JP2015119065A - Multi-layer thermoelectric unit and combustion equipment provided with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複層熱電ユニット及び燃焼機器に関し、特に、熱電素子を用いて効果的に発電電力を得る際に用いて好適のものである。 The present invention relates to a multilayer thermoelectric unit and a combustion device, and is particularly suitable for use in effectively generating generated power using a thermoelectric element.
例えば、特開昭62−204164号公報(特許文献1)では、ストーブといった燃焼機器に熱電素子を配備させ、燃焼部の高い熱源を利用して発電する技術が紹介されている。かかる技術は、熱エネルギーを受ける面(受熱面)から熱エネルギーを散逸させる面(放熱面)へ熱移動が行われると、ゼーベック効果によって熱移動に応じた電力を発電させるものである。特に、同文献の熱電素子は、一の受熱面から一の放熱面へ向かって一方向的に熱移動を生じさせる構造が採用され、熱源に向けて受熱面が配置され大気に向けて放熱面が配置される。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-204164 (Patent Document 1) introduces a technique of generating power using a heat source having a high combustion section by disposing a thermoelectric element in a combustion device such as a stove. In such a technique, when heat transfer is performed from a surface that receives heat energy (heat receiving surface) to a surface that dissipates heat energy (heat radiating surface), electric power corresponding to the heat transfer is generated by the Seebeck effect. In particular, the thermoelectric element of the same document adopts a structure that causes heat transfer in one direction from one heat receiving surface to one heat radiating surface, and the heat receiving surface is arranged toward the heat source and the heat radiating surface toward the atmosphere. Is placed.
しかし、特許文献1の技術によれば、熱移動を一方向的に生じさせる熱電素子の構造とされるので、大気等の低温箇所に放熱面を露出または接触させる構造を十分に設けると、熱源から放熱面へ至る伝熱経路を効果的に排除することが困難となる。このため、熱電素子では、両面での温度差が十分に与えられなくなり、発電電力の低下を招いてしまう。
However, according to the technique of
本発明は上記課題に鑑み、受熱面での不要な温度上昇を幾分でも抑え、発電電力の低下を回避させ得る複層熱電ユニットの提供を第1の目的とする。また、かかる複層熱電ユニットを利用することで高い発電能力を発揮できる燃焼機器の提供を第2の目的とする。 In view of the above problems, a first object of the present invention is to provide a multilayer thermoelectric unit capable of suppressing an unnecessary temperature rise on the heat receiving surface to some extent and avoiding a decrease in generated power. A second object of the present invention is to provide a combustion device capable of exhibiting high power generation capacity by using such a multilayer thermoelectric unit.
上記課題を解決するため、本発明では次のような複層熱電ユニットの構成とする。即ち、第1の主熱エネルギーを伝熱させる第1の伝熱手段と、前記第1の主熱エネルギーとは異なる伝熱形態によって第2の主熱エネルギーを伝熱させる第2の伝熱手段と、前記第1の伝熱手段に対面または接触する第1の受熱面から半導体配列層を経由して第1の放熱面へ熱移動する際に発電電力を発生させる第1の熱電ユニットと、前記第2の伝熱手段に対面または接触する第2の受熱面から半導体配列層を経由して第2の放熱面へ熱移動する際に発電電力を発生させる第2の熱電ユニットと、前記第1の放熱面及び前記第2の放熱面を対向させた領域に配置され双方の放熱面から熱エネルギーを吸収する吸熱手段と、を備えることとする。 In order to solve the above problems, the present invention has the following multi-layer thermoelectric unit configuration. That is, the first heat transfer means for transferring the first main heat energy and the second heat transfer means for transferring the second main heat energy in a heat transfer form different from the first main heat energy. And a first thermoelectric unit that generates generated power when heat is transferred from the first heat receiving surface facing or contacting the first heat transfer means to the first heat radiating surface via the semiconductor arrangement layer; A second thermoelectric unit for generating generated power when heat is transferred from the second heat receiving surface facing or in contact with the second heat transfer means to the second heat radiating surface via the semiconductor arrangement layer; And a heat absorbing means that is disposed in a region where the heat radiating surface of 1 and the second heat radiating surface face each other and absorbs heat energy from both heat radiating surfaces.
好ましくは、前記第1の熱電ユニット及び前記第2の熱電ユニットを接続するユニット接続配線と、前記第1の熱電ユニット及び前記第2の熱電ユニットによって発生された電力を負荷へ出力させる電力供給配線と、を備えることとする。 Preferably, a unit connection wiring for connecting the first thermoelectric unit and the second thermoelectric unit, and a power supply wiring for outputting the power generated by the first thermoelectric unit and the second thermoelectric unit to a load. It shall be provided with.
好ましくは、前記ユニット接続配線は、前記第1の熱電ユニットと前記第2の熱電ユニットとを並列接続させることとする。 Preferably, the unit connection wiring connects the first thermoelectric unit and the second thermoelectric unit in parallel.
また、本発明では次のような燃焼機器の構成としても良い。即ち、主たる発熱部を収容させた高温室、前記高温室の底壁部及び側壁部を形成する仕切構造、前記仕切構造を介して前記高温室に隣接する隣接室、及び、上述した何れかの複層熱電ユニット、を備える燃焼機器において、
前記隣接室は、前記底壁部より高位に位置する亜高温領域と、前記底壁部より低位に位置する低温領域とを有し、
前記複層熱電ユニットは、其の一部又は全部が前記亜高温領域に配置され、且つ、前記第1の受熱部のうち当該亜高温領域に配された部位が前記側壁部へ対面して配置されることとする。
In the present invention, the following configuration of the combustion device may be used. That is, a high temperature chamber that houses a main heat generating portion, a partition structure that forms a bottom wall portion and a side wall portion of the high temperature chamber, an adjacent chamber that is adjacent to the high temperature chamber via the partition structure, and any of the above-described ones In combustion equipment comprising a multilayer thermoelectric unit,
The adjacent chamber has a sub-high temperature region positioned higher than the bottom wall portion, and a low temperature region positioned lower than the bottom wall portion,
The multilayer thermoelectric unit has a part or all of the multi-layer thermoelectric unit arranged in the sub-high temperature region, and the portion arranged in the sub-high temperature region of the first heat receiving portion is arranged facing the side wall portion. It will be done.
好ましくは、前記第1の伝熱手段は、一方が前記高温室で露出され他方が前記亜高温領域で露出される部位と、前記第1の受熱面に接触する部位と、が一体構造または接触的固着構造とされていることとする。 Preferably, in the first heat transfer means, one part is exposed in the high temperature chamber and the other part is exposed in the sub-high temperature region, and the part in contact with the first heat receiving surface is an integral structure or contact. Suppose that it is a fixed structure.
好ましくは、前記吸熱手段は、前記低温領域に配置される好放熱部位を有することとする。 Preferably, the heat absorption means has a good heat dissipation portion disposed in the low temperature region.
好ましくは、前記好放熱部位は、前記低温領域に配された送風ファンから冷却風が与えられることとする。 Preferably, the heat radiating portion is supplied with cooling air from a blower fan disposed in the low temperature region.
好ましくは、前記第2の伝熱手段は、前記第2の受熱面を形成させた構造よりも大熱容量の蓄熱部材から成ることとする。 Preferably, the second heat transfer means is composed of a heat storage member having a larger heat capacity than the structure in which the second heat receiving surface is formed.
本発明に係る複層熱電ユニットによると、各々の熱電ユニットの放熱面が対峙・接近する状態で配置されるので、熱源から各放熱面へ向かう伝熱経路が効果的に排除され、これに応じて各放熱面の温度上昇が抑制される。また、当該複層熱電ユニットによると、放熱面を挟んで設けられた外部二箇所の受熱面から内部の吸熱手段に向けて二方向の熱移動が生じるので、これに応じて発電箇所が複数設けられることとなり、発電電力の増大が図られる。 According to the multilayer thermoelectric unit according to the present invention, since the heat radiation surfaces of the respective thermoelectric units are arranged facing and approaching each other, the heat transfer path from the heat source to each heat radiation surface is effectively eliminated, and accordingly Therefore, the temperature rise of each heat radiating surface is suppressed. In addition, according to the multilayer thermoelectric unit, two-way heat transfer occurs from the two external heat receiving surfaces provided across the heat radiating surface toward the internal heat absorbing means. As a result, the generated power is increased.
本発明に係る燃焼機器によると、複層熱電ユニットを隣接室の亜高温領域に配置させることで、放熱面を挟んで設けられた両受熱面によって熱源からの熱エネルギーを効果的に獲得することができる。この場合、複層熱電ユニットは、各々の受熱面で受ける熱エネルギーの総和が大きくなるとのメリット、及び、各放熱面の温度上昇が抑制されるとのメリットが生じることは勿論のこと、これらのメリットが互いに関係しあう性質上、発電電力の増大効果を相乗的に齎すこととなる。 According to the combustion apparatus according to the present invention, by arranging the multilayer thermoelectric unit in the sub-high temperature region of the adjacent chamber, the thermal energy from the heat source can be effectively obtained by the two heat receiving surfaces provided with the heat radiating surface interposed therebetween. Can do. In this case, the multi-layer thermoelectric unit has the advantage that the sum of the thermal energy received on each heat receiving surface is increased, and the advantage that the temperature rise on each heat radiating surface is suppressed, Due to the nature of the merits being related to each other, the effect of increasing the generated power is synergistically raised.
先ず、図1にて一般的な熱電ユニットの構成・作用を説明する。図1(a)に示す如く、一般的な熱電ユニット100は、一方の熱伝導層131と、半導体配列層135と、他方の熱伝導層133とが順に積層されている。
First, the configuration and operation of a general thermoelectric unit will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1A, in a general
熱伝導層131は、熱伝導率の高い材質が用いられ、其の形状が略板状体とされている。また、熱伝導層131は、平面状の受熱面が形成され、当該受熱面が伝熱手段110に臨むよう配置される。熱伝導層131の材質は、電気導電性の高い金属が選択される場合、半導体配列層135との間に電気的な絶縁層を積層させる必要がある。また、熱伝導層131としてアルミナといった材質を用いる場合、高い熱伝導率と電気的絶縁性の双方が担保されるので、半導体配列層135との間に絶縁層を別途設ける必要は無い。
The heat
また、熱伝導層133にあっても、熱伝導層131の材質・形状と略同等のものとされる。尚、熱伝導層133は、吸熱手段120に臨む放熱面134が設けられている。この放熱面134にあっても、先に説明した受熱面132と同様、略平面状に加工されている。
Further, even in the heat
半導体配列層135は、電極層を介してP型半導体とN型半導体とが交互に直列接続される。電極層t2は、「N型半導体→P型半導体」へ発電電流Igが流れる部位であり、吸熱手段側に配置される。電極層t3は、「P型半導体→N型半導体」へ電流が流れる部位であり、伝熱手段側へ配置される。また、一方端部のP型半導体は伝熱手段側に電極層t1が積層され、他方端部のN型半導体も伝熱手段に電極層t4が積層される。 In the semiconductor alignment layer 135, P-type semiconductors and N-type semiconductors are alternately connected in series via electrode layers. The electrode layer t2 is a portion where the generated current Ig flows from “N-type semiconductor to P-type semiconductor” and is disposed on the heat absorption means side. The electrode layer t3 is a portion where current flows from “P-type semiconductor to N-type semiconductor” and is disposed on the heat transfer means side. The P-type semiconductor at one end is laminated with an electrode layer t1 on the heat transfer means side, and the N-type semiconductor at the other end is also laminated with an electrode layer t4 on the heat transfer means.
尚、説明の便宜上、電極層t1は電源ラインを介して負荷10へ接続されるものとし、電極層t4は他の電源ラインを介してグランド電位へ電気的に接続されるものとする。
For convenience of explanation, it is assumed that the electrode layer t1 is connected to the
伝熱手段110及び吸熱手段120は、双方の温度状態が全く異なるものである。例えば、伝熱手段110によって調整される受熱面132の絶対温度をTa〔K〕とし、吸熱手段120によって調整される放熱面134の絶対温度をTb〔K〕とすると、双方の温度の関係は「Ta>Tb」が堅持される。この場合、伝熱手段110から吸熱手段120に向けて熱移動が生じ、このとき熱電ユニット100でエネルギー変換が行われる(図1(b)参照)。
The heat transfer means 110 and the heat absorption means 120 are completely different from each other in temperature state. For example, if the absolute temperature of the
ここで、ゼーベック効果は、吸熱する部位で「N型半導体→P型半導体」へ向けて発電電流が流れる。熱電ユニット100では、電極層t2が吸熱手段側に配置されているので、このゼーベック効果を受けて、各半導体接合部で発電された総量の発電電流Igが電極層t1から負荷10へ向けて出力されることになる。
Here, in the Seebeck effect, a generated current flows from “N-type semiconductor → P-type semiconductor” at a portion that absorbs heat. In the
ゼーベック効果による発電電圧は、温度差に依存するものであるから、伝熱手段側の受熱面132と吸熱手段側の放熱面134との間の温度差が大きい程、当該発電電圧を大きくさせることとなる。但し、熱電ユニット100が配置される環境によって、其の温度差が大凡定まってしまう。また、吸熱手段120と熱交換させる為の構造を放熱面134で過度に設けると、熱源から放熱面へ至る熱エネルギーの伝熱経路までもが確保されてしまうので、結果として、伝熱手段側の受熱面132と吸熱手段側の放熱面134との間の温度差が不十分な状態となり、十分な発電電力を得ることができなくなる。
Since the generated voltage due to the Seebeck effect depends on the temperature difference, the larger the temperature difference between the
以下、図2乃至図4を参照して、本実施の形態に係る複層熱電ユニットの構成・作用を説明する。図2(a)は、本実施の形態に係る複層熱電ユニットの構成が示されている。図示の如く、複層熱電ユニット200は、第1の熱電ユニット130a及び第2の熱電ユニット130bが積層されたものである。尚、各々の熱電ユニットの構成については、図1にて説明した熱電ユニット100と同等であるため、該当箇所には同一の符号を付し其の説明を省略することとする。
Hereinafter, with reference to FIG. 2 thru | or FIG. 4, the structure and effect | action of the multilayer thermoelectric unit which concerns on this Embodiment are demonstrated. FIG. 2A shows the configuration of the multilayer thermoelectric unit according to the present embodiment. As shown in the figure, the multilayer
複層熱電ユニット200は、第1の熱電ユニット130aと第2の熱電ユニット130bとの間に、吸熱手段120が配置される。この吸熱手段120は、先の説明と同等のものである。また、第1の熱電ユニット130aの他方面に第1の伝熱手段111が配置される。また、第2の熱電ユニット130bの他方面に第2の伝熱手段112が配置される。このように、複数熱電ユニット200は、第1の伝熱手段111、第1の熱電ユニット130a、吸熱手段120、第2の熱電ユニット130b、第2の伝熱手段112の順で積層的に配置される。
In the multilayer
第1の伝熱手段111は、第1の主熱エネルギーを伝熱させる役割を担い、第1の熱電ユニット130aの受熱面132a(第1の受熱面132a)に対し当該熱エネルギーを供給する。受熱面132aでは、第1の主エネルギーの他、他の伝熱経路で供給される別の熱エネルギーも存在し、これら全ての総熱エネルギーと当該エネルギーを消費する周辺環境とに応じて表面温度T2が定まる。但し、第1の主熱エネルギーと呼ばれるものは、受熱面132aに対して加えられる総熱エネルギーのうち、其の占める割合が最も上位にあたる熱エネルギーを伝熱させる伝熱経路によって齎されたものを指す。
The first heat transfer means 111 plays a role of transferring the first main heat energy, and supplies the heat energy to the
第2の伝熱手段112は、第2の主熱エネルギーを伝熱させる役割を担い、第2の熱電ユニット130bの受熱面132b(第2の受熱面132b)に対し当該熱エネルギーを供給する。受熱面132bでは、第2の主エネルギーの他、他の伝熱経路で供給される別の熱エネルギーも存在し、これら全ての総熱エネルギーと当該エネルギーを消費する周辺環境とに応じて表面温度T1が定まることとなる。但し、第2の主熱エネルギーと呼ばれるものは、受熱面132bに対して加えられる総熱エネルギーのうち、其の占める割合が最も上位にあたる熱エネルギーを伝熱させる伝熱経路によって齎されたものを指す。
The second heat transfer means 112 plays a role of transferring the second main heat energy and supplies the heat energy to the
ここで、第1の伝熱手段111と第2の伝熱手段112とでは、各々の伝熱経路が異なるものとされている。このように、「異なる伝熱形態」によって各伝熱手段へ熱エネルギーを与えることで、例え熱源が同一の場合であっても双方へ供給される熱エネルギーが一致しない為、第1の熱電ユニット130aと第2の熱電ユニット130bとでは、各々の受熱面の温度が異なる状態とされる。本実施の形態では、第1の伝熱手段111からの熱エネルギー供給量が多いものとし、受熱面132aの表面温度をT2とし受熱面132bの表面温度をT4とすると、「T2>T4」の関係が成立している。
Here, the first heat transfer means 111 and the second heat transfer means 112 have different heat transfer paths. In this way, by giving heat energy to each heat transfer means by “different heat transfer modes”, even if the heat sources are the same, the heat energy supplied to both does not match, so the first thermoelectric unit In 130a and 2nd
尚、熱エネルギーの移動(即ち、伝熱)の代表的形態は以下のものが挙げられる。
・熱伝導(物体内における熱エネルギーの伝達)
・熱伝達(物体・物質の移動を伴った熱エネルギーの伝達)
・熱放射(電磁波の放出によって生じる熱エネルギーの伝達)
そして、伝熱経路と呼ばれるものは、これらの伝達形態の何れか、又は、これらの伝達形態の適宜な組み合わせによって形成されるものである。
従って、「異なる伝熱形態」とは、伝熱経路を形成する伝熱形態が異なること、其の経路を形成する伝熱形態の組合せが異なることを含む概念である。加えて、「異なる伝熱形態」には、其れが経路を含んだ概念とされるところ、物理的距離が異なる場合もこれに含まれる。
In addition, the following are mentioned as a typical form of the movement (namely, heat transfer) of thermal energy.
・ Heat conduction (transfer of thermal energy in the body)
・ Heat transfer (transfer of heat energy accompanied by movement of objects and materials)
・ Thermal radiation (transfer of thermal energy generated by the emission of electromagnetic waves)
And what is called a heat transfer path is formed by any of these transmission forms or an appropriate combination of these transmission forms.
Therefore, the “different heat transfer forms” are concepts including that the heat transfer forms forming the heat transfer paths are different and the combinations of the heat transfer forms forming the paths are different. In addition, the term “different heat transfer forms” includes a path and includes a case where physical distances are different.
吸熱手段120は、第1の熱電ユニット130aの放熱面134a(第1の放熱面134a)と、第2の熱電ユニット130bの放熱面134b(第2の放熱面134b)と、の双方を対向・対面させた領域に配置される。吸熱手段120は、かかる領域に配置されることにより表面部の露出箇所が劇的に少なくなり、熱源からの伝熱経路が殆ど排除される。このようにして、放熱面134aの表面温度T1及び放熱面134bの表面温度T3は、受熱面の表面温度と比較して十分に低い温度とされる。尚、放熱面における各表面温度T1,T3は、吸熱手段120によって平衡状態に近づく。
The
上述の如く、本実施の形態に係る複層熱電ユニット200によると、各々の熱電ユニットの放熱面が対峙・接近する状態で配置されるので、熱源から各放熱面へ向かう伝熱経路が効果的に排除され、これに応じて各放熱面の温度上昇が抑制される。従って、吸熱手段120は、受熱面132a及び132bに比べて温度上昇が抑えられるので、第1の放熱面134a及び第2の放熱面134bの双方から熱エネルギーを吸収することになる(図2(b)参照)。
As described above, according to the multilayer
第1の熱電ユニット130aは、上述したように、第1の受熱面132aを第1の熱電手段111に対面させ、第1の放熱面134aを吸熱手段120に対面させて配置される。ここでの対面とは、適宜の隙間を設けて配置された状態も含まれ、互いに接触した状態で配置される態様も含まれる。第1の伝熱手段111から供給された熱エネルギーは、第1の受熱面132aから半導体配列層135aを経由して第1の放熱面134a・吸熱手段112へ移動(熱移動)し、このとき、第1の熱電ユニット130aでは、この熱移動に応じた発電電力を発生させる。
As described above, the first
第2の熱電ユニット130bは、上述同様、第2の受熱面132bを第2の熱電手段112に対面させ、第2の放熱面134bを吸熱手段120に対面させて配置される。第2の伝熱手段112から供給された熱エネルギーは、第2の受熱面132bから半導体配列層135bを経由して第1の放熱面134b・吸熱手段112へ移動(熱移動)し、このとき、第2の熱電ユニット130bでは、この熱移動に応じた発電電力を発生させる。
As described above, the second
図2(b)に示す如く、本実施の形態では、熱エネルギーの供給箇所が吸熱手段120の両面側に設けられるので、異なる2方向の熱移動が生じる。そして、本実施の形態では、この2つの熱移動経路の各々に熱電ユニットを配置させることで、各々の熱電ユニットから発電電力を生じさせることが可能となる。 As shown in FIG. 2B, in the present embodiment, the heat energy supply points are provided on both sides of the heat absorbing means 120, and therefore, heat transfer in two different directions occurs. And in this Embodiment, it becomes possible to produce electric power generation from each thermoelectric unit by arrange | positioning a thermoelectric unit to each of these two heat transfer paths.
上述の如く、本実施の形態に係る複層熱電ユニットによると、放熱面を挟んで設けられた外部二箇所の受熱面から内部の吸熱手段に向けて二方向の熱移動が生じるので、これに応じて発電箇所が複数設けられることとなり、発電電力の増大が図られる。そして、この効果は、内部の吸熱手段の温度上昇を抑える機能とも密接に関わるものであるから、発電箇所増大と好適な温度差形成とが相俟って、発電電力を極めて効果的に増大させることが可能となる。 As described above, according to the multilayer thermoelectric unit according to the present embodiment, two-way heat transfer occurs from the two external heat receiving surfaces provided across the heat radiating surface toward the internal heat absorbing means. Accordingly, a plurality of power generation locations are provided, and the generated power is increased. This effect is also closely related to the function of suppressing the temperature rise of the internal heat absorption means, and combined with the increase in the power generation location and the formation of a suitable temperature difference, increase the generated power extremely effectively. It becomes possible.
本実施例では、上述した複層熱電ユニットの配線例が示されている。図3(a)に示す如く、本実施例に係る複層熱電ユニット201は、ユニット接続配線L1と、電力供給配線L2,L3が設けられる。ユニット接続配線L1は、第1の熱電ユニット130aと第2の熱電ユニット130bとを接続させる電気的配線であって、入力側電極層t4aと出力側電極層t1bとを導通させている。電力供給配線L2及びL3は、第1の熱電ユニット130a及び第2の熱電ユニット130bによって発生された電力を負荷10へ供給・出力させるものである。このうち、電力供給配線L2は、第1の熱電ユニット130aの出力側電極層t1aと負荷10とを接続させ、電力供給配線L3は、第2の熱電ユニット130bの入力側電極層t4bと負荷10とを接続させる。
In this embodiment, a wiring example of the multilayer thermoelectric unit described above is shown. As shown in FIG. 3A, the multilayer
本実施例では、図3(b)に示す如く、各々の熱電ユニットへ異なる熱エネルギーが供給されるので、各々の熱電ユニットから異なる電力が発電される。そして、双方の熱電ユニットは、負荷10を含む閉じた配線(環状配線)において、図3(c)に示すような直列接続された状態となる。このため、本実施の形態では、双方の熱電ユニットを活用して高い起電力を得て、これに応じて高い値の電力を発生させることが可能となる。
In this embodiment, as shown in FIG. 3B, different thermal energy is supplied to each thermoelectric unit, so that different electric power is generated from each thermoelectric unit. And both thermoelectric units will be in the state connected in series as shown in FIG.3 (c) in the closed wiring (annular wiring) containing the
本実施例では、複層熱電ユニットの他の配線例が示されている。図4(a)に示す如く、本実施例に係る複層熱電ユニット202は、ユニット接続配線L4,L5と、電力供給配線L6,L7が設けられる。ユニット接続配線L4,L5は、第1の熱電ユニット130aと第2の熱電ユニット130bとを接続させる電気的配線であって、互いの電極層を導通させている。電力供給配線L6,L7は、第1の熱電ユニット130a及び第2の熱電ユニット130bによって発生された電力を接点k1,k2から負荷10へ供給・出力させるものである。このうち、電力供給配線L6は、接点k1と負荷10とを接続させ、電力供給配線L7は、接点k2と負荷10とを接続させる。
In this embodiment, another wiring example of the multilayer thermoelectric unit is shown. As shown in FIG. 4A, the multilayer
本実施例では、図4(b)に示す如く、各々の熱電ユニットへ異なる熱エネルギーが供給され、各々の熱電ユニットから異なる電力が発電される。そして、双方の熱電ユニットは、負荷10を含む閉じた配線において、図3(c)に示すような並列回路を形成させることとなる。このように、本実施例では、起電力の異なるユニットが並列接続されるので、当該並列回路内で循環電流が生じ、各ユニットで発熱することとなる。
In this embodiment, as shown in FIG. 4B, different thermal energy is supplied to each thermoelectric unit, and different electric power is generated from each thermoelectric unit. Then, both thermoelectric units form a parallel circuit as shown in FIG. 3C in a closed wiring including the
本実施例では、このような現象を敢えて生じさせ、一方の熱電ユニットから発生する熱エネルギーを他方の熱電ユニットの受熱面へ与え、これを受けた熱電ユニットでの発電量の増加を図っている。例えば、第1の熱電ユニット130aで発生した熱エネルギーの一部Qyは、第2の熱電ユニット130bの受熱面132bに与えられ、当該ユニット130bでの発電電力向上に貢献する。また、第2の熱電ユニット130bで発生した熱エネルギーの一部Qxは、第1の熱電ユニット130aの受熱面132aに与えられ、当該ユニット130aでの発電電力向上に貢献する。
In the present embodiment, such a phenomenon is intentionally generated, and heat energy generated from one thermoelectric unit is given to the heat receiving surface of the other thermoelectric unit, and the amount of power generation in the thermoelectric unit receiving this is increased. . For example, a part Qy of the thermal energy generated in the first
本実施例では、複層熱電ユニットを搭載させた燃焼機器について説明を行う。尚、本実施例では、複数熱電ユニットが上述した技術的思想の範囲において、適宜置換え適用可能であるものとする。また、燃焼機器として、石油ストーブを例に挙げて説明することとするが、当該燃焼機器の用語の意義がこれに限定されないことは言うまでもない。 In this example, a combustion apparatus equipped with a multilayer thermoelectric unit will be described. In this embodiment, it is assumed that a plurality of thermoelectric units can be appropriately replaced within the scope of the technical idea described above. Further, although an explanation will be given by taking an oil stove as an example of the combustion equipment, it is needless to say that the meaning of the terminology of the combustion equipment is not limited to this.
図5は、本実施例に係る石油ストーブの各断面構造が示されている。図示の如く、石油ストーブ300は、筐体310の内部に、装置構成の各部を適宜収容させている。また、当該筐体310の内部では、仕切構造311,312,313が設けられ、高温室R1と、仕切構造311〜313を介して隣接する隣接室(R2,R3)とが形成される。以下、かかる構造のうち、仕切構造311を第1の側壁部311と呼び換え、仕切構造312を底壁部312と呼び換え、仕切構造313を第2の側壁部313と呼び換えることとする。
FIG. 5 shows each cross-sectional structure of the oil stove according to the present embodiment. As shown in the figure, the
第1の側壁部311,第2の側壁部313及び底壁部312は、筐体310の内壁を伴って、高温室R1と隣接室(R2,R3)とを画成させている。このうち、高温室R1は、正面側に開口部が設けられ、その開口部に金網等の保護構造(図示なし)が設けられている。また、隣接室(R2,R3)については、底壁部312よりも低位の領域(低温領域R2)とされる空間が設けられ、底壁部112よりも高位の領域(亜高温領域R3)とされる空間が設けられる。
The first side wall portion 311, the second
高温室R1には、発熱部330の主体が固定さている。この主たる発熱部330は、鉄線蓋331及び筒状体332等から成り、その筒状体332の下端部が水平壁312の貫通穴へ挿通固定されている。ここで、発熱部330(鉄線蓋331及び筒状体332)は、バーナー334に点火された火炎によって高位の部位が発熱し、赤色に変化することで赤外線を放射する。このように、発熱部330とは、その構造全てを指すものでなく顕著に発熱する部位を指し、この意味において、高温室R1に収容される部位・又は其の一部がこれに相当する。
The main body of the
また、高温室R1の背面には、反射境が設けられ前方開口方向への輻射熱を与えている。また、発熱部330の鉛直方向上部には、鉄線蓋331と近接する位置に熱伝達部111(第1の熱伝達手段)が配置されている。本実施の形態に係る熱伝達部111は、好熱伝導性の材質から成るものであって、発熱部330の幅と略同等の板状体が利用される。そして、一端が高温室R1に配置・露出され且つ他端が亜高温領域R3に配置・露出される。この熱伝達部111は、発熱部330から高い熱エネルギーを受け、これを高温室R1から亜高温領域R3へ効率よく伝達させる。
In addition, a reflective boundary is provided on the back surface of the high temperature chamber R1, and radiant heat is applied in the forward opening direction. In addition, a heat transfer unit 111 (first heat transfer unit) is disposed at a position close to the
本実施例に係る熱伝達部111は、高温室R1から亜高温室R3に亘る部位と、複層熱電ユニット200の受熱面との接触部位と、が一体的な構造とされている。但し、これらの双方の部位は、溶接または締結具等によって互いに接触させるようにしても良い。このようにすることで、高温室R1からの主たる伝熱経路が確保され、熱エネルギーが効果的に供給されることとなる。このような構成とすることで、熱伝達部111に接触する第1の熱電ユニット130aでは、高温室R1から熱伝導された高い熱エネルギーを導くことが可能となり、これに伴い、高い発電電力を発生させることが可能となる。
In the
低温領域R2には、発熱部330の直下へバーナー334が配置されている。バーナー334の上端には、バーナーヘッド333が設けられ、バーナーヘッド333の上端面近傍に火炎が形成される。このバーナーヘッド333は、底壁部312の高さに程近く配置されるので、これの上位と下位とでの温度を異なるものとさせる。このため、運転中の石油ストーブ300では、低温領域R2よりも高温室R1の温度が格段に高くなる。
In the low temperature region R2, a
この他、低温領域R2には、ブロワ―340、油貯部360等が設けられる。貯油タンク350に貯められた石油燃料は、油貯部360を経由して燃料配管361へ送られる。そして、ここを通過した石油燃料は、ノズル(図示なし)を通過する際に霧浄化される。このとき、バーナー334の内部では、送風管341から送られた空気とノズルから噴射された石油燃料によって適宜濃度の混合気が生成され、これがバーナーヘッド333で燃焼されることとなる。
In addition, a
一方、隣接室の亜高温領域R3には、複層熱電ユニット200の一部又は全部が配置される。亜高温領域R3は、隣接室内で自然対流が生じること、発熱部330が高熱に達する部位の標高に近いこと、第1の熱伝達手段111から大きな伝熱作用を受けること、といった理由により低温領域R2よりも当該領域全体に亘り温度が高くなる。このように、本実施例に係る第2の伝熱手段112としては、石油ストーブ300の構造上、第1の伝熱手段(熱伝達部111)とは異なる伝熱形態で熱エネルギーの供給が行われる。
On the other hand, a part or all of the multilayer
本実施例に係る燃焼機器300によると、複層熱電ユニット200を隣接室の亜高温領域R3に配置させることで、放熱面・吸熱手段を挟んで設けられた両受熱面によって熱源からの熱エネルギーを効果的に獲得することができる。この場合、複層熱電ユニット200は、各々の受熱面で受ける熱エネルギーの総和が大きくなるとのメリット、及び、各放熱面の温度上昇が抑制されるとのメリットが生じることは勿論のこと、これらのメリットが互いに関係しあう性質上、発電電力の増大効果を相乗的に齎すこととなる。
According to the
また、この複層熱電ユニット200は、第1の受熱面132a(第1の熱電ユニットの受熱面)のうち亜高温領域R3に配された部位が、第2の側壁部313へ対面して配置される。これによれば、熱伝達部111との接触部周辺構造が簡素化され、複層熱電ユニット200へ高い熱エネルギーを効率よく導入させることが可能となる。
Further, in the multilayer
図6には、上述した実施例3に係る燃焼機器の変更例が示されている。このうち、変形例1は、複層熱電ユニット203の吸熱手段120が低温領域R2に至る形状とされている。このように、吸熱手段120は、低温領域に配置された好放熱部位が与えられるので、当該好放熱部位で吸熱手段120が好適に放熱され、自身の温度が低下することになる。
FIG. 6 shows a modification of the combustion device according to the third embodiment described above. Among these, the
従って、複層熱電ユニット203は、各放熱面での温度T1,T3が更に低下するので、各熱電ユニットにおける受熱面と放熱面との間の温度差が拡大する。即ち、複層熱電ユニット203では、温度差の拡大に伴い発電電力の増大が図られる。更に特筆すべきは、かかる効果は、吸熱手段120の形状を工夫するといった簡易な変更によって、双方のユニットについて発電電力の増大作用を促す目覚ましいものである。
Accordingly, in the multi-layer thermoelectric unit 203, the temperatures T1 and T3 at the respective heat dissipation surfaces are further reduced, so that the temperature difference between the heat receiving surface and the heat dissipation surface in each thermoelectric unit is increased. That is, in the multi-layer thermoelectric unit 203, the generated power is increased as the temperature difference increases. Furthermore, it should be noted that such an effect is remarkable that promotes an increase in generated power for both units by a simple change such as devising the shape of the
尚、吸熱手段120は、熱伝導性の高い板状体であっても良く、其の形状・構造を問うものではない。また、当該吸熱手段120の好放熱部位について放熱フィンを設け、冷却作用を促進させるようにしても良い。更に。吸熱手段120として、構造体内部で冷媒の循環を行うヒートパイプを利用しても良い。 The heat absorbing means 120 may be a plate-like body having high thermal conductivity, and does not ask about its shape / structure. Further, a heat radiating fin may be provided for the heat radiating portion of the heat absorbing means 120 to promote the cooling action. Furthermore. As the heat absorbing means 120, a heat pipe that circulates the refrigerant inside the structure may be used.
また、吸熱手段120の好放熱部位には、送風ファンによって冷却風を与えるようにすると良い(図6(b)参照)。この場合、送風ファンは、低温領域R2に配置されることで、低い温度の冷却風を吸熱手段120に与えることができる。
In addition, it is preferable that cooling air is given to the good heat dissipation portion of the heat absorbing means 120 by a blower fan (see FIG. 6B). In this case, the blower fan is disposed in the low temperature region R <b> 2, so that low temperature cooling air can be applied to the
また、図6(c)に示す如く、第2の伝熱手段112として、大容量の蓄熱部材を用いても良い。この蓄熱部材は、第2の受熱面132bを形成させた構造よりも熱容量が十分大きいものであれば良く、例えば、金属製の板状体,これの内部に断熱材を埋設させた構造,又は,これの内部に流体を貯留させた液体貯留構造,といったように適宜の構造体を利用すると良い。特に、液体貯留構造によれば、液相と気相との間を相変態するときに当該液体の温度状態が維持されるので、貯留液体の選択如何によっては複数熱電ユニットに対し好適な熱エネルギーを与えることができる。
In addition, as shown in FIG. 6C, a large-capacity heat storage member may be used as the second heat transfer means 112. The heat storage member only needs to have a sufficiently larger heat capacity than the structure in which the second
また、このような蓄熱部材に類する構成は、別の利用の仕方も考えられる。例えば、当該蓄熱部材から熱電ユニットの各熱伝導層131に接触するよう適宜の構造を設け、当該蓄熱部材から各熱伝導層131の各々に熱エネルギーを供給するようにしても良い。これによれば、蓄熱部材の熱エネルギーが熱伝導により各受熱面へ供給されるので、複層熱電ユニットでの発電電力を更に増大させる効果が見込まれる。また、当該蓄熱部材は、双方の受熱面の温度を平衡化させる作用も奏するので、温度差形成が遅れている熱電ユニット(第2の熱電ユニット)の有効活用を促すことにもなる。このように使用される蓄熱部材にあっては、亜高温領域R3の比較的高い位置、又は、側壁部313に近い位置等に配置させることで、熱エネルギーの供給作用を高いレベルで発揮させることが期待される。
In addition, a configuration similar to such a heat storage member may be used in another manner. For example, an appropriate structure may be provided so that the heat storage member contacts each
以上、上述した実施の形態・実施例では、燃焼機器の具体例として石油ストーブを挙げて説明した。しかし、特許請求の範囲に係る燃焼機器は、これに限定されるものでなく、他の方式によるストーブ,給湯器,焼却炉,といった燃焼機器に属する装置について適用可能である。 In the above-described embodiments and examples, the oil stove has been described as a specific example of the combustion equipment. However, the combustion equipment according to the scope of claims is not limited to this, and can be applied to apparatuses belonging to combustion equipment such as stoves, hot water heaters, and incinerators by other methods.
111 第1の伝熱手段, 112 第2の伝熱手段, 120 吸熱手段, 130a 第1の熱電ユニット, 130b 第2の熱電ユニット, 200〜205 複層熱電ユニット, 300 燃焼器, 311〜312 仕切り構造, 330 発熱部(高温室の部位), 333 バーナー, 400 送風ファン, R1 高温室, R2 隣接室(低温領域), R3 隣接室(亜高温領域)。 111 1st heat transfer means, 112 2nd heat transfer means, 120 heat absorption means, 130a 1st thermoelectric unit, 130b 2nd thermoelectric unit, 200-205 multilayer thermoelectric unit, 300 combustor, 311-312 partition Structure, 330 Heating part (part of high temperature chamber), 333 burner, 400 blower fan, R1 high greenhouse, R2 adjacent room (low temperature area), R3 adjacent room (sub-high temperature area).
Claims (8)
前記隣接室は、前記底壁部より高位に位置する亜高温領域と、前記底壁部より低位に位置する低温領域とを有し、
前記複層熱電ユニットは、其の一部又は全部が前記亜高温領域に配置され、且つ、前記第1の受熱部のうち当該亜高温領域に配された部位が前記側壁部へ対面して配置されることを特徴とする燃焼機器。 A high temperature chamber containing a main heat generating portion, a partition structure that forms a bottom wall portion and a side wall portion of the high temperature chamber, an adjacent chamber adjacent to the high temperature chamber via the partition structure, and claims 1 to 3 In the combustion equipment comprising the multilayer thermoelectric unit according to any one of
The adjacent chamber has a sub-high temperature region positioned higher than the bottom wall portion, and a low temperature region positioned lower than the bottom wall portion,
The multilayer thermoelectric unit has a part or all of the multi-layer thermoelectric unit arranged in the sub-high temperature region, and the portion arranged in the sub-high temperature region of the first heat receiving portion is arranged facing the side wall portion. Combustion equipment characterized by being made.
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