(57)【要約】【課題】液化ガスの気化熱と燃焼熱の両方を利用した手軽に携帯可能な発電装置を提供する。【解決手段】液化ガスボンベ１と、該液化ガスボンベ１から供給される燃料ガスを通過させるガスパイプ２と、該ガスパイプ２を通って気化した燃料ガスを燃焼するバーナ３と、該バーナ３の火炎を受けてその燃焼熱を蓄熱する蓄熱体４を設ける。前記ガスパイプ２の途中部には前記燃料ガスの気化熱によって冷却される低温部５を設け、該低温部５と前記蓄熱体４との間に、蓄熱体４と低温部５との温度差により発電する熱電モジュール６を、例えば熱伝導性部材１１を介して設ける。蓄熱体４の熱をヒートパイプ９によって熱伝導性部材１１に伝熱し、熱電モジュール６の高温側を高温維持する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化ガスボンベと、該液化ガスボンベから供給される燃料ガスを通過させるガスパイプと、該ガスパイプを通って気化した燃料ガスを燃焼するバーナと、該バーナの火炎を受けてその燃焼熱を蓄熱する蓄熱体と、前記ガスパイプの途中部に設けられて前記燃料ガスの気化熱によって冷却される低温部とを有し、該低温部と前記蓄熱体との間には蓄熱体と低温部との温度差により発電する熱電モジュールが直接または熱伝導性部材を介して設けられていることを特徴とする発電装置。
【請求項２】
液化ガスボンベと低温部との間のガスパイプには燃料ガスを膨張気化させる膨張弁が設けられていることを特徴とする請求項１記載の発電装置。
【請求項３】
液化ガスボンベと低温部との間のガスパイプには絞り弁が設けられ、前記低温部を形成するガスパイプの径を前記液化ガスボンベから低温部に至る通路のガスパイプの径より大きく形成したことを特徴とする請求項１記載の発電装置。
【請求項４】
液化ガスボンベと低温部との間のガスパイプには絞り弁が設けられ、前記低温部を形成するガスパイプを複数流路に分岐して低温部を形成するガスパイプの総断面積を前記液化ガスボンベから低温部に至る通路のガスパイプの断面積より大きく形成したことを特徴とする請求項１記載の発電装置。
【請求項５】
蓄熱体は金属製のブロックにより形成されており、該金属製ブロックにはバーナの燃焼ガスが貫通する貫通通路が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の発電装置。
【請求項６】
貫通通路には耐熱性のメッシュが設けられていることを特徴とする請求項５記載の発電装置。
【請求項７】
蓄熱体が蓄熱した熱を熱電モジュールに伝熱するヒートパイプが設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱電モジュールを用いて発電を行う発電装置に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
ペルチェモジュール等の熱電モジュールは、低温部と高温部との温度差により発電することが知られている。熱電モジュールにより効率的な発電を行うために、熱電モジュールと液化ガスの燃焼熱を利用して発電を行う発電装置が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
また、熱電材料の低温側を液体燃料の気化熱で冷却し、前記熱電材料の高温側表面で前記液体燃料を燃焼させ、該高温側表面と低温側との温度差により発電する構成が提案されている（例えば特許文献１参照。）。
【０００４】
【非特許文献１】
Ｄａｎｉｅｌ　Ａｌｌｅｎ　ｅｔ　ａｌ．著「Ｓｍａｌｌ　Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ」Ｄｏｍ／Ｃ／ＭｙＦｉｌｅｓ／Ｄｉｃａｆｉｎｎｙ／ｌｃｔ０２／ｐａｐｅｒ０２．ｗｐｄ
【０００５】
【特許文献２】
特開平７−１１１３４４号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、液化ガスボンベを利用し、液化ガスの気化熱と燃焼熱の両方を利用した手軽に携帯可能な発電装置はこれまで無く、本発明者は、このような発電装置を提案することにより、例えばキャンプ等のアウトドアで行われるレジャーに利用したり、地震等の災害時等に非常に役に立ったりする利用価値の高い発電装置を提供できると考えた。
【０００６】
本発明は、上記本発明者の考えに基づいて成されたものであり、その目的は、液化ガスの気化熱と燃焼熱の両方を利用して効率的に発電を行える、携帯可能な発電装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明は、液化ガスボンベと、該液化ガスボンベから供給される燃料ガスを通過させるガスパイプと、該ガスパイプを通って気化した燃料ガスを燃焼するバーナと、該バーナの火炎を受けてその燃焼熱を蓄熱する蓄熱体と、前記ガスパイプの途中部に設けられて前記燃料ガスの気化熱によって冷却される低温部とを有し、該低温部と前記蓄熱体との間には蓄熱体と低温部との温度差により発電する熱電モジュールが直接または熱伝導性部材を介して設けられている構成をもって課題を解決する手段としている。
【０００８】
また、第２の発明は、上記第１の発明の構成に加え、前記液化ガスボンベと低温部との間のガスパイプには燃料ガスを膨張気化させる膨張弁が設けられている構成をもって課題を解決する手段としている。
【０００９】
さらに、第３の発明は、上記第１の発明の構成に加え、前記液化ガスボンベと低温部との間のガスパイプには絞り弁が設けられ、前記低温部を形成するガスパイプの径を前記液化ガスボンベから低温部に至る通路のガスパイプの径より大きく形成した構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１０】
さらに、第４の発明は、上記第１の発明の構成に加え、前記液化ガスボンベと低温部との間のガスパイプには絞り弁が設けられ、前記低温部を形成するガスパイプを複数流路に分岐して低温部を形成するガスパイプの総断面積を前記液化ガスボンベから低温部に至る通路のガスパイプの断面積より大きく形成した構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１１】
さらに、第５の発明は、上記第１乃至第４のいずれか一つの発明の構成に加え、前記蓄熱体は金属製のブロックにより形成されており、該金属製ブロックにはバーナの燃焼ガスが貫通する貫通通路が設けられている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１２】
さらに、第６の発明は、上記第５の発明の構成に加え、前記貫通通路には耐熱性のメッシュが設けられている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１３】
さらに、第７の発明は、上記第１乃至第６のいずれか一つの発明の構成に加え、前記蓄熱体が蓄熱した熱を熱電モジュールに伝熱するヒートパイプが設けられている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１には、本発明に係る発電装置の第１実施形態例の要部構成が示されている。
【００１５】
同図に示すように、本実施形態例の発電装置は、ＬＰガスの液化ガスボンベ１と、該液化ガスボンベ１から供給される燃料ガス（ここではＬＰガス）を通過させるガスパイプ２と、該ガスパイプ２を通って気化した燃料ガスを燃焼するバーナ３を有している。
【００１６】
また、本実施形態例の発電装置は、バーナ３の火炎を受けてその燃焼熱を蓄熱する蓄熱体４と、前記ガスパイプ２の途中部に設けられて、前記燃料ガスの気化熱によって冷却される低温部５とを有している。
【００１７】
該低温部５と前記液化ガスボンベ１との間のガスパイプ２には、燃料ガスを膨張気化させる膨張弁１３が設けられており、前記燃料ガスが膨張弁１３を介して膨張気化することにより低温部５が形成されている。なお、液化ガスと膨張弁を利用して低温を作り出すことは知られており、本実施形態例でも、この原理を利用している。
【００１８】
低温部５は、フィン付ヒートシンク１６の底部のコールドプレート１５内にガスパイプ２の途中部を配置して形成されている。なお、図中２５がヒートシンク１６のフィンを示す。
【００１９】
前記蓄熱体４は金属製（ここでは銅）のブロックにより形成されており、金属製ブロックにはバーナ３の燃焼ガスが貫通する貫通通路７が設けられている。貫通通路７には耐熱性のメッシュ８が設けられている。蓄熱体４の外周側には断熱材１０が設けられており、断熱材１０は例えばグラスウール等の軽量の断熱素材により形成されている。
【００２０】
前記低温部５と前記蓄熱体４との間には、蓄熱体４と低温部５との温度差により発電する熱電モジュール６が設けられている。なお、本実施形態例においては、熱電モジュール６の高温側には金属等の熱伝導性部材１１が設けられており、前記蓄熱体４が吸熱蓄熱した熱を、熱伝導性部材１１を介して熱電モジュール６に伝熱する（移動する）ヒートパイプ９が設けられている。
【００２１】
ヒートパイプ９は蓄熱体４の下端側から熱伝導性部材１１の上端側にかけて配置されており、ヒートパイプ９の下端側には、ヒートパイプ９の温度を検出する温度センサ１８が設けられている。温度センサ１８はコントローラ１９に接続されており、コントローラ１９はガス流量制御弁１４に接続されている。ガス流量制御１４は、液化ガスボンベ１のガス供給口と膨張弁１３との間のガスパイプ２に設けられている。
【００２２】
コントローラ１９は、温度センサ１８の検出温度と予め与えられたガス流量制御データとに基づいて、ガス流量制御弁１４の開弁量を調節し、バーナ３に供給されるガス流量を制御する。例えば、コントローラ１９は、温度センサ１８の検出温度が設定温度（例えば２５０℃）を超えた場合、ガス流量を最小流量にするようコントロールするように構成されている。
【００２３】
前記熱電モジュール６は、互いに間隔を介して対向配置された基板２１，２２の間に複数の熱電変換素子２３を立設配設固定して形成されている。熱電変換素子２３は互いに間隔を介して配設され、基板２１，２２の表面に形成された対応する電極（図示せず）を介して直列に接続されており、熱電変換素子２３の接続回路が形成されている。
【００２４】
熱電モジュール６は、上記熱電変換素子２３の接続回路を有することから、基板２１側の温度と基板２２側の温度との温度差によって効率的に発電することができる。つまり、熱電モジュール６は、例えば前記特許文献１に示されているような、熱電材料の一端側と他端側の温度差を利用して発電する構成に比べて効率的な発電を行うことができる。
【００２５】
本実施形態例では、熱電モジュール６による発電をより効率的に行なうために、ヒートシンク１６の底部のコールドプレート１５にガスパイプ２を通すことにより、液化ガスが気化するときの蒸発潜熱を低温部５の温度維持に活用し、熱電モジュール６の低温側の温度を低温に維持している。
【００２６】
一方、熱電モジュール６の高温側はバーナ３の燃焼熱を利用しており、バーナ３の火炎を受けて蓄熱体４がその燃焼熱を吸熱して蓄熱することにより、熱電モジュール６の高温側の温度を高くし、かつ、その温度を安定に維持し、前記低温側との温度差を大きくしている。
【００２７】
なお、図１には１つの熱電モジュール６しか図示していないが、必要電力を供給できるようにするために、本実施形態例では、複数の熱電モジュール６を連結して設けている。例えば本実施形態例において、３×５の１５個の熱電モジュール６を配置することにより、その合計、１．５Ｖ、０．０２Ａの電力を得ることができる。
【００２８】
また、熱電モジュール６にはＤＣ／ＤＣコンバータ１７が接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１７は、熱電モジュール６により発電する電力の電圧をさらに使用しやすい電圧に変換するために設けられており、熱電モジュール６により発電した１．５Ｖの電圧を７Ｖまで昇圧し、発光ダイオード（ＬＥＤ）２０に供給している。
【００２９】
本実施形態例において、前記液化ガスに適用しているＬＰガスは、成分中に窒素分や硫黄分をほとんど含まず、燃焼性がクリーンであるため、大気汚染を防止できる。また、ＬＰガスは、地球温暖化の原因となる二酸化炭素の排出量が少なく、熱効率が高いために、省エネ効果が大きいことなどから、地球温暖化防止に貢献できる。
【００３０】
第１実施形態例は以上のように構成されており、クリーンエネルギーのＬＰガスを燃料として、低温部５を形成すると共に、バーナ３の火炎の燃焼熱を蓄熱体４により蓄熱し、低温部５と蓄熱体４との温度差を利用して熱電モジュール６によって簡便に、かつ、効率的に発電を行うことができる。
【００３１】
また、本実施形態例は、ヒートパイプ９を設け、蓄熱体４から熱を取り出して熱電モジュール６の高温側に伝熱する構成としているので、バーナ３は熱電モジュール６で必要な熱だけを消費する燃焼を行うこととなり、燃焼ガスの消費を減らすことができ、エネルギーの無駄を減らすことができる。
【００３２】
さらに、第２実施形態例は、温度センサ１８によってヒートパイプ９の温度をモニターし、コントローラ１９によりガス流量調節を行うことにより、安全性を向上することができる。
【００３３】
図２には、本発明に係る発電装置の第２実施形態例の要部構成が示されている。第２実施形態例は上記第１実施形態例とほぼ同様に構成されており、第２実施形態例の説明において第１実施形態例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略または簡略化する。
【００３４】
第２実施形態例が上記第１実施形態例と異なる特徴的なことは、ヒートパイプ９と熱伝導性部材１１を省略し、蓄熱体４を熱電モジュール６の高温側に隣接配置したことである。なお、蓄熱体４は熱電モジュール６の高温側に直接隣接させて配置してもよいし、蓄熱体４と熱電モジュール６との間に、両者の密着性を良好にするための熱伝導性グリースを設けてもよい。
【００３５】
また、第２実施形態例は、ヒートパイプ９を省略しているので、その温度を検出する温度センサ１８を省略し、さらに、コントローラ１９、ガス流量制御弁１４を省略している。
【００３６】
第２実施形態例は以上のように構成されており、第２実施形態例はコントローラ１９によるガス流量の細かい制御はできないものの、第２実施形態例も第１実施形態例とほぼ同様の効果を奏することができる。
【００３７】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記各実施形態例では、液化ガスボンベ１と低温部５との間のガスパイプ２には膨張弁１３を設けたが、膨張弁１３を設ける代わりに、例えば図３に示すように、絞り弁３０を設けてもよい。
【００３８】
この場合、例えば図３に示すように、低温部５を形成するガスパイプ２を複数流路に分岐して低温部５を形成するガスパイプ２の総断面積を前記液化ガスボンベ１から低温部５に至る通路のガスパイプ２の断面積より大きく形成することにより、効率的に低温部５の温度を低温に維持することができる。
【００３９】
また、低温部６を形成するガスパイプ２の径を液化ガスボンベ１から低温部５に至る通路のガスパイプ２の径より大きく形成してもよい。なお、低温部５のガスパイプ２の径を大きくしたり、ガスパイプ２を分岐したりせずに、液化ガスボンベ１と低温部５との間のガスパイプ２に絞り弁３０を設けるだけでも、絞り弁を設けない構成に比べると低温部５を低温に維持する効果を有する。
【００４０】
さらに、上記各実施形態例では、蓄熱体４を金属ブロックにより形成し、その中央側に設けた貫通通路７にメッシュを設けたが、蓄熱体４は、例えば図４に示すように、細径の貫通通路７を１本以上（ここでは複数）設ける構成としてもよい。
【００４１】
また、蓄熱体４の形状は必ずしも筒形状とするとは限らず、例えば図５に示すように、互いに間隔を介したフィン等の突起部を複数突出形成してヒートシンク形状の金属ブロックとしてもよい。
【００４２】
さらに、上記各実施形態例では蓄熱体４は銅ブロックにより形成したが、蓄熱体４は必ずしも銅ブロックとするとは限らず、銅以外の金属ブロックとしてもよいし、金属以外でも、耐熱性を有し、バーナ３の火炎を受けてその燃焼熱を吸熱し、蓄熱できる部材であればよい。
【００４３】
以上のように、蓄熱体４の構成は特に限定されるものでなく適宜設定されるものである。
【００４４】
さらに、上記各実施形態例では、蓄熱体４の外周側にグラスウールの断熱材１０を設けたが、断熱材１０は例えば煉瓦等により形成してもよく、断熱材１０の素材は適宜設定されるものである。ただし、グラスウールやロックウールは煉瓦に比べて軽量であるため、携帯用の発電装置を形成する上で適している。
【００４５】
さらに、上記断熱材１０は省略することもできる。ただし、断熱材１０を設けることにより、蓄熱体４の蓄熱効果を良好にできるので、断熱材１０を設けることが好ましい。
【００４６】
さらに、上記第１実施形態例では、温度センサ１８はヒートパイプ９の温度を検出する構成としたが、温度センサ１８は蓄熱体４の温度を検出する構成としてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、例えばＬＰガス等のクリーンエネルギーの液化ガスを燃料ガスとして、その気化熱により低温部を形成すると共に、燃料ガスを燃焼するバーナの火炎の燃焼熱を蓄熱体により蓄熱し、低温部と蓄熱体との温度差を利用することにより、熱電モジュールによって簡便に、かつ、効率的に発電を行うことができる。
【００４８】
また、本発明において、液化ガスボンベと低温部との間のガスパイプには燃料ガスを膨張気化させる膨張弁が設けられている構成によれば、膨張弁によって燃料ガスを膨張気化して効率的に低温部を形成し、低温維持することができるので、効率的な発電を行うことができる。
【００４９】
また、本発明において、液化ガスボンベと低温部との間のガスパイプには絞り弁が設けられ、前記低温部を形成するガスパイプの径を前記液化ガスボンベから低温部に至る通路のガスパイプの径より大きく形成した構成も、効率的に低温部を形成し、低温維持することができるので、効率的な発電を行うことができる。
【００５０】
さらに、本発明において、液化ガスボンベと低温部との間のガスパイプには絞り弁が設けられ、前記低温部を形成するガスパイプを複数流路に分岐して低温部を形成するガスパイプの総断面積を前記液化ガスボンベから低温部に至る通路のガスパイプの断面積より大きく形成した構成も、効率的に低温部を形成し、低温維持することができるので、効率的な発電を行うことができる。
【００５１】
さらに、本発明において、蓄熱体は金属製のブロックにより形成されており、該金属製ブロックにはバーナの燃焼ガスが貫通する貫通通路が設けられている構成によれば、蓄熱体を容易に構成でき、効率的に熱電モジュールの高温側の温度を高温維持できるので、より効率的な発電を行うことができる。
【００５２】
さらに、本発明において、蓄熱体は金属製のブロックにより形成されており、金属ブロックの貫通通路には耐熱性のメッシュが設けられている構成によれば、蓄熱体の蓄熱機能をより一層効率的に発揮することができ、熱電モジュールの高温側の温度をより一層効率的に高温維持できる。したがって、この構成を有する本発明は、さらにより一層効率的な発電を行うことができる。
【００５３】
さらに、本発明において、蓄熱体が蓄熱した熱を熱電モジュールに伝熱するヒートパイプが設けられている構成によれば、バーナは熱電モジュールで必要な熱だけを消費する燃焼を行うこととなり、燃焼ガスの消費を減らすことができ、エネルギーの無駄を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る発電装置の第１実施形態例を示す要部構成図である。
【図２】本発明に係る発電装置の第２実施形態例を示す要部構成図である。
【図３】本発明に係る発電装置の他の実施形態例に適用されているガスパイプと低温部の構成を示す説明図である。
【図４】本発明に係る発電装置に適用される蓄熱体の構成例を示す説明図である。
【図５】本発明に係る発電装置に適用される蓄熱体の他の例を示す説明図である。
【符号の説明】
１　液化ガスボンベ
２　ガスパイプ
３　バーナ
４　蓄熱体
５　低温部
６　熱電モジュール
７　貫通通路
８　メッシュ
９　ヒートパイプ
１０　断熱材
１１　熱伝導性部材
１３　膨張弁
１４　ガス流量制御弁
３０　絞り弁
【図１】
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【図２】
2004129442.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004129442.tif 000006
【図５】
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