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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024142836
(43)【公開日】2024-10-11
(54)【発明の名称】熱電発電装置
(51)【国際特許分類】
H02N 11/00 20060101AFI20241003BHJP
F24B 1/02 20060101ALI20241003BHJP
【ＦＩ】
H02N11/00 A
F24B1/02 C
【審査請求】有
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023055187
(22)【出願日】2023-03-30
(71)【出願人】
【識別番号】523117904
【氏名又は名称】株式会社東光通商
(74)【代理人】
【識別番号】100067323
【弁理士】
【氏名又は名称】西村 教光
(74)【代理人】
【識別番号】100124268
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 典行
(72)【発明者】
【氏名】沖崎 金光
(72)【発明者】
【氏名】出浦 康次
(57)【要約】
【課題】熱電発電で蓄電するときの充電量を従来に比べ増やすことができる熱電発電装置を提供する。
【解決手段】外表面が高温となる熱源装置である固形燃料ストーブ１３を有し、固形燃料ストーブ１３の熱から電気を得る熱電発電装置１１であって、固形燃料ストーブ１３の外表面に密着する接触面を一方の面に有し、他方の面が平滑な平坦面とされ、固形燃料ストーブ１３の熱を蓄積する蓄熱体１５と、蓄熱体１５の平坦面に吸熱面を密着させる熱電発電素子１７と、熱電発電素子１７の放熱面に密着して熱電発電素子１７の熱を逃がす放熱部１９と、熱電発電素子１７に接続されてバッテリー５１を充電する充電部２１と、を設けた。
【選択図】 図１
【解決手段】外表面が高温となる熱源装置である固形燃料ストーブ１３を有し、固形燃料ストーブ１３の熱から電気を得る熱電発電装置１１であって、固形燃料ストーブ１３の外表面に密着する接触面を一方の面に有し、他方の面が平滑な平坦面とされ、固形燃料ストーブ１３の熱を蓄積する蓄熱体１５と、蓄熱体１５の平坦面に吸熱面を密着させる熱電発電素子１７と、熱電発電素子１７の放熱面に密着して熱電発電素子１７の熱を逃がす放熱部１９と、熱電発電素子１７に接続されてバッテリー５１を充電する充電部２１と、を設けた。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
外表面が高温となる熱源装置を有し、前記熱源装置の熱から電気を得る熱電発電装置であって、
前記熱源装置の外表面に密着する接触面を一方の面に有し、他方の面が平滑な平坦面とされ、前記熱源装置の熱を蓄積する蓄熱体と、
前記蓄熱体の平坦面に吸熱面を密着させる熱電発電素子と、
前記熱電発電素子の放熱面に密着して前記熱電発電素子の熱を逃がす放熱部と、
前記熱電発電素子に接続されてバッテリーを充電する充電部と、
を具備することを特徴とする熱電発電装置。
前記熱源装置の外表面に密着する接触面を一方の面に有し、他方の面が平滑な平坦面とされ、前記熱源装置の熱を蓄積する蓄熱体と、
前記蓄熱体の平坦面に吸熱面を密着させる熱電発電素子と、
前記熱電発電素子の放熱面に密着して前記熱電発電素子の熱を逃がす放熱部と、
前記熱電発電素子に接続されてバッテリーを充電する充電部と、
を具備することを特徴とする熱電発電装置。
【請求項2】
前記熱源装置が、固形燃料ストーブであることを特徴とする請求項１に記載の熱電発電装置。
【請求項3】
前記熱源装置の煙突に設けられて水を加熱する給湯部が備えられることを特徴とする請求項２に記載の熱電発電装置。
【請求項4】
前記熱源装置が、ボイラーであることを特徴とする請求項１に記載の熱電発電装置。
【請求項5】
前記蓄熱体と前記熱電発電素子と前記放熱部とが板厚方向に積層されて一体の蓄熱電発電ユニットを構成し、
前記蓄熱電発電ユニットは、前記固形燃料ストーブの下面に前記蓄熱体が密着され、
前記蓄熱電発電ユニットには、前記下面に前記蓄熱体を密着させるためのアジャスト機構を有したアジャスト脚が備えられることを特徴とする請求項２または３に記載の熱電発電装置。
前記蓄熱電発電ユニットは、前記固形燃料ストーブの下面に前記蓄熱体が密着され、
前記蓄熱電発電ユニットには、前記下面に前記蓄熱体を密着させるためのアジャスト機構を有したアジャスト脚が備えられることを特徴とする請求項２または３に記載の熱電発電装置。
【請求項6】
前記放熱部には、前記熱源装置の熱で駆動する熱電ファンが備えられることを特徴とする請求項１～４のいずれか１つに記載の熱電発電装置。
【請求項7】
前記放熱部には、前記熱源装置の熱で駆動する熱電ファンが備えられることを特徴とすることを特徴とする請求項５に記載の熱電発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、熱電発電装置に関する。
【背景技術】
【0002】
薪ストーブ本体と、熱電発電素子が薪ストーブ本体に取り付けられた熱電発電ユニットと、循環冷却水により熱電発電素子を冷却する冷却ユニットと、熱電発電素子で暖められた循環冷却水を冷却する過程で当該循環冷却水の熱エネルギーから温水を作り出す熱交換器と、熱電発電ユニットで発電された電力を蓄えるバッテリーと、熱発電ユニットで発電された電力をバッテリーに充電する動作、及び、バッテリーに充電された電力を外部に出力する動作を制御する制御装置とを備えた発電する薪ストーブが知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】実用新案登録第３１９００８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、従来の発電する薪ストーブは、発電・蓄電する時間が、ストーブの燃焼している時間、すなわち、稼働時間に限られていた。一般的に固形燃料ストーブは、熱伝導率の高い金属でつくられている。このため、消火されると同時に外表面から周囲の空気に熱が移動し、温度が急激に降下する。およそ３０分程度で約６０度を下回り、発電量が減って充電には適さない。
【0005】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その目的は、熱電発電で蓄電するときの充電量を従来に比べ増やすことができる熱電発電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】
次に、上記の課題を解決するための手段を、実施の形態に対応する図面を参照して説明する。
本発明の請求項１記載の熱電発電装置１１は、外表面が高温となる熱源装置１３を有し、前記熱源装置１３の熱から電気を得る熱電発電装置１１であって、
前記熱源装置１３の外表面に密着する接触面を一方の面に有し、他方の面が平滑な平坦面とされ、前記熱源装置１３の熱を蓄積する蓄熱体１５と、
前記蓄熱体１５の平坦面に吸熱面を密着させる熱電発電素子１７と、
前記熱電発電素子１７の放熱面に密着して前記熱電発電素子１７の熱を逃がす放熱部１９と、
前記熱電発電素子１７に接続されてバッテリー５１を充電する充電部２１と、
を具備することを特徴とする。
本発明の請求項１記載の熱電発電装置１１は、外表面が高温となる熱源装置１３を有し、前記熱源装置１３の熱から電気を得る熱電発電装置１１であって、
前記熱源装置１３の外表面に密着する接触面を一方の面に有し、他方の面が平滑な平坦面とされ、前記熱源装置１３の熱を蓄積する蓄熱体１５と、
前記蓄熱体１５の平坦面に吸熱面を密着させる熱電発電素子１７と、
前記熱電発電素子１７の放熱面に密着して前記熱電発電素子１７の熱を逃がす放熱部１９と、
前記熱電発電素子１７に接続されてバッテリー５１を充電する充電部２１と、
を具備することを特徴とする。
【0007】
この熱電発電装置１１では、熱源装置（例えば、固形燃料ストーブ）１３が稼働されると、熱源装置１３の外表面が高温となる。すなわち、外表面から周囲へ熱が伝わる。外表面から周囲へ伝わる熱は、熱伝導、熱輻射、熱対流を含む熱伝達により伝わる。
高温の外表面から周りの空気への伝熱においては、熱は外表面のごく近傍の空気へはまず熱伝導で伝わる。その空気は熱を得ることにより温度が上昇し対流を起こす。この熱対流によりより多くの熱を空気に伝えることになる。また、外表面と空気の間には熱輻射による熱の授受も同時に行われる。つまり、熱源装置の外表面と空気との間の熱移動は、この３形態が混ざり合った熱伝達となる。熱伝達により移動する熱の多くは暖房に使用される。
一方、熱電発電装置１１では、外表面の一部分、好ましくは下面３１には蓄熱体１５が密着して設けられる。蓄熱体１５への熱源装置からの伝熱は、主に熱伝導と熱輻射とによる。外表面（下面３１）に、一方の面である接触面が密着した蓄熱体１５には、熱源装置からの熱が蓄熱される。
蓄熱体１５には、熱容量の大きい材質が選ばれる。この蓄熱体１５には、一例として耐熱レンガや耐火レンガを好適に用いることができる。
熱電発電素子１７は、熱源装置１３と熱電発電素子１７との間に蓄熱体１５が介装されることにより、熱電発電素子１７における吸熱面と放熱部１９の温度差を従来よりも長引かせることができる。すなわち、発電時間を長引かせて、充電時間を延ばすことができる。その結果、蓄熱体１５を搭載しない従来装置に比べ充電量を多く得ることが可能となる。
この熱電発電装置１１は、暖房装置と兼用される低コストリカバー型の小さな発電所を構成する。熱電発電装置１１は、家庭、ビニールハウス等の農業施設、寒冷地の避難施設などに好適に用いることができる。
高温の外表面から周りの空気への伝熱においては、熱は外表面のごく近傍の空気へはまず熱伝導で伝わる。その空気は熱を得ることにより温度が上昇し対流を起こす。この熱対流によりより多くの熱を空気に伝えることになる。また、外表面と空気の間には熱輻射による熱の授受も同時に行われる。つまり、熱源装置の外表面と空気との間の熱移動は、この３形態が混ざり合った熱伝達となる。熱伝達により移動する熱の多くは暖房に使用される。
一方、熱電発電装置１１では、外表面の一部分、好ましくは下面３１には蓄熱体１５が密着して設けられる。蓄熱体１５への熱源装置からの伝熱は、主に熱伝導と熱輻射とによる。外表面（下面３１）に、一方の面である接触面が密着した蓄熱体１５には、熱源装置からの熱が蓄熱される。
蓄熱体１５には、熱容量の大きい材質が選ばれる。この蓄熱体１５には、一例として耐熱レンガや耐火レンガを好適に用いることができる。
熱電発電素子１７は、熱源装置１３と熱電発電素子１７との間に蓄熱体１５が介装されることにより、熱電発電素子１７における吸熱面と放熱部１９の温度差を従来よりも長引かせることができる。すなわち、発電時間を長引かせて、充電時間を延ばすことができる。その結果、蓄熱体１５を搭載しない従来装置に比べ充電量を多く得ることが可能となる。
この熱電発電装置１１は、暖房装置と兼用される低コストリカバー型の小さな発電所を構成する。熱電発電装置１１は、家庭、ビニールハウス等の農業施設、寒冷地の避難施設などに好適に用いることができる。
【0008】
本発明の請求項２記載の熱電発電装置１１は、請求項１に記載の熱電発電装置１１であって、
前記熱源装置が、固形燃料ストーブ１３であることを特徴とする。
前記熱源装置が、固形燃料ストーブ１３であることを特徴とする。
【0009】
この熱電発電装置１１では、熱源装置が、固形燃料ストーブ１３となる。固形燃料としては、薪、木質性ペレット、もみがら、石炭、木炭などが挙げられる。固形燃料は、石油などの液体燃料に比べ、安価であり、取り扱いも容易となる。また、これらの固形燃料は、石油などの液体燃料に比べ、保存が容易であり、長期にわたる保存であっても変質が生じにくい。
【0010】
本発明の請求項３記載の熱電発電装置１１は、請求項２に記載の熱電発電装置１１であって、
前記熱源装置１３の煙突２９に設けられて水を加熱する給湯部２３が備えられることを特徴とする。
前記熱源装置１３の煙突２９に設けられて水を加熱する給湯部２３が備えられることを特徴とする。
【0011】
この熱電発電装置１１では、熱源装置である固形燃料ストーブ１３の煙突２９を覆うように、給湯部２３が備えられる。煙突２９には、固形燃料ストーブ１３の燃焼で発生した高温空気が通る。給湯部２３は、その煙突２９の周囲に直接あるいは配管を介してその中を通る水を接触させる。煙突２９を通る高温空気の熱は、温度の低い水へと移動する。これにより、熱電発電装置１１では、暖房、蓄電に加えて給湯も可能となる。
【0012】
給湯部２３は、煙突２９に加えて蓄熱体１５の上面に給湯部下面３７が接触して設けられてもよい。この場合、蓄熱体１５と熱電発電素子１７と放熱部１９とは、固形燃料ストーブ１３の下面３１から給湯部下面３７へ延出して設けられてもよい。つまり、給湯部２３には、煙突２９からの熱と、固形燃料ストーブ１３の下面３１からの熱とが伝熱される。また、この場合、蓄熱体１５は、給湯部下面３７へ延出させることにより質量が増すので熱容量が増大する。なお、蓄熱体１５と熱電発電素子１７と放熱部１９とは、固形燃料ストーブ１３と給湯部２３とで分離可能とし、設置時に連結する構造とされてもよい。
【0013】
本発明の請求項４記載の熱電発電装置１１は、請求項１に記載の熱電発電装置１１であって、
前記熱源装置１３が、ボイラーであることを特徴とする。
前記熱源装置１３が、ボイラーであることを特徴とする。
【0014】
この熱電発電装置１１では、熱源装置１３が、ボイラーとなる。ボイラーとしては、例えば農業用ハウスに設置される暖房用のものが挙げられる。ボイラーに密着して設けられた熱電発電素子１７から得られた電気は、バッテリー５１に蓄電される。蓄電された電気は、ボイラーの停止後であっても、ハウス内の電気機器、例えば空気循環ファンや散水装置、照明（調光装置）を動かす電力源とすることが可能となる。
【0015】
本発明の請求項５記載の熱電発電装置１１は、請求項２または３に記載の熱電発電装置１１であって、
前記蓄熱体１５と前記熱電発電素子１７と前記放熱部１９とが板厚方向に積層されて一体の蓄熱電発電ユニット４１を構成し、
前記蓄熱電発電ユニット４１は、前記固形燃料ストーブ１３の下面３１に前記蓄熱体１５が密着され、
前記蓄熱電発電ユニット４１には、前記下面３１に前記蓄熱体１５を密着させるためのアジャスト機構を有したアジャスト脚４３が備えられることを特徴とする。
前記蓄熱体１５と前記熱電発電素子１７と前記放熱部１９とが板厚方向に積層されて一体の蓄熱電発電ユニット４１を構成し、
前記蓄熱電発電ユニット４１は、前記固形燃料ストーブ１３の下面３１に前記蓄熱体１５が密着され、
前記蓄熱電発電ユニット４１には、前記下面３１に前記蓄熱体１５を密着させるためのアジャスト機構を有したアジャスト脚４３が備えられることを特徴とする。
【0016】
この熱電発電装置１１では、蓄熱体１５と熱電発電素子１７と放熱部１９とが板厚方向に積層されて一体の蓄熱電発電ユニット４１となる。蓄熱電発電ユニット４１は、固形燃料ストーブ１３とは別体である。蓄熱電発電ユニット４１は、蓄熱体１５が、固形燃料ストーブ１３の下面３１に密着される。蓄熱電発電ユニット４１には、固形燃料ストーブ１３の下面３１に、蓄熱体１５を密着させるためのアジャスト機構を有したアジャスト脚４３が備えられる。
床面３５は、必ずしも平坦でない。蓄熱体１５は、固形燃料ストーブ１３の下面３１に密着していないと効率のよい熱伝導で固形燃料ストーブ１３からの熱が移動しない。蓄熱電発電ユニット４１は、すくなくとも４本以上の複数のアジャスト脚４３を備えることにより、床面３５の不陸を吸収して、蓄熱体１５を固形燃料ストーブ１３の下面３１に平行に密着させることが可能となる。
また、熱電発電装置１１は、蓄熱電発電ユニット４１が固形燃料ストーブ１３の下面３１に配置されることで、アジャスト脚４３のアジャスト機構を用いて所定の押し上げ荷重を加え、固形燃料ストーブ１３の質量を利用して蓄熱電発電ユニット４１を下面３１へ押圧することができる。一方、固形燃料ストーブ１３の側面や上面に蓄熱電発電ユニット４１を密着させる場合では、固形燃料ストーブ１３の質量を利用することができない。これに対し、本発明の熱電発電装置１１によれば、簡素な構造で、別体の蓄熱電発電ユニット４１をしっかり固形燃料ストーブ１３の外表面である下面３１に密着させることができる。
さらに、固形燃料ストーブ１３の側面や上面に蓄熱電発電ユニット４１を取り付ける場合では、火傷の虞が生じやすくなるため、熱電発電装置１１の全体を囲う必要が生じ、意匠性が低下する。これに対し、本発明の熱電発電装置１１によれば、固形燃料ストーブ１３の四隅の脚３３に囲まれた下面３１と床面３５との間に蓄熱電発電ユニット４１を収納するようにして配置できるので、蓄熱電発電ユニット４１を簡素な構造でしっかりと固形燃料ストーブ１３に密着でき、安全性を保ち、外観としての意匠性も損ねることがない。
床面３５は、必ずしも平坦でない。蓄熱体１５は、固形燃料ストーブ１３の下面３１に密着していないと効率のよい熱伝導で固形燃料ストーブ１３からの熱が移動しない。蓄熱電発電ユニット４１は、すくなくとも４本以上の複数のアジャスト脚４３を備えることにより、床面３５の不陸を吸収して、蓄熱体１５を固形燃料ストーブ１３の下面３１に平行に密着させることが可能となる。
また、熱電発電装置１１は、蓄熱電発電ユニット４１が固形燃料ストーブ１３の下面３１に配置されることで、アジャスト脚４３のアジャスト機構を用いて所定の押し上げ荷重を加え、固形燃料ストーブ１３の質量を利用して蓄熱電発電ユニット４１を下面３１へ押圧することができる。一方、固形燃料ストーブ１３の側面や上面に蓄熱電発電ユニット４１を密着させる場合では、固形燃料ストーブ１３の質量を利用することができない。これに対し、本発明の熱電発電装置１１によれば、簡素な構造で、別体の蓄熱電発電ユニット４１をしっかり固形燃料ストーブ１３の外表面である下面３１に密着させることができる。
さらに、固形燃料ストーブ１３の側面や上面に蓄熱電発電ユニット４１を取り付ける場合では、火傷の虞が生じやすくなるため、熱電発電装置１１の全体を囲う必要が生じ、意匠性が低下する。これに対し、本発明の熱電発電装置１１によれば、固形燃料ストーブ１３の四隅の脚３３に囲まれた下面３１と床面３５との間に蓄熱電発電ユニット４１を収納するようにして配置できるので、蓄熱電発電ユニット４１を簡素な構造でしっかりと固形燃料ストーブ１３に密着でき、安全性を保ち、外観としての意匠性も損ねることがない。
【0017】
本発明の請求項６記載の熱電発電装置１１は、請求項１～４のいずれか１つに記載の熱電発電装置１１であって、
前記放熱部１９には、前記熱源装置の熱で駆動する熱電ファン２５が備えられることを特徴とする。
前記放熱部１９には、前記熱源装置の熱で駆動する熱電ファン２５が備えられることを特徴とする。
【0018】
この熱電発電装置１１では、放熱部１９に、熱源装置１３の熱で駆動する熱電ファン２５が備えられる。熱電ファン２５は、別途に専用の熱電発電素子を備える。熱電ファン２５は、熱源装置１３からの熱で駆動される。熱電ファン２５は、熱源装置１３の下面３１に蓄熱電発電ユニット４１を取り付けた場合、この取り付けられた蓄熱電発電ユニット４１の下方、または給湯部２３に延長された蓄熱電発電ユニット４１の下方に設けることができる。
いずれの場合も、放熱部１９、熱電発電素子１７を介さずに蓄熱体１５または固形燃料ストーブ（熱源装置）１３の下面３１に接触して設けられることが好ましい。
熱電ファン２５は、送風方向が、板状となった蓄熱電発電ユニット４１の最下層、すなわち放熱部１９における放熱フィン３９の延在方向に沿う方向とすることが好ましい。これにより、熱電ファン２５は、放熱面の熱を効率よく放熱させることができ、また、同時に周囲へ暖気を送風することも可能となる。
これに加え、熱電発電素子１７は、熱電ファン２５により放熱面の温度が低くなれば、吸熱面と放熱面との温度差が大きくなり、より高い熱電変換性能が得られるようにもなる。
いずれの場合も、放熱部１９、熱電発電素子１７を介さずに蓄熱体１５または固形燃料ストーブ（熱源装置）１３の下面３１に接触して設けられることが好ましい。
熱電ファン２５は、送風方向が、板状となった蓄熱電発電ユニット４１の最下層、すなわち放熱部１９における放熱フィン３９の延在方向に沿う方向とすることが好ましい。これにより、熱電ファン２５は、放熱面の熱を効率よく放熱させることができ、また、同時に周囲へ暖気を送風することも可能となる。
これに加え、熱電発電素子１７は、熱電ファン２５により放熱面の温度が低くなれば、吸熱面と放熱面との温度差が大きくなり、より高い熱電変換性能が得られるようにもなる。
【0019】
本発明の請求項７記載の熱電発電装置１１は、請求項５に記載の熱電発電装置１１出会って、
前記放熱部１９には、前記熱源装置の熱で駆動する熱電ファン２５が備えられることを特徴とすることを特徴とする。
前記放熱部１９には、前記熱源装置の熱で駆動する熱電ファン２５が備えられることを特徴とすることを特徴とする。
【0020】
この熱電発電装置１１では、請求項６と同じ作用が得られる。
【発明の効果】
【0021】
本発明に係る請求項１記載の熱電発電装置によれば、熱源装置に密着する蓄熱体が、この熱源装置からの熱を蓄熱することで、熱源装置が稼働を停止した後も蓄熱状態であることで熱電発電素子が発電を続け、これにより、発電時間を長引かせ、充電時間を延ばすことができ、熱電発電で蓄電するときのバッテリーへの充電量を従来に比べ増やすことができる。
【0022】
本発明に係る請求項２記載の熱電発電装置によれば、安価で取り扱いやすい燃料を使うことを可能とする熱源装置である固形燃料ストーブの安定的な使用が長期にわたって可能となる。また、固形燃料ストーブであることから、一般的に家屋内で使用される暖房機器であり、この暖房機器の暖房機能にバッテリーの充電機能を付加でき、電気が使用可能な環境を提供することができる。
【0023】
本発明に係る請求項３記載の熱電発電装置によれば、熱源装置である固形燃料ストーブの熱を、暖房や蓄電以外に、給湯や温水器の加温に利用できる。このようなことから、例えば災害発生時に、暖房として固形燃料ストーブが稼働すれば、電気を蓄えることが可能となり電気機器の使用を継続でき、且つ温水を利用することが可能となる。
【0024】
本発明に係る請求項４記載の熱電発電装置によれば、熱源装置をボイラーとすることにより農業用ハウスなどで使用でき、ハウス内の散水機や送風機などの電気設備の電源とすることができる。また、熱源装置をバイオマスボイラーなどとすれば、産業廃棄物扱いになっているもみがらなどを燃料として熱源装置を使用でき、再資源化を可能とし環境への配慮を行いながら電気の蓄電を行うことが可能となる。
【0025】
本発明に係る請求項５記載の熱電発電装置によれば、熱源装置である固形燃料ストーブの下面に蓄熱体と熱電発電素子と放熱部との蓄熱電発電ユニットをユニット化して密着させて構成していることから、固形燃料ストーブとしての一般的な構造である床面からストーブ本体を浮かせた脚のある構造、つまりストーブ本体の下面と床面との間に空間を有する構造において、この空間を活かし大きく目立つことなく配置が可能となり、固形燃料ストーブとしての使用の邪魔とならず、ストーブの意匠性を損ねることがない。また、ストーブ本体に対して大きく突出するような構造ではないことから、安全な位置で効率よく蓄熱、熱電変換することができる。さらに、ストーブ本体としては底部における内部が燃焼部分であることから、熱源として、発電位置として、有効である。
【0026】
本発明に係る請求項６記載の熱電発電装置によれば、別途電源を使用せずに、放熱部に対して送風を行うことができ、すなわち、放熱面の熱を効率よく放熱させることができる。また同時にファンによって周囲へ暖気として送風することも可能となり、例えば暖房装置となる固形燃料ストーブによる暖房効率を高めることが可能となる。さらに、この熱電ファンによって、熱電発電素子に温度差を生じさせ、すなわち、熱電ファンにより放熱面の温度が低くなれば、吸熱面と放熱面との温度差が大きくなり、高い熱電変換性能が得られるようにもなる。その結果、別途電源を使用せずに、暖房効率を高めながら、熱電発電素子に温度差を生じさせ、高い熱電変換性能を得ることができる。
【0027】
本発明に係る請求項７記載の熱電発電装置によれば、請求項６と同じ効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【図1】本実施形態に係る熱電発電装置の側面図である。
【図2】熱電発電装置の下面図である。
【図3】ストーブ本体と給湯部とで蓄熱電発電ユニットが別体となる変形例の下面図である。
【図4】蓄熱温度の時間経過を蓄熱体ある場合と蓄熱体が無い場合とで比較した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0029】
以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る熱電発電装置１１の側面図である。
本実施形態に係る熱電発電装置１１は、外表面が高温となる熱源装置を有し、熱源装置の熱から電気を得ることができるものである。
図１は、本実施形態に係る熱電発電装置１１の側面図である。
本実施形態に係る熱電発電装置１１は、外表面が高温となる熱源装置を有し、熱源装置の熱から電気を得ることができるものである。
【0030】
熱電発電装置１１は、熱源装置である固形燃料ストーブ１３と、蓄熱体１５と、熱電発電素子１７と、放熱部１９と、充電部２１と、給湯部２３と、熱電ファン２５とを備える。
【0031】
熱源装置は、一例として固形燃料ストーブ１３である。固形燃料ストーブ１３は、燃料を薪とすることができる。
固形燃料ストーブ１３の燃料は、薪の他の固形燃料として、木質性ペレット、もみがら、石炭、木炭などを挙げることができる。
固形燃料ストーブ１３は、ストーブ本体２７を例えば直方体の外形状とすることができる。ストーブ本体２７の大きさは一例として奥行５５０ｍｍ、横６５０ｍｍ、高さ５００ｍｍ程度とすることができる。
固形燃料ストーブ１３の燃料は、薪の他の固形燃料として、木質性ペレット、もみがら、石炭、木炭などを挙げることができる。
固形燃料ストーブ１３は、ストーブ本体２７を例えば直方体の外形状とすることができる。ストーブ本体２７の大きさは一例として奥行５５０ｍｍ、横６５０ｍｍ、高さ５００ｍｍ程度とすることができる。
【0032】
ストーブ本体２７には、内部（燃焼室）の燃焼ガスを外部へ排気する煙突２９が側面に接続される。ストーブ本体２７には、この他、図示しないが、外気を内部に取り込む吸気口や固形燃料を投入する投入口、燃えかす（灰）を取り出す排出口などが設けられる。
【0033】
ストーブ本体２７は、下面３１の四隅に合計４つの脚３３を有する。脚３３の長さは一例として２５０ｍｍとすることができる。したがって、ストーブ本体２７の下面３１は、床面３５から２５０ｍｍの位置となる。つまり、固形燃料ストーブ１３は、下面３１と床面３５との間に高さ２５０ｍｍの空間を有する。ストーブ本体２７は、使用時に外表面の温度が２００℃～５００℃となる。底部において内部は８００℃～１０００℃となる。
【0034】
蓄熱体１５は、熱源装置である固形燃料ストーブ１３の熱を蓄積する。蓄熱体１５は、固形燃料ストーブ１３の外表面に密着する接触面を一方の面に有する。蓄熱体１５の他方の面は、平滑な平坦面となる。蓄熱体１５は、一例として縦５００ｍｍ、横はストーブ本体２７と給湯部２３の合計長（９５０ｍｍ）よりも短く設定される。なお、後述するが、蓄熱体１５は、ストーブ本体２７の下面３１に密着させる部分と、給湯部下面３７に密着させる部分とが別体となっていてもよい（図３参照）。
【0035】
蓄熱体１５は、ストーブ本体２７の下面３１に接する面が、ストーブの形状にもよるが、例えば平坦面である。ストーブ本体２７の下面３１が凸曲面などの場合には、その面に密着する凹曲面で蓄熱体１５は構成される。
また、蓄熱体１５は、熱電発電素子１７の吸熱面に対向する面が平滑な平坦面となる。これにより、熱電発電素子１７の吸熱面に隙間無く密着させることを可能としている。
また、蓄熱体１５は、熱電発電素子１７の吸熱面に対向する面が平滑な平坦面となる。これにより、熱電発電素子１７の吸熱面に隙間無く密着させることを可能としている。
【0036】
蓄熱体１５の素材の一例としては、酸化マグネシウム（マグネシア）よりなる耐火レンガ、すなわちマグネシアレンガを挙げることができる。
他に、鉄鉱石レンガ、酸化鉄レンガ、かんらん岩レンガなどが挙げられ、蓄熱性を有するレンガであれば、その他の素材よりなるレンガ、耐火レンガ、耐火断熱レンガ、断熱レンガとしてもよい。
他に、鉄鉱石レンガ、酸化鉄レンガ、かんらん岩レンガなどが挙げられ、蓄熱性を有するレンガであれば、その他の素材よりなるレンガ、耐火レンガ、耐火断熱レンガ、断熱レンガとしてもよい。
【0037】
マグネシアブロックは、例えば、厚さが８０ｍｍ、縦５００ｍｍ、横５００ｍｍのブロック状となる。マグネシアブロックは、一体構造の１枚でもよいし、縦、横、高さを複数で組み合わせて構成してもよい。本実施形態としては、矩形平板である。
例えば、蓄熱体１５を構成する耐火ブロックとなる耐火レンガを複数で組み合わせる場合に、各耐火レンガのサイズは、例えば縦８５ｍｍ、横２５５ｍｍ、高さ９５ｍｍであり、これを敷きつめることとしてもよい。つまり、互いを連結させることで板状（面状）に構成することができる。
また、上記したようにストーブ本体２７の下面３１が曲面である場合にはブロック外形に曲面加工を施すなど、或いは下面３１にリブなどを有するような場合にはリブを避ける凹溝をブロックに設けるなど、所望の形状としてもよく、ストーブ本体２７の下面３１に密着するように接触面が形成される。
例えば、蓄熱体１５を構成する耐火ブロックとなる耐火レンガを複数で組み合わせる場合に、各耐火レンガのサイズは、例えば縦８５ｍｍ、横２５５ｍｍ、高さ９５ｍｍであり、これを敷きつめることとしてもよい。つまり、互いを連結させることで板状（面状）に構成することができる。
また、上記したようにストーブ本体２７の下面３１が曲面である場合にはブロック外形に曲面加工を施すなど、或いは下面３１にリブなどを有するような場合にはリブを避ける凹溝をブロックに設けるなど、所望の形状としてもよく、ストーブ本体２７の下面３１に密着するように接触面が形成される。
【0038】
蓄熱体１５は、理想としてストーブ本体２７の下面３１（脚３３を除く）にすべて設置することが望ましい。すなわち、蓄熱体１５は、ストーブ本体２７の下面３１に対して、それを覆うように構成される。蓄熱体１５は、熱源装置に対する設置面が多いほど蓄熱効率が上がる。
また、ストーブ本体２７の下面３１のみではなく、この下面３１の周縁から各側面にかけて覆うように、蓄熱体１５の接触面を窪ませ縁が立ち上がるような皿状に形成することとしてもよい。
また、ストーブ本体２７の下面３１のみではなく、この下面３１の周縁から各側面にかけて覆うように、蓄熱体１５の接触面を窪ませ縁が立ち上がるような皿状に形成することとしてもよい。
【0039】
熱電発電素子１７は、蓄熱体１５の平坦面に、吸熱面を密着させて設けられる。熱電発電素子１７は、例えば厚みが１５ｍｍ程度となる。熱電発電素子１７の縦横の大きさは、蓄熱体１５と同じである。熱電発電素子１７を構成する熱電発電エレメントは、ゼーベック効果を利用することにより、熱を電気へ変換可能とする。ここで、熱電発電エレメントにおける熱電変換の効率は、熱電発電エレメントの材料の性能指数Ｚ＝Ｓ2 σ／κで決定される。但し、Ｓはゼーベック係数、σは電気伝導率、κは熱伝導率とする。高い熱電変換性能を実現するためには、高い温度差を維持する必要がある。
【0040】
熱電発電素子１７は、矩形状の板状であり、Ｐ型の熱電発電エレメントとＮ型の熱電発電エレメントとからなる。熱電発電エレメントは、例えば約７．１ｍｍ四方の両面と、高さ約１１ｍｍの大きさで、吸熱面と放熱面を備える。各面は、平らな平滑な面で形成される。吸熱面（吸熱板）と放熱面（放熱板）の間には、金属粉末射出成形で得られるＦｅＳｉ2 を素材とした所定形状の部品が使用される。この部品は、例えば円柱形状や角柱形状となる。なお、熱電発電エレメントは、形状、外観に限定はないが、「ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ：金属粉末射出成形）によって成形されることが好ましい。
【0041】
熱電発電素子１７を構成する熱電発電エレメントでは、熱電発電エレメントが縦横にマトリクス状となって例えば１６個程度で並べられる。固形燃料ストーブ１３では、ストーブ本体２７の外表面である下面３１の面積に対応して複数個が並べられる。
【0042】
熱電発電エレメントは、これまでの主な熱電材料が、ビスマス・テルル化合物／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／亜鉛・アンチモン化合物であった。
これら従来使用されていたレアメタルの金属は、稀少で入手がしにくい、コストが高い、毒性元素が含まれるといったマイナス要素があった。
これら従来使用されていたレアメタルの金属は、稀少で入手がしにくい、コストが高い、毒性元素が含まれるといったマイナス要素があった。
【0043】
本発明での熱電発電素子１７に用いられる熱電発電エレメントは、鉄とシリコンベースの素材である。すなわち、鉄シリサイド半導体の熱電発電エレメントとなる。
この熱電発電エレメントは、レアメタルを使用しないため、レアメタルと比較した際、材料の入手がしやすく、安価で、さらには人体に影響の少ない安全な材料となる。
この熱電発電エレメントは、レアメタルを使用しないため、レアメタルと比較した際、材料の入手がしやすく、安価で、さらには人体に影響の少ない安全な材料となる。
【0044】
また、従来の熱電発電エレメントの製法は、ホットプレス製法が主流であった。一方、本発明の熱電発電装置１１に用いられる熱電発電素子１７の熱電発電エレメントは、ＭＩＭ（金属粉末射出成型法）で生産される。これにより、熱電発電エレメントは、金型での製造が可能となり、量産性が高められている。また、金型製造であることから所望の形状で得ることも可能である。
【0045】
放熱部１９は、熱電発電素子１７の放熱面に密着して設けられる。放熱部１９は、熱電発電素子１７における放熱面からの熱を効率的に逃がす。放熱部１９は、例えばアルミ製とされ、放熱フィン３９（図２参照）を有する。
放熱フィン３９は、例えばストーブ本体２７の横方向に延在し、ストーブ本体２７の縦方向に複数枚が間隙を有して平行に配置される。つまり、放熱部１９は、空冷ヒートシンクを構成する。放熱部１９は、熱電発電素子１７の放熱面の全面に構成される。
放熱フィン３９は、例えばストーブ本体２７の横方向に延在し、ストーブ本体２７の縦方向に複数枚が間隙を有して平行に配置される。つまり、放熱部１９は、空冷ヒートシンクを構成する。放熱部１９は、熱電発電素子１７の放熱面の全面に構成される。
【0046】
なお、この放熱部１９は、放熱フィン３９による空冷ではなく、冷却媒体を循環させる冷却装置にて構成させることとしてもよい。例えば冷却媒体として水を循環させ、所謂水冷方式としてもよい。この循環させる水をさらに利用することによって、床暖房などを構成させることとしてもよい。
【0047】
蓄熱体１５と熱電発電素子１７と放熱部１９とは、板厚方向に積層されて一体の蓄熱電発電ユニット４１を構成することができる。蓄熱電発電ユニット４１は、固形燃料ストーブ１３の下面３１に蓄熱体１５が密着される。蓄熱電発電ユニット４１には、ストーブ本体２７の下面３１に蓄熱体１５を密着させるためのアジャスト機構を有したアジャスト脚４３が備えられる。アジャスト脚４３は、アジャスト機構を用いて所定の押し上げ荷重を加え、固形燃料ストーブ１３の質量を利用して蓄熱電発電ユニット４１を下面３１へ押圧させ密着状態を維持することができる。
【0048】
蓄熱電発電ユニット４１は、連続して１枚の構成で、ストーブ本体２７の下面３１から給湯部下面３７までのサイズとすることができる。また、蓄熱電発電ユニット４１は、ストーブ本体２７と、給湯部２３とのそれぞれに分割して付設し、それぞれを接続する構成としてもよい。
例えば上記したように、ストーブ本体２７の下面３１から給湯部下面３７までの合計長のサイズとすれば横を約９５０ｍｍ、縦を約５００ｍｍとすることができ、ストーブ本体の下面３１では約５００×５００ｍｍ、給湯部下面３７が約３００×３００ｍｍなどの分割サイズとでき、また、それぞれの厚さは、蓄熱体１５が例えば８０ｍｍ、熱電発電素子１７が例えば１５ｍｍ、放熱部１９が例えば２０ｍｍとすると、蓄熱電発電ユニット４１としての厚さが例えば１１５ｍｍである。
さらに、蓄熱電発電ユニット４１は、細かなモジュールに分割し、複数のモジュールを接続して構成されるものであってもよい。
例えば上記したように、ストーブ本体２７の下面３１から給湯部下面３７までの合計長のサイズとすれば横を約９５０ｍｍ、縦を約５００ｍｍとすることができ、ストーブ本体の下面３１では約５００×５００ｍｍ、給湯部下面３７が約３００×３００ｍｍなどの分割サイズとでき、また、それぞれの厚さは、蓄熱体１５が例えば８０ｍｍ、熱電発電素子１７が例えば１５ｍｍ、放熱部１９が例えば２０ｍｍとすると、蓄熱電発電ユニット４１としての厚さが例えば１１５ｍｍである。
さらに、蓄熱電発電ユニット４１は、細かなモジュールに分割し、複数のモジュールを接続して構成されるものであってもよい。
【0049】
つまり、蓄熱電発電ユニット４１のモジュール化である。モジュール化では、モジュールの基本サイズが設定される。モジュールから成る蓄熱電発電ユニット４１によれば、ストーブ本体２７の大きさによって複数のモジュールを連結して蓄熱電発電ユニット４１を形成し、その蓄熱電発電ユニット４１をストーブ本体２７の下面３１に密着させることができる。つまり、固形燃料ストーブ１３（熱源装置）の外形状を限定せず、蓄熱電発電ユニット４１の汎用性を高めることができる。
【0050】
この場合、蓄熱電発電ユニット４１は、小面積とした個々のモジュールの集合体で構成され、それを縦横に並べるように連結し、所望の面積・大きさに組み立て、ストーブ本体２７の下面３１に密着させる。蓄熱体１５と熱電発電素子１７と放熱部１９とが１つのモジュールに構成される。
例えば、上記の例では蓄熱電発電ユニット４１の大きさが５００ｍｍ×５００ｍｍなので、例えば、２５０ｍｍ×２５０ｍｍの１モジュールを４組縦横に並べ互いを連結する。１モジュールのサイズを、例えば２００ｍｍ×２００ｍｍで基本サイズとすることもでき、この場合、蓄熱電発電ユニット４１は、１ユニット当たりに複数個のモジュールで構成できる。各モジュールには、熱電発電素子１７同士を容易に連結させることを可能とする接続端子などがあると好ましい。そして、このモジュールを並べ連結した蓄熱電発電ユニット４１をストーブ本体２７の下面３１に密着させる。これにより、蓄熱電発電ユニット４１は、ストーブ本体２７の大小や下面３１の形状に関わらず、蓄熱体１５の面形状を変えて対応させ、効率よく熱を得ることができるようになる。
例えば、上記の例では蓄熱電発電ユニット４１の大きさが５００ｍｍ×５００ｍｍなので、例えば、２５０ｍｍ×２５０ｍｍの１モジュールを４組縦横に並べ互いを連結する。１モジュールのサイズを、例えば２００ｍｍ×２００ｍｍで基本サイズとすることもでき、この場合、蓄熱電発電ユニット４１は、１ユニット当たりに複数個のモジュールで構成できる。各モジュールには、熱電発電素子１７同士を容易に連結させることを可能とする接続端子などがあると好ましい。そして、このモジュールを並べ連結した蓄熱電発電ユニット４１をストーブ本体２７の下面３１に密着させる。これにより、蓄熱電発電ユニット４１は、ストーブ本体２７の大小や下面３１の形状に関わらず、蓄熱体１５の面形状を変えて対応させ、効率よく熱を得ることができるようになる。
【0051】
熱電発電装置１１は、水を加熱する給湯部２３が、固形燃料ストーブ１３の煙突２９に設けられてもよい。給湯部２３は、給水された水が１００℃になる。いわゆる給湯器である。
給湯部２３は、ストーブ本体２７に銅製やホーロー製の温水タンク４５を付設して構成してもよい。温水タンク４５は、給湯部脚４７によって床面３５に支持される。温水タンク４５には、蛇口４９が取り付けられる。
給湯部２３は、ストーブ本体２７に銅製やホーロー製の温水タンク４５を付設して構成してもよい。温水タンク４５は、給湯部脚４７によって床面３５に支持される。温水タンク４５には、蛇口４９が取り付けられる。
【0052】
図２は、熱電発電装置１１の下面図である。
上述の蓄熱電発電ユニット４１は、ストーブ本体２７の下面３１から延長されて、給湯部下面３７に密着するように配置されてもよい。給湯部２３を備えた熱電発電装置１１によれば、温水タンク４５にも蓄熱電発電ユニット４１の蓄熱体１５が密着するので、ストーブ本体２７が消火された後であっても、加温状態を保つことができる。つまり、煙突２９からの熱だけではなく、蓄熱体１５からも熱を得ることができる。これにより、お湯を使うことが可能な時間を延ばすことができる。給湯部２３に保温機能を付与することができる。
上述の蓄熱電発電ユニット４１は、ストーブ本体２７の下面３１から延長されて、給湯部下面３７に密着するように配置されてもよい。給湯部２３を備えた熱電発電装置１１によれば、温水タンク４５にも蓄熱電発電ユニット４１の蓄熱体１５が密着するので、ストーブ本体２７が消火された後であっても、加温状態を保つことができる。つまり、煙突２９からの熱だけではなく、蓄熱体１５からも熱を得ることができる。これにより、お湯を使うことが可能な時間を延ばすことができる。給湯部２３に保温機能を付与することができる。
【0053】
図３は、ストーブ本体２７と給湯部２３とで蓄熱電発電ユニットが別体となる変形例の下面図である。
蓄熱体１５と熱電発電素子１７と放熱部１９とは、ストーブ本体２７と給湯部２３とで分離可能とし、設置時に連結する構造とされてもよい。上述のように、蓄熱体１５と熱電発電素子１７と放熱部１９とは、一体の蓄熱電発電ユニット４１として構成することができる。この場合、蓄熱電発電ユニット４１は、ストーブ本体２７の蓄熱電発電ユニット４１と、給湯部用の蓄熱電発電ユニット４１の２つに分離される。２つの蓄熱電発電ユニット４１は、ストーブ本体２７に給湯部２３が接続されて設置される際に連結される。
蓄熱体１５と熱電発電素子１７と放熱部１９とは、ストーブ本体２７と給湯部２３とで分離可能とし、設置時に連結する構造とされてもよい。上述のように、蓄熱体１５と熱電発電素子１７と放熱部１９とは、一体の蓄熱電発電ユニット４１として構成することができる。この場合、蓄熱電発電ユニット４１は、ストーブ本体２７の蓄熱電発電ユニット４１と、給湯部用の蓄熱電発電ユニット４１の２つに分離される。２つの蓄熱電発電ユニット４１は、ストーブ本体２７に給湯部２３が接続されて設置される際に連結される。
【0054】
分離構造の蓄熱電発電ユニット４１の場合、それぞれの蓄熱電発電ユニット４１には、相互を接続するための電気的な接続部（コネクタ）５７が設けられることが望ましい。なお、この場合には、２つの蓄熱電発電ユニット４１の接続端面は、ストーブ本体２７の下面３１に密着させた蓄熱電発電ユニット４１から、給湯部下面３７に密着させた蓄熱電発電ユニット４１に熱を伝えるため、端面同士が密着して接続されることが好ましい。密着させることで、蓄熱体１５を介して熱源装置１３の熱を給湯部２３へと伝え、給湯部２３の保温も行うことも可能となる。
また、ストーブ本体２７の下面３１と給湯部２３下面３７とに床面３５からの高さに差がある場合に、このような分離構造はそれぞれのアジャスト脚４３で調整が可能となり、それぞれに密着が行える。
また、ストーブ本体２７の下面３１と給湯部２３下面３７とに床面３５からの高さに差がある場合に、このような分離構造はそれぞれのアジャスト脚４３で調整が可能となり、それぞれに密着が行える。
【0055】
充電部２１は、熱電発電素子１７に接続される。
充電部２１は、熱電発電素子１７から得た電気をバッテリー５１に充電する。充電部２１は、制御装置５３を有する。
制御装置５３は、発電された電気を安定させてバッテリー５１に供給し充電する。
制御装置５３は、例えばＤＣ－ＤＣコンバーター（昇圧型ＤＣ－ＤＣユニット）である。スペック・効果の一例としては、４．５～１２Ｖの入力電圧を１２．６Ｖに昇圧させて充電を安定させる。
他の例として、充放電のための制御装置５３には、過充電保護回路と過放電保護回路が設けられる。これらは、バッテリー５１の過充電や過放電を防止し、バッテリー５１の寿命が極端に短くなることを抑制できる。
充電部２１は、熱電発電素子１７から得た電気をバッテリー５１に充電する。充電部２１は、制御装置５３を有する。
制御装置５３は、発電された電気を安定させてバッテリー５１に供給し充電する。
制御装置５３は、例えばＤＣ－ＤＣコンバーター（昇圧型ＤＣ－ＤＣユニット）である。スペック・効果の一例としては、４．５～１２Ｖの入力電圧を１２．６Ｖに昇圧させて充電を安定させる。
他の例として、充放電のための制御装置５３には、過充電保護回路と過放電保護回路が設けられる。これらは、バッテリー５１の過充電や過放電を防止し、バッテリー５１の寿命が極端に短くなることを抑制できる。
【0056】
バッテリー５１は、スペックの一例として、完全密閉型、メンテナンスフリー、ディープサイクルバッテリー、長寿命タイプとすることができる。ディープサイクルバッテリーとは、繰り返しの充放電に強く、完全放電に近くまで使うことを前提に作られたバッテリーである。ディープサイクルバッテリーとしては、例えば、電圧：１２Ｖ、定格容量：１００Ａｈ（１０時間率）、最大充電電流：３０Ａタイプのバッテリーを用いることができる。
【0057】
また、充電部２１には、給電用の端子（出力端子）５５が備えられることが好ましい。出力端子５５は、バッテリー５１に充電された電気を使用する際に、所望の電気機器へ接続される。
【0058】
熱電発電装置１１は、放熱部１９に、固形燃料ストーブ（熱源装置）１３の熱で駆動する熱電ファン２５が備えられてもよい。熱電ファン２５は、基部の吸熱面が蓄熱電発電ユニット４１の蓄熱体１５または固形燃料ストーブ（熱源装置）１３の下面３１に接触して設けられる。本実施形態では、吸熱面が上端となるように基部から回転羽根が吊り下げ状態で設けられる。回転羽根は、放熱部１９と床面３５との間となる空間部分に位置する。熱電ファン２５の配置位置は、ストーブ本体２７の下面側、給湯部２３の給湯部下面側のいずれであってもよい。
【0059】
なお、熱源装置は、固形燃料ストーブ１３の他に、ボイラーであってもよい。熱源装置をボイラーとすることによって、例えば農業用ハウスなどで使用でき、ハウス内の散水機や送風機など電気設備の電源にすることができる。この場合、充電を行えることから、ボイラーによる暖房をオフにした際にも蓄熱された熱で充電でき、充電部２１によって長時間の電源使用に対応できる。
【0060】
また、熱源装置は、ボイラーの他、バーナー、焼却炉、焼結炉、など、高温な外表面である発熱体、熱源であればよい。熱源装置は、もみがらの燃焼装置であるバイオマスボイラーに取り付けてもよい。もみがらは近年、産業廃棄物扱いになっていることから、熱源装置はこれを燃料にして熱を得てもよく、再資源化を可能としている。
【0061】
次に、上記した構成の作用を説明する。
【0062】
本実施形態に係る熱電発電装置１１では、固形燃料ストーブ１３が稼働されると、固形燃料ストーブ１３の外表面が高温となる。すなわち、外表面から周囲へ熱が伝わる。外表面から周囲へ伝わる熱は、熱伝導（ｈｅａｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ）、熱輻射（ｈｅａｔ ｒａｄｉａｔｉｏｎ）、熱対流（ｈｅａｔ ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ）を含む熱伝達（ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ）により伝わる。
【0063】
高温の外表面からまわりの空気への伝熱においては、熱は外表面のごく近傍の空気へはまず熱伝導で伝わる。その空気は熱を得ることにより温度が上昇し対流を起こす。この熱対流によりより多くの熱を空気に伝えることになる。また、外表面と空気の間には熱輻射による熱の授受も同時に行われる。つまり、固形燃料ストーブ１３の外表面と空気との間の熱移動は、この３形態が混ざり合った熱伝達となる。熱伝達により移動する熱の多くは暖房に使用される。
【0064】
一方、熱電発電装置１１では、固形燃料ストーブ１３の外表面の一部分である例えば下面３１には蓄熱体１５が密着して設けられる。蓄熱体１５への固形燃料ストーブ１３からの伝熱は、主に熱伝導と熱輻射とによる。外表面である下面３１に、一方の面である接触面が密着した蓄熱体１５には、固形燃料ストーブ１３からの熱が蓄熱される。
【0065】
蓄熱体１５には、熱容量の大きい材質が選ばれる。熱容量［Ｊ／Ｋ］は、物体全体の温度を１Ｋ上げるのに必要な熱量である。熱容量は、質量［ｋｇ］に比例する。なお、単位質量の温度を１Ｋ上げるのに必要な熱容量は、比熱［Ｊ／ｋｇ・Ｋ］である。１Ｊ＝１Ｎ・ｍである。この蓄熱体１５には、一例として酸化マグネシウム（マグネシア）よりなる耐熱レンガや耐火レンガを好適に用いることができる。
【0066】
熱電発電素子１７は、固形燃料ストーブ１３と熱電発電素子１７との間に蓄熱体１５が介装されることにより、熱電発電素子１７における吸熱面と放熱部１９の温度差を従来よりも長引かせることができる。すなわち、固形燃料ストーブ１３の稼働中に蓄熱を行うとともに、その熱は固形燃料ストーブ１３の稼働を停止した後も蓄えられており、このことから発電時間を長引かせることとなり、充電時間を延ばすことができる。その結果、蓄熱体１５を搭載しない従来装置に比べ充電量を多く得ることが可能となる。
【0067】
図４は、蓄熱温度の時間経過を蓄熱体１５がある場合と蓄熱体１５が無い場合とで比較した説明図である。
蓄熱体１５の無いストーブ本体の冷え方と、蓄熱体１５を備えたストーブ本体２７の冷え方を比較した。
蓄熱体１５の無いストーブ本体の冷え方と、蓄熱体１５を備えたストーブ本体２７の冷え方を比較した。
【0068】
蓄熱体１５を有することで、３００℃を超える稼働停止直後の温度から、ストーブが冷え、蓄熱体１５が６０℃までに冷えるのに２時間かかった。すなわち、ストーブ消火後、２時間の吸熱作用が持続可能であった。
【0069】
一方、蓄熱体１５が無い場合は、ストーブが冷え約６０度になってしまうのに３０分であった。熱電発電装置１１では、冷めにくいことで、発電がすぐに（ストーブ消火後）終わらずに続き、蓄電可能（充電可能）な時間が長くなることが知見できた。
本発明の熱電発電装置１１によれば、熱電発電素子１７の発電の能力が、より長時間化するメリットが得られる。また、付随する給湯部２３の保温性の長時間化も得られる。
本発明の熱電発電装置１１によれば、熱電発電素子１７の発電の能力が、より長時間化するメリットが得られる。また、付随する給湯部２３の保温性の長時間化も得られる。
【0070】
この熱電発電装置１１は、暖房装置と兼用される低コストリカバー型の小さな発電所を構成する。熱電発電装置１１は、家庭、ビニールハウス等の農業施設、寒冷地の避難施設などに好適に用いることができる。
【0071】
また、この熱電発電装置１１では、熱源装置が、固形燃料ストーブ１３となる。固形燃料としては、薪、木質性ペレット、もみがら、石炭、木炭などが挙げられる。固形燃料は、石油などの液体燃料に比べ、安価であり、取り扱いも容易となる。また、これらの固形燃料は、石油などの液体燃料に比べ、保存が容易であり、長期にわたる保存であっても変質が生じにくい。その結果、安価で取り扱いやすい燃料を使って、固形燃料ストーブ１３の安定的な使用が長期にわたって可能となる。
【0072】
また、この熱電発電装置１１では、固形燃料ストーブ１３の煙突２９を覆うように、給湯部２３が備えられる。煙突２９には、固形燃料ストーブ１３の燃焼で発生した高温空気が通る。給湯部２３は、その煙突２９の周囲に直接あるいは配管を介してその中を通る水を接触させる。煙突２９を通る高温空気の熱は、温度の低い水へと移動する。これにより、熱電発電装置１１では、暖房、蓄電に加えて給湯も可能となる。
【0073】
給湯部２３は、煙突２９に加えて蓄熱体１５の上面に給湯部下面３７が接触して設けられてもよい。この場合、蓄熱体１５と熱電発電素子１７と放熱部１９とは、固形燃料ストーブ１３の下面３１から給湯部下面３７へ延出して設けられてもよい。つまり、給湯部２３には、煙突２９からの熱と、固形燃料ストーブ１３の下面３１からの熱とが伝熱される。この場合、蓄熱体１５は、給湯部下面３７へ延出させることにより質量が増すので熱容量が増大する。
【0074】
なお、蓄熱体１５と熱電発電素子１７と放熱部１９とは、固形燃料ストーブ１３と給湯部２３とで分離可能とし、設置時に連結する構造とされてもよい。その結果、固形燃料ストーブ１３の熱を蓄電以外に、給湯や温水器の加温に利用できる。
このようなことから、例えば災害発生時に、暖房として固形燃料ストーブが稼働できれば、電気を蓄えることが可能となり電気機器の使用を継続でき、且つ温水を利用することが可能となる。
このようなことから、例えば災害発生時に、暖房として固形燃料ストーブが稼働できれば、電気を蓄えることが可能となり電気機器の使用を継続でき、且つ温水を利用することが可能となる。
【0075】
また、この熱電発電装置１１では、熱源装置が、ボイラーであってもよい。ボイラーとしては、例えば農業用ハウスに設置される暖房用のものが挙げられる。ボイラーに密着して設けられた熱電発電素子１７から得られた電気は、バッテリー５１に蓄電される。蓄電された電気は、ボイラーの停止後であっても、ハウス内の電気機器、例えば空気循環ファンや散水装置、照明（調光装置）を動かす電力源とすることが可能となる。その結果、熱源装置をボイラーとすることにより農業用ハウスなどで使用でき、ハウス内の散水機や送風機などの電気設備の電源とすることができる。
【0076】
また、熱源装置をバイオマスボイラーなどとすれば、産業廃棄物扱いになっているもみがらなどを燃料として熱源装置を使用でき、再資源化を可能とし環境への配慮を行いながら電気の蓄電を行うことが可能となる。
【0077】
また、この熱電発電装置１１では、蓄熱体１５と熱電発電素子１７と放熱部１９とが板厚方向に積層されて一体の蓄熱電発電ユニット４１となる。蓄熱電発電ユニット４１は、固形燃料ストーブ１３とは別体である。蓄熱電発電ユニット４１は、蓄熱体１５が、固形燃料ストーブ１３の下面３１に密着される。蓄熱電発電ユニット４１には、固形燃料ストーブ１３の下面３１に、蓄熱体１５を密着させるためのアジャスト機構を有したアジャスト脚４３が備えられる。
【0078】
固形燃料ストーブ１３は、例えば直方体の外形を有する。長方形の下面３１の四隅には、ストーブ本体２７を床面３５に支持する脚３３を備える。ストーブ本体２７は、４本の脚３３によって床面３５から２５０ｍｍ程度の高さに下面３１が配置される。蓄熱電発電ユニット４１は、例えば板厚方向の距離（厚み）が１１５ｍｍ程度となる。したがって、蓄熱電発電ユニット４１の放熱部１９から床面３５までの距離は１３５ｍｍ程度の空間となり、放熱のための空間を確保できる。
【0079】
床面３５は、必ずしも平坦でない。蓄熱体１５は、固形燃料ストーブ１３の下面３１に密着していないと効率のよい熱伝導で固形燃料ストーブ１３からの熱が移動しない。蓄熱電発電ユニット４１は、すくなくとも４本以上の複数のアジャスト脚４３を備えることにより、床面３５の不陸を吸収して、蓄熱体１５を固形燃料ストーブ１３の下面３１に平行に密着させることが可能となる。
【0080】
また、熱電発電装置１１は、蓄熱電発電ユニット４１が固形燃料ストーブ１３の下面３１に配置されることで、アジャスト脚４３のアジャスト機構を用いて所定の押し上げ荷重を加え、固形燃料ストーブ１３の質量を利用して蓄熱電発電ユニット４１を下面３１へ押圧することができる。一方、固形燃料ストーブ１３の側面や上面に蓄熱電発電ユニット４１を密着させる場合では、固形燃料ストーブ１３の質量を利用することができない。これに対し、熱電発電装置１１では、簡素な構造で、別体の蓄熱電発電ユニット４１をしっかり固形燃料ストーブ１３の外表面に密着させることができる。
【0081】
さらに、固形燃料ストーブ１３の側面や上面に蓄熱電発電ユニット４１を取り付ける場合では、火傷の虞が生じやすくなるため、熱電発電装置１１の全体を囲う必要が生じ、意匠性が低下する。これに対し、熱電発電装置１１では、固形燃料ストーブ１３の四隅の脚３３に囲まれた下面３１と床面３５との間に蓄熱電発電ユニット４１を収納するようにして配置できるので、蓄熱電発電ユニット４１を簡素な構造でしっかりと固形燃料ストーブ１３に密着でき、安全性、意匠性も損ねることがない。その結果、固形燃料ストーブ１３の使用の邪魔とならず、意匠性を損ねることなく、安全な位置で効率よく蓄熱、熱電変換することができる。
【0082】
また、この熱電発電装置１１では、放熱部１９に、固形燃料ストーブ１３の熱で駆動する熱電ファン２５が備えられる。熱電ファン２５は、別途に専用の熱電発電素子を備える。熱電ファン２５は、固形燃料ストーブ１３からの熱で駆動される。熱電ファン２５は、固形燃料ストーブ１３の下面３１に取り付けられた蓄熱電発電ユニット４１の下方、または給湯部２３に延長された蓄熱電発電ユニット４１の下方の床面３５との間の空間に設けることができる。いずれの場合も、放熱部１９、熱電発電素子１７を介さずに蓄熱体１５または固形燃料ストーブ１３の下面３１に接触して設けられることが好ましい。
【0083】
熱電ファン２５は、送風方向が、板状となった蓄熱電発電ユニット４１の最下層、すなわち放熱部１９における放熱フィン３９の延在方向に沿う方向とすることが好ましい。これにより、熱電ファン２５は、放熱面の熱を効率よく放熱させることができ、また、同時に周囲へ暖気を送風することも可能となる。これに加え、熱電発電素子１７は、熱電ファン２５により放熱面の温度が低くなれば、吸熱面と放熱面との温度差が大きくなり、高い熱電変換性能が得られるようにもなる。その結果、別途電源を使用せずに、暖房効率を高めながら、熱電発電素子１７の吸熱面と放熱面との温度差を生じさせ、高い熱電変換性能を得ることができる。
【0084】
したがって、本実施形態に係る熱電発電装置１１によれば、熱電発電で蓄電するときの充電量を従来に比べ増やすことができる。
【符号の説明】
【0085】
１１…熱電発電装置
１３…熱源装置（固形燃料ストーブ）
１５…蓄熱体
１７…熱電発電素子
１９…放熱部
２１…充電部
２３…給湯部
２５…熱電ファン
２９…煙突
３１…下面
４１…蓄熱電発電ユニット
４３…アジャスト脚
５１…バッテリー
１３…熱源装置（固形燃料ストーブ）
１５…蓄熱体
１７…熱電発電素子
１９…放熱部
２１…充電部
２３…給湯部
２５…熱電ファン
２９…煙突
３１…下面
４１…蓄熱電発電ユニット
４３…アジャスト脚
５１…バッテリー
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】