(57)【要約】【課題】エンジンから出るエネルギーを有効活用し、発電効率を向上できる可搬式発電機を提供することを課題とする。【解決手段】可搬式発電機４０は、エンジン４１と、このエンジン４１で駆動され圧縮空気を供給するコンプレッサ４２と、このコンプレッサ４２に接続され供給された圧縮空気の運動エネルギーにより冷気を発生させるボルテックスチューブ２０と、このボルテックスチューブ２０及びエンジン４１に接続され温度差で発電する発電部品としての熱発電素子１０、１０を備えた発電ユニット４３とからなる。【効果】熱発電素子の発電量は、高温導体側と低温導体側の温度差に比例するが、排気の熱エネルギーと駆動力によって得た冷気を利用することで温度差が大きくなるので、熱発電素子での発電効率を向上することができる【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと発電部品とをケースに一括して収納し、前記ケースは運搬することができる可搬式発電機において、
前記発電部品は、前記エンジンの排気系統に設け排気を貯める排気貯留室に、高温導体を臨ませ、エンジンで駆動される冷気発生手段から吐出される冷気を貯める冷気貯留部に、低温導体を臨ませた熱発電素子であることを特徴とする可搬式発電機。
【請求項２】
前記冷気発生手段は、前記エンジンで駆動されるコンプレッサと、このコンプレッサで供給された圧縮空気の運動エネルギーにより冷気を発生させるボルテックスチューブとからなることを特徴とする請求項１記載の可搬式発電機。
【請求項３】
平面視で、前記エンジンと前記コンプレッサとは、クランク軸とコンプレッサ軸とが平行になるように配置し、前記クランク軸に直交するように筒形の排気貯留室を前記エンジン及びコンプレッサに沿って配置したことを特徴とする請求項２記載の可搬式発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンと発電部品とをケースに一括して収納している可搬式発電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンと発電部品とをケースに一括して収納している可搬式発電機が実用に共されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−２８６９１９公報（図２）
【０００３】
特許文献１を次図に基づいて説明する。
図１５は従来の技術の可搬式発電機を説明する図であり、可搬式発電機１００は、ベースプレート１０１の略中央にエンジン１０２が搭載され、このエンジン１０２のクランクシャフト１０３に発電部としての発電部品１０４及び冷却ファン１０５が接続され、この反対側に燃料タンク１０６と、燃料系統１０７が配置され、これらの部品が想像線で示すケース１０８に一括して収められている。このケース１０８の上部には、想像線で示す取っ手１０９が設けられており、この取っ手１０９を手で握り持ち上げることで、可搬式発電機１００を運搬できる。
【０００４】
従来技術においては、エンジン１０２の駆動力で発電部としての発電部品１０４を回転させ発電するが、エンジン１０２から排出される高温の排気はそのまま大気に放出される。この結果、発電にはエンジン１０２の駆動力のみが利用される。すなわち、エンジンから出るエネルギーを有効活用し、発電効率を向上できる可搬式発電機の提供が求められている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、エンジンから出るエネルギーを有効活用し、発電効率を向上できる可搬式発電機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明は、エンジンと発電部品とをケースに一括して収納し、前記ケースは運搬することができる可搬式発電機において、前記発電部品は、前記エンジンの排気系統に設け排気を貯める排気貯留室に、高温導体を臨ませ、エンジンで駆動される冷気発生手段から吐出される冷気を貯める冷気貯留部に、低温導体を臨ませた熱発電素子であることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に係る発明では、冷気発生手段は、エンジンで駆動されるコンプレッサと、このコンプレッサで供給された圧縮空気の運動エネルギーにより冷気を発生させるボルテックスチューブとからなることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に係る発明では、平面視で、エンジンとコンプレッサとは、クランク軸とコンプレッサ軸とが平行になるように配置し、クランク軸に直交するように筒形の排気貯留室をエンジン及びコンプレッサに沿って配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に係る発明では、発電部品は、エンジンの排気系統に設け排気を貯める排気貯留室に、高温導体を臨ませ、エンジンで駆動される冷気発生手段から吐出される冷気を貯める冷気貯留部に、低温導体を臨ませた熱発電素子である。熱発電素子の発電量は、高温導体側と低温導体側の温度差に比例するが、排気の熱エネルギーと駆動力によって得た冷気を利用することで温度差が大きくなるので、熱発電素子での発電効率を向上することができる。
【００１０】
請求項２に係る発明では、冷気発生手段は、エンジンで駆動されるコンプレッサと、このコンプレッサで供給された圧縮空気の運動エネルギーにより冷気を発生させるボルテックスチューブとからなる。コンプレッサとボルテックスチューブで構成されるので、装置が簡単になる。
【００１１】
請求項３に係る発明では、平面視で、エンジンとコンプレッサとは、クランク軸とコンプレッサ軸とが平行になるように配置し、クランク軸に直交するように筒形の排気貯留室をエンジン及びコンプレッサに沿って配置している。エンジンとコンプレッサとに沿って配置するので、筒形の排気貯留室は長さを確保することができ、熱回収性能を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に使用する熱発電素子の基本原理を説明する図であり、発電部品としての熱発電素子１０は、高温側に設けられている高温導体１１と、低温側に設けられている低温導体１２、１２と、高温導体１１と低温導体１２とに介設されるｎ型熱電半導体１３及びｐ型熱電半導体１４とからなる。
【００１３】
次に、この熱発電素子１０の作用を説明する。
高温導体１１は、高温の熱媒体から矢印（１）のように熱が供給されると高温が維持される。又、低温導体１２、１２は低温の媒体へ矢印（２）、（２）のように放熱することで低温が維持される。
このようにして、高温導体１１と低温導体１２、１２との間に温度差が生じると、ゼーベック効果が起こる。
ゼーベック効果によれば、ｎ型熱電半導体１３で、矢印（３）のように、電子１５が移動し、ｐ型熱電半導体１４で、矢印（４）のように、正孔１６が移動する。この結果、矢印（５）のように、電流が生じる。
【００１４】
なお、ｎ型及びｐ型熱電半導体の材料としては、ビスマス・テルル化合物が好適であるが、この他、鉛・テルル合金、シリコン・ゲルマニウム合金、コバルト・アンチモン化合物及び亜鉛・アンチモン化合物等、熱電材料であれば、種類は問わない。
【００１５】
図２は本発明に係る熱発電素子の外観を説明する図であり、熱発電素子１０は、高温導体１１と、低温導体１２と、高温導体１１と低温導体１２で挟まれたｎ型熱電半導体１３及びｐ型熱電半導体１４とからなり、全体的に板状を呈する。
【００１６】
図３は本発明に使用するボルテックスチューブの基本原理を説明する図であり、（ａ）で基本構造を説明し、（ｂ）で作用を説明する。
（ａ）に示すように、ボルテックスチューブ２０は、横長のチューブ２１と、このチューブ２１の一端に開口され暖かい空気を排出する暖気排出口２２と、チューブ２１内で且つ暖気排出口２２の近傍に配置されたバルブ２３と、チューブ２１の他端に開口され冷たい空気を排出する冷気排出口２４と、チューブ２１で且つ冷気排出口２４寄りに設けられ空気を旋回させる旋回室２５と、この旋回室２５へ外から圧縮空気を吹き込むノズル２６とからなる。なお、チューブ２１の内径Ｄ１に対して、冷気排出口２４の内径Ｄ２は小さく設定する。
【００１７】
次に、このボルテックスチューブ２０の作用を説明する。
（ｂ）に示すように、ノズル２６から旋回室２５へ空気を吹き込む（矢印（６））。吹き込まれた空気は旋回流れとなり、次に、チューブ２１の内壁面に沿って流れる（矢印（７））。この流れを自由渦２７と呼ぶ。自由渦２７は、旋回による遠心作用により、矢印（７）のようにチューブ２１の内壁面に押し付けられ、結果、自由渦２７の中央に空洞が発生する。
【００１８】
一方、自由渦２７は暖気排出口２２に向かって流れる途中で、一部がバルブ２３でせき止められる。残部は暖気排出口２２から排出されるが、バルブ２３でせき止められた分は、反転し、自由渦２７の中央に空洞を通って、冷気排出口２４に向い、冷気排出口２４から排出される。なお、反転し、冷気排出口２４に向う空気の流れは、自由渦２７で強制的に回されるため、強制渦２８と呼ばれる。
【００１９】
すなわち、チューブ２１内には、自由渦２７と強制渦２８からなる２つの流れが存在する。２つの流れの存在に起因して、自由渦２７が暖気と変わり、強制渦２８が冷気に変わることが、ボルテックスチューブ２０の特長である。強制渦２８が冷気に変化する過程を以下に説明する。
【００２０】
図４は一般的な自由渦と強制渦とを説明する図である。
（ａ）に示すような容器３１の底に穴３２が開いており、この穴３２に向かって渦３３が発生したとする。この渦３３は自由渦に相当する。渦３３は、穴３２に近づく程、速度が大きくなる。穴３２の中心からＲ１だけ離れた点Ｐ１における線速度をＶ１とする。穴３２の中心から０．５×Ｒ１だけ離れた点Ｐ２における線速度をＶ２とすると、Ｖ２は２×Ｖ１となる。
線速が２倍になると、運動エネルギーは４倍になる。４倍の運動エネルギーをもった渦３３が穴３２から排出される。
そのため、一般の自由渦では、外側に比較して内側の運動エネルギーが４倍になると言える。
【００２１】
（ｂ）に示すような容器３４の底に穴３５が開いており、容器３４を矢印（８）のように強制的に回転させたとする。すると、穴３５に向かって発生する渦３６は、容器３４に近い方が高速になり、穴３５に近い方が低速となる。このときの渦３６は強制渦に相当する。穴３５の中心からＲ３だけ離れた点Ｐ３における線速度をＶ３とする。穴３２の中心から０．５×Ｒ３だけ離れた点Ｐ４における線速度をＶ４とすると、Ｖ４は０．５×Ｖ３となる。
線速が０．５倍（＝１／２）になると、運動エネルギーは１／４倍になる。１／４倍の運動エネルギーをもった渦３６が穴３５から排出される。
そのため、一般の強制渦では、外側に比較して内側の運動エネルギーが１／４倍になると言える。容器３４は、図３で説明した自由渦２７に置き換えられる
【００２２】
（ｂ）で説明した渦３５が、仮に、自由渦であったとすれば４倍の運動エネルギーを持って穴３５から排出される。しかし、現実には、渦３６は強制渦であり、１／４倍だけの少ない運動エネルギーを持って穴３５から排出される。４倍と１／４倍との差の運動エネルギーは、熱エネルギーの形態で隣の自由渦に吸収されることで、エネルギーのバランスが保たれる。
この結果、図３（ｂ）において、冷気排出口２４から冷気が排出され、暖気排出口２２から暖気が排出される。
【００２３】
なお、本発明に係るボルテックスチューブ２０は、大気温度が２０℃の場合に、冷気の温度は−５５℃〜−３５℃になる。
【００２４】
図５は本発明に係る可搬式発電機のシステム構成図であり、可搬式発電機４０は、エンジン４１と、このエンジン４１で駆動され圧縮空気を供給するコンプレッサ４２と、このコンプレッサ４２に接続され供給された圧縮空気の運動エネルギーにより冷気を発生させるボルテックスチューブ２０と、このボルテックスチューブ２０及びエンジン４１に接続され温度差で発電する発電部品としての熱発電素子１０、１０を備えた発電ユニット４３と、からなる。
【００２５】
図６は本発明に係る可搬式発電機の斜視図であり、可搬式発電機４０は、エンジン等を一括して収納するケース４４と、このケース４４内へ外気を取り入れる吸気口４５と、ケース４４内から空気を排出する排気口４６と、ケース４４の上部に設けられ手で握ることができる取っ手４７と、この取っ手４７の近傍に設けられている給油キャップ４８と、ケース４４に下部に設けられケース４４を支える足５１、５１、５１とを備えている。ケース４４に取っ手４７を備えることで、可搬式発電機４０を簡易に運搬することができる。
【００２６】
図７は本発明に係る可搬式発電機の平面断面図であり、エンジン４１は、このエンジン４１の略中央に設けられているクランク軸５２と、このクランク軸５２に設けられ駆動力を伝える第１プーリ５３と、クランク軸５２にナット５４で固定され冷却空気を発生するファン５５と、エンジン４１に接続され排気を導く排気系統５６とを備えている。
【００２７】
排気系統５６は、エンジン４１に接続され排気を導く排気導入管５７と、この排気導入管５７に設けられ排気を貯める排気貯留室５８と、この排気貯留室５８に設けられ貯められた排気を外部へ出すテールパイプ６１とからなる。
【００２８】
排気貯留室５８は、排気導入管５７を支える支持板６２と、排気貯留室５８の外面６３に設けられ温度差で発電する発電部品としての熱発電素子１０、１０と、これらの発電部品としての熱発電素子１０、１０に臨むように設けられ放熱する放熱板６４、６４とを備えている。
【００２９】
なお、エンジン４１は、吸気管６５を備え、この吸気管６５の反対側に排気導入管５７が接続されている。排気導入管５７は、排気貯留室５８の中に入りＵ字形状部を有し、支持板６２で支持されている。この結果、排気導入管５７を適切な位置に固定することができる。
【００３０】
コンプレッサ４２は、このコンプレッサの略中央に設けられているコンプレッサ軸６６と、このコンプレッサ軸６６に設けられ第１プーリからの駆動力をベルト又はチェーンを介して受ける第２プーリ６７と、この第２プーリの反対側に設けられ空気を取入れる空気取入口６８と、この空気取入口６８の近傍に設けられ圧縮空気を吐出す圧縮空気吐出口７１と、この圧縮空気吐出口７１に接続され圧縮空気を導く圧縮空気導入管３７とからなる。
【００３１】
ボルテックスチューブ２０は、圧縮空気導入管３７に接続される圧縮空気を供給する圧縮空気供給口２８と、チューブの一端に設けられ暖気を排出する暖気排出口２２と、チューブのもう一方の端部に設けられ冷気を吹出す冷気排出口２４と、この冷気排出口２４に接続され冷気を導く冷気導入管７２とからなる。
冷気が放熱板６４、６４を通るので、効率よく放熱することができる。
【００３２】
なお、コンプレッサ４２とボルテックスチューブ２０で冷気発生手段７３を構成するが、冷気発生手段７３はこの構成に限定されず、コンプレッサ、コンデンサ、エバポレータ、レシーバ及び膨脹弁等で構成される一般的な冷凍サイクル機構であってもよく、冷気を発生できれば種類は問わない。
【００３３】
発電ユニット４３は、排気貯留室５８と、発電部品としての熱発電素子１０、１０と、冷気導入管７２に接続され冷気を貯める冷気貯留部７４とからなる。
冷気貯留部７４は、冷気を取入れる冷気取入口７５と、冷気取入口７５の反対側にもうけられ冷気を外部に排出する冷気放出口７６とを備えている。
【００３４】
エンジン４１とコンプレッサ４２とは、クランク軸５２とコンプレッサ軸６６とが平行になるように配置し、クランク軸５２に直交するように筒形の排気貯留室５８をエンジン４１及びコンプレッサ４２に沿って配置している。この結果、隙間なく配置し、省スペース化、及び、装置全体の小型化を図ることができる。
【００３５】
図８は図７の８ー８線断面図であり、ケース４４の上部には、燃料タンク７７が設けられており、給油口７８は給油キャップ４８で塞がれている。
排気導入管５７の端部７９は、排気貯留室５８内にある。この結果、エンジン４１からの排気は、一旦、排気貯留室５８に貯められる。この結果、排気貯留室５８を高温に保つことができる。
【００３６】
図９は図６の９−９線断面図であり、可搬式発電機４０には、ケース４４の下部にマウントラバー８１、８１を介してベースプレート８２が設けられている。このベースプレート８２にエンジン４１及びコンプレッサ４２が固定されている。
冷気貯留部７４と排気貯留室５８の間には、一定の間隔で隙間が設けられている。この結果、冷気が隙間に入り効率良く冷却することができる。
また、エンジン４１、冷気発生手段７３、及び発電部品としての熱発電素子１０をケースに一括して収納しているので、ケース４４を簡単に運搬することができる
【００３７】
図１０は排気導入管の形状を説明する図であり、エンジンに接続された排気導入管５７は、排気貯留室５８の入口部８４から、排気貯留室５８の内部に入る。そして、第１Ｕ字形状部８５、第２Ｕ字形状部８６及び第３Ｕ字形状部８７を経て、端部７９に至る。すなわち、排気貯留室５８内における、排気導入管５７の経路は長くなる。この結果、放熱による熱量を増加し、排気貯留室５８内をよりいっそう高温に保つことができる。
【００３８】
図１１は図７の要部拡大図であり、（ａ）に示す実施例では、熱発電素子１０は、排気貯留室５８の外面８８に高温導体１１が臨み、冷気貯留部７４側にある放熱板６４の内面８９に低温導体１２が臨むように設けられている。
【００３９】
（ｂ）は要部の別実施例を説明する図であり、熱発電素子１０は、低温導体１２に放熱フィン９１が接するように設けられている。この結果、低温導体１２から冷気貯留部７４によりいっそう効率良く放熱させることができる。
【００４０】
以上の構成からなる可搬式発電機の作用を次に述べる。
図１２は冷気の流れを説明する図であり、エンジン４１を始動してコンプレッサ４２を稼働させると、空気取入口６８から空気が取入れられ、矢印（１１）のように、圧縮空気導入管３７を圧縮空気が流れる。圧縮空気は、ボルテックスチューブ２０に供給され、矢印（１２）のように、冷気が吐出される。冷気は、冷気導入管７２を通り、矢印（１３）のように、冷気貯留部７４に流れ込む。さらに、矢印（１４）、（１４）のように、冷気は隙間８３、８３を流れる。そして、冷気は、矢印（１５）のように冷気放出口７６から外部へ排出される。
なお、ボルテックスチューブ２０から排出された暖気は、暖気排出口２２から外部へ排出される。
【００４１】
図１３は排気の流れを説明する図であり、燃料は吸気管６５から吸い込まれた空気と混合され、エンジン４１で燃料し、排気される。（ａ）に示すように、排気はエンジン４１から排気導入管５７に排出され、矢印（１６）のように流れる。
（ｂ）に示すように、排気貯留室５８内の排気導入管５７を、矢印（１７）のように流れる。そして、矢印（１８）のように、排気貯留室５８内に放出され、一旦、貯められる。排気貯留室５８に貯められた排気は、矢印（１９）のようにテールパイプ６１に流れ込み、矢印（２０）のように外部へ排気される。
【００４２】
図１４は図１３（ａ）の要部拡大図であり、排気から伝わった熱は、低温側に伝わるため、矢印（２１）のように、排気貯留室５８から高温導体１１に熱が伝わる。この結果、高温導体１１は、高温になる。
【００４３】
一方、低温導体１２は、矢印（２２）のように、冷気貯留部７４側へ放熱板６４を介して放熱する。この結果、低温導体１２は、低温になる。すなわち、熱発電素子１０の高温導体１１側と、低温導体１２側に温度差が生じる。そうすると、図１で説明した基本原理のように、矢印（２３）に示す向きに、電流が流れて発電される。
【００４４】
尚、本発明に係る可搬式発電機は、実施の形態ではエンジン等をケース一括して収めたが、ケースに限定されず、フレームに一括して収める形でもよく、一括して可搬できれば差し支えない。
ファンは、斜流ファンを適用したが、斜流ファンに限定されず、ラジアルファン（遠心式ファン）や軸流ファンでも適用可能であり、冷却空気を発生させることができれば他の形式のファンでも差し支えない。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の可搬式発電機は、運搬することができる発電機に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に使用する熱発電素子の基本原理を説明する図である。
【図２】本発明に係る熱発電素子の外観を説明する図である。
【図３】本発明に使用するボルテックスチューブの基本原理を説明する図である。
【図４】一般的な自由渦と強制渦とを説明する図である。
【図５】本発明に係る可搬式発電機のシステム構成図である。
【図６】本発明に係る可搬式発電機の斜視図である。
【図７】本発明に係る可搬式発電機の平面断面図である。
【図８】図７の８ー８線断面図である。
【図９】図６の９−９線断面図である。
【図１０】排気導入管の形状を説明する図である。
【図１１】図７の要部拡大図である。
【図１２】冷気の流れを説明する図である。
【図１３】排気の流れを説明する図である。
【図１４】図１３（ａ）の要部拡大図である。
【図１５】従来の技術の可搬式発電機を説明する図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０…熱発電素子（発電部品）、１１…高温導体、１２…低温導体、２０…ボルテックスチューブ、４０…可搬式発電機、４１…エンジン、４２…コンプレッサ、４４…ケース、５２…クランク軸、５６…排気系統、５８…排気貯留室、６６…コンプレッサ軸、７３…冷気発生手段、７４…冷気貯留部。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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