(57)【要約】【課題】熱電モジュールの高温側面及び低温側面を均一且つ十分に加熱又は冷却して、高い発電効率を得ることができる水加熱装置を提供する。【解決手段】熱電モジュール２を備えた発電ユニット３を経た燃焼ガスＧから給水Ｗに授熱する熱交換器１１を備え、発電ユニット３が、熱電モジュール２の低温側面に接し且つ、熱電モジュール２とは反対側の面に給水Ｗが通流する給水流路部材４と、熱電モジュール２の高温側面に接し且つ、熱電モジュール２とは反対側の面に燃焼ガスＧが通過する燃焼ガス通過路７を形成する燃焼ガス通過部材６とを備え、熱電モジュール２の高温側面及び燃焼ガス通過路７を、燃焼ガスＧの流れ方向に沿って形成するとともに、燃焼ガス通過部材６に、燃焼ガスＧの流れ方向に沿った姿勢で熱電モジュール２側から燃焼ガス通過路７に向けて櫛歯状に立設形成された複数の受熱フィンを設けた。【選択図】図１
2015117884.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料が燃焼されて発生する燃焼ガスを高温源とし、且つ給水を低温源とする熱電モジュールを備えた発電ユニットと、前記発電ユニットを経た前記燃焼ガスから給水に授熱する熱交換器とを備えた水加熱装置であって、
前記発電ユニットに、前記熱電モジュールの低温側面に接し且つ、前記熱電モジュールとは反対側の面に前記給水が通流する給水流路を形成する給水流路部材と、前記熱電モジュールの高温側面に接し且つ、前記熱電モジュールとは反対側の面に前記燃焼ガスが通過する燃焼ガス通過路を形成する燃焼ガス通過部材とを備えて構成し、
前記熱電モジュールの高温側面及び前記燃焼ガス通過路を、バーナから発生する前記燃焼ガスの流れ方向に沿って形成するとともに、
前記燃焼ガス通過部材に、前記燃焼ガスの流れ方向に沿った姿勢で前記熱電モジュール側から前記燃焼ガス通過路に向けて櫛歯状に立設形成された複数の受熱フィンを設けた水加熱装置。
【請求項２】
前記給水流路部材が前記燃焼ガスの流れ方向に沿った偏平状に形成されると共に、当該給水流路部材の両側に一対の前記熱電モジュール及び一対の前記燃焼ガス通過部材が設けられている請求項１に記載の水加熱装置。
【請求項３】
前記バーナが、燃焼ガス流路の横断方向に複数の火炎孔を備えると共に、前記複数の火炎孔のうちの前記横断方向における中央部分に位置する中央火炎孔のみに火炎を形成する部分出力運転を実行可能に構成され、
前記発電ユニットが、前記中央部分の上方に配置されている請求項２に記載の水加熱装置。
【請求項４】
前記燃焼ガス通過部材が、前記燃焼ガス通過路の外側に外側壁を有すると共に、前記受熱フィンの先端側と前記外側壁との間に隙間が形成されている請求項１から３の何れか１項に記載の水加熱装置。
【請求項５】
前記発電ユニットにおいて、前記熱電モジュールの周囲に分散配置され、前記給水流路部材と前記燃焼ガス通過部材とを締結する複数の連結ボルトが備えた請求項１から４の何れか１項に記載の水加熱装置。
【請求項６】
前記給水流路部材の冷却側壁及び前記燃焼ガス通過部材の加熱側壁に、前記熱電モジュールが収容される収容凹部が形成され、
前記収容凹部の内周側面と前記熱電モジュールとの間に隙間が形成されている請求項１から５の何れか１項に記載の水加熱装置。
【請求項７】
前記受熱フィンの受熱面の面積が、前記燃焼ガスの流れ方向の上流側から下流側に向けて漸次増加されている請求項１から６の何れか１項に記載の水加熱装置。
【請求項８】
前記熱電モジュールとして、高温用熱電モジュールと当該高温用熱電モジュールよりも作動温度が低い低温用熱電モジュールとを備え、
前記発電ユニットにおいて、前記燃焼ガスの流れ方向に沿って上流側から順に、前記高温用熱電モジュールと前記低温用熱電モジュールとが並設されている請求項１から７の何れか１項に記載の水加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料が燃焼されて発生する燃焼ガスを高温源とし、且つ給水を低温源とする熱電モジュールを備えた発電ユニットと、前記発電ユニットを経た前記燃焼ガスから給水に授熱する熱交換器とを備えた水加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の水加熱装置として、下記の特許文献１には、バーナで燃料を燃焼させて発生した燃焼ガスが流れる筐体内に、燃焼ガスを高温源とし、且つ給水を低温源とする熱電モジュールを備えた発電ユニットと、その発電ユニットを経た燃焼ガスから給水に授熱する熱交換器とを備えた水加熱装置が開示されている。
この筐体内には、給水が流れる管部材が設けられ、その管部材の外周に熱交換器と熱電モジュールとが設けられている。そして、管部材において熱交換器が熱電モジュールより給水の流れの上流側に設けられ、熱交換器において燃焼ガスとの熱交換により加熱された後の比較的温度の高い給水が熱電モジュールに供給されるように構成されている。
この熱電モジュールは、管部材を中心として管部材の軸方向に沿って中空円筒形状に形成され、その外周面を筐体内を流れる燃焼ガスによって加熱される高温側面とし、その内周面を、管部材を流れる給水によって冷却される低温側面として、高温側面と低温側面との温度差によって発電するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４９０８５７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示の従来の水加熱装置では、熱電モジュールが、その軸方向を燃焼ガスの流れ方向に対して垂直方向に沿わせて配置されているので、燃焼ガスの流れ方向の上流側の外周面部分では熱伝達率が比較的高くなるが、下流側の外周面部分では熱伝達率が極端に低くなる。このため、熱電モジュールの高温側面としての外周面の温度を均一に上昇させることが困難であった。更に、熱電モジュールが中空円筒形状に形成されているので、内周面の面積が外周面の面積に比べて小さくなる。このため、低温側面である内周面の温度を十分に低下させることが困難であった。これらのことから、特許文献１に開示の従来の水加熱装置では、熱電モジュールの外周面と内周面との温度差が小さくなり、熱電モジュールの発電効率が低くなるという問題があった。
【０００５】
本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、熱電モジュールの高温側面と低温側面との温度差を十分に拡大して、高い発電効率を得ることができる水加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的を達成するための本発明に係る水加熱装置は、
燃料が燃焼されて発生する燃焼ガスを高温源とし、且つ給水を低温源とする熱電モジュールを備えた発電ユニットと、前記発電ユニットを経た前記燃焼ガスから給水に授熱する熱交換器とを備えた水加熱装置であって、その特徴構成は、
前記発電ユニットに、前記熱電モジュールの低温側面に接し且つ、前記熱電モジュールとは反対側の面に前記給水が通流する給水流路を形成する給水流路部材と、前記熱電モジュールの高温側面に接し且つ、前記熱電モジュールとは反対側の面に前記燃焼ガスが通過する燃焼ガス通過路を形成する燃焼ガス通過部材とを備えて構成し、
前記熱電モジュールの高温側面及び前記燃焼ガス通過路を、バーナから発生する前記燃焼ガスの流れ方向に沿って形成するとともに、
前記燃焼ガス通過部材に、前記燃焼ガスの流れ方向に沿った姿勢で前記熱電モジュール側から前記燃焼ガス通過路に向けて櫛歯状に立設形成された複数の受熱フィンを設けた点にある。
【０００７】
上記水加熱装置の特徴構成によれば、給水流路部材を備えることにより、熱電モジュールの低温側面を比較的低温の給水で均一且つ十分に冷却してその温度を低下させることができる。
一方、燃焼ガス通過部材を備えることにより、熱電モジュールの高温側面を燃焼ガスにより均一に加熱してその温度を上昇させることができる。また、燃焼ガス通過部材に形成された燃焼ガス通過路が、燃焼ガスの流れ方向に沿って形成されるとともに、燃焼ガスの流れ方向に沿って複数の受熱フィンが櫛歯状に立設形成されているので、燃焼ガスの流れを阻害することなく受熱フィンの間を通過させることができる。よって、燃焼ガスの圧力損失の増加を抑制しながら、燃焼ガスの熱を受熱フィンによって良好に回収することができる。そして、熱電モジュールの高温側面も燃焼ガスの流れ方向に沿って形成されるので、燃焼ガスから回収した熱によって、熱電モジュールの高温側面を均一且つ十分に加熱してその温度を上昇させることができる。
よって、熱電モジュールの高温側面と低温側面との温度差を十分に拡大して、高い発電効率を得ることができる。
【０００８】
本発明に係る水加熱装置の更なる特徴構成は、
前記給水流路部材が前記燃焼ガスの流れ方向に沿った偏平状に形成されると共に、当該給水流路部材の両側に一対の前記熱電モジュール及び一対の前記燃焼ガス通過部材が設けられている点にある。
【０００９】
上記水加熱装置の特徴構成によれば、給水流路部材が燃焼ガスの流れ方向に沿った偏平状に形成されているので、燃焼ガスの流れが妨げられて圧力損失が増加することを抑制することができる。更に、給水流路部材の両外側に一対の熱電モジュールが設けられ、更に、その一対の熱電モジュールの両外側に一対の燃焼ガス通過部材が設けられているので、一対の熱電モジュールの冷却側面及び高温側面をできるだけ広いものにして、それら広い冷却側面及び高温側面を良好に冷却又は加熱して、発電出力を拡大することができる。
【００１０】
本発明に係る水加熱装置の更なる特徴構成は、
前記バーナが、燃焼ガス流路の横断方向に複数の火炎孔を備えると共に、前記複数の火炎孔のうちの前記横断方向における中央部分に位置する中央火炎孔のみに火炎を形成する部分出力運転を実行可能に構成され、
前記発電ユニットが、前記中央部分の上方に配置されている点にある。
【００１１】
上記水加熱装置の特徴構成によれば、部分出力運転においては、燃焼ガス流路の横断方向における中央部分の中央火炎孔のみに火炎が形成されて、当該中央部分をバーナの燃焼ガスが上昇して、その上方の中央部分に配置された発電ユニットに到達する。そして、その中央部分を上昇して発電ユニットに到達した燃焼ガスは、水流路部材の両外側に配置された一対の燃焼ガス通過部材側に均等に分配されて、当該一対の燃焼ガス通過部材の夫々に形成された燃焼ガス通過路に流入する。よって、夫々の燃焼ガス通過路を通過する燃焼ガスは、その内側の熱電モジュールの高温側面に沿って良好に通過することになるので、当該熱電モジュールの高温側面を一層均一且つ十分に加熱することができる。
【００１２】
本発明に係る水加熱装置の更なる特徴構成は、
前記燃焼ガス通過部材が、前記燃焼ガス通過路の外側に外側壁を有すると共に、前記受熱フィンの先端側と前記外側壁との間に隙間が形成されている点にある。
【００１３】
上記水加熱装置の特徴構成によれば、燃焼ガス通過路の外側に設けられた外側壁によって、燃焼ガス通過路の受熱フィンの間を通過する燃焼ガスが燃焼ガス通過路の外に流出することを防止することができる。また、受熱フィンの先端側と外側壁との間に隙間が形成されているので、受熱フィンで回収された熱が、受熱フィンの先端側と外側壁との間に形成された隙間によって、外側壁に伝熱して放熱されることを防止して、受熱フィンで回収された熱により熱電モジュールの高温側面を十分に加熱することができる。
【００１４】
本発明に係る水加熱装置の更なる特徴構成は、
前記発電ユニットにおいて、前記熱電モジュールの周囲に分散配置され、前記給水流路部材と前記燃焼ガス通過部材とを締結する複数の連結ボルトが備えられた点にある。
【００１５】
上記水加熱装置の特徴構成によれば、給水流路部材と燃焼ガス通過部材とを締結する複数の連結ボルトが、熱電モジュールの周囲に分散配置されているので、それら部材によって挟持される熱電モジュールの高温側面及び低温側面を、給水流路部材及び燃焼ガス通過部材に対して均一に密着させることができる。これにより、熱電モジュールの高温側面及び低温側面をより一層均一に加熱及び冷却することができる。
【００１６】
本発明に係る水加熱装置の更なる特徴構成は、
前記給水流路部材の冷却側壁及び前記燃焼ガス通過部材の加熱側壁に、前記熱電モジュールが収容される収容凹部が形成され、
前記収容凹部の内周側面と前記熱電モジュールとの間に隙間が形成されている点にある。
【００１７】
上記水加熱装置の特徴構成によれば、熱電モジュールを、給水流路部材の冷却側壁及び燃焼ガス通過部材の加熱側壁に形成された夫々の収容凹部に収容することで、熱電モジュールが燃焼ガスに直接接触することを防止できる。これにより、熱電モジュールの低温側面の温度上昇を抑制することができる。さらに、収容凹部の内周側面と熱電モジュールとの間に隙間を形成することで、給水流路部材及び燃焼ガス通過部材の収容凹部の内周面が熱電モジュールに接触することを防止し、熱電モジュールの高温側面の温度低下及び低温側面の温度上昇を抑制することができる。結果、熱電モジュールの高温側面と低温側面との温度差の縮小による発電効率の低下を抑制することができる。
【００１８】
本発明に係る水加熱装置の更なる特徴構成は、
前記受熱フィンの受熱面の面積が、前記燃焼ガスの流れ方向の上流側から下流側に向けて漸次増加されている点にある。
【００１９】
上記水加熱装置の特徴構成によれば、燃焼ガスの流れ方向の下流側における燃焼ガスの温度低下による受熱量の低下を、受熱フィンの受熱面の面積を増加することで補うことができ、熱電モジュールの高温側面を、燃焼ガスの流れ方向においてより均一に加熱することができる。
【００２０】
本発明に係る水加熱装置の更なる特徴構成は、
前記熱電モジュールとして、高温用熱電モジュールと当該高温用熱電モジュールよりも作動温度が低い低温用熱電モジュールとが備えられ、
前記発電ユニットにおいて、前記燃焼ガスの流れ方向に沿って上流側から順に、前記高温用熱電モジュールと前記低温用熱電モジュールとが並設されている点にある。
【００２１】
上記水加熱装置の特徴構成によれば、発電ユニットにおいて、燃焼ガスの温度が上流側から下流側に向かって低下することに応じて、燃焼ガスの流れ方向の上流側に高温側面の作動温度が比較的高い高温用熱電モジュールを設け、下流側に高温用熱電モジュールよりも作動温度が低い低温用熱電モジュールを設けるので、上流側から下流側に向かって温度が低下する燃焼ガスによって、複数の熱電モジュールを使用して一層高い発電効率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る水加熱装置の概略構成図
【図２】本発明に係る熱電モジュールの概略構成図
【図３】本発明に係る発電ユニットの分解斜視図
【図４】本発明に係る発電ユニットの側面図
【図５】本発明に係る発電ユニットの横断面図
【図６】本発明に係る給水流路部材の縦断面図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面に基づいて、本発明に係る水加熱装置の実施形態について説明する。
図１に示す水加熱装置１は、筐体１０の下方端部に、ガス燃料Ｆ（燃料の一例、例えば天然ガス系都市ガス１３Ａ）を燃焼させて燃焼ガスＧを発生するバーナ８を備え、そのバーナ８で発生させた燃焼ガスＧが筐体１０内に形成された燃焼ガス流路４０を上向きに通流する。
そして、その燃焼ガス流路４０には、燃焼ガスＧを高温源とし且つ給水Ｗを低温源とする熱電モジュール２を備えた発電ユニット３と、発電ユニット３を経た燃焼ガスＧから給水Ｗに授熱する熱交換器１１とが、バーナ８側から上方に向けて順に配置されている。
【００２４】
筐体１０の上部には、燃焼ガスＧを外部に排出する排出口９が設けられている。よって、バーナ８において発生した燃焼ガスＧは、燃焼ガス流路４０を流れ、発電ユニット３、熱交換器１１を通過して、排出口９から筐体１０の外部に排出される。また、発電ユニット３は、燃焼ガス流路４０の横断方向において中央部分に配置されており、燃焼ガス流路４０を通流する燃焼ガスＧのうち、中央部分を通流する一部の燃焼ガスＧが発電ユニット３に形成された燃焼ガス通過路７を通過し、外側を通過する残部の燃焼ガスＧが発電ユニット３の外側に形成された外側通過路４０ａを通過することになる。
【００２５】
給水Ｗは、外部から供給される比較的低温の水であり、例えば常温の水道水とされる。この給水Ｗが流通する給水流路５が、発電ユニット３の給水流路５ａと熱交換器１１の給水流路５ｂとからなる。そして、外部から供給された給水Ｗは、給水流路５において上流側に配置された発電ユニット３の給水流路５ａを通過した後に、給水流路５において下流側に配置された熱交換器１１の給水流路５ｂを通過することで、燃焼ガスＧとの熱交換により加熱され、この加熱された給水Ｗが給水流路５の下流側に接続された給湯部等に供給されて使用される。
熱交換器１１は、内部に給水流路５ｂが形成される伝熱管を複数回折り返す状態で配置すると共に、その伝熱管の表面に複数のフィン１１ａを燃焼ガスＧの流れに沿って配設した所謂フィンチューブ型熱交換器として構成されている。
【００２６】
バーナ８には、ガス燃料供給路１２を介してガス栓等からガス燃料Ｆが供給され、空気供給路１３を介してシロッコファン１４から燃焼用空気Ａが供給される。
バーナ８は、第１バーナ部８ａ、第２バーナ部８ｂ、第３バーナ部８ｃの３つのバーナ部を燃焼ガス流路４０の横断方向に沿って順に並設して構成されている。即ち、燃焼ガス流路４０の横断方向において、中央部分に第２バーナ部３ｂが配置され、その両側に第１バーナ部８ａ及び第３バーナ部８ｃが配置されることになる。そして、ガス燃料供給路１２を介して供給されるガス燃料Ｆは各バーナ部８ａ、８ｂ、８ｃに分配供給される。各バーナ部８ａ、８ｂ、８ｃは、夫々、図１において紙面に垂直な方向に延びる長手形状に形成され、各バーナ部８ａ、８ｂ、８ｃに設けられた火炎孔２０も同様に長手形状に形成されている。また、長手形状とされる火炎孔２０は、各バーナ部８ａ、８ｂ、８ｃの夫々において図１における左右方向に２つ並んで設けられている。即ち、バーナ８の上面において、燃焼ガス流路４０の横断方向に並ぶ６つの長手形状の火炎孔２０が配置されていることになる。
【００２７】
ガス燃料Ｆが供給されるガス燃料供給路１２には、ガス燃料Ｆの通流を断続する元ガス電磁弁１７とガス燃料Ｆの供給量を調整するガス量調整弁１８とが設けられ、各バーナ部８ａ、８ｂ、８ｃに対して分岐後の各ガス燃料供給路１２には、各バーナ部８ａ、８ｂ、８ｃへのガス燃料Ｆの供給を断続調整することができるガス燃料供給調整弁１５ａ、１５ｂ、１５ｃが設けられている。
また、空気供給路１３を介して供給される燃焼用空気Ａも、各バーナ部８ａ、８ｂ、８ｃに対して分配供給され、分岐後の各空気供給路１３には、各バーナ部８ａ、８ｂ、８ｃに対する燃焼用空気Ａの供給を断続調整することができる空気供給調整弁１６ａ、１６ｂ、１６ｃが設けられている。
そして、これらガス燃料供給調整弁１５ａ、１５ｂ、１５ｃと空気供給調整弁１６ａ、１６ｂ、１６ｃとの開閉作動、ならびに、元ガス電磁弁１７とガス量調整弁１８との作動が、制御装置Ｓによって制御されるように構成され、更に、シロッコファン１４の作動も、制御装置Ｓによって制御されるように構成されている。
よって、制御装置Ｓは、各弁の開閉状態を制御して、バーナ８の燃焼状態を制御することができる。そして、バーナ８での燃焼量を低下させる場合に、ガス燃料供給調整弁１５ａ、１５ｃと空気供給調整弁１６ａ、１６ｃとを閉状態として、ガス燃料供給調整弁１５ｂと空気供給調整弁１６ｂを開状態とするとともに、ガス量調整弁１８によってガス燃料Ｆの流量を低下させ、シロッコファン１４の供給空気量を低下させる。すると、バーナ８が、第２バーナ部８ｂの火炎孔２０のみ、言い換えれば、燃焼ガス流路４０の横断方向に並ぶ複数の火炎孔２０のうちの横断方向における中央部分に位置する中央火炎孔２０ａのみに、火炎が形成される部分出力運転が実行される。
【００２８】
制御装置Ｓは、熱電モジュール２の発電電力を電気線２８を介して取り込み、それを電源として利用して作動する。
また、熱電モジュール２の発電電力は、各弁１３ａ〜１３ｃ、１５ａ〜１５ｃ、１７、１８やシロッコファン１４の動作に必要な電力としても利用される。熱電モジュール２の発電電力の余剰分については蓄電池１９に一旦蓄えられ、その蓄電池１９の蓄電電力が、熱電モジュール２で発電がおこなわれない起動時などの不足電力として利用される。これにより、水加熱装置１は、商用電源系統からの電力供給を最小限又は省略して運転することが可能となり、例えば停電時などにも運転することができる。
【００２９】
次に、発電ユニット３について説明する。
発電ユニット３は、図１及び図３に示すように、給水流路５ａを備えた給水流路部材４の両側に一対の熱電モジュール２を配置し、更に、その一対の熱電モジュール２の両外側に一対の燃焼ガス通過部材６を配置して構成されている。そして、発電ユニット３は、燃焼ガス流路４０の横断方向における中央部分に配置され、中央火炎孔２０ａの上方に位置する。以下に、発電ユニット３の熱電モジュール２、給水流路部材４及び燃焼ガス通過部材６について詳細に説明する。
【００３０】
熱電モジュール２は、図２に示すように、Ｐ型熱電素子３１及びＮ型熱電素子３２からなる熱電素子対を複数直列に金属電極３３で電気的に接続し、この直列回路の両端に位置する熱電素子３１、３２に、電気線２８に接続された出力取り出し用の端子電極３４を設けて構成されている。更に、これら複数の熱電素子３１，３２は、電気絶縁性及び良好な熱電導性をもつ材料（例えばアルミナ）により略正方形で平滑面を有するように形成された絶縁板３５、３６で挟んで固定されている。尚、本実施形態では、Ｐ型熱電素子３１及びＮ型熱電素子３２は、ビスマス・テルル系（Ｂｉ-Ｔｅ系）の半導体材料で作られている。
【００３１】
絶縁板３５、３６は、互いに平行となるように取り付けられており、例えば、絶縁板３５の平滑面が高温側面２ｂとして、絶縁板３６の平滑面を低温側面２ａとすることで、高温側面２ｂと低温側面２ａとの温度差によりＰ型熱電素子３１及びＮ型熱電素子３２からなる熱電素子対においてゼーベック効果により熱起電力が生じ、図２に示す矢印の向きの電流が発生するものである。ここで、熱電モジュール２に組み込まれる熱電素子対の数及び配置は、図２に示すものに限られず、必要となる発電電力等に応じて適宜変更されるものである。
そして、熱電モジュール２の高温側面２ｂが、バーナ８から発生して燃焼ガス流路４０を流れる燃焼ガスＧの流れ方向に沿った姿勢となるように、発電ユニット３が水加熱装置１に設けられている（図１参照）。
【００３２】
図３及び図５に示すように、給水流路部材４は、その低温側接触面４ａが熱電モジュール２の低温側面２ａに密着する状態で接し、且つ、熱電モジュール２と接する低温側接触面４ａとは反対側の面である給水路面４ｂに給水Ｗが通流する給水流路５ａが形成されている。また、この給水流路部材４は、燃焼ガス流路４０の燃焼ガスＧの流れ方向に沿った偏平状に形成されている。具体的には、給水流路部材４は、その外形が略直方体形状に形成され、最も面積の大きい面が燃焼ガス流路４０の燃焼ガスＧの流れ方向に沿って配置されるように形成されている。
また、図５及び図６に示すように、給水管２５及び排水管２６が給水流路部材４に接続されて、この給水管２５により給水Ｗが給水流路部材４の内部に形成された給水流路５ａに導入され、排水管２６に給水流路５ａを通過した給水Ｗが流出する。また、給水流路部材４の内部に形成される給水流路５ａは、上部及び下部との間で複数回折り返しながら横方向に進む折返し流路として形成されている。
【００３３】
給水流路部材４には、給水流路部材４及び燃焼ガス通過部材６を連結する連結ボルト３０が貫通する冷却部材貫通孔４ｃが、熱電モジュール２の低温側面２ａが密着する低温側接触面４ａの周囲に分散配置されて設けられている。また、給水流路部材４の低温側接触面４ａが設けられた冷却側壁４ｄに、熱電モジュール２が収容される低温側収容凹部４ｅが形成されている。
【００３４】
燃焼ガス通過部材６は、図３及び図４に示すように、熱電モジュール２の高温側面２ｂに高温側接触面６ａが密着する状態で接し且つ、熱電モジュール２と接する高温側接触面６ａとは反対側の面である燃焼ガス通過路面６ｂに燃焼ガスＧが通過する燃焼ガス通過路７が形成されている。
また、この燃焼ガス通過路７は、バーナ８から発生して燃焼ガス流路４０を流れる燃焼ガスＧの流れ方向に沿って形成されている。燃焼ガス通過路７には、燃焼ガスＧの流れ方向に沿った姿勢で熱電モジュール２と接する高温側接触面６ａ側から燃焼ガス通過路７に向けて櫛歯状に立設形成された複数の受熱フィン２７が設けられている。
さらに、燃焼ガス通過部材６には、連結ボルト３０が貫通する加熱部材貫通孔６ｃが、熱電モジュール２の高温側面２ｂが密着する高温側接触面６ａの周囲に分散配置されて設けられている。これに加え、燃焼ガス通過部材６の４隅において、燃焼ガス通過部材６同士を固定する固定ボルト５０が貫通する固定用貫通孔６ｇが設けられている。
また、燃焼ガス通過部材６の高温側接触面６ａが設けられた加熱側壁６ｄに、熱電モジュール２が収容される高温側収容凹部６ｅが形成されている。
【００３５】
燃焼ガス通過部材６は、燃焼ガス通過路７の外側（受熱フィン２７の先端側）に外側壁２１を有する。この外側壁２１は、受熱フィン２７の先端と外側壁２１との間に先端部隙間Ｅが形成される状態で燃焼ガス通過部材６に固定する。この先端部隙間Ｅによって、特に、バーナ８の中央火炎孔２０ａのみに火炎を形成する部分出力運転時では、外側通過路４０ａよりも燃焼ガス通過路７に集中的に高温の燃焼ガスＧが流入するので、燃焼ガス通過路７の受熱フィン２７によって受熱した熱が、外側壁２１へ伝熱して燃焼ガス流路４０側へ放熱されることを防止することができる。
また、外側壁２１に設けられた外壁貫通孔２１ａは、貫通孔閉鎖板２３によって閉鎖する。貫通孔閉鎖板２３と外側壁２１との間には貫通孔閉鎖板用ガスケット２４が設けられている。これにより、燃焼ガス通過路７を流れる燃焼ガスＧが、外壁貫通孔２１ａから流出することを防止することができる。
【００３６】
図３〜図５に示すように、熱電モジュール２と給水流路部材４と燃焼ガス通過部材６とを連結して発電ユニット３を構成するために、熱電モジュール２の周囲に分散配置され、給水流路部材４と燃焼ガス通過部材６とを締結する複数の連結ボルト３０が備えられている。この連結ボルト３０を、給水流路部材４と一対の燃焼ガス通過部材６との間に一対の熱電モジュール２を挟む状態で、熱電モジュール２の周囲に分散配置して設けられている給水流路部材４の夫々の冷却部材貫通孔４ｃと一対の燃焼ガス通過部材６の夫々の加熱部材貫通孔６ｃとに貫通させて連結固定する。この際、夫々の連結ボルト３０の締付圧力を調整して、熱電モジュール２の低温側面２ａ及び高温側面２ｂを、夫々、給水流路部材４の低温側接触面４ａ及び燃焼ガス通過部材６の高温側接触面６ａと面全体が均一に接触するように連結固定する。
また、燃焼ガス通過部材６の４隅に設けられた固定用貫通孔６ｇに、固定ボルト５０を貫通させて燃焼ガス通過部材６同士を固定する。その際、一対の燃焼ガス通過部材６の間にガスケット２２を貫通させて固定する。
【００３７】
このように連結固定されると、低温側収容凹部４ｅの低温側内周側面４ｆと高温側収容凹部６ｅの高温側内周側面６ｆとの位置が一致するように構成されており、低温側収容凹部４ｅと高温側収容凹部６ｅとによって形成される空間に熱電モジュール２が、低温側収容凹部４ｅの低温側接触面４ａと高温側収容凹部６ｅの高温側接触面６ａとに密着する状態且つ挟持される状態で収容される。また、このように収容された状態で、低温側収容凹部４ｅと高温側収容凹部６ｅの内周側面４ｆ、６ｆと熱電モジュール２の側面２ｃとの間に側面部隙間Ｈが形成されている。この側面部隙間Ｈにより、熱電モジュール２の側面２ｃが、給水流路部材４及び燃焼ガス通過部材６によって冷却及び加熱されることが防止されている。
【００３８】
〔別実施形態〕
最後に、本発明の別実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、夫々単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
（Ａ）上記実施形態では、受熱フィン２７の受熱面の面積が、燃焼ガスＧの流れ方向の上流側から下流側に向かって一定の面積としたが、これに限らず、受熱フィン２７の受熱面の面積が、燃焼ガスＧの流れ方向の上流側から下流側に向けて漸次増加されていてもよい。
【００３９】
（Ｂ）上記実施形態では、発電ユニット３において、燃焼ガスＧの流れ方向に沿って一つの熱電モジュール２を設けたが、これに限らず、熱電モジュール２として、高温用熱電素子と高温用熱電素子よりも作動温度が低い低温用熱電素子とを備え、発電ユニット３において、燃焼ガスＧの流れ方向に沿って上流側から順に、高温用熱電素子と低温用熱電素子とが並設されていてもよい。
【００４０】
（Ｃ）上記実施形態では、熱電モジュール２において、図２に示すように複数の熱電素子３１、３２を全体として略正方形となるように配置して、同じく略正方形に形成された絶縁板３５、３６で複数の熱電素子３１、３２を挟んで構成されたが、これに限らず、熱電モジュール２における複数の熱電素子３１、３２の配置数、配置形態及び絶縁板３５、３６の形状は必要に応じて適宜変更することができる。
【００４１】
（Ｄ）上記実施形態では、熱交換器１１がフィン１１ａを有するフィンチューブ型の熱交換器１１としたが、これに限らず、熱交換器１１が、例えば、フィン１１ａを有さない多管式熱交換器等で構成されていてもよい。
【００４２】
（Ｅ）上記実施形態では、水加熱装置１の電源として蓄電池１９のみが設けられたが、これに限らず、水加熱装置１が商用電源系統と接続されていてもよい。
【００４３】
（Ｆ）上記実施形態では、Ｐ型熱電素子３１及びＮ型熱電素子３２はビスマス・テルル系（Ｂｉ-Ｔｅ系）の材質で作られたが、これに限らず、Ｐ型熱電素子３１及びＮ型熱電素子３２を他の金属系の熱電材料で構成することもできる。また、酸化物系の熱電材料を使用することもできる。
【００４４】
（Ｇ）上記実施形態では、バーナ８で発生した燃焼ガスＧの一部が発電ユニット３の燃焼ガス通過路７を通過するように構成したが、これに限らず、燃焼ガスＧの全量が燃焼ガス通過路７に流入するように構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上説明したように、熱電モジュールの高温側面及び低温側面を均一且つ十分に加熱又は冷却して、高い発電効率を得ることができる水加熱装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１      水加熱装置
２      熱電モジュール
２ａ    低温側面
２ｂ    高温側面
３      発電ユニット
４      給水流路部材
４ｄ    冷却側壁
４ｅ    低温側収容凹部（収容凹部）
４ｆ    低温側内周側面（内周側面）
５ａ    給水流路
６      燃焼ガス通過部材
６ｄ    加熱側壁
６ｅ    高温側収容凹部（収容凹部）
６ｆ    高温側内周側面（内周側面）
７      燃焼ガス通過路
７ａ    燃焼ガス流路
８      バーナ
１１    熱交換器
２０    火炎孔
２０ａ  中央火炎孔
２１    外側壁
２７    受熱フィン
３０    連結ボルト
３１    Ｐ型熱電素子（熱電素子）
３２    Ｎ型熱電素子（熱電素子）
４０    燃焼ガス流路
Ｅ      先端部隙間（隙間）
Ｇ      燃焼ガス
Ｈ      側面部隙間（隙間）
Ｗ      給水
【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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【図６】
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