(57)【要約】【課題】  排気通路が高温になる現象を利用して発電を行い、蓄電池式掃除機の運転に必要な蓄電池の電力を補うことで、運転に係る蓄電池の充放電サイクルの程度を減少せしめて搭載蓄電池のより長寿命化をもたらす蓄電池式掃除機用発電装置及び、その発電装置を備えた蓄電池式掃除機並びに制御方法を提供する。【解決手段】  蓄電池式掃除機用発電装置であって、蓄電池式掃除機の排気通路外周に密着して配置される両面に絶縁材を備えた熱電変換素子からなる熱発電モジュールと、熱発電モジュールにより発電された電力を蓄電する蓄電池と、少なくとも熱発電モジュールに対する受電動作及び給電動作と蓄電池における電池容量及び電池温度を管理する制御部からなることを特徴とする蓄電池式掃除機用発電装置。【選択図】  図１
2015080481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電池式掃除機用発電装置であって、
前記蓄電池式掃除機の排気通路外周に密着して配置される両面に絶縁材を備えた熱電変換素子からなる熱発電モジュールと、
前記熱発電モジュールにより発電された電力を蓄電する蓄電池と、
少なくとも前記熱発電モジュールに対する受電動作及び給電動作と前記蓄電池における電池容量及び電池温度を管理する制御部、
からなることを特徴とする蓄電池式掃除機用発電装置。
【請求項２】
前記熱発電モジュールが、
排気熱により加熱される排気通路を熱源とし、
前記熱発電モジュールに備わる対をなす絶縁材の一方に断熱プレートを設け、
前記絶縁材の他方が前記排気通路の通路壁と密着していることを特徴とする請求項１記載の蓄電池式掃除機用発電装置。
【請求項３】
蓄電池式掃除機であって、
請求項１又は２に記載の発電装置を備えることを特徴とする発電装置付蓄電池式掃除機。
【請求項４】
発電装置付蓄電池式掃除機を構成する熱電変換素子を用いた熱発電モジュールを備えた蓄電池式掃除機用発電装置の制御方法であって、
前記発電装置付蓄電池式掃除機の稼動時当初は、蓄電池の充電部より充電された電力の供給を第一に行い、
前記掃除機が稼働中は、前記蓄電池式掃除機用発電装置により発電された電池電力を前記蓄電池で充電することを特徴とする蓄電池式掃除機用発電装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掃除機の排気の熱を電気エネルギーに変換する発電システムと、そのシステムを搭載した蓄電池式掃除機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、蓄電池式掃除機の充電は、掃除機内に挿脱可能なように蓄電池を内蔵し、その蓄電池を掃除機から外して充電器に接続して充電するものと、内蔵した蓄電池と接続された充電受け部に、掃除機本体を乗せるだけで自動的に充電できる充電台に接触する充電端子を配置した蓄電池式掃除機が製品化されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭６２−１４３４５６号公報
【特許文献２】特開昭６１−１２２８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
蓄電池式掃除機においては、塵芥と共に吸引された空気は掃除機内で暖められた排気として排気通路を経て、排気口より排出されるが、その場合、排気通路は通過する排気より熱を受け取ることにより暖められて高温となっている。
【０００５】
そこで、本発明ではこの排気通路が高温になる現象を利用して発電を行い、蓄電池式掃除機の運転に必要な蓄電池の電力を補うことで、省電力化を図った蓄電池式掃除機用発電装置及び、その発電装置を備えた蓄電池式掃除機並びに制御方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、このような課題を解決するために、蓄電池式掃除機の高温で排出される排気に注目し、その利用を鋭意研究した結果、熱電変換素子を用いた熱発電モジュールを備える熱発電装置を蓄電池掃除機内部に敷設することによって、蓄電池式掃除機の蓄電池が蓄電可能であることを見出し、本発明に至ったもので、運転に係る省電力化を図るものである。
【０００７】
すなわち本発明の第１の発明は、蓄電池式掃除機用発電装置であって、蓄電池式掃除機の排気通路外周に密着して配置される両面に絶縁材を備えた熱電変換素子からなる熱発電モジュールと、その熱発電モジュールにより発電された電力を蓄電する蓄電池と、少なくとも熱発電モジュールに対する受電動作及び給電動作と蓄電池における電池容量及び電池温度を管理する制御部からなることを特徴とする蓄電池式掃除機用発電装置である。
【０００８】
本発明の第２の発明は、第１の発明における熱発電モジュールが、排気熱により加熱される排気通路を熱源とし、熱発電モジュールに備わる対をなす絶縁材の一方に断熱プレートを設け、その絶縁材の他方が排気通路の通路壁と密着していることを特徴とする蓄電池式掃除機用発電装置である。
【０００９】
本発明の第３の発明は、蓄電池式掃除機であって、第１又は第２の発明に記載の蓄電池式掃除機用発電装置を備えることを特徴とする発電装置付蓄電池式掃除機である。
【００１０】
発電装置付蓄電地式掃除機を構成する熱電変換素子を用いた熱発電モジュールを備えた蓄電池式掃除機用発電装置の制御方法であって、その発電装置付蓄電池式掃除機の稼動時当初は、蓄電池の充電部より充電された電力の供給を第一に行い、掃除機が稼働中は、蓄電池式掃除機用発電装置により発電された電力を蓄電池で充電することを特徴とする蓄電池式掃除機用発電装置の制御方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の発電装置付蓄電池式掃除機によれば、排気熱を熱源とした熱発電モジュールを利用して発電し、電池に蓄電すると共に、掃除機を稼動する電力として用いることが可能であり、蓄電池の充放電による寿命を低減し、充電回数を減らすことにより電力削減が図れるもので、工業上顕著な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】蓄電池式掃除機用発電装置を備える蓄電池式掃除機の内部を示す縦断面模式図である。
【図２】本発明における蓄電池式掃除機用発電装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の蓄電池式掃除機の排気通路外壁の構造の一実施形態を示す断面図である。
【図４】熱発電モジュールの排気通路に実装された状態の排気通路壁面の部分断面図である。
【図５】熱発電モジュールを使用した配線系統例の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、その実施形態を詳細に説明するが、本発明の実施例はこれらに限定されるものではない。
図１は、本発明の発電装置を有する蓄電池式掃除機の内部を示す縦断面模式図である。図１において、１は熱発電モジュール、２は排気通路、１０は吸入口、１１は吸気通路、１２は蓄電池、１４はファン、１５はファンモーター、１６は電源基板、１７はコード、１８は排気口（排気通路端）、２０は制御部、５０は蓄電池式掃除機、５１は掃除機筐体、５２は塵芥貯留室、５３は電池室、５４計器室、５５はコード収納室、Ｄは塵芥、ＰＦは塵芥を溜めるパックフィルターである。
ここで黒塗り矢印は吸入口１０より吸引された塵芥を含む吸気の流れを示し、白抜き矢印は塵芥をペーパーフィルターで除去し、ファン、ファンモーターなどにより暖められた排気の流れを示している。
【００１４】
図２は、本発明における蓄電池式掃除機用発電装置３０の構成を示す図で、排気通路２の外壁に配置される熱発電モジュール１、その熱発電モジュール１により発電された電力を蓄え、蓄電池式掃除機を稼働させる電源となる充放電可能な蓄電池１２と、熱発電モジュール１の発電動作や蓄電池１２への充電、コントロールする制御部２０で構成されている。３は断熱プレートである。
図２において黒矢印で方向を示される一点鎖線は、熱発電モジュール１から制御部２０への電力供給ラインを示し、二点鎖線はファンモーター１５への電力供給ラインを示している。また黒矢印で方向が示される実線は、熱発電モジュール１から蓄電池１２への電力受電ラインを示すものである。
【００１５】
制御部２０は、通常マイクロコンピューターと言われているものであって、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、下圧回路、下電圧防止、温度監視機能などの主要構成電子部品とするものと蓄電池１２の電力制御、ファンモーターの電力制御をする構成となる。
【００１６】
通常、熱発電モジュール１が発電した電力（電気エネルギー）は制御部２０を通じ、ＤＣ電圧で蓄電池１２に充電される。蓄電池１２の充電容量が満充電状態になると制御部２０にて蓄電池１２への充電を監視する電子回路を組んでいる。逆に蓄電池１２の充電容量を監視して受電容量が減ってくると、制御部２０側から蓄電池に充電を開始する。蓄電池に蓄電された電力は蓄電池式掃除機５０を稼動させる。
【００１７】
次に、熱発電モジュール１について、図３を用いて説明する。
図３は、本発明に係る発電モジュールを備えた排気通路２の通路壁近傍の構造を示す断面図で、排気通路２の通路壁と断熱プレート３との間に、一端が排気通路２の通路壁に密着するように熱発電モジュール１が配置され、他端側は断熱プレート３と接している構造である。
なお、排気通路２の通路壁と熱発電モジュール１の密着には、その密着面にサーマルグリースや高温用接着剤などを塗布して、密着、固定されている。
【００１８】
熱発電モジュール１の配置は、排気通路２の上面、下面、側面など又は、排気通路２の形状により取り付ける配置は適宜選択できる。
【００１９】
このような構造を採ることによって、排気熱（破線黒矢印）により排気通路２の通路壁が暖められ、その通路壁の温度が上昇する。そのため通路壁と、断熱プレート３との間に温度差を生じることになる。この温度差を、熱発電モジュール１を構成する熱電変換素子の働き（ゼーベック効果）により、電気に変換して発電が行われるものである。その発生した電気は、充放電可能な電池、所謂蓄電池に貯留され、必要に応じて放電される。なお、実線黒矢印は排気の進行方向を示すものである。
【００２０】
図４は、熱発電モジュール１の排気通路２に実装された状態の通路壁面の部分断面図で、排気通路２の通路壁の内側が排気熱で熱せられることで、排気通路２の通路壁外面に、電極１ＢＨを密着して設置された熱電変換素子１Ｃを使用した熱発電モジュール１の電極１ＢＨ側も熱せられことになり、その熱電変換素子１Ｃの電極１ＢＨ側の温度（高温部）と他端側、電極１ＢＬ側の温度（低温部）との差により、ゼーベック効果を発現し、排気熱による熱エネルギーを電気エネルギーに変換、即ち発電するものである。
【００２１】
使用する熱発電モジュール１は、図４に見られるように、排気熱により熱せられる面側（高温部）は高温側電極１ＢＨが露出し、冷却面側（低温部）はセラミックプレート（低温側絶縁体１ＡＬ）となっている。
高熱源に高温側電極１ＢＨ（必要な場合は、例えば高温側絶縁体１ＡＨを介す）を曝し、冷却面側のセラミックプレートとヒートシンク（絶縁プレート壁に密着）を密着させるが、この時サーマルグリースや高温用接着剤を接合面に塗布し、何度かこすり合わせるようにして空気を抜くことで、ヒートシンクの能力が小さい場合や接触面に空気が入っている場合に起こる高温側電極１ＢＨ側と低温側電極１ＢＬ側の温度差が小さくなり、発電量が少なくなる現象を防ぐことができる。
さらに、熱発電モジュールの最高使用可能温度は、短時間の使用では３５０℃、連続使用する場合には、２５０℃が望ましく、これらの温度を超えないように使用する。
【００２２】
表１は、本発明に使用される代表的な熱発電モジュールの仕様を表している。
熱発電モジュールのサイズが大きくなるほど、電流及び電圧も増加する。
【００２３】
【表１】
2015080481.tif 000003
【００２４】
次に、熱発電モジュール１の配線系統例を図５に示す。
熱発電モジュール１は、１個当たりの発電に係る電圧が低いので、通常の負荷に接続するには、熱発電モジュール１を複数個直列接続したものを１系統とし、それを掃除機の性能に応じて、複数系統とし、制御部２０に接続して用いられる。５はリード線である。
【００２５】
熱発電モジュール１は図５のように、複数個配置すると共に、熱発電モジュール直列接続することにより、必要とする起電力が得られる。
通常時においては発電した起電力（電気エネルギー）は、制御部２０を通じ、ＤＣ電圧を、蓄電池１２に充電される。
【００２６】
制御装置２０は、蓄電池１２の電池容量を監視しており、蓄電池の電池容量が満充電状態になると、制御部２０にて蓄電池１２への充電を停止する電子回路が組み込まれている。蓄電池１２の電池容量を監視し、その電池容量が減ってくると、制御部２０側から蓄電池１２への充電開始の信号が出され、充電する監視回路を有している。
制御部２０は、蓄電池１２の温度変化を温度センサーにより温度監視も行い、その電池温度が所定温度を超えようとする場合には、充電動作を停止する電子回路も組み込まれている。
【符号の説明】
【００２７】
１    熱発電モジュール
２    排気通路
３    断熱プレート
５    リード線
１０    吸込口
１１    吸気通路
１２    蓄電池
１４    ファン
１５    ファンモーター
１６    電源基板
１７    コード
１８    排気口
２０    制御部
３０    蓄電池式掃除機用発電装置
５０    蓄電池式掃除機
５１    掃除機筐体
５２    塵芥貯留室
５３    電池室
５４    計器室
５５    コード収納室
１ＡＨ  高温側絶縁体（熱発電モジュール）
１ＡＬ  低温側絶縁体（熱発電モジュール）
１ＢＨ  高温側電極（熱発電モジュール）
１ＢＬ  低温側電極（熱発電モジュール）
１Ｃ    熱電変換素子
ＰＦ    パックフィルター
Ｄ    塵芥
【図１】
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【図２】
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【図３】
2015080481.tif 000006
【図４】
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【図５】
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