(57)【要約】      （修正有）【課題】省エネルギーならびに省資源を図りつつ、高効率な熱電変換発電の冷却装置。【解決手段】水が有する潜熱を冷却過程に利用することによって、少ない水量で大きな冷却効果を得ることができることを利用して、冷却板に光触媒を塗布し、それに紫外線を照射することによって塗布面に親水性を付与して、冷却面に一様な水の薄膜を形成し、水膜の蒸発現象を促進し、全体面積にわたる効率よい冷却効果を得る。水の供給はタンクからの自然水頭によって行い、外部動力を必要としない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却面に水の給水パイプ口を備え、上方にある水タンクから自然水頭給水によって、給水パイプに設けた小孔を経て、冷却面に直接に冷却水が供給され、冷却面には酸化チタン成分等の光触媒を塗布して、発光ダイオード（ＬＥＤ）の紫外線照射によって塗布表面に親水性を持たせ、給水パイプから流れた冷却水が、容易に水膜として冷却面全体に一様な水膜を形成する熱電変換発電の冷却装置。
【請求項２】
前記冷却構造の冷却面に設けるパイプは、冷却面の面積に応じて、適当間隔で取り付け、パイプの根元に設けたバルブによって、蒸発に必要な水を過不足なく供給できるように調節し、冷却面には温度センサー或いは水膜センサーを設け、そこからの電気信号によって水膜が常に存在するようにバルブの開閉を調節する請求項１記載の熱電変換発電の冷却装置。
【請求項３】
前記冷却構造の冷却面には、パイプから供給された水が、冷却面から離脱して、落下することがないように、水の透過性、および水の貯蔵能力が大きい不織布を冷却面から適当な隙間を設けて取り付け、さらにこの不織布を冷却面からの適切な距離を維持させて支持する金網状のネットを取り付ける。これらの不織布ならびにそれの支持のためのネット構造を持つ請求項１記載の熱電変換発電の冷却装置。
【請求項４】
前記冷却構造の冷却面の上部に、蒸発した水蒸気を受け、冷却し、凝縮・復水させるための、裏面にフィン構造を持つ凝縮板を水平から傾斜して取り付け、さらに下方に自然落下する凝縮水を受ける回収タンクを持つ。一方冷却面下端には、蒸発せずに流下してくる冷却水を受ける樋を設け、そこからパイプで凝縮水を受ける回収タンクへとつなぐ。以上の構造を持つ請求項１記載の熱電変換発電の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、熱を直接電気に変換する熱電変換発電の冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来の熱電変換発電装置の放熱様式は、放熱部に流す冷却水或いは冷却空気の温度上昇によって冷却する顕熱交換を主体としたもので、冷却媒体の状態変化に伴う潜熱を利用したものではない。（例えば、特許文献１参照）【０００３】  潜熱を利用して、少ない冷媒で冷却を効率的に行うためには、冷却面を冷媒の薄い膜で覆うことが有効であるが、全体を覆うための、積極的な手段はない。【０００４】  冷媒を無駄なく利用するための、冷却面からの水滴の落下、離脱を防ぐ手段がない。【０００５】  冷却面全体に均等に冷却水を広く行き渡らせる分配供給の手段がない。【０００６】  非循環型の冷却水を用いる場合に、冷却後の水資源を無駄に廃棄することになる。【０００７】  水冷或いは空冷の場合、いずれも冷媒循環のためにポンプ或いはファンの外部動力を用いている。【０００８】  以下図４により従来の構造について説明する。図４で熱電変換モジュール２４は熱源となる媒体２２の容器の壁面、或いは放射熱の場合はそれを受ける壁面から成る集熱板２３、および水等の冷却媒体が流れるジャケット２６の双方に挟まれて取り付けられる。【０００９】  ジャケット２６には管２７を通してポンプ２８の動力を使って、冷却水が強制的に送られて、冷媒の温度変化によって冷却される。冷却後は、出口２５から外に排出され、再利用はない。【０００１０】  空冷の場合にはジャケット２６およびポンプ２８に替わって、フィン付きの冷却板および送風ファンが設けられる。
【特許文献１】  特開２００４−３５０４７９号公報
【特許文献２】  特開２００５−２０４４４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００１１】  しかしながら、冷媒の温度変化の顕熱のみによる冷却能力は比較的小さく、これを大きく確保しようとすれば、勢い冷媒の流量を増やすことが必要になり、装置の大型化、および循環のための動力増加が避けられない。【０００１２】  潜熱利用による水冷とした場合に、冷却面が平面で、且つ広い面積であるために、全体に均一な冷却効果を持たせようとすると、部分的な数条の水流或いは、部分的な水滴の分布ではなく、水膜の均一な広がりが必要である。【０００１３】  最適な水膜分布、即ち場所による濃淡の少ない水膜厚さを確保するには、一定面積ごとの給水量の調整が必要になる。【０００１４】  冷却面が一定の角度を持って斜め下向きの場合、給水が冷却面から離脱して落下せずに、冷却面に沿って流れ、全水量が有効に冷却に寄与するためには、貯水能力と水の浸透性を持った適当な押さえが必要になってくる。【０００１５】  冷却面で蒸発した水蒸気を、省資源の観点から、再利用するためには、何らかの形で蒸気の回収が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００１６】  以上の課題を解決するために、請求項目１にかかわる発明では、冷却能力を増すために、水の蒸発潜熱を利用する。しかしながら、単に水を流すだけでは、数条の集中水流となって流れるだけで、全体の冷却効果は得られない。そこで冷却面に光触媒を塗布し、さらに適当に設置された発光ダイオード（ＬＥＤ）の紫外線を照射することによって冷却面に親水性を持たせ、局所的に与えた水が接触角の減少によって、水膜となって広い面積に広がることを促す。これによって、給水量のロスを防ぎ、広い面積に対して一様に蒸発熱による冷却効果の発揮が可能となる。同時に給水を自然水頭による流れで行うために、外部動力が不要である。【０００１７】  請求項目２にかかわる発明では、冷却面の温度或いは水膜の存在を検知して、広い冷却面積に対して、給水が過不足なく行われて、水膜の蒸発が一様になされるように、給水パイプに設けたバルブによって水の供給量を調節することが可能となる。また給水タンクの水位によって変化する給水圧力の変化に対しても、自動的にバルブの開度調整がなされて、水膜の維持が可能となる。【０００１８】  請求項目３にかかわる発明では、冷却面が垂直に対して、斜め下向きの角度にある場合、供給された冷却水が、冷却面から離脱して落下することなく、有効に冷却に寄与するように、多目の給水は一旦不織布に給水されて、下方に流れていく、その間に不織布から冷却面に必要に応じて水の供給がなされ、無駄なく冷却に消費されることになる。不織布は適当な隙間を持って冷却面に取り付けられるために、自由な水の流れが確保される。不織布自体の位置保持は外側のネットによってなされる。【０００１９】  請求項目４にかかわる発明では、冷却面で蒸発した水蒸気は、上部に設けた冷却フィン付きの凝縮板によって捕捉・冷却され、凝縮して水滴となり、凝縮板の下端から、下に設けた回収タンクに貯蔵される。さらに冷却面で蒸発せずに流下した水は回収タンクに流れる。これにより、冷却水の多くを回収し、無駄に水を捨てることがない。フィンは凝縮板の裏面に取り付けるために凝縮水は凝縮板の下端に集まり、集中的に凝縮水の回収が可能である。【０００２０】  本発明は、このように従来の構成が有していた問題を解決し、或いは有していなかった機能を追加し、冷却面からの効率的な放熱手段によって、熱電変換発電の効率向上と省エネルギーならびに省資源化を実現することを目的とするものである。
【発明の効果】
【０００２１】  請求項目１にかかわる発明では、タンクから自然水頭によって流れ、給水パイプの開孔から１条の流れとして供給された冷却水が、親水性を有する光触媒を塗布した冷却面で接触角が小さくなって、縦横方向に一様に広がり、冷却面を薄い水膜によって覆うことによって、最小の水量で水膜蒸発に伴う潜熱を利用した冷却が可能となって冷却効率の向上と、冷却面の一様な冷却が可能となる。またこれを無動力の元に行うことができる。【０００２２】  請求項目２にかかわる発明では、熱電変換モジュールからの放熱量の変動、或いは給水タンクの水位変化に対応して、自動的に必要な給水量を供給しながら、冷却面全体を水膜によって覆うことが可能となり、部分的な水膜欠如による冷却不足が生じることがない。同時に省人化につながる。【０００２３】  請求項目３にかかわる発明では、冷却面の傾きが垂直に近い場合、或いは冷却面が下方を向いている場合に、給水パイプから流れた水は冷却面を流れずに、離脱して自然落下の恐れがあるが、不織布の吸水性によって一旦受け止められ、落下を防ぐ。同時に不織布の水に対する高い通水性によって、冷却水を縦横方向に拡散せしめ、冷却面への広い水分布を可能とする。また不織布を支持するネットは水を含んだ不織布と冷却面とを適切な間隔で維持し、不織布の水浸透効果を維持する。【０００２４】  請求項目４にかかわる発明では、冷却面で蒸発した水蒸気、および冷却面で蒸発せずに残った水を、前者は凝縮板で凝縮させて水滴とし、後者はそのまま流下させてタンクに回収することによって冷却水の無駄を少なくしてく、有効に再利用することが可能となる。
【発明を実施するための形態】
【０００２５】  以下、本発明の実施形態を、図１〜図３に基づいて説明する。
【０００２６】  図１は、本実施形態による熱電変換発電の冷却装置の全体構成を概念的に示す横断面図である。ここでは熱電変換モジュール１は４個の場合を示すが、多数個を取り付ける場合には、同様の構造を複数個並べることで可能である。
【０００２７】  熱電変換モジュール１は、集熱板２および冷却板３によって挟まれて取り付けられる。
【０００２８】  冷却板３の冷却面４には光触媒が塗布される。同じ面側に給水パイプ５、不織布６、不織布を支えるネット７が設けられ、冷却板３の下端には水受けの樋８が取り付けられる。
【０００２９】  冷却面４の光触媒面には紫外線の照射を行うための発光ダイオード（ＬＥＤ）２０を設ける。
【０００３０】  不織布６と冷却板３との距離は冷却面４上の水膜の形成と、下方への水の流れに重要な役割を持っており、空間の必要な大きさを、ネット７を取り付ける時の張力調整によって確保する。
【０００３１】  給水パイプ５には温度センサー、或いは水膜センサー９からの信号によって開度を調節する調節弁１０が設けられて、冷却面の温度或いは水膜の有無によって水量が調整される。給水パイプ５は水タンク１１に繋がっている。
【０００３２】  給水パイプ５によって冷却板３に流れた水は冷却面４および不織布６に流れ、冷却面の水はそのまま水膜１２を形成して、冷却面４に広がる。不織布６に流れ貯蔵された水１３は、不織布６内を浸透して４方に広がり、冷却面４に接触した部分から、再度冷却面４上に水膜を形成する。
【０００３３】  冷却面４を蒸発しないまま流下した水１４は樋８に集められ、パイプ１５によって、回収タンク１６内に回収される。一方冷却面４で蒸発した水蒸気は、上方に傾いて設けられた凝縮板１７に導かれ、冷却と凝縮の熱平衡の量に見合う分が凝縮して復水し、凝縮板１７の下端に集まり水滴１８として回収タンク１６に回収される。
【０００３４】  凝縮板１７の上方裏面には冷却用にフィン１９が設けられ、周囲の大気による冷却効果を促す。
【０００３５】図２は装置の正面図を示す。給水パイプ５の下面には適当な間隔で注水用の開孔２１を設け、その間隔と開口の大きさは全面的な水膜形成を成すように、熱電変換モジュール１の個数と配置、および熱流の大きさに決められる。
【０００３６】図３は、斜視図を示す。凝縮板１７は幅と長さの両方向に傾斜して設け、凝縮した水が一点に集中して、捕水しやすいようにする。
【０００３７】  これらの機能と作用をまとめると、熱電変換モジュールを貫通した熱流を、冷却板で受け、それを冷却板の面上に薄く形成された水膜の蒸発によって、潜熱として奪い、冷却効率を上げようとするものである。その水膜の形成は紫外線の照射によって親水性を付与される光触媒の特性と、不織布の水に対する貯蔵性と浸透性によって確保される。同時に冷却の役割を終えた水蒸気の多くの部分、および流下した水は回収して再利用に供する。冷却水の供給は自然水頭で成され、外部動力を必要としない。
【０００３８】  以上のように本実施形態によれば、一連の機器構成と水循環を通して、省エネルギーならびに省資源を図りつつ、効率的な熱電変換発電の冷却が可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【０００３９】
【図１】この発明の一実施形態を示す、全体装置の横断面図である。
【図２】同冷却面から見た正面図である。
【図３】同冷却部を上斜めから見た斜視図である。
【図４】従来技術を示す断面図である。
【符号の説明】
【０００４０】１：熱電変換モジュール
２：集熱板
３：冷却板
４：冷却面
５：冷却水管
６：不織布
７：不織布押さえのネット
８：冷却水受けの樋
９：温度センサー或いは水膜センサー
１０：冷却水流量調節弁
１１：冷却水タンク
１２：冷却面の水膜
１３：不織布内の水の流れ
１４：余剰冷却水の流れ
１５：受け樋から貯水タンクへの菅
１６：凝縮水および冷却水の回収タンク
１７：蒸気の凝縮板
１８：凝縮板からの落下水滴
１９：凝縮板の冷却フィン
２０：紫外線の発光ダイオード（ＬＥＤ）
２１：冷却水管の給水孔
２２：熱媒体
２３：集熱板
２４：熱電変換モジュール
２５：冷却水出口
２６：冷却水ジャケット
２７：冷却水管
２８：冷却水ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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