファンに取り込むことができる。つまり、装置内部に換気用吸気口から燃焼用空気供給ファンに至る空気流を発生させ、これにより、燃焼部の輻射熱により高温となった空気を、燃料用空気供給ファンを介して装置外に排出することができるため、装置内部の温度上昇が抑えられ、信頼性の高い発電装置となる。

0019

また、送風ファンは軸流ファンとすることで冷却部への通風量を多くして効率よく熱電発電モジュールの低温側を冷却し、高い発電効率を得ることができる。また、燃焼用空気供給ファンは消費電力の少ない遠心ファンとすることで、発生した電力を効率よく外部へ出力することができる。

0020

また、燃焼部には、小型で加熱効率の高い渦流燃焼器を用いることで、小型かつ高出力な発電装置を提供することができる。

0021

以下、本発明の具体的な実施例について図を用いて説明する。図1は本実施形態の発電装置の内部構成の一例を示す平面図である。図2および図3は本実施形態の発電装置の一例を示す外観斜視図であり、図2吸気口側から見た外観斜視図、図3排気口側から見た外観斜視図である。図4および図5は本実施形態の発電装置の一例を示す内部構成図であり、図4は吸気口側から見た内部構成図、図5は排気口側から見た内部構成図である。

0022

発電装置の本体1は、略箱状の外装ケース2内に、熱電発電モジュール3と、熱電発電モジュール3の高温側に設けられた燃焼部4と、熱電発電モジュール3の低温側に設けられた冷却部5と、からなる発電ユニット6と、燃焼部4に燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給ファン7と、冷却部5に送風する送風ファン8と、燃焼部4に燃料を供給する燃料供給部9と、電池部19と、を収納して構成されている。

0023

外装ケース2は、4つの側面2a、2b、2c、2dを備えて構成される。そして、側面2aには、本体1内に空気を取り入れるための吸気口10が設けられ、側面2aと対向する側面2bには、本体1内の空気を外部に排出するための排気口11が設けられており、吸気口10から取り入れられた空気は発電ユニット6に供給され、発電ユニット6からの排気は排気口11から排出される。なお、外装ケース2は、吸気口10と排気口11が対向して設けられていればよく、その形状は四角形状に限らない。また、吸気口10および排気口11は、複数の面に亘って設けられていてもよい。

0024

外装ケース2の上面2eには、燃焼部4での燃焼に用いられる燃料を本体1内に取り入れる燃料口12と、熱電発電モジュール3で発生した電力を外部へ供給する出力部13が設けられている。燃料口12は、配管によって燃料供給部9に接続されている。

0025

また、図1に示すように、吸気口10が設けられた側面2aから、排気口11が設けられた側面2bの間の空間において、燃焼用空気供給ファン7と、発電ユニット6と、送風ファン8とが、空気の流れ方向にこの順序で直列に配置されている。これにより、吸気口10から排気口11に至る空気の流れは略直線状となり、本体1内部の通風抵抗が小さく抑えられる。ここで、「直列に配置される」とは、各部品を結ぶ空気の流れが直線となるように配置されていることを指す。したがって、必ずしも各部品の中心軸が一直線上に配置されることを必要としない。

0026

熱電発電モジュール3は、ゼーベック効果を利用して熱起電力を発生するゼーベック素子半導体素子)を用いている。このようなゼーベック素子は、n型半導体p型半導体張り合わせて形成されており、加熱されると異種半導体境界間でキャリア移動が行われ、起電力を生じる。このとき、高温部と低温部の温度差が大きいほど生成される起電力は大きくなるため、燃焼部4の燃焼によって高温側を加熱し、冷却部5によって低温側を冷却することで温度差を発生させている。

0027

燃焼部4は、燃料供給部9から供給される燃料ガスと燃焼用空気供給ファン7から供給される燃焼用空気とを燃焼させ、熱電発電モジュール3の高温側を加熱する。燃料供給部9と燃焼用空気供給ファン7は分配部14と繋がっており(図4参照)、分配部14では燃料供給部9から供給される燃料ガスと、燃焼用空気供給ファン7から供給される空気を所定の割合で混合させて予混合ガスを生成し、予混合ガスが燃焼部4に供給されて燃焼する。なお、燃焼部4には種々の燃焼装置を用いることができるが、本実施例では図6に示す渦流燃焼器を用いて構成している。

0028

図6は、燃焼部4である渦流燃焼器の一例を示す概略構成図であり、内部の構成を透視した状態を示す。また、説明のために一部の構成には網掛けをしている。燃焼器本体20は、内部に筒状の燃焼室21と、燃焼室21の内面の接線方向に向けて燃料ガス、空気、または燃焼ガスと空気との予混合ガスを導入する導入部22と、燃焼室21を囲繞するように設けられた燃焼室外管24と、燃焼室21で発生した燃焼排ガスが流通する燃焼排ガス流路25を備えている。燃焼器本体20の表面には、燃焼排ガス流路25の下流端と連通し、燃焼排ガスを燃焼器本体20の外に排出する燃焼排ガス出口26が設けられている。

0029

燃焼器本体20は、大きさの異なる2つのパーツ、本体上部20aと本体下部20bを組み合わせて構成されており、導入部22は本体上部20aに設けられ、燃焼室外管24と燃焼排ガス流路25は本体下部20bに設けられている。

0030

導入部22は、燃焼室21の軸線方向に沿って複数段設けられている。分配部14で生成された予混合ガスは、この導入部22に供給される。本実施形態の導入部22は、旋回流の進行方向上流側の第一導入部221と、下流側の第二導入部222の二段が設けられた構成となっている。また、それぞれの導入部221、222には燃焼室21の周方向に沿って導入流路が複数設けられており、本実施形態では第一導入部221には二本の導入流路231a、231bが接続され、第二導入部222にも同じく二本の導入流路232a、232bが接続された構成となっており、この導入流路から燃焼室21の内面の接線方向に向けて燃料ガス、空気、または燃料ガスと空気との予混合ガスのいずれかの気体を流入させる。

0031

上流側の第一導入部221の導入流路231a、231bから燃焼室21の内面の接線方向に向けて導入された気体は、燃焼室21内に高速の旋回流を発生させ、旋回流は下流側の第二導入部222へ向かう。そして第二導入部222では、この旋回流と旋回方向が同じくなるように導入流路232a、232bから気体を導入し、旋回流と混合させる。

0032

上流側の第一導入部221と下流側の第二導入部222とでは、導入する気体に含まれる燃料ガスの割合が異なり、第一導入部221から導入される気体に含まれる燃料ガスの割合は、第二導入部222から導入される気体に含まれる燃料ガスの割合よりも多い。これにより、燃焼は旋回流の進行方向の上流側から段階的に行われるようになり、渦流火炎は下流に向かって広がる略円錐台形状となる。燃焼が段階的に行われることで、燃焼室21内部での急激な圧力の上昇を抑え、振動燃焼の発生を防止し燃焼騒音を低減することができる。

0033

燃焼室21の同一周上に配設された導入流路(第一導入部221の導入流路231aと231b、第二導入部222の導入流路232aと232b)からは燃料ガスの割合が同じ気体が導入されるようにすることができる。これにより、燃焼室21内に安定した火炎を形成することができるので、効果的に振動燃焼や火炎の脈動を抑制することができる。加えて、流量も同量とすることで、燃焼室21内で発生する旋回流に偏りが生じることなく火炎のバランスが安定するため、より効果的に振動燃焼や火炎の脈動を抑制することができる

0034

また、第一導入部221の導入流路231a、231bの管径より、第二導入部222の導入流路232a、232bの管径を大きいものとすることができる。第二導入部222から導入される気体は、この第一導入部221から導入された気体によって形成された旋回流に合流するため、第二導入部222から高速で気体を導入してしまうとすでに形成されている旋回流を乱してしまうおそれがある。そこで、流速を弱めるために、第二導入部222は第一導入部221よりも管径を大きくし、すでに形成されている旋回流を乱さないように第一導入部221から導入された気体と混合させる。これにより、安定した燃焼状態を維持することができる。

0035

燃焼室21内に渦流火炎が形成されると、燃焼によって高温の燃焼排ガスが発生する。燃焼により発生した燃焼排ガスは、燃焼室21の下流端で折り返して、燃焼室21と燃焼室外管24の間を流過し、燃焼排ガス流路25に流入する。燃焼排ガス流路25は、燃焼器本体20内を長手方向に向かって燃焼室21と平行に延びており、燃焼排ガスはこの燃焼排ガス流路25を通過する間に燃焼器本体20との熱交換により燃焼器本体20を加熱する。また、燃焼器本体20は、燃焼室21に形成される渦流火炎によっても加熱される。燃焼排ガス流路25を流過した燃焼排ガスは、燃焼排ガス出口26から燃焼器本体20の外に排出される。

0036

このように、燃焼器本体20は、渦流火炎と燃焼排ガスによって加熱されるので、放熱による熱の損失が抑えられ、燃焼器本体20を高温に保つことができる。それゆえ本実施形態の渦流燃焼器1は、小型かつ高効率の熱源として利用することができる。

0037

また、燃焼器本体20は、燃焼により発生した熱を、熱電発電モジュール3に伝達するため、熱伝導率の高い金属部材(例えば、アルミニウムアルミニウム合金等)で構成され、熱電発電モジュール3はこの燃焼器本体20の外周面に密接して設けられる。なお、燃焼器本体20の形状は、略直方体形状に限らず、立方体形状であってもよいし、円筒形状であってもよい。また、本実施例では、熱電発電モジュール3は、燃焼器本体20の外周面のうち、最も面積の大きい2面に配置しているが、熱電発電モジュール3の数や配置はこれに限らない。さらにはその形状も燃焼器本体20と密接させることができるものであればよく、平板状に限らない。

0038

燃料供給部9は、分配部14を介して燃焼部4に可燃性の燃料ガスを供給するものであって、圧縮された液化ガスが収容されたガスボンベ等が燃料口12を介して接続される。なお、燃料口12は、本実施例のように外装ケース2外のガスボンベと接続するようにしてもよいし、外装ケース2内にガスボンベを収容して構成してもよい。

0039

燃焼用空気供給ファン7は、分配部14を介して燃焼部4に燃焼用の空気を供給する。特に、本実施形態において燃焼部4として用いている渦流燃焼器は、内部の圧力損失が大きいため、燃料ガスが噴出する際に発生するエゼクタ効果だけでは燃焼に必要な空気を供給することが難しい。また、燃焼室21内に高速の旋回流を発生させるためには送風機による空気の供給が不可欠となる。そのため、本実施形態の発電装置には、燃焼用空気供給ファン7が設けられており、分配部14を介して燃焼部4に強制的に空気を供給する。

0040

燃焼部4と燃焼用空気供給ファン7は、空気の流れ方向に直列に配置されており、吸気口10から排気口11に至る風路(第一通風路15:図中黒矢印)が形成されている。このように、燃焼部4と燃焼用空気供給ファン7とを直列に配置することで、第一通風路15における通風抵抗を小さく抑えることができる。

0041

また、燃焼用空気供給ファン7としては、遠心式ファンを用いることができる。遠心ファンは高い静圧下でも作動できるので、内部の圧力損失の大きい渦流燃焼器に燃焼用空気を供給するのに適している。さらに、遠心ファンの中でもターボファンは風量も比較的多いため、少ない消費電力で安定して燃焼用空気を供給することができる。

0042

冷却部5は、熱電発電モジュール3の低温側に設けられ、送風ファン8の回転により外装ケース2内に取り入れた空気を通過させることで、熱電発電モジュール3から熱を奪い冷却する。具体的には、冷却部5は、外郭を構成するケース50の内部に長手方向に沿って立設する複数のフィン51を備え、フィン51の一端側が冷却風入口52、フィン51の他端側が冷却風出口53となる。冷却風入口52から冷却部5に取り入れられた空気は、これら複数枚のフィン51の間を通過することでフィン51から熱を奪い、熱電発電モジュール3を効率よく冷却する。フィン51を通過した後の空気は冷却風出口53から排出される。

0043

冷却部5と送風ファン8は、空気の流れ方向に直列に配置されており、吸気口10から排気口11に至る風路(第二通風路16:図中白矢印)が形成されている。このように、冷却部5と送風ファン8とを直列に配置することで、第二通風路16における通風抵抗を小さく抑えることができる。

0044

また、送風ファン8としては、軸流式のファンを用いることができる。軸流ファンは他の方式のファンと比較して風量が多く、多量の空気を取り入れることができるため冷却部5の通風量を多くして高い冷却効果を得ることができる。なお、一般に軸流ファンは高い静圧下での使用には向いていないが、冷却部5と送風ファン8を直列に配置することで通風抵抗が小さく抑えられるため、軸流ファンの使用に適した環境とすることができる。

0045

さらに本実施形態では、燃焼用空気供給ファン7と送風ファン8とが、空気の流れ方向に直列に配置されている。これにより、第一通風路15と第二通風路16とでは、内部を流れる空気流が同じ方向となり、複数の空気流が同じ方向に流れることで、通風路間での空気流の衝突を抑制し、通風抵抗がより低減されることとなる。

0046

そして、第一通風路15と第二通風路16は、吸気と排気の方向が同じになるため、第一通風路15と第二通風路16とで外装ケース2に設けられた吸気口10と排気口11とを共有するように構成することができる。つまり、吸気口10から流入した空気は、第一通風路15と第二通風路16へ供給され、排気口11からは第一通風路15と第二通風路16を通過した空気が排出される。これにより、発電装置の構造を簡略化することができ、小型化を図ることができる。

0047

冷却部5を構成するケース50の下流端には、送風ファン8の吸込口側8aに向かって流路部材が延設された排気混合室17が設けられており、冷却部5を通過した空気は冷却風出口53から排気混合室17に流入する。また、この排気混合室17には燃焼部4も接続されており、燃焼部4から排出される高温の燃焼排ガスはこの排気混合室17に流入する。燃焼排ガスは、排気混合室17にて冷却部5を通過した空気と混合されることで温度が低下され、排気口11から本体外に排出される。これにより、排気口11からの排気の温度を低下させることができるので、誤って排気口11付近に手を触れたとしても火傷等のおそれがなく、安全に使用することができる。

0048

送風ファン8は、上流側(吸込側8a)が排気混合室17と接続し、下流側(排出側8b)が排気口11と接続されている。そのため、排気混合室17で混合された排気は、漏れなく送風ファン8に吸い込まれて排気口11から本体1外に排出されることとなる。つまり、燃焼部4からの排気を本体1の内部に流入させることなく外部に排出させることができるため、本体1内部の温度上昇が抑えられる。

0049

さらに、外装ケース2には、吸気口10とは別に換気用吸気口18を設けることができる(図3参照)。換気用吸気口18は外装ケース2のうち、吸気口10が設けられていない面に設けられ、本実施形態においては側面2bに設けられている。燃焼用空気供給ファン7および送風ファン8の回転により、換気用吸気口18からも本体1内部に空気が取り入れられる。なお、換気用吸気口18は、側面2cまたは2dに設けてもよいし、側面2a以外の複数の面に設けるようにしてもよい。

0050

発電運転を開始すると、燃焼部4からの輻射熱によって本体1内部の空気が加熱されて温度が上昇する。換気用吸気口18を設けていないと、輻射熱により温度の上昇した空気が本体1内部に滞留し、温度上昇によって内部部品の性能を低下させたり、劣化させてしまうおそれがある。そこで、換気用吸気口18を設けることで、換気用吸気口18から取り入れられた空気は、冷却部5の周囲を通って、一部は燃焼用空気供給ファン7に取り入れられて燃焼に利用され、また一部は冷却部5に流入して、最終的には本体1外に排出される。このように、本体1内部に空気の流れを作り、高温となった空気を本体1外に排出することができるため、本体1内部の温度上昇が抑えられる。

0051

また、換気用吸気口18は、吸気口10から離れた位置に設けることで、換気の効果を高めることができる。加えて、燃焼用空気供給ファン7を吸気口10から離して設けることで、換気用吸気口18から取り入れた空気を効率よく燃焼用空気供給ファン7に取り込むことができる。つまり、本体1内部に換気用吸気口18から燃焼用空気供給ファン7に至る空気流を発生させて、これにより、本体1内部の温度上昇が抑えられ、信頼性の高い発電装置となる。

0052

電池部19は、熱電発電モジュール3が発電を開始するまでの間、電力を必要とする送風ファン8、燃料供給部9および燃焼用空気供給ファン7に電力を供給して駆動させる。電池部19は乾電池等の一次電池リチウムイオン電池等の二次電池のいずれでもよいが、二次電池とすることで熱電発電モジュール3が発電を開始した際には、熱電発電モジュール3からの出力によって消費した分の電力を充電することができる。

0053

次に、上述の構成における発電装置の動作について説明する。この発電装置では、発電開始の指示があると、まず渦流燃焼器(燃焼部4)での燃焼を行わせるため、燃料ガスと燃焼用空気の供給を開始する。燃料ガスと燃焼用空気を供給するためには、燃料供給部9(電磁弁)を開き、燃焼用空気供給ファン7を駆動させなければならないが、まだ熱電発電モジュール3は発電を開始していない。そのため、送風ファン8、燃料供給部9および燃焼用空気供給ファン7は、電池部19から電力が供給されて駆動される。

0054

燃料供給部9から供給される燃料ガスと、燃焼用空気供給ファン7から供給される燃焼用空気は、分配部14を通って渦流燃焼器の導入部22に供給される。導入部22は燃焼室21の軸線方向に沿って複数段設けられており、上流側と下流側の導入部22からは燃料ガスの割合が異なる気体を燃焼室21に導入する。そのため、分配部14では燃料ガスと空気とを必要に応じて所定の割合で混合し導入部22に供給する。分配部14から供給された気体は、燃焼室21内の接線方向に導入されることで高速の旋回流となり、点火装置によって点火することで燃焼室21に渦流火炎が形成される。

0055

ここで、点火時には、理論空気比に対して燃料過濃状態となるよう燃焼用空気供給ファン7から供給される空気量が制御される。これにより、着火精度が向上し、着火ミスを防止することができる。

0056

また、燃焼が開始されると、理論空気比に対して燃料希薄状態となるよう燃焼用空気供給ファン7から供給される空気量が変更される。これにより、燃焼排ガス中に含まれる一酸化炭素濃度を低減することができる。燃焼中は、燃料ガスの濃度が一定に保たれるよう燃焼用空気が供給されて安定燃焼を継続する。

0057

渦流燃焼器では、火炎は燃焼室21内にのみ存在するため、燃焼器本体20を小型に構成することができる。これにより発電装置の本体1を小型に構成することができる。さらには、渦流火炎の高速な周方向回転速度によって火炎の熱が燃焼室21を介して燃焼器本体20全体に素早く熱伝達されるため、熱電発電モジュール3が均等に加熱されるので、高い発電効率を得ることができる。

0058

燃焼器本体20の熱が熱電発電モジュール3に伝達され、熱電発電モジュール3の高温側が加熱されると、低温側との温度差によって起電力が発生し発電開始となる。また、送風ファン8の駆動により、外装ケース2内に取り入れられた空気が冷却部5に流入する。冷却部5に流入した空気は、熱電発電モジュール3の低温側を冷却し、外装ケース2に設けられた排気口11より排出される。これにより、熱電発電モジュール3の低温側と高温側の温度差が大きくなり、熱電発電モジュール3の出力が上昇する。

0059

また、冷却部5を通過した空気は、冷却風出口53から排気混合室17に流入し、排気混合室17で燃焼部4から排出された高温の燃焼排ガスと混合される。これにより、排気口11から排出される排気の温度が低下するので、誤って排気口11に手を触れたとしても火傷等のおそれがなく、安全に使用することができる。

0060

そして、熱電発電モジュール3の出力が安定し所定値以上となると、送風ファン8、燃料供給部9および燃焼用空気供給ファン7の駆動源がこれまでの電池部19から熱電発電モジュール3の出力に切り替えられる。さらには発電装置の駆動に必要な電力を差し引いた余剰の電力が出力部13へ供給される。

0061

本実施形態の構成によれば、本体1内の通風抵抗を小さく抑えられるため、送風能力の大きい送風機を用いなくても発電装置内に必要な空気を取り入れることができる。したがって、燃焼用空気供給ファン7や送風ファン8で消費される電力を抑制し、発電装置の駆動に必要な電力を抑えることとなる。これにより、出力部13へ供給される電力が大きくなるため、発電効率の高い発電装置となる。

0062

また、通風抵抗の減少は、本体1内における送風経路の最適化および簡略化により実現されたものである。つまり、本体1内の部品配置に無駄なスペースがなくなるとともに、通風路が単純な構成となるため、発電装置を小型にすることができる。

実施例

0063

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、改良等が可能である。

0064

2外装ケース
3熱電発電モジュール
4燃焼部
5 冷却部
6発電ユニット
7燃焼用空気供給ファン
8送風ファン
10吸気口
11排気口
15 第一通風路
16 第二通風路
17排気混合室
18換気用吸気口
21 燃焼室

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