(57)【要約】【課題】廃棄物の輸送に伴うエネルギー消費を削減するとともに、衣類の洗浄に伴うエネルギー消費を削減する。【解決手段】廃棄物を燃焼可能な焼却炉と洗濯槽と連通する熱交換手段を備え、当該焼却炉の排気手段と当該熱交換手段とでゼーベック素子を挟持し、当該焼却炉にて発生する燃焼排ガスと当該洗濯槽内の水との温度差により当該ゼーベック素子が発電して、当該発電電力により洗浄手段を起動させて衣類の洗浄、すすぎ、脱水、乾燥を行う洗濯機。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転翼又は回転ドラムから成る洗浄手段を備えた洗濯槽と、所定の加熱手段と、該洗濯槽と連通して該加熱手段から該洗濯槽内の水に伝熱可能な所定の熱交換手段とから成る洗濯機であって、該回転翼又は該回転ドラムが回転するとともに、該加熱手段が所定の放熱量で該熱交換手段を介して該洗濯槽内の水を加熱することにより、該洗濯槽内の水の温度が漸進上昇して衣類を洗浄することを特徴とする洗濯機。
【請求項２】
請求項１に記載の洗濯機であって、所定の廃棄物を燃焼可能な焼却炉を具備するとともに、該加熱手段が、該焼却炉の燃焼に伴う排ガスを外方へ排除する所定の排気手段から成り、該排気手段は熱伝導性を有し、鉛直方向に直立した筒状体から成り、該排ガスを、該排ガスの上昇気流により外方に排除するとともに、該熱交換手段を介して該排ガスの有する熱が除去されて該排ガスが冷却されると同時に該洗濯槽内の水が加熱されることを特徴とする洗濯機。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の洗濯機であって、該熱交換手段は該加熱手段と所定の距離を有して配設されるとともに、該加熱手段と該熱交換手段とで少なくともひとつのゼーベック素子が挟持され、該ゼーベック素子は所定の蓄電手段と所定の送電線にて電気的に接続され、該加熱手段からの該ゼーベック素子の所定の加熱面への伝熱と該熱交換手段による該ゼーベック素子の所定の冷却面の冷却により生じる該加熱面と該冷却面との温度差により該ゼーベック素子が発電して、該発電された電流が該蓄電手段に送電されて蓄電され、該蓄電手段から所定の送電手段にて該洗浄手段又は所定の脱水手段又は所定の乾燥手段又は該洗浄手段、該脱水手段、該乾燥手段の制御手段に送電されて該洗浄手段又は該脱水手段又は該乾燥手段又は該制御手段が起動されることを特徴とする洗濯機。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の洗濯機であって、該冷却手段が該加熱手段の外周に、該加熱手段の重心を中心として螺旋状に、該加熱手段の放熱部位に均一に配設された熱伝導性を有する管状体から成り、該管状体の一端及び他端が所定の送水手段を介して該洗濯槽と連通する構造であることを特徴とする洗濯機。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の洗濯機であって、該加熱手段又は該加熱手段を発熱させる所定の発熱手段は、該加熱手段又は該加熱手段を発熱させる所定の発熱手段が発する熱を取得可能な所定の蓄熱手段及び該蓄熱手段に接触する放熱手段を具備するとともに、該放熱手段は所定の送風手段を具備した風道にて該洗濯槽と連通し、該蓄熱手段が該熱を取得して蓄熱し、該送風手段の送風により該放熱手段を介して該蓄熱された熱を該送風された空気が取得して該洗濯槽に送風されることにより、衣類を乾燥させることを特徴とする洗濯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衣類等の洗濯の用に供される洗濯機に、廃棄物を燃焼処理するための焼却炉及びゼーベック素子を備えることにより、ダイオキシン類等の有害物質を発生させずに廃棄物を燃焼処理するとともに、当該燃焼処理に伴う排熱により洗濯層内の水を加熱して洗浄時間を短縮し、当該排熱利用の発電により本装置を稼働させ、さらに当該排熱を乾燥に利用することにより、省エネを実現する洗濯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、衣類の洗濯には、電動機にて回転翼又は回転ドラムを回転させて水流を発生させ、当該水流にて衣類を洗浄する洗濯機が用いられてきたが、当該水流の発生に伴う電力消費が問題であった。さらに、衣類の乾燥機能を有する洗濯機では、温風による衣類の乾燥が行われてきたが、当該温風のために、空気を加熱する必要があり、当該加熱に要するエネルギー消費も問題であった。
【０００３】
上記、水流の発生に伴う消費電力を削減する技術として、洗濯用回転体のモータを停止する過程の回生エネルギーを蓄える電気二重層キャパシタ型の蓄電装置を設けた洗濯機（例えば特許文献１参照）があるが、当該洗濯機では、回転方向変換時における回生エネルギーの回収を行うだけであるため、通常起動時の消費電力は従来技術と大差なく、消費電力の大きな削減には至らなかった。
【０００４】
また、洗濯機における省エネは、上記のように稼動に要するエネルギーを削減することだけでなく、衣類の洗浄に要する時間を短縮することによっても実現可能である。この一例として、インバーターにより、衣類の絡みを検知して電流制御により回転方向、回転速度を変化させる洗濯機（例えば特許文献２参照）があるが、当該技術においても所定の電流量は必要であり、更なる消費電力の削減が必要であった。
【０００５】
一方、洗濯機とは別の問題として、従来から家庭及び事業所から排出される廃棄物の処理の問題があった。環境保全の観点から、当該家庭及び事業所から排出される廃棄物の処理は、地方公共団体及び専門事業者による分別回収が行われているが、当該分別収集に関わる輸送用車輌の燃料の使用等のエネルギー消費及び当該分別に関わる廃棄者の労力が問題であった。
【０００６】
当該分別収集に関わるエネルギー消費を削減するためには、廃棄物発生箇所にて燃焼処理することが有効であるが、ダイオキシン類等の有害物質の発生の問題、ペットボトルなどのリサイクル可能な廃棄物を有効利用できない問題があった。
【０００７】
ダイオキシン類等の有害物質は、８００℃で完全に分解され、２００℃まで急速に冷却すると再生成されることがないため、ファンなどで空気を強制的に供給して、８００℃以上で燃焼させ、何らかの冷却手段にて当該燃焼に伴う排ガスを２００℃まで急速に冷却すれば、大気に放出されることはない。当該ファンを具備する焼却炉は従来から存在した。（例えば特許文献３参照）しかし、当該技術では、ペットボトルなどのリサイクル可能な廃棄物を有効利用できない問題は、未解決のままであった。
【０００８】
当該リサイクル可能な廃棄物をリサイクルできない問題を解決するためには、当該リサイクル可能な廃棄物が有する化学エネルギーを有効利用すれば、当該化学エネルギーに相当する量の化石燃料を使用しなかった場合と実質的に天然資源の使用量は同一になり、省エネ、省資源を実現したことになる。
【０００９】
上記、廃棄物が有する化学エネルギーを有効利用する技術として、廃棄物焼却時の熱を熱電変換素子により電気エネルギーに変換する発電焼却炉（例えば特許文献４参照）があるが、当該熱電変換素子は、加熱面と逆の面を冷却する必要があり、当該冷却に伴う排熱は、依然として有効利用されていなかった。
【００１０】
さらに、焼却炉に発電機能を付加することは、焼却炉に発電装置、冷却装置などを別途設ける必要が生じ、当該装置のために別途大きなスペースが必要になり、省スペースの観点からも問題であった。以上、洗濯機及び廃棄物処理のそれぞれの問題を改善する技術は従来から多種存在したが、当該それぞれの問題を、同時に完全に解決する手段はなかった。
【特許文献１】特願２００３−１７３０３８号公報
【特許文献２】特願２００５−１０８４９４号公報
【特許文献３】特願２００４−１２６６９８号公報
【特許文献４】特願平８−１０４５６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
衣類の洗濯には、洗濯槽に配設された回転翼又は回転ドラムを電動機にて回転させて、当該回転により齎される洗濯槽内の水の流れ、衣類の動きにて洗浄する洗濯機が用いられるが、当該電動機の電力消費がランニングコストを発生させる上、省エネの観点からも問題である。
【００１２】
当該電力消費により発生する問題を解決するには、衣類の洗浄に要する時間を短縮することが肝要であるが、それでも当該消費電力を削減するのみで、所定の電力消費が発生する。従って、衣類の洗浄に要する時間を短縮した上で、当該所定の消費電力を無駄のない方式にて補う必要がある。
【００１３】
一方、家庭及び事業所から排出される廃棄物の処理には、上記のとおり、地方公共団体及び専門事業者による分別回収に要する輸送エネルギーが発生したが、当該輸送エネルギーの発生を抑制するためには、廃棄物の各発生個所にて個別に焼却することが肝要となる。しかし、廃棄物を各発生個所にて個別に焼却することは、ダイオキシン類等の有害物質の発生の問題、ペットボトルなどのリサイクル可能な廃棄物を有効利用できない問題を発生させるため、当該問題を発生させないための対策が必要になる。
【００１４】
本発明が解決しようとする課題は、上記洗濯機使用による消費電力発生の問題と廃棄物処理に関わる輸送エネルギー発生の問題という異なる２つの問題を、環境に悪影響を与えることなく且つ使用者の利便性を喪失させることなく、同時に解決せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１の記述は、洗濯機による衣類の洗浄に要する時間を短縮するための手段に関するものである。本発明は、回転翼又は回転ドラムを洗浄手段とする洗濯槽を備えた洗濯機において、所定の加熱手段を備え、且つ、当該洗濯槽と連通して当該発熱体が発する熱を当該洗濯層に伝熱可能な所定の熱交換手段を備えたものである。
【００１６】
衣類の洗浄において、本発明の洗濯機は、回転翼又は回転ドラムが回転するとともに、当該発熱体が所定の放熱量にて発熱し、当該熱交換手段を介して当該洗濯槽内の水を加熱する。当該水の加熱により、洗浄時間の経過に従って、当該洗濯槽内の水の温度が漸進上昇して衣類を洗浄することになる。また、当該加熱及び熱交換による洗濯槽内の水の加熱には、所定の発熱体からの伝熱による加熱及び熱交換だけでなく、電磁誘導加熱及び熱交換、マイクロ波加熱も含まれる。
【００１７】
図９で示されるとおり、いかなる素材から成る衣類においても、その洗浄に用いられる水の温度が高いほど洗浄力が高くなる。しかし、衣類の汚れの成分の内、たんぱく質のみは、６０℃〜７０℃を超えると完全に凝固するため、当該水の温度が過度に高くなると、たんぱく質に対する洗浄力は低くなる。
【００１８】
このとき、洗濯機による衣類の洗浄開始直後は加熱されていない水で洗浄することによりたんぱく質汚れへの洗浄力を確保した上で衣類を洗浄し、その後、徐々に当該水を加熱することで、その他の成分から成る汚れへの洗浄力を高め、洗濯時間を短縮することができる。
【００１９】
請求項２の記述は、上記請求項１に記載の洗濯機における、所定の発熱体に関するものである。当該洗濯機は、所定の廃棄物を燃焼可能な焼却炉及び当該焼却炉内における燃焼に伴う排ガスを外方へ排除する排気手段を具備するものである。当該排気手段は、熱伝導性を有する筒状体から成り、当該筒状体を鉛直方向に直立させたもので、当該排気手段が上記所定の発熱体となる。
【００２０】
当該排ガスは、熱膨張により比重が下がるため上昇気流となり、当該排気手段を通過して外方に排除される。当該排気手段を当該排ガスが通過する過程で、所定の発熱体である当該排気手段から洗濯槽に伝熱可能な熱交換手段を介して、当該洗濯槽内の水が加熱されるとともに、当該排ガスが熱を奪われて冷却される。
【００２１】
廃棄物を燃焼させて、ダイオキシン類を大気に放出させないためには、８００℃以上の高温で燃焼させた上で、再生成を防ぐために、燃焼排ガスを２００℃まで冷却させる必要がある。酸素供給などにより、当該焼却炉にて８００℃以上の高温にて燃焼させた後、当該排気手段にて、２００℃まで急速に冷却することにより、ダイオキシン類が含有されることなく焼却炉から外方に当該排ガスを排除することが可能となる。同時に洗濯槽内の水の温度も、時間の経過とともに漸進上昇することになる。
【００２２】
請求項３の記述は、上記請求項１又は２に記載の洗濯機における、電源に関するものである。上記所定の発熱体と同じく上記熱交換手段とが所定の距離を有して配設され、当該発熱体と当該熱交換手段とで、少なくともひとつのゼーベック素子が挟持され、さらに、当該ゼーベック素子は、所定の蓄電手段と所定の送電線にて電気的に接続されて電気回路を成す構造から成る電源を用いるものである。
【００２３】
当該ゼーベック素子は、ｐ型半導体とｎ型半導体から成る板状の熱電変換素子であり、その一方の面と他方の面の温度差により起電力が発生して発電する性質を有するものである。本発明においても、この性質を利用するべく、当該ゼーベック素子の一方の面を加熱面として、当該発熱体に接触するように、また、他方の面を冷却面として、当該熱交換手段に接触するようにして挟持されるようにする。
【００２４】
上記の構成により、当該発熱体から当該ゼーベック素子の加熱面に伝熱するとともに、当該熱交換手段を介した洗濯槽内の水の熱取得により、当該熱交換手段による当該ゼーベック素子の冷却面の冷却が行われて、当該加熱面と当該冷却面との間に温度差が発生して当該ゼーベック素子が発電する。当該発電された電流は、上記蓄電手段に送電されて蓄電される。
【００２５】
当該蓄電手段から、本発明の洗濯機の電力需要箇所、即ち、洗浄手段、所定の脱水手段、所定の乾燥手段、又は、これらの各手段の制御手段に所定の送電手段にて送電される。即ち、本請求項に記載の構成による電源にて、前記各手段のうちのいくつかが起動されることになる。
【００２６】
請求項４の記述は、上記請求項１ないし請求項３に記載の熱交換手段に関するものである。加熱手段の外周に、当該加熱手段の重心を中心として、当該加熱手段の所定の放熱部位に均一に、熱伝導性を有する管状体を螺旋状に配設することにより、当該加熱手段からの放熱の効率的な取得を可能とする熱交換手段である。
【００２７】
当該管状体の一端及び他端と洗濯槽とは、ラインポンプなどの所定の送水手段を介して連通するものである。この連通により、洗濯槽から当該送水手段を介して熱交換手段を通過し、再び洗濯槽に還流する、洗濯槽内の水の循環経路が形成される。当該循環経路における当該熱交換手段を経由する、洗濯槽内の水の循環により、洗浄時間経過に従う当該洗濯槽内の水の温度の漸進上昇が可能となる。
【００２８】
請求項５の記述は、上記請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の洗濯機における衣類の乾燥手段に関するものである。当該洗濯機において、所定の加熱手段又は当該加熱手段を発熱させる所定の発熱手段が発する熱を取得可能な所定の蓄熱手段、及び、該蓄熱手段に接触する放熱手段を具備するものである。
【００２９】
また、当該放熱手段は、所定の送風手段を具備する風道にて洗濯槽と連通している。当該蓄熱手段が当該加熱手段又は当該発熱手段から熱を取得してその熱を蓄熱し、当該送風手段の送風により当該放熱手段を介して蓄熱された熱を送風された空気が取得して洗濯槽に送風されることにより、洗濯槽内の衣類を乾燥するものである。この場合、所定の加熱手段又は当該加熱手段を発熱させる所定の発熱手段が発する熱にて乾燥させるため、別途にエネルギー消費が発生しないものである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の洗濯機では、洗濯槽内にて回転翼又は回転ドラムが回転して衣類の洗浄をするとともに、当該洗浄に使用される水の温度が、所定の加熱手段の加熱により徐々に上昇してゆくため、高温水にて洗浄力が低下するたんぱく質から成る汚れを常温域の水にて十分に洗浄したのちに、油脂系などのその他の汚れを高温域の水にて洗浄することになり、あらゆる汚れに対して高い洗浄力を発揮することができる。且つ、洗浄力が高くなることにより、洗浄時間を短縮することが可能となり、その結果、消費電力を削減することができる。
【００３１】
また、所定の廃棄物を燃焼可能な焼却炉を具備し、当該加熱手段に、当該焼却炉の燃焼に伴う排ガスを外方へ排除する排気手段を用いることで、廃棄物をその発生箇所にて処理すると同時に、当該廃棄物燃焼の化学エネルギーを上記洗浄に使用される水の加熱に有効利用することが可能となる。従って、段落００１３に記載の廃棄物処理に関わる輸送エネルギーの問題、ペットボトルなどのリサイクル可能な廃棄物を有効利用できない問題を解決するものである。且つ、高温にて燃焼されたのち、当該洗浄に使用される水の加熱に伴い当該排ガスが急速に冷却されるため、ダイオキシン類などの有害物質を含有することなく安全に当該排ガスを外方に排出することが可能となる。
【００３２】
さらに、当該加熱手段と、洗濯槽と連通する熱交換手段とで、ゼーベック素子を挟持することで、当該加熱手段と当該洗濯槽内の水との温度差により発電し、当該発電された電力により本発明の洗濯機を駆動することが可能となる。本発明においては、洗浄時間の短縮により消費電力の削減を実現しているため、所定の数量のゼーベック素子の発電電力のみで駆動することが可能となり、外部電源が不要となる。
【００３３】
上記の効果は、当該熱交換手段に熱伝導性を有する螺旋状の管状体を用いることで、加熱手段の外周部に均一に洗濯槽内の水が通過することになるため、より大きな熱交換性能を確保することができる。特に、当該加熱手段と熱交換手段とでゼーベック素子を挟持する場合においては、ゼーベック素子の冷却面を均一に洗濯槽内の水が通過するため、発電効率の向上を実現することができる。
【００３４】
さらに、加熱手段又は当該加熱手段を発熱させる所定の発熱手段からの熱を衣類の乾燥に利用することにより、当該加熱手段又は当該発熱手段からの熱を無駄なく利用することができる。特に、焼却炉に蓄熱手段を配設して、当該蓄熱手段の蓄熱した熱により衣類の乾燥を行った場合においては、有効利用されなかった廃棄物の焼却に伴う熱を衣類の乾燥に有効利用できる。
【００３５】
以上、本発明は、廃棄物の処理に伴う無駄なエネルギー消費を削減するのみならず、上記洗浄時間の短縮による効果も加えて、当該廃棄物の燃焼に伴う化学エネルギーを洗濯機の駆動に有効利用するとともに、洗濯機による衣類の洗浄における洗浄力の向上、洗浄時間の短縮による利便性の向上を同時に実現するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
回転翼又は回転ドラムの回転により洗濯槽内において衣類の洗浄を行う洗濯機において、廃物処理用の焼却炉を具備し、当該焼却炉の燃焼排ガスを外方へ排出する排気手段を加熱手段として所定の熱交換手段を介して当該洗濯槽内の水を加熱するとともに、当該加熱手段と当該熱交換手段とでゼーベック素子を挟持して当該ゼーベック素子の発電電力を本洗濯機の電源とし、且つ当該焼却炉の排熱を蓄熱して衣類の乾燥を行うという機能及び部品構成を、既存の洗濯機及び焼却炉の構造を組み合わせて最少の部品構成にて実現した。
【実施例１】
【００３７】
図１は、本発明の１実施例の全体投影図であって、本実施例全体の部品構成を示す。図２は、本実施例の正面からの立面図であって、同じく本実施例全体の部品構成を示す。１で示される洗濯機筐体の内部では、２で示される洗濯兼脱水槽に隣接して５で示される筐体から成る焼却炉が配設されている。
【００３８】
また、当該洗濯兼脱水槽の背面上部には、本実施例の電源及び制御手段であるバッテリーが１５で示されるとおりに、制御ボックスが１６で示されるとおりに配設されている。当該制御ボックス内には、直流整流回路及び本実施例の各構成要素の制御回路が組み込まれている。以上が、本実施例の全体構成の概要である。
【００３９】
図１及び図２で示されるとおり、上記焼却炉には、８で示される給気ダクトと、７で示される焼却炉給気ファン筐体とが配設されていて、外方から当該焼却炉内へ燃焼用の空気を供給可能となっている。且つ、９で示される熱伝導性函体と１１で示される排気ダクトが両図で示されるとおりに配設されていて、焼却炉内での燃焼に伴う排ガスを外方へ排出可能となっている。
【００４０】
また、当該熱伝導性函体の外面には、１０で示されるゼーベック素子が配設されていて、さらにその外周には１２で示される銅製管状体が螺旋状に配設されている。また、当該銅製管状体は、両図で示されるとおり、一端が洗濯兼脱水層と、他端が１４で示される電動流体方向切換弁及び１８で示される循環ポンプを介して同じく洗濯兼脱水層と連通しており、銅製管状体を通水経路として洗濯兼脱水槽内の水が循環可能となっている。
【００４１】
上記の構成により、上記排ガスの熱を伝熱可能な当該熱伝導性函体を加熱手段として、且つ洗濯兼脱水槽内の水を熱媒体として、洗濯兼脱水槽と外部からの取得熱を熱交換可能な銅製管状体を熱交換手段として、熱電変換手段であるゼーベック素子を挟持する構造となっている。当該構造により、ゼーベック素子の一方の面は、排ガスの熱を取得して加熱され、他方の面は洗濯兼脱水槽の水に熱を取得されて冷却され、当該２面間の温度差により当該ゼーベック素子が発電可能となっている。
【００４２】
図３は、図２のＡ部における当該焼却炉の断面構造の詳細を示す。５で示される焼却炉筐体の上部には、上記のとおり、１１で示される排気ダクトと、９で示される熱伝導性函体が配設されており、当該熱伝導性函体の外面と１２で示される銅製管状体とで１０で示されるゼーベック素子を挟持している。より詳細には、当該ゼーベック素子と当該銅製管状体との間の伝熱性を向上させるため、当該ゼーベック素子と当該銅製管状体との間に、２４で示されるとおり、熱伝導板としての銅板が介在している。
【００４３】
また、当該焼却炉筐体の内部には、２８で示される廃棄物焼却台が配設されていて、当該焼却台上にて、廃棄物が燃焼可能となっている。当該焼却台は、下方から通風可能な貫通孔を具備しており、当該燃焼台上における燃焼により、下方への熱損失を軽減するとともに、下方から廃棄物への空気の供給を容易にしている。
【００４４】
さらに、当該焼却炉筐体の正面側には、２５で示されるコンクリートが蓄熱手段として配設されている。当該コンクリートは、耐熱性が高く、且つ、定積比熱が約１９００Ｊ/（ｌ・ｋ）と大きいため、廃棄物の燃焼熱を取得して蓄熱可能である。当該コンクリート内部には、２７で示されるとおり、乾燥用空気加熱孔が配設されており、空洞構造となっている。また、２６で示されるとおり、銅製放熱フィンが当該コンクリートに埋め込まれ、且つ、当該乾燥用空気加熱孔を貫通して配設されており、当該コンクリートが蓄熱した熱を、当該乾燥用空気加熱孔に速やかに伝熱可能となっている。
【００４５】
また、当該乾燥用空気加熱孔は、図２の２１で示される乾燥送風ダクト及び２３で示される乾燥用空気取入口と気密性を有して接続されて連通し、さらに２０で示されるとおり、乾燥送気ファンとも連通しているため、当該乾燥送気ファンの起動により、外方から空気を取り入れて、当該乾燥用空気加熱孔及び当該乾燥送風ダクトを経由した送風が可能となっている。
【００４６】
再び図３に戻り、当該焼却炉の詳細を説明する。上記燃焼台上にて廃棄物が燃焼されると、当該燃焼に伴う排ガスは、熱膨張による密度低下により発生する上昇気流により、上記熱伝導性函体及び排気ダクトを経路として外方へ排除されるが、当該経路上に、２９で示される排ガスフィルターが配設されていて、当該排ガスが含有する粉塵を、排ガス中から除去し、当該粉塵が外方へ排出されるのを防ぐ機能を有するものである。
【００４７】
図４は、図２のＢ部における当該焼却炉の断面構造の詳細を示す。Ｂ部においては、焼却炉筐体の上部には、上記のとおり、８で示される給気ダクトと、７で示される焼却炉給気ファン筐体とが配設されていて、さらに当該給気ファン筐体の内部には、３０で示される焼却炉給気ファンが配設されている。また、当該給気ファンから、２８で示される廃棄物焼却台の直近までも同様に８で示される給気ダクトが配設されていて、当該給気ファンの起動により、外方から当該焼却台の直近まで、直接的に空気が供給可能となっている。
【００４８】
その他、蓄熱手段、焼却台等の構成は、Ａ部と同一であるため説明を省略する。
【００４９】
図５は、図３及び図４のＤ部における断面構造、即ち正面矢視における断面構造を示す。６で示されるのが焼却炉開閉蓋で、当該開閉蓋を開放することにより、外方から、２８で示される廃棄物焼却台に廃棄物を投入可能である。３０で示される給気ファンの起動により、当該廃棄物焼却台の直近下方から空気が供給される。当該焼却台は下方から通風可能であるため、当該供給された空気が当該焼却台の下方から廃棄物に供給される。当該廃棄物への下方からの空気の供給により、当該廃棄物は高温にて燃焼可能となる。
【００５０】
当該廃棄物が燃焼すると、当該燃焼に伴う排ガスが発生し、上記のとおり、当該排ガスは上昇気流により２９で示される排ガスフィルターを経て、９で示される熱伝導性函体に到達し、当該熱伝導性函体を介して１０で示されるゼーベック素子が当該排ガスの熱を取得可能になる。当該排ガスの熱は、当該ゼーベック素子自体をも伝導するが、２４で示される銅板を介して１２で示される銅製管状体内を循環する洗濯槽内の水が当該熱を取得することにより当該ゼーベック素子は冷却されることになる。
【００５１】
当該ゼーベック素子は、上記のとおり、一方の面から加熱され、他方の面から冷却されるため、２面間に温度差が生じて発電可能となる。同時に、上記排ガスは熱を除去されて急速に冷却されるとともに、上記銅製管状体内にて当該熱を取得して、当該排ガスよりも極めて定積比熱の大きな洗濯槽内の水は徐々に加熱されることとなる。当該排ガスは、急速に冷却されることにより、ダイオキシン類を再生成させることなく外方に排除可能となる。以上が当該焼却炉の構造と機能の詳細である。
【００５２】
図６は、図２のＣ部における、洗濯兼脱水槽の断面構造を示す。２で示される洗濯兼脱水槽の内部には、３で示される回転ドラムが配設されている。また、当該回転ドラムは、３２で示されるとおり、回転ドラム通水孔を具備しているため、当該回転ドラム内と当該洗濯脱水槽とは連通構造と成り、当該回転ドラム内と当該洗濯脱水槽とは、常に同一の水位と成るように構成されている。
【００５３】
また、当該洗濯兼脱水槽の底部に、１７で示されるとおり洗浄機構部筐体が固着されていて、当該筐体の内部には、３３で示される直流モータ、３４で示されるクラッチ、３８で示される動力伝達機構が機械的に連結され、本図で示されるとおりに配設されている。さらに、当該回転ドラムと当該クラッチは、３５で示される回転軸にて機械的に連結されていて、当該直流モータの回転動力が当該動力伝達機構を介して、且つ当該クラッチにて制御されて、且つ当該回転軸を介して当該回転ドラムに伝達可能である。また、当該回転軸と当該洗濯兼脱水槽との接触部には、３６で示されるとおり、メカニカルシールが配設されていて、当該洗浄機構部筐体と当該洗濯兼脱水槽との間の水密性を確保している。
【００５４】
当該洗濯脱水槽と外方との間には、４で示される洗濯兼脱水槽開閉蓋が配設されていて、当該開閉蓋を開放することにより上記回転ドラム内に衣類を投入可能となっている。且つ、当該開閉蓋と当該洗濯兼脱水槽との接触部には、４２で示される洗濯兼脱水槽開閉蓋シールが配設されていて、当該洗濯兼脱水槽と外方との間の水密性が確保されている。
【００５５】
また、当該洗濯兼脱水槽の下部には、４４で示される洗濯兼脱水槽排水管及び４３で示される洗濯兼脱水槽排水電動開閉弁が配設されていて、外部信号による制御により当該排水電動開閉弁が開放して、洗濯兼脱水槽内の水を、洗濯兼脱水槽排水管を排水経路として外方へ排水可能となっている。
【００５６】
図７は、図６のＥ部における当該洗濯兼脱水槽の断面構造を示す。本図が示すとおり、３で示される回転ドラムは、円形を成すとともに、２で示され同じく円形を成す洗濯兼脱水槽と同心円状に配設されている。また、３２で示される回転ドラム通水孔は、回転ドラムの成す円周全体に均一に配設され、当該回転ドラムがいかなる回転角度になっても、当該洗濯脱水槽と常に同一の水位と成るように構成されている。
【００５７】
さらに、１２で示される銅製管状体は、当該洗濯兼脱水槽の側方上部及び下部にて本図が示すとおりに当該洗濯兼脱水槽と連通している。当該上部の連通箇所は、４１で示される洗濯兼脱水槽給水口として機能し、また、当該下部の連通箇所は３９で示される洗濯兼脱水槽吸水口として機能するため、当該洗濯兼脱水槽内の水は、段落００４０記載の銅製管状体を循環経路として、循環ポンプの起動により循環可能となる。５６で示されるオーバーフロー管は、すすぎの時の溢れ水の排水に機能するものである。
【００５８】
また、２１で示される乾燥送風ダクト及び４５で示される乾燥用空気排出口も当該洗濯兼脱水槽の側方にて、本図が示すとおりに当該洗濯兼脱水槽と連通している。当該連通及び段落００４４の記述により、上記乾燥送気ファンの起動により、外方から取り入れられて上記蓄熱手段にて加熱された空気を、当該洗濯兼脱水槽に送風可能となり、当該送風により衣類を乾燥させて、当該乾燥後に多量の水蒸気を含有した空気を当該乾燥用空気排出口から外方へ排出することが可能となる。
【００５９】
また、本図において、上記回転ドラムに動力を伝達する回転軸は、３５に示されるとおりに配設され、当該洗濯兼脱水槽内の水を排水可能な洗濯兼脱水槽排水管は、４６で示されるとおりの位置関係にて配設されている。図６においては、洗濯兼脱水槽吸水口は３９で示されるとおりに、洗濯兼脱水槽給水口は４１で示されるとおりに、また、２１で示される乾燥送風ダクトの当該洗濯兼脱水槽への連通箇所は、乾燥用空気吹出口として４０で示されるとおりの位置関係にて配設されている。以上が本実施例における当該洗濯兼脱水槽の構造と機能の詳細である。
【００６０】
図８は、本実施例のシステム構成及び各要素間のフローを示す。上記のとおり詳細を説明された洗濯兼脱水槽、焼却炉筐体、制御ボックスなどの本実施例の主要構成要素が本図の示すとおりに配設され、当該主要構成要素間は、銅製管状体、各種ダクトにて連通されている。
【００６１】
また、本実施例の構成要素のうち、１３で示される電磁弁、１４で示される電動流体方向切換弁、１５で示されるバッテリー、１８で示される循環ポンプ、２０で示される乾燥送気ファン、３０で示される焼却炉給気ファン、３３で示される直流モータ、３４で示されるクラッチ、４３で示される洗濯兼脱水槽排水電動開閉弁は、４７で示される送電線にて１６で示される制御ボックスと電気的に接続されている。且つ、１０で示されるゼーベック素子は、陽極側にダイオードを介して当該バッテリーと電気的に接続されている。当該ダイオードが陽極側に介在することにより、当該バッテリーからゼーベック素子への送電を防ぎ、焼却炉不使用時に、ゼーベック素子がペルチェ効果により発熱するのを防いでいる。
【００６２】
当該制御ボックスは、その内部にプログラム制御回路、送電回路、整流回路を具備するものであり、当該プログラム制御回路のプログラム制御により、上記各構成要素に整流回路が整流して送電回路が送電するものである。当該送電により、当該制御ボックスと電気的に接続されて上記各構成要素が起動することになる。
【００６３】
以下、本図に従って、本実施例における、衣類の洗浄から乾燥までの全サイクルを説明する。衣類及び所定の洗剤が洗濯兼脱水槽内の回転ドラムに投入され、さらに洗濯兼脱水槽開閉蓋が閉鎖され、当該衣類が洗浄可能な状態となる。且つ、焼却炉の廃棄物焼却台に所定の廃棄物が投入され、焼却炉開閉蓋が閉鎖されると当該廃棄物が燃焼可能な状態となる。
【００６４】
このとき、外部からの火元の投入等による所定の着火手段により当該廃棄物が燃焼を開始するとともに、当該プログラム制御回路の制御により、３０で示される焼却炉給気ファンに所定の電流が送電されて当該給気ファンが起動する。このときの電源は、１５で示されるバッテリーである。
【００６５】
当該着火及び当該給気ファンの起動により、５０で示される矢印の方向の燃焼用取入空気の気流が発生し、燃焼に必要な酸素が供給され、当該廃棄物は、８００℃を超える高温にて燃焼する。このときの当該廃棄物の燃焼火炎は、４９で示される。また、同時に、当該プログラム制御回路の制御により、１３で示される電磁弁に送電されて当該電磁弁が開放し、且つ、１４で示される電動流体方向切換弁にて流体方向が制御される。
【００６６】
このとき、５５で示される給水は所定の圧力を有しており、当該電磁弁の開放及び当該電動流体方向切換弁における流体方向の制御により、１２で示される銅製管状体内部を経路として、５５及び５４の矢印の方向で、洗濯兼脱水槽へ給水される。このとき、１８で示される循環ポンプは起動しておらず、且つ、当該電動流体方向切換弁にて流体方向を制御されているため、５４の矢印で示される流体の流れのうち、当該循環ポンプを経て当該電動流体方向切換弁に至る流体の流れは発生しない。
【００６７】
当該給水により、当該洗濯兼脱水槽に所定の水量が給水されると、当該プログラム制御により、当該電磁弁への送電を中止して、当該電磁弁は閉止される。当該閉止により当該洗濯兼脱水槽への給水が中止される。同時に当該プログラム制御により、３３で示される直流モータに送電されて当該直流モータが回転を開始するとともに、３４で示されるクラッチにもプログラムされた電流が送電されて、当該クラッチが当該直流モータから伝達された動力を制御して上記回転軸を介して上記回転ドラムを回転させて、当該衣類の洗浄を開始する。
【００６８】
同時に、同じく当該プログラム制御により、当該循環ポンプは送電されて起動する。同時に当該プログラム制御により、当該電動流体方向切換弁における流体方向が制御されて、５５で示される給水の流れは発生せず、５４で示される、当該洗濯兼脱水槽から当該循環ポンプを経て、１０で示されるゼーベック素子の直近を経由して再び当該洗濯兼脱水槽に戻るという経路の水の循環が発生する。
【００６９】
このとき、既に、上記焼却炉内においては廃棄物の燃焼が始まっており、５１で示される矢印の方向の燃焼排ガスの上昇気流が発生する。当該上昇気流により当該燃焼排ガスが、９で示される熱伝導性函体に到達すると、５２で示される矢印の方向に、当該排ガスが有する燃焼熱が伝導する。
【００７０】
当該燃焼熱は、熱伝導率の高い当該熱伝導性函体を速やかに熱伝導し、１０で示されるゼーベック素子に熱伝達する。当該ゼーベック素子は、当該熱伝導性函体ほど熱伝導率が高くはないが、当該熱伝導性函体と上記銅製管状体及び当該銅製管状体内を流れる水との温度差により当該ゼーベック素子の当該熱伝導函体との接触面から上記銅板を介した当該銅製管状体との接触面への熱伝導が発生する。
【００７１】
このとき、上記燃焼排ガスは、当該燃焼熱が当該熱伝導函体、当該ゼーベック素子、当該銅板及び当該銅製管状体を介して当該銅製管状体内を流れる水に伝熱して除去されるため、冷却される。同時に、当該銅製管状体内を流れる水は、当該燃焼排ガスから当該銅製管状体、当該銅板、当該ゼーベック素子及び当該熱伝導函体を介して当該燃焼熱を取得するため、加熱される。
【００７２】
従って、当該熱伝導函体と当該銅製管状体との間に介在する当該ゼーベック素子は、当該熱伝導函体から熱を取得し、当該銅板及び当該銅製管状体を介して当該銅製管状体内を流れる水から熱を除去される。即ち、当該ゼーベック素子の当該熱伝導函体との接触面が加熱され、当該銅板との接触面が冷却されることになり、当該ゼーベック素子の２面間に温度差が発生することになる。当該温度差により、当該ゼーベック素子が発電する。当該発電された電力は、１５で示されるバッテリーに送電されて蓄電される。
【００７３】
上記サイクルは、当該廃棄物が燃焼するときの低位発熱量に起因するものであり、当該サイクルを実現するためには、当該低位発熱量の他、当該燃焼に必要な、当該給気ファンによる送風量を決定し、さらに、当該燃焼排ガスからの取得熱量、当該ゼーベック素子からの発電電力、及び、当該当該銅製管状体内を流れる水の取得熱量を算出する必要がある。以下、数式を用いてこれらの算出について説明する。
【００７４】
当該廃棄物の燃焼により発生する低位発熱量は、当該廃棄物中の炭素、酸素、水素、硫黄及び水分の元素組成比率及び質量により異なるものである。当該廃棄物の、所定の元素組成比率における、燃焼に伴う低位発熱量は、次式で表される。
【００７５】
【数１】
2010063846.tif 000003
【００７６】
数１で、Ｈｕは廃棄物の単位質量あたりの燃焼発熱量を表す。ｍは当該廃棄物の質量、ｃは当該廃棄物の元素分析値による炭素の元素組成比、Ｏは同酸素の元素組成比、ｈは同水素の元素組成比、ｓは同硫黄の元素組成、Ｗは水の組成比を表す。数１は、Ｓｃｈｅｕｒｅｒ-Ｋｅｓｔｎｅｒの式による低位発熱量の算出式で、廃棄物焼却の当業者の間で常用される公式である。左辺のとおりＨｕをｍで積分することで単位質量当たりの燃焼発熱量Ｈｕの廃棄物を質量ｍ分燃焼させたときの全発熱量を表す。従って、同数１にて、質量ｍから成り、ｃ、Ｏ、ｈ、ｓ、Ｗの元素組成比率から成る当該廃棄物の燃焼による全発熱量を算出可能となる。
【００７７】
当該全発熱量と、上記給気ファンの必要送風量との間には相関性がある。理論空気量と実際供給空気量との比率を１．８とすると不完全燃焼が発生しないことを実験にて知見しているため、当該比率を１．８としたとき、当該全発熱量と、当該給気ファンの必要送風量との関係は、次式で表される。
【００７８】
【数２】
2010063846.tif 000004
【００７９】
数２で、Ｖｆは、当該給気ファンの必要送風量を表す。Ｈｕは数１と同じく廃棄物の単位質量あたりの燃焼発熱量を表し、ｍは、当該廃棄物の質量を表す。同数２も廃棄物焼却の当業者の間で常用される公式である。数１及び数２より、本実施例にて焼却されると想定される廃棄物の元素組成比率、及び、本実施例の１サイクル当たりの廃棄物の可能焼却質量から、当該給気ファンの必要送風量を算出して、当該給気ファンの仕様を決定することができる。
【００８０】
また、当該全発熱量は、当該燃焼排ガスとも相関性があり、当該燃焼排ガスが有する熱は、当該全発熱量から、上記蓄熱手段の蓄熱量及び上記焼却炉筐体から外方への熱損失を差し引いて比熱で除した値が、当該燃焼排ガスの当該焼却炉内における上昇温度値である。当該上昇温度値に、当該給気ファンによる取入空気温度、即ち、外気温度を加えた値が当該燃焼排ガスの温度となる。以上の関係は、次式で表される。
【００８１】
【数３】
2010063846.tif 000005
【００８２】
数３で、Ｔｈは上記熱伝導性函体における当該燃焼排ガスの温度を表す。Ｓｐは当該燃焼排ガスの定積比熱、Ｈｕは数１と同じく廃棄物の単位質量あたりの燃焼発熱量を表し、ｍは当該廃棄物の質量を表す。ｔ1は当該廃棄物の燃焼時間、ｖは上記蓄熱手段であるコンクリートの体積、λ１は、当該コンクリートの熱伝導率、Ａ１は当該コンクリートの外表面積、α１は当該コンクリートの外表面熱伝達率、Ａ2は上記焼却炉筐体の外表面積（＝内表面積）、α２は当該焼却炉筐体の内表面熱伝達率、λ２は当該焼却炉筐体の熱伝導率、ｌ２は当該焼却炉筐体の壁体の厚さ、α３は当該焼却炉筐体の外表面熱伝達率、ＴＦは当該廃棄物燃焼の火炎温度、Ｔ０は外気温度を表す。
【００８３】
同数３右辺第１項分数の分子中の第１項は、数１と同じく当該廃棄物の燃焼による全発熱量を表す。同分子中の中カッコ内第１項は、当該コンクリートの熱伝導率λ１の逆数、即ち当該コンクリートの熱抵抗を当該コンクリートの体積Ｖで積分することで、当該コンクリートの単位温度差当たりの蓄熱量を表す。同中カッコ内第２項は、当該コンクリートの外表面熱伝達率α１を当該コンクリートの外表面積Ａ１で積分することで、当該コンクリート外表面からの単位温度差当たりの損失熱量を表す。
【００８４】
次に、同、中カッコ内第３項について説明する。本項中のカッコ内分数の分母第１項は当該焼却炉筐体の内表面熱伝達率α２の逆数で、当該焼却炉筐体の当該廃棄物燃焼火炎から当該焼却炉筐体への熱伝達抵抗を表す。同カッコ内分母第２項は当該焼却炉筐体の壁体の厚さｌ２を当該焼却炉筐体の熱伝導率λ２で除することで、当該焼却炉筐体の壁体の熱抵抗を表す。同カッコ内分母第３項は、当該焼却炉筐体の内表面熱伝達率α３の逆数で、当該焼却炉筐体から外方への熱伝達抵抗を表す。
【００８５】
同カッコ内は、同第１項から第３項までの総和が当該焼却炉筐体の全熱抵抗を表し、その逆数として当該焼却炉筐体の熱通過率を表す。以上の詳細により、同中カッコ内第３項は、当該熱通過率を当該焼却炉筐体の外表面積Ａ2で積分することで、当該焼却炉筐体の単位温度差当たりの通過熱量を表す。
【００８６】
従って、同数３右辺第１項分数の分子では、同中カッコ内第１項から第３項までの総和に、当該廃棄物燃焼の火炎温度ＴＦと外気温度Ｔ０との差を乗じ、さらに燃焼時間ｔ1で積分することで、ｔ１時間内における当該コンクリートの総蓄熱量、当該コンクリート外表面からの総損失熱量、及び、当該焼却炉筐体から外方への総通過熱量の総和、即ち、ｔ１時間内における当該燃焼排ガスが当該焼却炉筐体から排出されて上記熱伝導性函体に侵入するまでの総消失熱量を表し、当該総消失熱量を、当該廃棄物の燃焼による全発熱量から差し引くことで、当該燃焼排ガスの燃焼から当該熱伝導性函体侵入時までの総取得熱量を表す。
【００８７】
また、同数３右辺第１項分数の分母中のカッコ内は、数２と同様に廃棄物焼却の当業者の間で常用される公式であり、質量ｍから成る当該廃棄物の燃焼に伴う当該燃焼排ガス量を表す。従って、数３は、上記当該燃焼排ガスの燃焼から当該熱伝導性函体侵入時までの総取得熱量を、当該燃焼排ガス量と定積比熱Ｓｐで除して、外気温度Ｔ０を加えることで、当該熱伝導性函体侵入時における当該燃焼排ガスの温度を表すことになる。
【００８８】
当該熱伝導性函体侵入時における当該燃焼排ガスの温度が算出されると、当該銅製管状体内を流れる水の温度及び流速により、本実施例の主要機能のひとつである、当該銅製管状体内を流れる上記洗濯脱水槽内の水への加熱性能が算出可能となる。当該燃焼排ガスの温度及び当該銅製管状体内を流れる水の温度及び流速と加熱性能の関係は次式で表される。
【００８９】
【数４】
2010063846.tif 000006
【００９０】
数４で、Ｑは当該銅製管状体内を流れる水の総取得熱量を表す。Ａはゼーベック素子の平板方向における水平投射面積、Ｌは、当該熱伝導性函体の当該燃焼排ガスの流体方向における長さ、ＲｅＬは、当該燃焼排ガスの当該Ｌ部通過中におけるレイノルズ数、ＰｒＬは、同Ｌ部通過中におけるプラントル数、λ３は当該熱伝導性函体の熱伝導率、ｌ３は当該熱伝導性函体の熱伝導率の厚さ、λ４は当該ゼーベック素子の熱伝導率、ｌ４は当該ゼーベック素子の厚さ、λ５は当該銅板及び当該銅製管状体を成す銅の熱伝導率、ｌ５は当該銅板と当該銅製管状体の厚さの和、Ｒｅは当該銅製管状体内を流れる水のレイノルズ数、Ｐｒは同流れる水のプラントル数、ｄは当該銅製管状体の内径、Ｔｈは数３と同じく当該熱伝導性函体における当該燃焼排ガスの温度、Ｔ１は当該洗濯脱水槽内の水の温度を表す。
【００９１】
数４を右辺カッコ内分数の分母から説明する。同分母第１項は、伝熱工学に基づく公式で、当該燃焼排ガスから当該熱伝導性函体への乱流強制対流熱伝達率の逆数で、当該燃焼排ガスから当該熱伝導性函体への熱伝達抵抗を表す。同分母第２項は、当該熱伝導性函体の熱伝導率の厚さｌ３を当該熱伝導性函体の熱伝導率λ３で除することで、当該熱伝導性函体の熱抵抗を表す。以下同様に、同分母第３項は、当該ゼーベック素子の熱抵抗、同分母第４項は、当該銅板から当該銅製管状体までの熱抵抗を表す。
【００９２】
また、同分母第５項は当該銅製管状体から同管状体を流れる水への管内乱流強制対流熱伝達率の逆数で、当該管状体から当該水への熱伝達抵抗を表す。従って、同右辺カッコ内分数の分母は、当該熱伝導性函体から当該銅製管状体を流れる水までの熱抵抗を表し、同右辺カッコ内は、その逆数であるから、当該熱伝導性函体から当該銅製管状体を流れる水までの熱通過率を表すことになる。
【００９３】
当該熱通過率に、当該熱伝導性函体中の当該燃焼排ガスと当該洗濯脱水槽内の水との温度差を乗じることで、当該燃焼排ガスから当該水への通過熱流束となる。数４は、当該熱流束を実質的な伝熱面積であるゼーベック素子の平板方向における水平投射面積Ａで積分することで、当該熱伝導性函体からの当該銅製管状体を流れる水の取得熱量を表すことになる。
【００９４】
数３で、当該燃焼排ガスの当該Ｌ部通過中におけるレイノルズ数ＲｅＬと、当該銅製管状体内を流れる水のレイノルズ数Ｒｅはそれぞれ燃焼排ガス、水の流速に起因する変数である。当該レイノルズ数は、当該流速の速くすることで、大きくなり、当該銅製管状体を流れる水の取得熱量Ｑも大きくなり最大能力を発揮することができる。即ち、流体摩擦損失を考慮した上で、可能な限り流体方向に対する流路の断面積を小さくすることが必要である。
【００９５】
ここで、図９にて、衣類の洗浄力と洗浄温度（当該洗濯兼脱水槽内の水の温度）の関係について説明する。本グラフの凡例の配列順序は、各折れ線グラフの２０℃における配列順序と同一である。高熱で凝固するたんぱく質に対する洗浄力は、洗浄温度が上昇すると低下するが、当該たんぱく質を除く一般汚れに対する洗浄力は、４０℃まで近辺まで徐々に上昇し、４０℃を超えると急激に上昇する。
【００９６】
従って、洗浄開始時においては、当該洗濯兼脱水槽内の水の温度を急激に上昇させるとたんぱく質から成る汚れが凝固してしまうため、洗濯開始から所定の時間内は、当該銅製管状体を流れる水の取得熱量Ｑを小さくすることが必要となる。当該取得熱量は、レイノルズ数により変化するため、当該所定の時間内は、図８の１８で示される循環ポンプの回転数を少なくし、当該所定の時間経過後は当該回転数を大きくすることで制御される必要がある。従って、当該循環ポンプは、インバータなどの所定の回転数制御手段を兼備することが必要である。
【００９７】
ここで、上記ゼーベック素子を介した当該熱伝導性函体から当該銅製管状体を流れる水への伝熱に起因する当該ゼーベック素子の発電電力について説明する。当該ゼーベック素子は、２面間の温度差により発電する素子であり、このときの発電電力は次式で表される。
【００９８】
【数５】
2010063846.tif 000007
【００９９】
数５でＷｇは負荷抵抗により取り出し可能な当該ゼーベック素子の総発電電力を表す。ｎは当該ゼーベック素子のｐ−ｎ接合部の個数、Ｚｐは当該ゼーベック素子のｐ型半導体のゼーベック係数、Ｚｎは当該ゼーベック素子のｎ型半導体のゼーベック係数、Ｔｈは数３及び数４と同じく当該燃焼排ガスの温度、Ｔ１は数４と同じく、当該洗濯兼脱水槽内の水の温度、ＲＬは当該ゼーベック素子に対する外部負荷抵抗、Ｒは当該ゼーベック素子の内部抵抗を表す。また、上記熱伝導性函体及び銅板、銅製管状体は、熱伝導率が極めて高い素材からなるものであるため、当該ゼーベック素子の両面は、それぞれ当該燃焼排ガスの温度、当該洗濯兼脱水槽内の水の温度に限りなく近くなり、それぞれ同一と見做して問題ない。
【０１００】
数５で、中カッコ内第１項分数の分子はｐ型半導体とｎ型半導体のゼーベック係数の差に、当該ゼーベック素子の２面間の温度差を乗じることで、当該ゼーベック素子のｐ−ｎ接合部一個当たりのゼーベック効果による起電力を表す。当該起電力に対する電流は、オームの法則より、当該起電力を当該ゼーベック素子に対する外部負荷抵抗と当該ゼーベック素子の内部抵抗との和、即ち（Ｒ+ＲＬ）で除した値となる。
【０１０１】
このときの負荷抵抗により取り出せる発電電力は、電流の２乗に、外部負荷抵抗を乗じた値となる。上記起電力値、電流値を代入することにより、当該中カッコ内のとおり、当該ゼーベック素子のｐ−ｎ接合部一個当たりの発電電力が導かれる。当該一個当たりの発電電力のｎ個分の総和が、本実施例に用いられるゼーベック素子の負荷抵抗により取り出し可能な総発電電力となる。
【０１０２】
数５より、当該総発電電力は、当該ゼーベック素子の２面間の温度差により大きくなり、且つ当該ゼーベック素子のｐ−ｎ接合部の個数が多くなると大きくなる。当該ゼーベック素子の一方の面からの取得熱量は、当該燃焼排ガスからの加熱熱量により決まるが、これは上記のとおり、所定の廃棄物の燃焼状況により決定される。また、当該銅製管状体内を流れる水は当該ゼーベック素子を介して熱を取得するわけであるから、当該ゼーベック素子の他方の面からの除去熱量は、当該洗濯兼脱水槽内の取得熱量に等しくなる。
【０１０３】
段落００９４から００９６に記載のとおり、当該洗濯兼脱水槽内の取得熱量は、流速が大きくなれば大きくなる。従って、先ず、上記洗濯兼脱水槽の容量から当該洗濯兼脱水槽内の必要取得熱量を決定し、続いて当該必要取得熱量を満たす当該流速を算出する。当該流速を満たす上記銅製管状体の内径及び上記循環ポンプ性能を決定する。さらに、当該流速における当該ゼーベック素子の起電力及び外部負荷の必要電力量及び衣類の洗浄時間、上記バッテリーの蓄電効率から、当該ゼーベック素子の個数ｎが決定可能となる。
【０１０４】
以上、数式を用いて、本実施例の衣類の洗浄時における主要機能を説明した。引き続いて、再び図８にて、本実施例の洗浄サイクルについて説明する。当該洗濯兼脱水槽では、当該槽内の水が徐々に加熱されながら上記回転ドラムの回転により、所定の時間、衣類を洗浄すると、上記プログラム制御により、上記直流モータの回転及び上記循環ポンプの運転を中止して当該衣類の洗浄を終了する。このとき、上記廃棄物の燃焼は継続して行われている。
【０１０５】
当該衣類の洗浄が終了すると、当該プログラム制御により、４３で示される洗濯兼脱水槽排水電動開閉弁に送電されて当該洗濯兼脱水槽排水電動開閉弁が開放して、４４で示される洗濯兼脱水槽排水管を通じて当該洗濯兼脱水槽内の水が外方へ排水される。その後、当該洗濯兼脱水槽内の水が十分に排水されると、当該プログラム制御により、上記直流モータが回転を開始するとともに、上記クラッチにもプログラムされた電流が送電されて、当該クラッチが当該直流モータから伝達された動力を制御し上記回転ドラムを高速回転させて、当該衣類の脱水を開始する。
【０１０６】
所定の時間、脱水を行った後、当該プログラム制御により、再び当該洗濯兼脱水槽排水電動開閉弁に送電されて当該洗濯兼脱水槽排水電動開閉弁が閉止するとともに、上記電磁弁にも送電されて開放し、さらに、上記電動流体方向切換弁にも送電されて、流体方向が所定の方向に切り換わる。当該電磁弁の開放により、水圧により給水が開始される。当該給水は、当該電動流体方向切換弁の流体方向の切替により、上記ゼーベック素子外周部の螺旋状に配設された上記銅製管状体を経て、当該洗濯兼脱水槽に到達する経路にて行われる。
【０１０７】
当該給水により、当該洗濯兼脱水槽が所定の水位に達すると、当該プログラム制御により、上記直流モータが回転を開始するとともに、上記クラッチにもプログラムされた電流が送電されて、当該クラッチが当該直流モータから伝達された動力を制御し上記回転ドラムを回転させて、当該衣類のすすぎを開始する。当該すすぎにより発生する溢れ水は、５６で示されるオーバーフロー管より外方へ排水される。
【０１０８】
図１０は、４０℃と２０℃の水による、ためすすぎの回数と衣類の洗剤残留量の関係を表すグラフである。本グラフでは、同一洗剤残留量に到達するまでの、ためすすぎの回数は、４０℃の水の方が少ないことを表している。従って、すすぎに用に給水される水を加熱した方が、すすぎ時間の短縮、及び、給水量の節約を可能とすることになる。
【０１０９】
本実施例では、当該給水が当該ゼーベック素子外周部の螺旋状に配設された当該銅製管状体を経て当該洗濯兼脱水槽に供給されるため、加熱されてから当該洗濯兼脱水槽に供給されることになる。従って、すすぎ時間の短縮、及び、給水量の節約を実現することとなる。さらに、当該給水は、衣類の洗浄時のように循環加熱されることがなく、常に常温であるため、すすぎ時における当該ゼーベック素子の発電電力も最大となる。
【０１１０】
所定の時間、当該すすぎが行われると、当該プログラム制御により、当該電磁弁が閉止して給水が中断されるとともに、当該直流モータへの送電も中断されて、当該回転ドラムの回転も中断さる。同時に当該洗濯兼脱水槽排水電動開閉弁に送電されて当該洗濯兼脱水槽排水電動開閉弁が開放する。当該洗濯兼脱水槽排水電動開閉弁の開放により当該洗濯兼脱水槽内の水は外方に排水されて当該すすぎは終了する。すすぎが終了すると、当該プログラム制御により、再び脱水を開始する。このときのプログラム制御は段落０１０５に記載の要領と同一であるため、説明を省略する。
【０１１１】
所定の時間、当該脱水が行われると、当該プログラム制御により、当該直流モータへの送電も中断されて、当該回転ドラムの高速回転も中断され、当該脱水は終了する。当該脱水が終了すると、当該プログラム制御により、２０で示される乾燥送気ファンに送電されて当該乾燥送気ファンが起動して、５３で示される矢印の方向に乾燥用空気が送風される。同時に、当該直流モータ及び当該クラッチへも送電されて、当該回転ドラムが回転する。
【０１１２】
当該乾燥用空気は、２３で示される乾燥用空気取入口より取り入れられて、図３及び図４の２７で示される乾燥用空気加熱孔に流入される。このとき、２６で示される銅製放熱フィンを介して２５で示されるコンクリートが蓄熱する熱を、強制対流熱伝達により取得する。当該熱を取得した乾燥用空気の送風にて、当該回転する回転ドラム内の衣類は乾燥される。所定の時間、所定の風量を送風して、当該衣類が乾燥すると、当該プログラム制御により、当該直流モータ、当該クラッチ、当該乾燥送気ファンへの送電も中断されて、乾燥を終了する。これで、本実施例の洗濯機の全サイクルを修了したことになる。ここで、乾燥における当該乾燥用空気の送風量と温度、取得熱量の関係は、次式で表される。
【０１１３】
【数６】
2010063846.tif 000008
【０１１４】
数６で、Ｔｄは当該乾燥用空気の加熱後の温度を表す。Ｓｄは、当該乾燥用空気の定積比熱、Ｖｄは当該乾燥送気ファンによる当該乾燥用空気の送風量を表す。ｔ３は、当該送風量Ｖｄを当該乾燥送気ファンが送風するのに要する時間を表す。Ａ３は当該銅製放熱フィンの外表面積（＝放熱面積）、ＲｅＬ2は当該銅製放熱フィン部位における当該乾燥用空気のレイノルズ数、ＰｒＬ2は同プラントル数、Ｌ２は当該銅製放熱フィンの流体方向における長さ、λ5は数４の符号と同一で、当該銅製放熱フィンを構成する銅の熱伝導率を表す。
【０１１５】
また、ｔ１、λ１、ＴＦ，Ｔ0は数３の記号と同一で、それぞれ当該廃棄物の燃焼時間、当該コンクリートの熱伝導率、当該廃棄物燃焼の火炎温度、外気温度を表す。Ｓｃは当該コンクリートの定積比熱、Ｖは同じく数３の記号と同一で、当該コンクリートの体積を表す。
【０１１６】
数６で、右辺分数の分子、中カッコ内の第１番目のカッコ内は、伝熱工学に基づく公式で、当該銅製放熱フィンから当該乾燥用空気への乱流強制対流熱伝達率を表す。同第２番目のカッコ内第１項分数の分子は、上記数３右辺第１項分数の分子中の中カッコ内第１項で示される当該コンクリートの単位温度差当たりの蓄熱量に、上記廃棄物燃焼の火炎温度と外気温度との差を乗ずることで当該コンクリートの蓄熱量を表す。当該コンクリートの蓄熱量を定積比熱と体積で除することで、同カッコ内第１項分数は、当該コンクリートの温度を表す。
【０１１７】
当該銅製放熱フィンは、熱伝導率が極めて高いため、当該銅製放熱フィンの温度は、当該コンクリートの温度に限りなく近くなり、当該両温度は同一として問題ない。数６左辺分数の分子では、当該コンクリートの温度と外気温度との差に、当該銅製放熱フィンから当該乾燥用空気への乱流強制対流熱伝達率を乗じ、さらに、当該銅製放熱フィンの放熱面積で積分し、その値を当該乾燥送気ファンが送風するのに要する時間で積分することで、当該銅製放熱フィンからの当該乾燥用空気の総取得熱量を表す。当該総取得熱量を当該乾燥空気の定積比熱と送風量、即ち体積で除することにより、当該乾燥空気の加熱後の温度を表す。
【０１１８】
当該乾燥用空気の送風による当該洗濯兼脱水槽における衣類の乾燥能力は、当該洗濯兼脱水槽内の換気回数が多い程、また、当該乾燥用空気の温度高い程、高くなる。当該換気回数を大きくするには、当該乾燥送気ファンによる当該乾燥用空気の送風量を大きくすることが必要であるが、数６より、当該送風量が大きくなると当該乾燥用空気の温度は低くなる。同一送風量にて当該乾燥用空気の温度を高くするには、当該乱流強制対流熱伝達率を大きくすることが有効となる。
【０１１９】
当該乱流強制対流熱伝達率を大きくするには、レイノルズ数を大きくする、即ち流速を大きくすることが必要になる。従って、上記乾燥用空気加熱孔の断面積を、流体摩擦損失を考慮した上で当該断面積を可能な限り小さくする。以上の条件で、数６のｔ３が最小となるVdを決定すれば、当該洗濯兼脱水槽における衣類の乾燥能力が最大となる当該乾燥送気ファンの仕様が決定される。
【０１２０】
以上の数理的根拠により、本実施例の各構成要素の仕様が決定される。当該仕様が決定されると、当該各構成要素の消費電力も決定される。当該各構成要素の消費電力により、上記ゼーベック素子の必要発電能力と上記バッテリーの必要容量が決定される。当該各構成要素の消費電力と当該ゼーベック素子の必要発電能力と当該バッテリーの必要容量との関係は、次式で表される。
【０１２１】
【数７】
2010063846.tif 000009
【０１２２】
数７で、Ｄは、当該ゼーベック素子の必要発電能力及び当該バッテリーの必要容量の全電力消費要素の消費電力に対する安全率、ｎ2は本実施例における各構成要素のうちの、電力消費要素の個数を表す。ｔiは、ｎ2個から成る電力消費要素のうちの第i番目の電力消費要素の起動時間、ｗiは同じく第i番目の電力消費要素の消費電力を表す。Ｂは当該バッテリーの蓄電効率、ｔ2は当該ゼーベック素子の発電可能時間を表す。当該発電可能時間は、本実施例の洗濯機が全サイクルを終了するまでの時間から、脱水、乾燥など、当該ゼーベック素子の２面間に所定の温度差が発生しない時間を差し引いた値となる。また、Ｗｇは、数５と同じく、負荷抵抗により取り出し可能な当該ゼーベック素子の総発電電力を表す。
【０１２３】
同数７の左辺第２項は、各電力消費要素の消費電力Ｗiを、同各電力消費要素の起動時間tiで積分することで、各各電力消費要素の消費電力量を表し、当該各電力消費要素の個数ｎ個分の総和が本実施例の洗濯機の消費電力量となる。同左辺は、当該消費電力量に、過負荷などに備えた安全率Ｄを乗じることで、本実施例の洗濯機の必要電力量を表す。
【０１２４】
同数７の右辺第２項は、上記数５で示される負荷抵抗により取り出し可能な当該ゼーベック素子の総発電電力Ｗｇを当該ゼーベック素子の発電可能時間ｔ2で積分することで、当該当該ゼーベック素子の総発電電力量を表す。当該各電力消費要素への送電は、当該バッテリーに蓄電されてから行われるため、同右辺で表される当該総発電電力量に当該バッテリーの蓄電効率Ｂを乗じた値が、各電力消費要素へ送電可能な電力量となる。
【０１２５】
数５の左辺を満たすように、当該ゼーベック素子の個数及び当該バッテリーの蓄電容量を決定する。このとき当該ゼーベック素子の個数が決定されることにより、上記数４の当該ゼーベック素子の平板方向における水平投射面積Ａも決定される。従って、上記銅製管状体内を流れる水の総取得熱量Ｑも決定するため、上記循環ポンプの仕様も再算出する必要がある。
【０１２６】
数１〜数７の全てを満たすまで当該再算出を行い、各構成要素の仕様を決定することにより、上記全サイクルを実現可能となる。以上で、本実施例の各構成要素の仕様の決定容量及び、当該仕様における構成、当該仕様による全サイクルが説明された。
【産業上の利用可能性】
【０１２７】
本発明は、廃棄物処理に伴う化学エネルギーを有効利用して、効率的に衣類の洗浄を行うもので、民生用途の衣類の洗浄に留まらず、産業用廃棄物が発生する産業用の洗濯機としても利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】本装置全体投影図。本装置の全体構成の概要を示す。（実施例１）
【図２】本装置正面立面図。正面矢視による本装置の全体構成の概要を示す。（実施例１）
【図３】焼却炉断面図１。図２のＡ部における焼却炉の断面構造を示す。（実施例１）
【図４】焼却炉断面図２。図２のＢ部における焼却炉の断面構造を示す。（実施例１）
【図５】焼却炉断面図３。図３、図４のＤ部における焼却炉の断面構造を示す。（実施例１）
【図６】洗濯兼脱水層断面図１。図２のＣ部における洗濯兼脱水槽の断面構造を示す。（実施例１）
【図７】洗濯兼脱水層断面図２。図６のＥ部における洗濯兼脱水槽の断面構造を示す。（実施例１）
【図８】本装置システムフロー図。本装置の流体及び電気回路の構成を示す。（実施例１）
【図９】温度別洗浄力グラフ。洗濯に用いられる水の温度と洗浄力の関係を示す。
【図１０】水温別すすぎ能力グラフ。洗剤のすすぎの２０℃と４０℃の水における、すすぎ回数と洗剤の残留量の関係を示す。
【符号の説明】
【０１２９】
１    洗濯機筐体
２    洗濯兼脱水槽
３    回転ドラム（洗浄手段）
４    洗濯兼脱水槽開閉蓋
５    焼却炉筐体
６    焼却炉開閉蓋
７    焼却炉給気ファン筐体
８    給気ダクト
９    熱伝導性函体（加熱手段）
１０    ゼーベック素子
１１    排気ダクト
１２    銅製管状体（熱交換手段）
１３    電磁弁
１４    電動流体方向切換弁
１５    バッテリー（蓄電手段）
１６    制御ボックス（制御手段）
１７    洗浄機構部筐体
１８    循環ポンプ
１９    蓄熱手段
２０    乾燥送気ファン
２１    乾燥送風ダクト
２２    給水口
２３    乾燥用空気取入口
２４    銅板（熱伝導板）
２５    コンクリート（蓄熱手段）
２６    銅製放熱フィン
２７    乾燥用空気加熱孔
２８    廃棄物焼却台
２９    排ガスフィルター
３０    焼却炉給気ファン
３１    燃焼空気吹出口
３２    回転ドラム通水孔
３３    直流モータ
３４    クラッチ
３５    回転軸
３６    メカニカルシール
３７    洗濯兼脱水槽内水位
３８    動力伝達機構
３９    洗濯兼脱水層吸水口
４０    乾燥用空気吹出口
４１    洗濯兼脱水槽給水口
４２    洗濯兼脱水槽開閉蓋シール
４３    洗濯兼脱水槽排水電動開閉弁
４４    洗濯兼脱水槽排水管
４５    乾燥用空気排出口
４６    洗濯兼脱水槽排水口
４７    送電線
４８    ダイオード
４９    燃焼火炎
５０    燃焼用取入空気
５１    燃焼排ガス
５２    燃焼熱
５３    乾燥用空気
５４    洗濯用水
５５    給水
５６    オーバーフロー管
Ａ  
Ａ部の断面記号
Ｂ    
Ｂ部の断面記号
Ｃ  
Ｃ部の断面記号
Ｄ    
Ｄ部の断面記号
Ｅ    
Ｅ部の断面記号
【図１】
2010063846.tif 000010
【図２】
2010063846.tif 000011
【図３】
2010063846.tif 000012
【図４】
2010063846.tif 000013
【図５】
2010063846.tif 000014
【図６】
2010063846.tif 000015
【図７】
2010063846.tif 000016
【図８】
2010063846.tif 000017
【図９】
2010063846.tif 000018
【図１０】
2010063846.tif 000019