(57)【要約】【課題】  低温側に特別な冷却装置や駆動装置を必要とすることなく、経済的に発電を行うことができる熱電発電装置を用いた散気装置型熱電発電装置、及び熱電発電散気システムを提供することを課題とする。【解決手段】  汚水４２を収容した反応タンク４１内に設置して使用される熱電発電散気システムにおいて、散気装置１０と、この散気装置１０と一体的に配置される熱電発電装置２０とを具備し、汚水処理で使用される送風機からの空気を熱電発電装置２０の高温側の熱媒体として利用し、反応タンク４１内の汚水を熱電発電装置２０の低温側の熱媒体として利用し、その温度差を利用して熱電材料により発電することを特徴とする熱電発電散気システム。【選択図】図３
2010207077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
散気装置と、高温側が前記散気装置の外側に接触し低温側が低温側伝熱板に接触する熱電発電部材と、前記散気装置の外側と前記低温側伝熱板との間に熱電発電部材を取り囲むように設けられた断熱材とを具備したことを特徴とする散気装置型熱電発電装置。
【請求項２】
前記熱電発電部材の高温側が高温側伝熱板を介して前記散気装置の外側に接触していることを特徴とする請求項１記載の散気装置型熱電発電装置。
【請求項３】
散気装置と、低温側が前記散気装置の内側に接触し高温側が前記散気装置の気体供給領域に面する熱電発電部材とを具備したことを特徴とする散気装置型熱電発電装置。
【請求項４】
汚水を収容する反応タンクと、前記反応タンクの汚水中に設置された散気装置と、前記散気装置に気体を供給する送風機と、高温側が前記散気装置の外側に接触し低温側が低温側伝熱板に接触する熱電発電部材と、前記散気装置の外側と前記低温側伝熱板との間に熱電発電部材を取り囲むように設けられた断熱材とを具備したことを特徴とする熱電発電散気システム。
【請求項５】
前記送風機は圧縮気体を供給することを特徴とする請求項４記載の熱電発電散気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電発電モジュールを備えた熱電発電装置に散気装置を組み込んだ散気装置型熱電発電装置、及びこの装置を用いた熱電発電散気システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱電発電装置としては、特許文献１が知られている。特許文献１には、燃焼炉等の燃焼装置と熱電発電モジュールとを組み合わせ、燃焼装置からの排熱を熱回収装置により熱媒体流体に回収し、熱電モジュールの高温側に熱媒体流体を接触させ、低温側に水冷ジャケットを接触させることで、熱電発電を行わせる技術が開示されている。
【０００３】
また、従来、別な熱電発電装置としては、特許文献２が知られている。特許文献２には、焼却炉と熱電発電モジュールとを組み合わせ、焼却炉の排ガスと焼却炉の流動用空気との間で熱交換を行う熱交換器内で、熱電モジュールの高温側に排ガスを接触させ、低温側に流動用空気を接触させることで、熱電発電を行わせる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１３９３７２号公報
【特許文献２】特開平１０−１６３５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの従来の装置は、適用対象が焼却炉等になっている。焼却炉等に適用し焼却炉で発生した高温の空気を利用して熱電発電を行おうとした場合、高温側の熱源は、配管を利用することにより特別な動力を必要とせずに取り出すことは可能であった。しかし、温度差を生じさせるための冷却用熱媒体の供給にポンプなどの駆動装置が必要であった。
【０００６】
熱電発電は、温度差により発電を行うものであり、例えば下水処理場の反応タンク内に設置される散気装置を熱源として発電することも考えられるが、散気装置と熱電発電モジュールとを組み合わせた熱電発電装置は存在していない。
【０００７】
本発明は散気装置と熱電発電モジュールとを組み合わせ、高温側の熱媒体と低温側の熱媒体の温度差を利用することにより、低温側に特別な冷却装置や駆動装置を必要とすることなく、経済的に発電を行うことができる散気装置型熱電発電装置、及び熱電発電散気システム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】
【０００８】
本発明は、熱電発電モジュールの高温側への熱媒体の供給は反応タンクのエアレーションに通常使用されている送風機を利用し、送風機から送られてくる高温の空気の熱を熱電発電モジュールの高温側の熱源とし、熱電発電モジュールの低温側への熱媒体の供給は例えば冷却媒体となる汚水が満たされた反応タンク内に浸す形で熱電発電モジュールを設置することにより、特別な冷却装置を必要とせずに温度差を確保し発電できるようにしたものである。
【０００９】
本発明に係る散気装置型熱電発電装置は、散気装置と、高温側が前記散気装置の外側に接触し低温側が低温側伝熱板に接触する熱電発電部材と、散気装置の外側と低温側伝熱板との間に熱電発電部材を取り囲むように設けられた断熱材とを具備したことを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る散気装置型熱電発電装置は、散気装置と、低温側が散気装置の内側に接触し高温側が散気装置の気体供給領域に面する熱電発電部材とを具備したことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る熱電発電散気システムは、汚水を収容する反応タンクと、反応タンクの汚水中に設置された散気装置と、散気装置に気体を供給する送風機と、高温側が散気装置の外側に接触し低温側が低温側伝熱板に接触する熱電発電部材と、散気装置の外側と低温側伝熱板との間に熱電発電部材を取り囲むように設けられた断熱材とを具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高温側の熱媒体と低温側の熱媒体の温度差を利用することにより、低温側に特別な冷却装置や駆動装置を必要とすることなく、経済的に発電を行うことができる熱電発電装置、この熱電発電装置を用いた散気装置型熱電発電装置、及び熱電発電散気システムが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る散気装置型熱電発電装置の概略的な断面図を示す。
【図２】図２は、図１の斜視図を示す。
【図３】図３は、本発明の第２の実施形態に係る熱電発電散気システムの概略的な斜視図を示す。
【図４】図４は、本発明に係る散気装置型熱電発電装置の一変形例を示す。
【図５】図５は、本発明に係る散気装置型熱電発電装置の他の変形例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明について更に詳しく説明する。  
本発明において、散気装置としては、微細気泡を発生させる場合にはセラミック製や合成樹脂製の散気板や散気筒、あるいはメンブレンディフューザ等が挙げられ、粗大気泡を発生させる場合には金属製や合成樹脂製の多孔管やディスクディフューザ、スパージャ等が挙げられる。
【００１５】
本発明において、送風機から圧縮された空気を熱電発電装置の高温側に供給することが好ましい。送風機から空気を圧縮して供給することにより、空気が加熱されると共に、空気密度が向上し、高温側熱電板に対して熱伝導効率を高くすることができる。
【００１６】
次に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、本実施形態は下記に述べることに限定されない。  
（第１の実施形態）  
図１及び図２を参照する。図１は本発明に係る散気装置型熱電発電装置の概略的な断面図を示す。図２は図１の斜視図を示す。同散気装置型熱電発電装置１は、散気装置１０と熱電発電装置２０を一体化したものである。  
本実施形態では散気装置としてメンブレンディフューザを用いた場合を示し、散気装置１０は、上部が開放された箱型のＳＵＳ製の固定枠１１と、この固定枠１１の開放部分に取り付けられたポリウレタン製の散気膜１２と、固定枠１１の側部に連結された空気供給管１３と、この空気供給管１３を介して固定枠１１と散気膜１２で囲まれた領域Ｘに空気を送風する送風機（図示せず）とを備えている。なお、散気装置１０は、水中に設置され前記送風機からの圧縮された空気が、空気供給管１３を経て領域Ｘに供給されると散気膜１２に形成された多数の微細孔を通して細かい気泡が作られ、水中の溶存酸素濃度を高めるために使用するものであり、一般的に下水処理場のエアレーションに用いられているものである。
【００１７】
熱電発電装置２０は、固定枠１１の底板１１ａに接する銅製の高温側伝熱板２１と、銅製の低温側伝熱板２２と、高温側伝熱板２１と低温側伝熱板２２間に複数個配置された熱電発電モジュール２３と、高温側伝熱板２１と低温側伝熱板２２間に熱電発電モジュール２３を囲むように配置された枠状の断熱材２４とを備えている。ここで、高温側伝熱板２１は、散気装置１０に供給される空気の熱を熱電発電モジュール２３の高温側に伝える機能を有する。低温側伝熱板２２は、低温側の熱媒体の熱を熱電発電モジュール２３の低温側に伝える機能を有する。断熱材２４は、高温側伝熱板２１と低温側伝熱板２２が接触することによる熱飽和が生じないようにするために配置されている。
【００１８】
第１の実施形態に係る散気装置型熱電発電装置１は、上述したように散気装置１０と熱電発電装置２０とからなり、且つ熱電発電装置２０の高温側伝熱板２１が散気装置１０を構成する支持枠１１の底板１１ａに直接接する構成になっている。従って、熱電発電装置２０の高温側伝熱板２１側には固定枠１１と散気膜１２で囲まれた領域Ｘに送風機から供給された高温の空気の熱が伝わり加熱されるとともに、熱電発電装置２０の低温側伝熱板２２側には低温の水の熱が伝わり冷却されることにより、特別な冷却装置やポンプ等の駆動装置を設けることなく発電させることができる。
【００１９】
（第２の実施形態）  
図３を参照する。図３は、散気装置型熱電発電装置を備えた熱電発電散気システムを示す。但し、図１及び図２と同部材は同符番を付して説明を省略する。  
図中の符番４１は、汚水４２を収容した下水処理場の反応タンクを示す。この反応タンク４１の汚水４２中には、上述した散気装置型熱電発電装置１が配置されている。図中の４３は、空気供給管１３に接続する別な太い空気供給管を示す。
【００２０】
次に、こうした構成の熱電発電散気システムの作用について説明する。  
まず、図示しない送風機からの空気は、空気供給管４３，１３を通して散気装置１０へ供給される。空気が散気装置１０内へ送り込まれると、散気装置１０の散気膜１２が空気圧により膨張し、散気膜１２の気孔部で細かい気泡を作り、反応タンク４１内の汚水４２中へ細かい気泡を供給する。ここで、熱電発電モジュールの高温側は、散気装置１０へ送り込まれる空気の熱が、固定枠１１の底板１１ａ及び高温側伝熱板２１から伝わり加熱される。一方、熱電発電モジュールの低温側は、反応タンク４１内の汚水４２の水温が低温側伝熱板２２から伝わり冷却される。
【００２１】
第２の実施形態に係る熱電発電装置散気システムによれば、散気装置型熱電発電装置１を反応タンク４１の汚水４２中に設置し、熱電発電モジュールの高温側の熱媒体に送風機から送風される高温の空気を使用し、低温側の熱媒体に反応タンク４１内を循環する汚水４２を使用した構成にすることにより、特別な冷却装置や駆動装置を設けなくても、反応タンク４１に散気装置１０を設置しエアレーションすることで熱電発電モジュールが発電に必要な温度差を容易に得ることができ、発電できる。
【００２２】
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。具体的には、図１及び図２の散気装置型熱電発電装置の変形例として例えば図４、図５に示す構成のものが挙げられる。
【００２３】
図４のタイプは、図１に対し高温側伝熱板を省き、熱電発電モジュール２３を固定枠１１の底板１１ａに直接接する構成にした散気装置型熱電発電装置である。図４の散気装置型熱電発電装置によれば、上記第１の実施形態の装置と同様な効果が得られる。図５のタイプは、図１のように高温側伝熱板２１と低温側伝熱板２２との間に熱電発電モジュールを配置するのではなく、固定枠１１の底板１１ａに適宜凹部を設け、この凹部に熱電発電モジュール２３を配置した散気装置側熱電発電装置である。図５の散気装置型熱電発電装置によれば、熱電発電モジュールの高温側は散気装置の空気が供給される領域に面するため、散気装置に送り込まれる空気の熱が伝わり加熱され、熱電発電モジュールの低温側は反応タンク内の汚水の水温が固定枠１１の底板１１ａから伝わり冷却されることで、上記第１の実施形態の装置と同様な効果が得られる。
【符号の説明】
【００２４】
１…散気装置型熱電発電装置、１０…散気装置、１１…固定枠、１２…散気膜、１３，４３…空気供給管、２０…熱電発電装置、２１…高温側伝熱板、２２…低温側伝熱板、２３…熱電発電モジュール、２４…断熱材、４１…反応タンク、４２…汚水。
【図１】
2010207077.tif 000003
【図２】
2010207077.tif 000004
【図３】
2010207077.tif 000005
【図４】
2010207077.tif 000006
【図５】
2010207077.tif 000007