(57)【要約】【課題】冷凍空調装置における排熱を熱電変換素子により電気に変換して発電する装置において、より発電効率を高めることを課題とする。【解決手段】冷却プレート上に複数の熱電変換素子を載置し、前記冷却プレートと前記熱電変換素子とを熱的および機械的に結合して熱電変換スタックを構成し、この熱電変換スタックを、前記冷却プレート上の熱電変換素子が冷凍空調装置の凝縮器の内部を通流する冷媒と接触するように前記凝縮器に取り付ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器を閉ループに接続して冷凍回路を構成した冷凍空調装置において、冷却プレート上に複数の熱電変換素子を載置し、前記冷却プレートと前記熱電変換素子とを熱的および機械的に結合して熱電変換スタックを構成し、この熱電変換スタックを、前記冷却プレート上の熱電変換素子が前記冷凍空調装置の凝縮器の内部を通流する冷媒と接触するように前記凝縮器に取り付けたことを特徴とする熱電発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の熱電発電装置においては、前記冷凍空調装置の蒸発器を冷却対象となる発熱を伴う機器の内部に設置したことを特徴とする熱電発電装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の熱電発電装置において、前記冷却プレートは、内部に冷却水を通流するための流通路を備えることを特徴とする熱電発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，冷凍空調装置の排熱を利用して発電を行う、熱電発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍空調装置は、家庭から産業分野まで幅広い用途で使用されており、国内の全エネルギー消費に占める割合も約２５％と極めて高い。
【０００３】
図４は従来の冷凍空調システムの構成例であり、このシステムは、建屋１の室内に設置された運転に伴い発熱する複数の機器２の過熱を防止するために、室内温度を所定の設定温度以下に調整するものである。建屋１の室外に設置された圧縮機１１、凝縮器１２、膨張弁１３と、室内に設置された複数の蒸発器１４から構成された冷凍空調装置１０により室内温度を調整する。
【０００４】
このような冷凍空調装置１０の消費電力を抑制するために、従来から冷凍空調装置１０を構成する圧縮機１１の駆動電動機のインバータ制御や、凝縮器１２および蒸発器１４の熱交換性能向上を図るなどして冷凍空調装置の自身の効率向上が進められている。
【０００５】
また、一方では、図５に示すように、冷凍空調装置１の圧縮機１１、凝縮器１２、膨張弁１３および送風機１６を納めた室外機のハウジング１９内に熱電変換ユニット２０を設置し、この熱電変換ユニットで凝縮器１２から排出される排熱により発電し、この排熱を電気に変換して回収することにより冷凍空調装置の効率向上を図ることが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２０２１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記の冷凍空調装置における排熱温度は、一般的には５０℃から１００℃レベルであり、温水利用などの用途に限られているのが現状である。温水利用については利用対象や利用時間の整合を図るため、輸送手段や蓄熱設備が必要となり、実用性に課題がある。
【０００８】
このため、図５に示す冷凍空調装置のようにその排熱を熱電変換素子により電気に変換して発電するようにすると、このような課題は解決できる。しかし、基本的に低温度差では熱電変換素子の変換効率が低いため、排熱源と熱電変換素子間の熱交換効率を高くし、発電効率を向上させる必要がある。
【０００９】
しかし、前記した従来の冷凍空調装置のような構成では、凝縮器１２から排出される排熱が、ここで熱交換された冷却空気を介して熱電変換素子２０に伝達されるため、排熱源の凝縮器１２と熱電変換素子２０との間の熱変換効率が低くなり、発電効率を高めるという課題を解決できない。
【００１０】
そこで、この発明は、冷凍空調装置における排熱を熱電変換素子により電気に変換して発電する装置において、より発電効率を高めることを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような課題を解決するために、この発明は、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器を閉ループに接続して冷凍回路を構成した冷凍空調装置において、冷却プレート上に複数の熱電変換素子を載置し、前記冷却プレートと前記熱電変換素子とを熱的および機械的に結合して熱電変換スタックを構成し、この熱電変換スタックを、前記冷却プレート上の熱電変換素子が前記冷凍空調装置の凝縮器の内部を通流する冷媒と接触するように前記凝縮器に取り付けたことを特徴とするものである。
【００１２】
この発明においては、前記冷凍空調装置の蒸発器を冷却対象となる発熱を伴う機器の内部に設置するようにするのがよい。
【００１３】
また、前記冷却プレートは、内部に冷却水を通流するための流通路を設けることができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、熱電変換スタックを、少なくともその熱電変換素子が前記冷凍空調装置の凝縮器の内部を通流する冷媒と接触するように凝縮器に取り付けることにより、排熱源である凝縮器の内部において高温の冷媒と熱電変換素子との間で直接的に熱交換することができると共に、熱電変換素子が配置される凝縮器内部が飽和蒸気空間となることにより凝縮器内部の温度を均一にすることができるため、熱電変換素子による発電効率を向上することができる。
【００１５】
また、冷凍空調装置の蒸発器を発熱を伴う機器に直接取り付けてこの機器を冷却するため、発熱を伴う機器の設置された建屋の室内を冷却するようにしている従来の冷凍空調装置に比べて蒸発器の熱交換温度差を低減できることにより、必要となる冷媒の蒸発温度を高く設定できるため、これに連動して凝縮温度を上昇させて、熱電変換素子の高温部温度を高くできる。これにより、冷凍空調装置の効率を低下させることなく熱電変換素子に高温部と低温部に加わる温度差を大きくすることができ、熱電変換効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の第１の実施例を示す概念的構成図。
【図２】この発明に使用する熱電変換スタックの一部を拡大して示す斜視図。
【図３】この発明の大の実施例を示す概念的構成図。
【図４】従来の冷凍空調装置を示す疑念的構成図。
【図５】従来の冷凍空調装置における熱電変換発電装置を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、この発明の実施の形態を図に示す実施例について説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、この発明の第１の実施例を示す冷凍空調装置の概念的構成図である。
【００１９】
図１において、１０は冷凍空調装置であり、冷媒ガスを加圧圧縮する圧縮機１１と、この圧縮機１１で圧縮された冷媒ガスの熱を放熱して冷媒ガスを凝縮して液化する凝縮器１２と、この凝縮器１２で凝縮され液化された冷媒を膨張させる膨張弁１３と、この膨張弁１３で膨張された液状の冷媒を蒸発して吸熱(冷却)する蒸発器１４とを閉ループに接続して構成した冷凍回路を備えている。２０は凝縮器１２内に配設された熱電変換スタックである。
【００２０】
この熱電変換スタック２０の構成の詳細を図２に示す。熱電変換スタック２０は、内部に冷却水の通流路２９を備えた中空の高熱伝導性金属材製の冷却プレート２８を備え、その対向する両面にそれぞれ複数の熱電変換素子２１が配置されている。複数の熱電変換素子２１は、接続電極板２２および２３を介して直列に接続され、低温端となる接続電極板２３側が冷却プレート２８にセラミック等で構成された熱伝導性の電気絶縁材２４を介して固着され、熱電変換素子２１と熱的および機械的に冷却プレート２８とが一体的に結合された熱電変換スタック２０が構成される。冷却水通流路２９には矢印で示すように一方方向に冷却水が通流され冷却プレート２８を介して熱電変換素子２１の低温端が冷却される。
【００２１】
このように構成された熱電変換スタック２０を、複数個並列に並べて、凝縮器１２内に配設し、それぞれの冷却プレート２８を凝縮器１２の外部から引き込まれた冷却水供給管３１および排出管３２とに連通結合する。これにより、各熱電変換スタック２０の冷却プレート２８の内部の冷却水通流路内に図１に矢印で示すように冷却水が通流される。
【００２２】
このように冷却プレート２８は、内部に形成された通流路２８に通流される冷却水２９により冷却されるので、その両面に複数結合されて熱電変換素子２１の低温端側を冷却し、低温に保持する。
【００２３】
冷凍空調装置１０は、冷凍回路を循環される冷媒が、膨張弁１３によって膨張されて蒸発器１４で蒸発されることにより蒸発器１４が低圧・低温部となり、また圧縮機１１で圧縮された冷媒の供給される凝縮器１２が高圧・高温部となり、蒸発器１４が熱を吸収し蒸発器１４の配設された室内等を冷却し、蒸発器１４で吸収した熱を凝縮器１２から外部へ放出する。
【００２４】
一般に、蒸発器１４の内部は５〜１０℃レベル、凝縮器１２の内部は５０〜１００℃レベルの温度となる。このため、凝縮器１２の内部の熱電変換スタック２０の各熱電変換素子２１は冷却プレート２８を通流する冷却水３３（２０℃レベル）との温度差（３０〜８０Ｋ）により発電を行う。
【００２５】
各熱電変換素子２１は冷却プレート２８により冷却されているので、圧縮機５から供給される高温の気体状の冷媒が各熱電素子の表面と直接接触して凝縮され、液化して熱電変換スタック２０の下部に滴下する。凝縮した液状の冷媒は、膨張弁７を介して蒸発器６で気化し再び圧縮機５に吸引される。
【００２６】
以上の動作により、凝縮器１２内において排熱源である高温の気体状の冷媒が熱電変換素子と直接接触することにより、冷媒と熱電変換素子との熱交換効率が高まると共に、熱電素子が設置される凝縮器内部は飽和蒸気空間であるため温度の均一化が図られるため、装置全体での熱電変換による発電効率が向上する。
【００２７】
ここでは、冷却プレート２８により複数の熱電変換素子２１を一体的に支持してなる熱電変換スタック２０の全体を、冷凍空調装置１０の凝縮器１２を内部に挿入配置した構成を示しているが、排熱の回収を行うのは熱電変換素子２１であるので、この熱電変換素子２１だけを凝縮器１４内に挿入して冷媒と接触するようにし、冷却プレート２８は、凝縮器１４の外郭の外側に出すように構成することもできる。
【実施例２】
【００２８】
この発明の第２の実施例の構成を図３に示す。
【００２９】
図３の実施例２の装置においては、冷凍空調装置１０の構成は前記実施例１における冷凍空調装置と同じである。ここでは、冷凍空調装置１０の蒸発器１４を建屋１の室内に置かれた冷却対象の発熱を伴う機器２の内部に設置している。
【００３０】
これにより冷凍空調装置１０の蒸発器１４により機器２を直接冷却することができるため、図４に示した従来の冷凍空調装置に比して、蒸発器１４と機器２との間に空気による対流熱伝達を介在させることなく熱交換が可能となることにより、蒸発器１４と機器２と間の温度差を大幅に低減することができる。
【００３１】
これにより、蒸発器１４における冷媒の蒸発温度を高く設定できるため、これに連動して凝縮器１２における凝縮温度が上昇し、熱電変換素子２１の高温端側の温度を高くできる。これにより、冷凍空調装置の効率を低下させることなく熱電変換素子に高温部と低温部に加わる温度差を大きくすることができるようになるため、熱電変換効率を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
この発明は、冷凍空調装置において凝縮器から外部へ廃棄されていた熱を熱電反素子により効率よく電気として回収できるので、冷凍空調装置の運転効率向上に効果がある。
【符号の説明】
【００３３】
１０：冷凍空調装置
１１：圧縮機
１２：凝縮器
１３：膨張弁
１４：蒸発器
２０：熱電変換スタック
２１：熱電変換素子
２８：冷却プレート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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