(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
扁平に形成された水管と、水管の両側面に設けた熱電素子モジュールと、熱電素子モジュールの外側面に設けたフィン基板と、フィン基板の外側面に設けたフィンとからなる発電ユニットを、風胴内に複数個積層配置してなる発電装置において、発電ユニットの側端部のうち、風胴内のガス流路の上流側であって、ガス流に対向する側端部に整流板を設けたことを特徴とする発電装置。
【請求項２】
整流板を発電ユニットのフィン基板に支持したことを特徴とする請求項１記載の発電装置。
【請求項３】
発電ユニットの側端部のうち、風胴内のガス流路の下流側の側端部にも整流板を設けたことを特徴とする請求項１記載の発電装置。
【請求項４】
発電ユニットの風胴内のガス流方向の上流側と下流側の整流板において、下流側の整流板の長さを上流側より長くしたことを特徴とする請求項３記載の発電装置。
【請求項５】
扁平に形成された水管と、水管の両側面に設けた熱電素子モジュールと、熱電素子モジュールの外側面に設けたフィン基板と、フィン基板の外側面に設けたフィンとからなる発電ユニットを、風胴内に複数個積層配置してなる発電装置において、発電ユニットの水管の両側に配置される両フィン基板のガス流方向の幅を、水管の同方向の幅より広くし、この両フィン基板をガス流方向の両端部で、かつ水管からはずれた位置で相互に結合したことを特徴とする発電装置。
【請求項６】
風胴を焼却炉の排ガス出口に接続してなることを特徴とする請求項１，２，３，４または５記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温空気または、高温の燃焼ガス等の高温ガスの保有熱を利用して熱電素子で直接発電するようにした発電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の発電装置としては、本発明の出願人が先に実開昭６２−９４６６１号として提案したものがある。この発電装置は図１，図２に示すようになっていて、扁平形状の水管ａの上面と下面に熱電素子モジュールｂを接着あるいはロー付けにて固着し、さらに、この両熱電モジュールｂにガス通路となるフィンｃを一体に固着して構成した発電ユニットｄを図２に示すように風胴ｅ内に各水管ａの両端部に設けてある水出入口ｆを互いに接続して積層配置する構成となっている。そして各水管ａは風胴ｅ内の上下に設けた基板ｇにわたって貫通する取り付けロングボルトｈにて一体状に固着されている。
【０００３】
この構成において、風胴ｅに流入した高温ガスは各発電ユニットｄの上下面に設けたフィンｃ，ｃを通って下流側へ排出され、この間に発電ユニットｄの熱電素子モジュールｂの一側面を加熱する。一方各発電ユニットｄの水管ａには水が循環していることにより、熱電素子モジュールｂの他側面を冷却する。これにより、各熱電素子モジュールｂには厚さ方向に温度差が生じ、このときのゼーベック効果等により電力が発生し、これを取り出して利用するようになっている。
【０００４】
ところで、上記従来の発電装置にあっては、各発電ユニットの所定の厚さを有する水管ａや、熱電素子モジュールｂ、さらにフィンｃの基板の側端面が風胴ｅの上流側に対向された構成となっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した発電装置にあっては、各発電ユニットｄの各水管ａや、熱電素子モジュールｂ、さらにフィンｃの基板の側端面が風胴ｅにおける風の衝突面となってしまい、この風胴ｅ内を通る高温ガスの圧力損失の大きな原因となっていた。また、ガス流が発電ユニットｄにあたる際に発生していた騒音も高かった。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
本発明は上記した従来の発電装置の問題点を解決するためになされたもので、本発明に係る発電装置は、扁平に形成された水管と、水管の両側面に設けた熱電素子モジュールと、熱電素子モジュールの外側面に設けたフィン基板と、フィン基板の外側面に設けたフィンとからなる発電ユニットを、風胴内に複数個積層配置してなる発電装置において、発電ユニットの側端部のうち、風胴内のガス流路の上流側であって、ガス流に対向する側端部に整流板を設けた構成となっており、風胴を流れる高温ガスは各発電ユニットのフィンを通って下流側へ排出され、この間にフィンにガス流の熱が吸収され、その熱がフィン基板を介して熱電素子モジュールの一側面に伝達される。一方水管には水が水出入口より流出入されて流れていて、これに当接している熱電素子モジュールの他側面が冷却され、これにより熱電素子モジュールにて発電される。このとき、各発電ユニットのガス流方向の上流側に整流板が設けてあるので、風胴を流れる高温ガスは発電ユニットの側端部で乱されることなくスムーズな流れとなってフィン部に流入する。このため、この発電ユニットによるガス流に対する抵抗が少なくなり、風胴を通る高温ガスの圧力損出を少なくすることができると共に、発電ユニットにガス流があたる際の騒音を少なくすることができる。
【０００７】
また、発電装置において、整流板を発電ユニットのフィン基板に支持し、及び、この発電ユニットの風胴内のガス流方向の下流側にも整流板を固着し、さらに下流側の整流板の長さを上流側より長くたことにより、このフィンを通るガス流は乱れることがなくスムーズな流れとなって流れる。そして上流側の整流板が短いことにより、発電ユニットの上流側の大きさを小さくでき、発電装置全体をコンパクトにすることができる。
【０００８】
さらに、上記発電装置において、発電ユニットの水管の両側に配置される両フィン基板のガス流方向の幅を、水管の同方向の幅より広くし、この両フィン基板をガス流方向の両端部で、かつ水管からはずれた位置で相互に結合したことにより、両フィン基板は水管の両側面に設けた熱電素子モジュールの表面に沿う状態で互いに結合することができ、このフィン基板に剛性をもたせておくことにより、このフィン基板を熱電素子モジュールの面精度以外の不確定要因がない状態で固着できる。従ってこのフィン基板を熱電素子モジュールの表面に均一に当接することができ、フィンからの熱を効率よく熱電素子モジュール側へ伝達することができる。また、両フィン基板を結合する部材が水管に接触することがなくなり、水管とフィン基板とを熱的に断絶され、フィン基板から熱が余計のところへ逃げるのを防止できる。
【０００９】
さらに、上記発電装置の風胴を焼却炉の排ガス出口に接続したことにより、焼却炉からの排熱から発電でき、排ガスの有効利用を図ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図３以下に基づいて説明する。
図中１は断面形状が矩形状になっている風胴であり、この風胴１内に複数の発電ユニット２，２，…が風胴１の風路に対して直角方向（上下方向）に一定間隔をおいて積層配置されている。
【００１１】
この発電ユニット２は図４に示すようになっていて、風胴１の開口幅方向に長くした扁平にして、かつ上，下面を平坦にした水管３と、この水管３の上，下面に接着等の手段にて固着された熱電素子モジュール４と、この各熱電素子モジュール４の他面に当接させるフィン基板５と、このフィン基板５の他面に風胴１の風路方向に向けて固着したフィン７とからなっている。そして上記両フィン基板５，５の幅は、水管３の風路方向の幅より長くなっていて、それぞれの風路方向の両端部がボルト８，８にて結合されており、これにより、両フィン基板５，５は熱電素子モジュール４に当接して水管３を挟んだ状態でこの水管３に結合されている。
【００１２】
上記各発電ユニット２は風胴１内において、この風胴１を通る高温ガスの流路中に配置され、この高温ガスが各発電ユニット２の上下ににあるフィン７を通ることになるが、このとき各発電ユニット２の水管３と両フィン基板５，５の合計厚さ分の面積が上記高温ガスの流路の妨げとなる。
【００１３】
そこで、各発電ユニット２の上流側と下流側に整流板９，１０を取り付ける。上流側の整流板９は先端部を比較的大きな、例えば発電ユニット２のフィン７を除く厚さの１／２の半径の半円形にした形状になっており、下流側の整流板１０は風胴１の下流側へ長く延長された形状となっている。この両整流板９，１０はフィン基板５，５の側端面に接着剤にて、またはビス（図示せず）にて固着されている。
【００１４】
上記水管３の長手方向両端部には水出入口１１，１１が設けてある。この各水出入口１１は図５に示すように、水管３の上側に固着したねじ付き接管１２と、下側に固着した段付き接管１３とからなっている。そして、段付き接管１３にはこれの段部に嵌合すると共に、上記ねじ付き接管１２に螺合するナット部材１４が遊嵌されている。
【００１５】
各発電ユニット２の相互は、各水管１の水出入口１１を当接させて重ね合わせ、上側の水管１のナット部材１４を下側の水管１のねじ付き接管１２に螺合することにより順次積層結合される。そして最上側の発電ユニットのねじ付き接管１２が風胴１側に固着された固定接管１５に、これに遊嵌されているナット部材１４にて結合される。また最下側の発電ユニットの水管３の水出入口１１の下側は閉じられていて、この部分に固着した支持台１６が風胴１側に固着されるようになっている。図中１７は断熱材、１８はシール部材である。このようにして各発電ユニット２，２，…は、これの各水管３の水出入口１１を重ね合わせてこれの相互をナット部材１４にて結合することにより風胴１内に積層配置される。
【００１６】
上記構成において、風胴１に流入した高温ガスは各発電ユニット２，２，…にあたり、これのフィン７を通って流出していく。このとき、各発電ユニット２の上流側に整流板９があるので、上記高温ガス流は発電ユニット２の側端部で乱されることなくスムーズな流れとなってフィン７部に流入される。またこのフィン７を出たガス流は、発電ユニット２の下流側に取り付けられている整流板１０に沿って渦流となっていることなくスムーズな流れとなって風胴１の下流側へ排出されていく。このときの高温ガスの熱はフィン７よりフィン基板５に伝達され、発電素子モジュール４の一側面が加熱される。
【００１７】
一方各熱電ユニット２，２，…の水管３には、これの一方の水出入口１１より水が供給され、他方の水出入口１１より流出して水が循環しているので、上記熱電素子モジュール４の他面が冷却され、これにより、この熱電素子モジュール４にはこれの上下面の温度差による起電が生じて発電される。
【００１８】
上記実施の形態において、フィン基板５はフィン７からの熱を熱電素子モジュール４に効率よく伝導するために、熱伝導率のよい、例えばアルミが用いられる。一方整流板９，１０は軽く、かつ断熱性を有している方がいいので、ベークライト等の合成樹脂やセラミックが用いられる。なおアルミにしてフィン基板５と一体状に構成してもよい。
【００１９】
この整流板９，１０の形状は、流体の流れを乱さないような形なら特に限定されない。そして上流側の整流板９の先端は丸みがあった方が流体の流れの方向が多少ずれてもこれを許容できて流れが乱れることがない。またこの上流側の整流板９も長い方が流れが滑らかになってよいが、コンパクトにするために上流側を短くした。なおこの上流側の整流板９は、発電ユニット２を通るガス流にとって、流体抵抗を小さくするために極めて重要であるが、下流側の整流板１０はなくても装置として許容することができる。そしてこれを設ける場合にはできるだけ下流側へ長くすることが、渦流の発生防止に有効である。
【００２０】
各発電ユニット２のフィン７の高さは、あまり高いと、これの先端の方からの熱が熱電素子モジュール４側へ伝わり難く、結局フィン効率が低下する。従ってフィン効率を高めるためにはフィン７の高さはある程度低い方がいい。そしてこの高さの低いフィン７の熱効率よく熱電素子モジュール４側へ伝達するために、フィン７と熱電素子モジュール４との間に介在したフィン基板５の厚さを大きくした。フィン基板５は熱伝導性のよい材料（アルミ）で厚く作られていることにより、熱の通り道が多く、フィン７で吸収した熱を瞬時に熱電素子モジュール４に集中化することができる。このとき、このフィン基板５が厚くなった分だけ発電ユニット２のガス流に対する厚さが大きくなってガス流の抵抗が増えるが、これは発電ユニット２の側端部に整流板９，１０を取り付けることにより解決される。
【００２１】
この種の発電ユニット２では、熱電素子モジュール４とフィン基板５とが均一に当接されていないと効率か悪くなる。上記実施例では、フィン基板５が厚く剛性を有していること、及びこれの幅方向両側で、かつ水管３の幅方向両側でフィン基板相互がボルト８，８にて結合されているので、このボルト８，８の締結力を両側で均等になるようにして締結することにより、両フィン基板５，５は水管３に固着された熱電素子モジュール４，４の表面に均一に当接することができる。またこのとき、例えばボルト８が金属製であっても、このボルト８を介してフィン基板５の熱が水管３側へ伝わることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の発電装置の発電ユニットを示す一部破断分解斜視図である。
【図２】従来の発電装置を示す一部破断分解斜視図である。
【図３】本発明に係る発電装置を示す側面図である。
【図４】本発明に係る発電装置の要部を示す断面図である。
【図５】本発明に係る発電装置の水管の接続部を示す断面図である。
【符号の説明】
１…風胴
２…発電ユニット
３…水管
４…熱電素子モジュール
５…フィン基板
７…フィン
８…ボルト
９，１０…整流板
１１…水出入口
１２…ねじ付き接管
１３…段付き接管
１４…ナット部材
１５…固定接管
１６…支持台
１７…断熱材
ａ…水管
ｂ…熱電素子モジュール
ｃ…フィン
ｄ…発電ユニット
ｅ…風胴
ｆ…水出入口
ｇ…基板
ｈ…ロングボルト
【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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