特開 2024-57393 発電装置および蒸気システム

(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】P2024057393

(43)【公開日】2024-04-24

(54)【発明の名称】発電装置および蒸気システム

(51)【国際特許分類】

   H02N 3/00 20060101AFI20240417BHJP

【ＦＩ】

H02N3/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022164099

(22)【出願日】2022-10-12

(71)【出願人】

【識別番号】000133733

【氏名又は名称】株式会社テイエルブイ

(74)【代理人】

【識別番号】100121728

【弁理士】

【氏名又は名称】井関 勝守

(74)【代理人】

【識別番号】100170896

【弁理士】

【氏名又は名称】寺薗 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100131200

【弁理士】

【氏名又は名称】河部 大輔

(72)【発明者】

【氏名】杉江 悠一

(57)【要約】

【課題】加熱熱交換器において平面度の高い加熱面を形成する。
【解決手段】発電装置１０は、互いに反対向きの第１面１１および第２面１２を有し、第１面１１と第２面１２との温度差に応じて熱電発電を行う熱電変換モジュール１と、第１面１１と接する平面状の加熱面３６が形成され且つ蒸気が供給される容器状の本体３０を有し、蒸気により加熱面３６を介して第１面１１を加熱する加熱熱交換器３と、第２面１２と接し、第２面１２を冷却する冷却熱交換器５とを備え、本体３０は、所定の長手方向に延びるシームレスの角筒状に形成され、加熱面３６が形成された側周壁３３と、側周壁３３の両端に溶接される第１端壁３４および第２端壁３５とを有している。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに反対向きの第１面および第２面を有し、前記第１面と前記第２面との温度差に応じて熱電発電を行う熱電変換モジュールと、
前記第１面と接する平面状の加熱面が形成され且つ加熱流体が供給される容器状の本体を有し、加熱流体により前記加熱面を介して前記第１面を加熱する加熱熱交換器と、
前記第２面と接し、前記第２面を冷却する冷却熱交換器とを備え、
前記本体は、所定の長手方向に延びるシームレスの角筒状に形成され、前記加熱面が形成された側周壁と、前記側周壁の両端に溶接される第１端壁および第２端壁とを有している
ことを特徴とする発電装置。

【請求項2】

請求項１に記載の発電装置において、
前記加熱面と直交する積層方向において前記冷却熱交換器の前記第２面とは反対側に設けられるベースをさらに備え、
前記加熱熱交換器は、前記本体に設けられ、前記ベースに取り付けられることにより前記ベースと前記本体とで前記冷却熱交換器および熱電変換モジュールを挟持する取付ベースをさらに有し、
前記取付ベースは、前記側周壁において前記加熱面が形成された壁面と面内方向が異なる壁面に溶接されている
ことを特徴とする発電装置。

【請求項3】

請求項２に記載の発電装置において、
前記取付ベースは、前記積層方向と直交する平板状に形成され、且つ、前記本体の外周を囲む枠状に形成されており、少なくとも前記長手方向の両端部が前記ベースに取り付けられている
ことを特徴とする発電装置。

【請求項4】

請求項１乃至３の何れか１項に記載の発電装置において、
前記積層方向は、上下方向であり、
前記加熱熱交換器は、前記熱電変換モジュールの下方に配置されており、
前記側周壁の内部における上側の隅部は、円弧状に形成されている
ことを特徴とする発電装置。

【請求項5】

蒸気が供給され、供給された蒸気を使用する蒸気使用機器と、
請求項１に記載の発電装置とを備え、
前記加熱熱交換器の本体には、前記蒸気使用機器に供給される前の蒸気の一部が加熱流体として供給される
ことを特徴とする蒸気システム。

【請求項6】

請求項５に記載の蒸気システムにおいて、
流入するドレンおよび蒸気をドレンと蒸気とに分離する気液分離器と、
前記気液分離器によって分離された蒸気から冷却水を介して熱を回収する熱回収器と、
前記気液分離器によって分離されたドレンを外部へ圧送するポンプとを備え、
前記ポンプは、前記蒸気使用機器であり、供給された蒸気を使用してドレンを圧送し、
前記冷却熱交換器には、前記熱回収器に供給される前の冷却水の一部が供給される蒸気システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の技術は、発電装置およびそれを備えた蒸気システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、熱電変換素子を用いて熱電発電を行う発電装置が知られている。例えば特許文献１に開示されている発電装置では、排ガスが流通する内筒と、放熱フィンとの間に熱電変換素子が設けられている。この発電装置では、熱電変換素子の高温面が排ガスによって加熱され、熱電変換素子の低温面が放熱フィンによって冷却される。これにより、高温面と低温面との間に温度差が生じて熱電発電が行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１０－２３４１９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、前述のような発電装置では、冷却熱交換器よりも加熱熱交換器の方が熱による膨張等が生じやすい。熱による膨張等が生じると、熱電発電モジュールの高温面に接する加熱熱交換器の加熱面の平面度が適切に確保されない虞がある。加熱面の平面度が適切に確保されないと、加熱面と熱電変換モジュールとの熱交換効率が低下し、発電効率が低下してしまう。そのため、加熱熱交換器の加熱面をより高い平面度で形成することは極めて重要である。

【0005】

本開示の技術は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、加熱熱交換器において平面度の高い加熱面を形成することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の発電装置は、熱電変換モジュールと、加熱熱交換器と、冷却熱交換器とを備えている。前記熱電変換モジュールは、互いに反対向きの第１面および第２面を有し、前記第１面と前記第２面との温度差に応じて熱電発電を行う。前記加熱熱交換器は、前記第１面と接する平面状の加熱面が形成され且つ加熱流体が供給される容器状の本体を有し、加熱流体により前記加熱面を介して前記第１面を加熱するものである。前記冷却熱交換器は、前記第２面と接し、前記第２面を冷却する。前記本体は、所定の長手方向に延びるシームレスの角筒状に形成され、前記加熱面が形成された側周壁と、前記側周壁の両端に溶接される第１端壁および第２端壁とを有している。

【0007】

本開示の蒸気システムは、蒸気が供給され、供給された蒸気を使用する蒸気使用機器と、
請求項１に記載の発電装置とを備えている。前記加熱熱交換器の本体には、前記蒸気使用機器に供給される前の蒸気の一部が加熱流体として供給される。

【発明の効果】

【0008】

前記発電装置によれば、加熱熱交換器において平面度の高い加熱面を形成することができる。

【0009】

前記蒸気システムによれば、加熱熱交換器において平面度の高い加熱面を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、発電装置の分解斜視図である。

【図2】図２は、発電装置の正面図である。

【図3】図３は、発電装置の側面図である。

【図4】図４は、組み立てられた冷却熱交換器、押圧器及びベースを、斜め下方から視た斜視図である。

【図5】図５は、加熱熱交換器の溶接部を示す平面図である。

【図6】図６は、加熱熱交換器の溶接部を示す側面図である。

【図7】図７は、図５におけるＸ－Ｘ線の断面図である。

【図8】図８は、図６におけるＹ－Ｙ線の断面図である。

【図9】図９は、ドレン回収システムの概略構成を示す配管系統図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【0012】

図１は、発電装置１０の分解斜視図である。図２は、発電装置１０の正面図である。図３は、発電装置１０の側面図である。図４は、組み立てられた冷却熱交換器５、押圧器７およびベース９を、斜め下方から視た斜視図である。

【0013】

発電装置１０は、発電を行う熱電発電装置である。発電装置１０は、熱エネルギを電気エネルギに変換する熱電発電を行う熱電変換モジュール１と、熱電変換モジュール１を加熱する加熱熱交換器３と、熱電変換モジュール１を冷却する冷却熱交換器５とを備えている。熱電変換モジュール１は、加熱熱交換器３と冷却熱交換器５との間に配置されている。発電装置１０では、加熱熱交換器３および冷却熱交換器５が熱電変換モジュール１において温度差を発生させ、熱電変換モジュール１が温度差に応じて発電する。

【0014】

発電装置１０は、加熱熱交換器３及び冷却熱交換器５の一方を他方の方へ押圧する押圧器７をさらに備えている。この例では、加熱熱交換器３は、固定的に設置された固定熱交換器であり、冷却熱交換器５は、移動可能に設置された可動熱交換器である。つまり、押圧器７は、冷却熱交換器５を加熱熱交換器３の方へ押圧する。加熱熱交換器３と冷却熱交換器５との間に熱電変換モジュール１が配置されている。そのため、冷却熱交換器５と熱電変換モジュール１との接触が維持され、さらには、熱電変換モジュール１と加熱熱交換器３との接触が維持される。

【0015】

発電装置１０は、熱電変換モジュール１の位置決めを行う位置決め器２をさらに備えている。位置決め器２は、加熱熱交換器３と冷却熱交換器５との間における熱電変換モジュール１の位置決めを行う。発電装置１０は、位置決め器２を支持する支持器２５をさらに備えている。

【0016】

発電装置１０は、熱電変換モジュール１、加熱熱交換器３および冷却熱交換器３等を支持するベース９をさらに備えている。ベース９は、加熱熱交換器３に取り付けられている。

【0017】

発電装置１０では、加熱熱交換器３、熱電変換モジュール１、冷却熱交換器５、押圧器７及びベース９がこの順で積み重ねられている。加熱熱交換器３等が積み重ねられた方向を「積層方向」と称する。この例では、積層方向は、上下方向である。加熱熱交換器３が下方に配置され、ベース９が上方に配置されている。つまり、熱電変換モジュール１の下方に加熱熱交換器３が配置され、熱電変換モジュール１の上方に冷却熱交換器５が配置されている。

【0018】

＝熱電変換モジュール＝
熱電変換モジュール１は、複数の熱電変換素子を含んでいる。熱電変換素子は、熱エネルギを電気エネルギに変換するデバイスであり、ゼーベック素子とも呼ばれる。熱電変換素子は、ｐ型半導体及びｎ型半導体の対で形成される。熱電変換モジュール１は、複数の熱電変換素子が熱的に並列に配列され、複数の熱電変換素子の両端に形成された電極を介して複数の熱電変換素子が電気的に直列に配列されている。

【0019】

熱電変換モジュール１は、略平板状に、より詳しくは、平面視略方形の略平板状に形成されている。熱電変換モジュール１は、厚さ方向において互いに反対向きの第１面１１と第２面１２とを有している。複数の熱電変換素子は、高温側の電極が第１面１１の方を向き、低温側の電極が第２面１２の方を向くように二次元状に配列されている。熱電変換モジュール１は、第１面１１と第２面１２との温度差に応じて熱電発電を行う。第１面１１は高温面であり、第２面１２は低温面である。第１面および第２面は何れも、平面状に形成されている。

【0020】

この例では、発電装置１０は、複数（具体的には、４個）の熱電変換モジュール１を備えている。複数の熱電変換モジュール１は、全体として平板状に配列されている。この例では、複数の熱電変換モジュール１は、互いに間隔をあけて積層方向と略直交する方向に一列に配列されている。複数の熱電変換モジュール１の第１面１１は全て、同じ方向、具体的には下方を向いている。複数の熱電変換モジュール１の第２面１２は全て、同じ方向、具体的には上方を向いている。

【0021】

以下、説明の便宜上、積層方向が上下方向に一致している場合を前提に、熱電変換モジュール１の配列方向を「左右方向」と称する。また、上下方向及び左右方向の両方に直交する方向を「前後方向」と称する。

【0022】

＝加熱熱交換器＝
加熱熱交換器３は、熱電変換モジュール１の第１面１１に接し、第１面１１を加熱する。加熱熱交換器３には、加熱源として蒸気が供給されている。加熱熱交換器３は、蒸気と第１面１１との間で熱交換を行う。つまり、加熱熱交換器３は、蒸気によって第１面１１を加熱する。蒸気は、加熱流体の一例である。

【0023】

具体的に、加熱熱交換器３は、本体３０と、流入ポート３１と、流出ポート３２とを有している。本体３０は、容器状に形成されている。本体３０は、所定の長手方向に延びる略角筒状の側周壁３３と、側周壁３３の一端を塞ぐ第１端壁３４と、側周壁３３の他端を塞ぐ第２端壁３５とを有している。本体３０の一部、より詳しくは、側周壁３３の一部には、第１面１１と接する平面状の加熱面３６が形成されている。加熱面３６は、積層方向において熱電変換モジュール１の方を向いている。つまり、積層方向は加熱面３６と直交している。熱電変換モジュール１に対応して、４つの加熱面３６が側周壁３３に形成されている。流入ポート３１は、第１端壁３４に設けられている。流出ポート３２は、第２端壁３５に設けられている。本体３０は、加熱用本体の一例である。

【0024】

加熱熱交換器３は、加熱面３６が熱電変換モジュール１の第１面１１に接するように配置される。詳しくは、加熱熱交換器３は、加熱面３６が上方を向き且つ長手方向が熱電変換モジュール１の配列方向と一致するように配置される。

【0025】

本体３０には、蒸気が供給される。具体的に、本体３０には、蒸気が流入ポート３１から流入する。本体３０に流入した蒸気は、熱電変換モジュール１と熱交換することによって凝縮してドレンとなる。本体３０内のドレンは、流出ポート３２から流出する。詳しくは、本体３０の蒸気は、側周壁３３の加熱面３６を介して熱電変換モジュール１の第１面１１に放熱する。これにより、第１面１１が加熱される。本体３０内の蒸気は、第１面１１に放熱することで、凝縮してドレンとなる。ドレンは、本体３０内に一時的に滞留し、最終的に流出ポート３２から流出する。

【0026】

加熱熱交換器３は、ベース９に取り付けられる取付ベース４を有している。取付ベース４は、本体３０に設けられている。取付ベース４は、ベース９に取り付けられることによりベース９と本体３０とで冷却熱交換器５（詳しくは、本体５０）および熱電変換モジュール１を挟持する。この例では、取付ベース４は、積層方向と直交する平板状に形成され、且つ、本体３０の外周を囲む枠状に形成されている。具体的に、取付ベース４は、平面視で略長方形の枠状に形成されている。

【0027】

取付ベース４には、４本のスタンド４８が設けられている。４本のスタンド４８は、取付ベース４の四隅に配置されている。具体的に、取付ベース４の四隅にはネジ孔４４が形成されており（図５参照）、各ネジ孔４４にスタンド４８が螺合される。各スタンド４８は、取付ベース４から冷却熱交換器３とは反対向きに積層方向へ延びている。発電装置１０は、４本のスタンド４８を介して床等に載置される。

【0028】

＝冷却熱交換器＝
冷却熱交換器５は、熱電変換モジュール１の第２面１２に接し、第２面１２を冷却する。冷却熱交換器５には、冷却源として冷却水が供給されている。冷却熱交換器５は、冷却水と第２面１２との間で熱交換を行う。つまり、冷却熱交換器５は、冷却水によって第２面１２を冷却する。冷却水は、冷却流体の一例である。

【0029】

具体的に、冷却熱交換器５は、本体５０と流入ポート５１と流出ポート５２とを有している。本体５０は、容器状に形成されている。より詳しくは、本体５０は、所定の長手方向に延びる略角筒状、即ち、略直方体状に形成されている。本体５０は、第１壁５３と第２壁５４と第３壁５５と第４壁５６と第５壁５７と第６壁５８とを有している。第１壁５３及び第２壁５４は、略長方形状に形成され、互いに対向している。第３壁５５は、第１壁５３の一方の長辺と第２壁５４の一方の長辺とにそれぞれ接合されている。第５壁５７は、第３壁５５と対向し、第１壁５３の他方の長辺と第２壁５４の他方の長辺とにそれぞれ接合されている。第４壁５６は、第１壁５３の一方の短辺と第２壁５４の一方の短辺とにそれぞれ接合されている。第６壁５８は、第４壁５６と対向し、第１壁５３の他方の短辺と第２壁５４の他方の短辺とにそれぞれ接合されている。第１壁５３には、平面状の冷却面５９が形成されている。本体５０は、冷却用本体の一例である。

【0030】

流入ポート５１は、本体５０の長手方向の一端部に設けられ、流出ポート５２は、本体５０の長手方向の他端部に設けられている。より詳しくは、流入ポート５１は、第３壁５５のうち第６壁５８に近い端部に配置されている。流出ポート５２は、第３壁５５のうち第４壁５６に近い端部に設けられている。

【0031】

冷却熱交換器５は、冷却面５９が熱電変換モジュール１の第２面１２に接するように配置される。詳しくは、冷却熱交換器５は、冷却面５９が下方を向き且つ長手方向が熱電変換モジュール１の配列方向と一致するように配置される。

【0032】

本体５０には、冷却水が流入ポート５１から流入する。本体５０に流入した冷却水は、本体５０内を流通して、流出ポート５２から流出する。冷却水は、本体５０内を流通する間に、熱電変換モジュール１と熱交換する。詳しくは、本体５０内の冷却水は、第１壁５３の冷却面５９を介して熱電変換モジュール１の第２面１２から吸熱する。これにより、第２面１２が冷却される。

【0033】

＝位置決め器＝
位置決め器２は、加熱熱交換器３と冷却熱交換器５との間において、第１面１１又は第２面１２の面内方向の熱電変換モジュール１の位置を決める。位置決め器２は、図１に示すように、枠状のフレーム２０と、フレーム２０と結合された取付部２１とを有している。位置決め器２は、複数の熱電変換モジュール１の位置を決める機能と、複数の熱電変換モジュール１を互いに断熱させる機能とを有する。つまり、位置決め器２は、隣り合う各２つの熱電変換モジュール１を断熱した状態で、熱電変換モジュール１を加熱面３６及び冷却面５９に適切に接触する位置に位置決めする。

【0034】

フレーム２０は、加熱熱交換器３と冷却熱交換器５との間に配置される。フレーム２０の厚さ（即ち、積層方向への寸法）は、熱電変換モジュール１の厚さ（即ち、積層方向への寸法）よりも薄い。加熱熱交換器３と冷却熱交換器５との隙間は、熱電変換モジュール１の厚さによって決まるので、フレーム２０の厚さは、加熱熱交換器３と冷却熱交換器５との間隔よりも薄い。

【0035】

フレーム２０は、第１面１１（又は第２面１２）と略平行な面内で熱電変換モジュール１の外形に少なくとも部分的に沿った形状を有している。フレーム２０は、配列方向に隣り合う各２つの熱電変換モジュール１の間に配置されるスペーサ２３を有している。スペーサ２３は、各２つの熱電変換モジュール１を互いに隔離させる。この例では、４つの熱電変換モジュール１が設けられているので、フレーム２０は、３つのスペーサ２３を有している。スペーサ２３は、断熱材によって形成されている。この例では、位置決め器２の全体が、断熱材によって形成されている。

【0036】

位置決め器２は、２つの取付部２１を有している。２つの取付部２１は、フレーム２０から配列方向の両側に突出している。すなわち、２つの取付部２１は、加熱熱交換器３と冷却熱交換器５との隙間から、配列方向へはみ出している。取付部２１は、支持器２５に取り付けられる。

【0037】

詳しくは、支持器２５は、第１面１１に交差する方向に延びるシャフト２５ａを有している。この例では、支持器２５は、２本のシャフト２５ａを有している。２本のシャフト２５ａは、加熱熱交換器３に配置されている。詳しくは、２本のシャフト２５ａは、本体３０の長手方向における本体３０の外側に配置されている。シャフト２５ａは、取付ベース４に設けられている。シャフト２５ａは、取付ベース４から加熱面３６と略直交する方向、即ち、第１面１１と略直交する方向へ冷却熱交換器５の側へ延びている。シャフト２５ａの先端は、自由端である。

【0038】

取付部２１は、シャフト２５ａに取り付けられる。具体的には、取付部２１には、シャフト２５ａが挿通される貫通孔２１ａが形成されている。位置決め器２は、貫通孔２１ａにシャフト２５ａが挿通されるようにして、加熱熱交換器３上に配置される。フレーム２０は、４つの加熱面３６の周囲を部分的に縁取るように配置される。フレーム２０によって区画されたスペースに熱電変換モジュール１が配置される。その結果、熱電変換モジュール１が加熱面３６上に位置決めされる。

【0039】

＝ベース＝
ベース９は、加熱熱交換器３に取り付けられる。ベース９及び加熱熱交換器３は、熱電変換モジュール１、冷却熱交換器５及び押圧器７を支持する。つまり、ベース９と加熱熱交換器３との間に、熱電変換モジュール１、冷却熱交換器５及び押圧器７が配置される。ベース９は、概ね板状に形成されている。ベース９は、本体９０と、本体９０の端縁部に設けられた屈曲部９１とを有している。本体９０は、平面視略長方形状に形成されている。本体９０は、積層方向と略直交する面内で拡がっている。本体９０のうち長方形の長辺に相当する両端縁部に、２つの屈曲部９１が設けられている。２つの屈曲部９１は、本体９０から積層方向における同じ向きへ屈曲している。各屈曲部９１は、本体９０に対して略直交するように屈曲している。本体９０には、２つの取っ手９２が設けられている。取っ手９２は、本体９０のうち長方形の短辺に相当する両端縁部に配置されている。

【0040】

ベース９は、本体９０の長手方向が加熱熱交換器３の長手方向と一致し且つ本体９０が加熱熱交換器３の加熱面３６と略平行になるように配置される。ベース９は、４本のネジ９３によって加熱熱交換器３に取り付けられる。本体９０の四隅に、ネジ９３が挿通される貫通孔が形成されている。加熱熱交換器３の取付ベース４のうち４つの貫通孔と対向する部分に、４つのネジ孔が形成されている。ベース９と取付ベース４の間には、４本のスペーサ９４が設けられている。スペーサ９４は、ベース９と取付ベース４との間において積層方向へ延びるように配置されている。スペーサ９４は、ネジ９３が挿通される円筒状に形成されている。

【0041】

各ネジ９３は、本体９０の貫通孔及びスペーサ９４に挿通され、取付ベース４のネジ孔に螺合させられる。４本のネジ９３が締め付けられることによって、ベース９が加熱熱交換器３に取り付けられる。このとき、ベース９の本体９０と加熱熱交換器３の取付ベース４との間隔は、スペーサ９４の長さに維持される。

【0042】

ベース９は、押圧器７を支持するガイド９５を有している。ベース９は、２つのガイド９５を有している。ガイド９５は、本体９０に設けられている。本体９０のうち長方形の長辺に相当する両端縁部のそれぞれにガイド９５が配置されている。一方のガイド９５の、本体９０の長手方向における位置は、他方のガイド９５と異なっている。ガイド９５は、本体９０から加熱熱交換器３の側へ積層方向に延びている。ガイド９５は、略円柱状に形成されている。ガイド９５の先端は、自由端である。

【0043】

＝押圧器＝
押圧器７は、冷却熱交換器５に接触する接触器７１と、接触器７１を冷却熱交換器５の方へ弾性的に付勢するバネ８とを有している。押圧器７は、バネ８の弾性力によって冷却熱交換器５を加熱熱交換器３の方へ押圧する。接触器７１及びバネ８は、冷却熱交換器５とベース９との間に配置されている。接触器７１は、冷却熱交換器５に接触するように配置される。バネ８は、接触器７１とベース９との間に圧縮変形した状態で配置されている。

【0044】

詳しくは、接触器７１は、積層方向と略直交する面内で拡がる平板状に形成されている。接触器７１は、冷却熱交換器５と接触する。より詳しくは、接触器７１は、冷却熱交換器５の第２壁５４と接触している。接触器７１には、ガイド９５が挿通される貫通孔７３が２か所に形成されている。接触器７１は、ベース９に対して積層方向へ移動可能にガイド９５に支持されている。

【0045】

バネ８は、例えば、板バネである。詳しくは、バネ８は、第１板８１と、第２板８２と、第１板８１と第２板８２とを互いに接続する屈曲部８３とを有している。第１板８１のうち屈曲部８３と反対側の端縁、及び、第２板８２のうち屈曲部８３と反対側の端縁は、それぞれ自由端ととなっている。第１板８１と第２板８２との間隔は、第１板８１及び第２板８２の自由端に向かって拡がっている。つまり、バネ８は、断面略Ｖ字状に折れ曲がった形状に形成されている。第１板８１、第２板８２及び屈曲部８３のそれぞれが弾性変形する。結果として、バネ８は、全体として、第１板８１の自由端と第２板８２の自由端とが接近又は離間するように弾性変形する。

【0046】

バネ８は、ベース９に取り付けられる。詳しくは、第１板８１は、ベース９に重ね合わせられた状態でベース９にネジ止めされる。その結果、第２板８２は、積層方向に対して斜めに、ベース９から接触器７１の方へ延びる。第２板８２の自由端は、接触器７１に接触する。第２板８２の自由端によって、接触器７１が弾性的に押圧される。

【0047】

押圧器７は、２つのバネ８を有している。２つのバネ８は、配列方向に並んでいる。各バネ８は、第１板８１の自由端と屈曲部８３とが前後方向に並ぶように配置される。第１板８１の自由端と屈曲部８３との前後方向における位置は、２つのバネ８において逆になっている。２つのバネ８のこのような配置によって、接触器７１のうちバネ８によって押圧される部分を配列方向及び前後方向において広く分布させることができる。つまり、バネ８の弾性力が接触器７１の全体に満遍なく作用する。

【0048】

押圧器７は、ベース９と冷却熱交換器５との間に配置される。詳しくは、接触器７１は、冷却熱交換器５の上に配置される。バネ８は、ベース９に取り付けられる。ベース９は、バネ８を接触器７１に接触させるようにして加熱熱交換器３に取り付けられる。このとき、ベース９のガイド９５は、接触器７１の貫通孔７３に挿通される。バネ８は、第１板８１の自由端と第２板８２との自由端とが接近するように、接触器７１及びベース９によって圧縮変形させられる。バネ８は、積層方向において接触器７１をベース９から離間する向きへ押圧する弾性力を発揮する。接触器７１は、バネ８の弾性力によって、冷却熱交換器５を積層方向において加熱熱交換器３の方へ押圧する。

【0049】

押圧器７は、冷却熱交換器５の変位を規制するストッパ７４を有している。詳しくは、押圧器７は、図４に示すように、４つのストッパ７４を有する。ストッパ７４は、接触器７１に設けられている。ストッパ７４は、接触器７１のうち冷却熱交換器５の方を向く面に設けられている。ストッパ７４は、第２面１２と略平行な方向において、冷却熱交換器５と隣接して配置されている。４つのストッパ７４は、冷却熱交換器５の周囲、即ち、冷却熱交換器５の四方に配置される。詳しくは、４つのストッパ７４はそれぞれ、冷却熱交換器５の第３壁５５、第４壁５６、第５壁５７及び第６壁５８に対向して配置されている。４つのストッパ７４は、冷却熱交換器５の第３壁５５、第４壁５６、第５壁５７及び第６壁５８のそれぞれに接触している。これにより、ストッパ７４は、第２面１２の面内方向での冷却熱交換器５の変位を規制する。

【0050】

より詳しくは、ストッパ７４は、板金を屈曲させて形成されている。ストッパ７４は、接触器７１に取り付けられる第１プレート７４ａと、冷却熱交換器５と接触する第２プレート７４ｂとを有している。第２プレート７４ｂは、第１プレート７４ａから略直角に屈曲している。第１プレート７４ａは、接触器７１にネジによって取り付けられる。第２プレート７４ｂは、第３壁５５、第４壁５６、第５壁５７及び第６壁５８のうち対応する壁と略平行に延び且つ接触する。

【0051】

接触器７１は、ストッパ７４を冷却熱交換器５の方へ向け、冷却熱交換器５の上に配置される。冷却熱交換器５は、４つのストッパ７４によって周囲を囲まれる。バネ８は、ベース９に取り付けられる。ベース９は、バネ８を接触器７１に接触させるようにして加熱熱交換器３に取り付けられる。このとき、ベース９のガイド９５は、接触器７１の貫通孔７３に挿通される。バネ８は、第１板８１の自由端と第２板８２との自由端とが接近するように、接触器７１及びベース９によって圧縮変形させられる。バネ８は、積層方向において接触器７１をベース９から離間する向きへ押圧する弾性力を発揮する。接触器７１は、バネ８の弾性力によって、冷却熱交換器５を積層方向において加熱熱交換器３の方へ押圧する。

【0052】

押圧器７による冷却熱交換器５の押圧によって、熱電変換モジュール１と冷却熱交換器５との接触、及び、熱電変換モジュール１と加熱熱交換器３との接触とが確保される。それにより、熱電変換モジュール１と加熱熱交換器３及び冷却熱交換器５との熱交換の効率が向上する。

【0053】

このとき、接触器７１は、ガイド９５による支持によって、ベース９に対して第２面１２の面内方向へ移動不能になっている。冷却熱交換器５は、ストッパ７４によって、接触器７１に対して第２面１２の面内方向へ移動不能になっている。ベース９は、加熱熱交換器３に固定されている。つまり、第２面１２の面内方向への変位に関し、冷却熱交換器５は、接触器７１のストッパ７４に規制され、接触器７１は、ベース９のガイド９５に規制され、ベース９は、加熱熱交換器３に規制される。結果として、冷却熱交換器５は、加熱熱交換器３に対して第２面１２の面内方向へ移動不能になっている。これにより、第２面１２の面内方向における熱電変換モジュール１に対する冷却熱交換器５の位置ずれが低減される。

【0054】

＝加熱熱交換器の詳細＝
続いて、加熱熱交換器３のより詳細な構成について説明する。図５は、加熱熱交換器３の溶接部Ｗ１，Ｗ２を示す平面図である。図６は、加熱熱交換器３の溶接部Ｗ１，Ｗ２を示す側面図である。図７は、図５におけるＸ－Ｘ線の断面図である。図８は、図６におけるＹ－Ｙ線の断面図である。

【0055】

本体３０の側周壁３３は、前述の如く、所定の長手方向に延びる略角筒状に形成されている。つまり、図７に示すように、側周壁３３は、長手方向に直交する断面形状が多角形の筒である。以下、側周壁３３の長手方向に直交する断面形状は、単に、側周壁３３の断面形状とも称する。この例では、側周壁３３の断面形状は、略方形、より詳しくは、前後方向に長い略長方形である。

【0056】

そして、側周壁３３は、シームレスの略角筒状に形成されている。つまり、側周壁３３は、溶接等による継ぎ目がない単一部材で形成された角筒である。具体的に、本体３０は、第１壁３３１と、第２壁３３２と、第３壁３３３と、第４壁３３４とを有している。第１壁３３１、第２壁３３２、第３壁３３３および第４壁３３４は何れも、平板状に形成されている。第１壁３３１および第２壁３３２は長方形の長辺に相当し、第３壁３３３および第４壁３３４は長方形の短辺に相当している。第１壁３３１および第２壁３３２は、長方形状に形成され、互いに上下方向に対向している。第３壁３３３および第４壁３３４は、長方形状に形成され、互いに前後方向に対向している。そして、第２壁３３２の上方に配置された第１壁３３１の壁面に、加熱面３６が形成されている。

【0057】

さらに、側周壁３３においては、長方形の頂点に相当する４つの角部３３６は、円弧状に形成されている。つまり、４つの角部３３６は、いわゆる角Ｒになっている。また、側周壁３３の内部における上側の２つの隅部３３７は、円弧状に形成されている。この例では、下側の２つの隅部３３８も、上側の隅部３３７と同様、円弧状に形成されている。つまり、４つの隅部３３７，３３８は、いわゆる隅Ｒになっている。

【0058】

このように形成された側周壁３３は、例えば、JIS G 3466に規定される一般構造用角形鋼管や、SAS 311-89に規定される一般構造用ステンレス鋼角形鋼管などの市販品が用いられる。

【0059】

このように、本体３０の側周壁３３がシームレスの略角筒状に形成されることで、例えば第１壁と第３壁および第４壁とを溶接によって接合した角筒に比べて、溶接による熱ひずみの発生を防止することができる。これにより、第１壁３３１の平面度、ひいては加熱面３６の平面度が高い状態で確保される。

【0060】

図５および図８の溶接部Ｗ２に示すように、第１端壁３４および第２端壁３５は、側周壁３３の両端に溶接される。詳しくは、第１端壁３４および第２端壁３５は、側周壁３３の両端に全周溶接によって接合される。この第１端壁３４等の溶接による第１壁３３１の熱ひずみは、加熱面３６の平面度を高い状態で確保し得る範囲のものである。即ち、第１壁３３１において長辺は溶接されず短辺のみが溶接されるため、溶接長さが、加熱面３６の平面度が溶接による熱ひずみの影響を受けない程度に抑えられる。こうして、加熱熱交換器３の本体３０では、平面度の高い加熱面３６が形成される。

【0061】

取付ベース４は、前述の如く、平面視で略長方形の枠状に形成されている。図５、図６および図７の溶接部Ｗ１に示すように、取付ベース４は、本体３０に溶接されている。取付ベース４は、側周壁３３において加熱面３６が形成された壁面と面内方向が異なる壁面に溶接されている。つまり、取付ベース４は、側周壁３３において加熱面３６が形成された第１壁３３１よりも下方に位置する第３壁３３３および第４壁３３４の壁面に溶接されている。

【0062】

具体的に、取付ベース４は、長辺に相当する一対の第１部分４１と、短辺に相当する第２部分４２とを有している。一対の第１部分４１はそれぞれ、第３壁３３３および第４壁３３４の壁面に溶接されている。一対の第２部分４２はそれぞれ、第１端壁３４および第２端壁３５の壁面に溶接されている。この例では、一対の第１部分４１は、第３壁３３３等に部分溶接され、一対の第２部分４２は、第１端壁３４等に部分溶接されている。また、取付ベース４は、本体３０において、流入ポート３１および流出ポート３２よりも上方に設けられている。

【0063】

このように、取付ベース４が側周壁３３において加熱面３６が形成された壁面と面内方向が異なる壁面に取付ベース４を溶接することで、第１壁３３１（加熱面３６）から比較的離れた位置に取付ベース４が溶接される。そのため、取付ベース４の溶接によって第１壁３３１に及び得る熱ひずみが抑制される。これにより、加熱面３６の平面度が高い状態で確保される。

【0064】

また、取付ベース４は、前述の如く、４本のネジ９３が取付ベース４の４つのネジ孔４６に螺合されることでベース９に取り付けられる。４つのネジ孔４６は、取付ベース４の第２部分４２、即ち、取付ベース４の長手方向の両端部に形成されている。つまり、取付ベース４は、少なくとも長手方向の両端部がベース９に取り付けられている。このように、積層方向と直交する平板状に形成され且つ本体３０の外周を囲む枠状に形成された取付ベース４の長手方向の両端部がベース９に取り付けられることで、４つの加熱面３６の全体が満遍なく第１面１１に押圧され得る。これにより、４つの加熱面３６の全体において第１面１１との密着度が高まり、加熱面３６と第１面１１との熱交換効率が高まる。

【0065】

＝発電装置の組み立て＝
続いて、発電装置１０の組立について説明する。まず、加熱熱交換器３は、スタンド４８を介して床等に載置される。加熱熱交換器３には、シャフト２５ａが取り付けられている。

【0066】

次に、位置決め器２が加熱熱交換器３上に載置される。位置決め器２は、貫通孔２１ａにシャフト２５ａが挿通されるようにして、加熱熱交換器３上に配置される。位置決め器２は、４つの加熱面３６の周囲を縁取るようにして、加熱面３６を露出させている。そして、熱電変換モジュール１は、第１面１１を加熱面３６と対向させて、加熱面３６上に載置される。さらに、冷却熱交換器５は、冷却面５９が熱電変換モジュール１の第２面１２に接触するようにして熱電変換モジュール１の上に載置される。

【0067】

続いて、押圧器７の接触器７１は、冷却熱交換器５上に載置される。バネ８は、ベース９に取り付けられる。ベース９は、バネ８を接触器７１に接触させるようにして加熱熱交換器３に取り付けられる。このとき、ベース９に取り付けられたガイド９５は、接触器７１の貫通孔７３に挿通される。ベース９は、スペーサ９４を介してネジ９３によって加熱熱交換器３に取り付けられる。スペーサ９４によって、ベース９と加熱熱交換器３との間隔が決められる。これにより、バネ８が弾性変形させられ、バネ８の弾性力によって接触器７１が冷却熱交換器５を加熱熱交換器３の方へ押圧する。

【0068】

このようにベース９が加熱熱交換器３に取り付けられることによって、押圧器７が冷却熱交換器５を加熱熱交換器３の方へ押圧し、加熱熱交換器３と冷却熱交換器５とが熱電変換モジュール１を挟み込む。これにより、熱電変換モジュール１と加熱熱交換器３との接触、及び、熱電変換モジュール１と冷却熱交換器５との接触とが確保される。

【0069】

＝発電装置の動作＝
次に、発電装置１０の動作について説明する。

【0070】

加熱熱交換器３において、本体３０には、流入ポート３１から蒸気が供給される。蒸気は、本体３０内で滞留する。一方、冷却熱交換器５において、本体５０には、流入ポート５１から冷却水が供給される。冷却水は、本体５０内を流通する。

【0071】

熱電変換モジュール１の第１面１１は、加熱熱交換器３の加熱面３６に接触しているので、本体３０内の蒸気によって加熱される。一方、熱電変換モジュール１の第２面１２は、冷却熱交換器５の冷却面５９に接触しているので、本体５０内の冷却水によって冷却される。これにより、熱電変換モジュール１の第１面１１と第２面１２との間に温度差が発生し、熱電変換モジュール１は、温度差に応じて発電する。このように、発電装置１０は、蒸気の熱エネルギを活用して、発電を行う。

【0072】

加熱熱交換器３においては、本体３０に流入した蒸気は、加熱面３６を介して熱電変換モジュール１の第１面１１に放熱して凝縮する。ここで、加熱熱交換器３では高い平面度の加熱面３６が形成されているので、加熱面３６から第１面１１への放熱効率が高くなる。ドレンは、本体３０内に一時的に滞留し、最終的に流出ポート３２から流出する。ここで、加熱面３６が本体３０の上部に位置するので、本体３０内のドレンは、本体３０内の底部、即ち、加熱面３６から比較的離れた部分に溜まる。そのため、加熱面３６を介した第１面１１の加熱がドレンによって阻害されることはない。また、側周壁３３の内部における上側の隅部３３７が円弧状に形成されているので、例えば隅部が直角に形成される場合に比べて、第１壁３３１の内面に付着したドレンを第３壁３３３および第４壁３３４の内面へ容易に流下させることができる。これにより、第１壁３３１の内面でドレンが滞留することが抑制されるので、加熱面３６から第１面１１への放熱作用が促進される。このように、加熱熱交換器３が熱電変換モジュール１の下方に配置されることによって、加熱面３６から離れた部分にドレンを溜めることができる。これにより、加熱熱交換器３の加熱効率が向上する。

【0073】

一方、冷却熱交換器５においては、本体５０に流入した冷却水は、冷却面５９を介して熱電変換モジュール１の第２面１２から吸熱する。冷却水は、本体５０内を流通する間に加熱され、流出ポート５２から流出する。ここで、冷却面５９が本体５０の下部に位置するので、第２面１２によって加熱された冷却水は、本体５０の上部へ対流していく。結果として、比較的低温の冷却水が冷却面５９の近くに、比較的高温の冷却水が冷却面５９から遠くに分布する。このように、冷却熱交換器５が熱電変換モジュール１の上方に配置されることによって、冷却熱交換器５の冷却効率が向上する。

【0074】

また、加熱熱交換器３では、蒸気の熱や圧力によって本体３０が膨張する場合がある。ここで、熱電変換モジュール１は、加熱熱交換器３と冷却熱交換器５とで挟持されることによって支持され、冷却熱交換器５は、積層方向へ弾性的に移動可能に支持されている。詳しくは、冷却熱交換器５は、押圧器７によって積層方向において加熱熱交換器３の方へ弾性的に押圧され、押圧器７の接触器７１は、ベース９に対して（ひいては、加熱熱交換器３に対して）積層方向へ移動可能にガイド９５によって支持されている。そのため、加熱熱交換器３の本体３０の膨張変形に応じて、熱電変換モジュール１及び冷却熱交換器５は積層方向へ変位し得る。つまり、加熱熱交換器３の本体３０の膨張変形を押圧器７のバネ８が吸収する。その結果、熱電変換モジュール１へのダメージが低減されると共に、熱電変換モジュール１と加熱熱交換器３及び冷却熱交換器５との接触が適切に維持される。

【0075】

＝ドレン回収システム＝
次に、発電装置１０の適用例について説明する。発電装置１０は、ドレン回収システム１００に組み込まれている。図９は、ドレン回収システム１００の概略構成を示す配管系統図である。

【0076】

ドレン回収システム１００は、蒸気が凝縮して発生したドレンを回収すると共に、ドレンから発生するフラッシュ蒸気（湯気を含む）の熱を回収する。ドレン回収システム１００は、蒸気システムの一例である。

【0077】

ドレン回収システム１００は、蒸気が供給され、供給された蒸気を使用する蒸気使用機器と、発電装置１０とを備えている。詳しくは、ドレン回収システム１００は、流入するドレン及び蒸気をドレンと蒸気とに分離する気液分離器１１０と、気液分離器１１０によって分離された蒸気から冷却水を介して熱を回収する熱回収器１４０と、気液分離器１１０によって分離されたドレンを外部へ圧送する液体圧送装置１５０と、発電装置１０とを備えている。ドレン回収システム１００は、ドレンを貯留するヘッダタンク１２０をさらに備えている。液体圧送装置１５０は、ポンプの一例であり、蒸気使用機器の一例である。

【0078】

気液分離器１１０は、流入するドレン及びそのそのフラッシュ蒸気との混合流体をドレンと蒸気とに分離する。気液分離器１１０には、流入管１１２、液管１１３及びガス管１１４が接続されている。流入管１１２には、ドレン回収システム１００の外部の蒸気使用機器（図示省略）で発生したドレン及びそのフラッシュ蒸気が流通する。気液分離器１１０には、流入管１１２を介して、ドレン及び蒸気が流入する。

【0079】

気液分離器１１０は、分離したドレンを液管１１３から流出させる。液管１１３は、ヘッダタンク１２０に接続されている。ドレンは、液管１１３を介してヘッダタンク１２０に供給される。気液分離器１１０は、分離した蒸気をガス管１１４から流出させる。ガス管１１４は、熱回収器１４０に接続されている。蒸気は、ガス管１１４を介して熱回収器１４０に供給される。

【0080】

ヘッダタンク１２０は、ドレンを貯留する。この例では、ヘッダタンク１２０は、水封式のヘッダタンクである。ヘッダタンク１２０は、タンク本体１２１と、水封トラップ１２６とを有している。

【0081】

タンク本体１２１の内部空間の下部にドレンが貯留し、タンク本体１２１の内部空間の上部に蒸気が滞留する。つまり、内部空間の下部は、ドレンを貯留する貯留部１２３であり、内部空間の上部は、蒸気が滞留する滞留部１２４である。液管１１３は、タンク本体１２１の上部に接続され、滞留部１２４と連通している。タンク本体１２１には、液管１１３を介してドレンが供給される。タンク本体１２１は、ドレンを貯留部１２３で貯留すると共に、ドレンから発生するフラッシュ蒸気を滞留部１２４で貯留する。

【0082】

タンク本体１２１には、オーバーフロー管１２５が接続されている。オーバーフロー管１２５は、タンク本体１２１を貫通している。オーバーフロー管１２５の一端は、貯留部１２３に配置され、オーバーフロー管１２５の他端は、タンク本体１２１の外部に配置されている。タンク本体１２１の貯留部１２３に貯留されるドレンが一定量以上に増大した場合には、余剰のドレンがオーバーフロー管１２５を介してタンク本体１２１の外部へ流出する。

【0083】

水封トラップ１２６は、封水を貯留している。水封トラップ１２６は、通常時は、タンク本体１２１の蒸気が漏れ出ることを水封によって阻止する一方、タンク本体１２１が異常高圧となる非常時には、水封が破られてタンク本体１２１の蒸気を大気に逃がす。タンク本体１２１の内部空間は、水封トラップ１２６の水封によって密閉されている。

【0084】

水封トラップ１２６は、接続管１２７を介してタンク本体１２１と接続されている。接続管１２７の一端は、タンク本体１２１の上部に接続され、滞留部１２４と連通している。接続管１２７の他端は、水封トラップ１２６に接続され、水封トラップ１２６の封水の貯留部に連通している。つまり、接続管１２７の他端は、水封されている。また、水封トラップ１２６は、流出管１２８を介してタンク本体１２１と接続されている。流出管１２８の一端は、水封トラップ１２６に接続されている。流出管１２８の他端は、タンク本体１２１の貯留部１２３内に配置されている。流出管１２８は、水封トラップ１２６において蒸気が凝縮して封水が増加した場合に、余剰のドレンを水封トラップ１２６から流出させる。流出したドレンは、流出管１２８を介してタンク本体１２１へ供給される。

【0085】

熱回収器１４０は、熱交換器である。熱回収器１４０は、第１流路１４１及び第２流路１４２を有している。熱回収器１４０は、第１流路１４１を流通する流体と第２流路１４２を流通する流体との間で熱交換を行わせる。第１流路１４１の上流端には、ガス管１１４が接続されている。つまり、第１流路１４１には、気液分離器１１０からの蒸気が流入する。第１流路１４１の下流端は、流出管１４４を介してタンク本体１２１に接続されている。流出管１４４の下流端は、タンク本体１２１の上部に接続され、滞留部１２４と連通している。第２流路１４２の上流端には、水を供給する水供給管１４５が接続されている。水供給管１４５には、冷却水が流通している。第２流路１４２の下流端には、水が流出する流出管１４６が接続されている。

【0086】

熱回収器１４０においては、気液分離器１１０から供給される蒸気が第１流路１４１に流入し、第１流路１４１を流通する。一方、第２流路１４２には、水供給管１４５から冷却水が供給され、冷却水が流通する。第１流路１４１を流通する蒸気と第２流路１４２を流通する冷却水との間で熱交換が行われる。蒸気は、冷却され凝縮し、冷却水は、加熱される。ドレンは、第１流路１４１から流出管１４４を介してヘッダタンク１２０へ流出し、ヘッダタンク１２０に貯留される。加熱された水は第２流路１４２から流出管１４６へ流出する。このように、熱回収器１４０は、蒸気の熱を水によって回収する。熱を回収して加熱された水は、流出管１４６を介して所望の場所又は装置へ供給される。

【0087】

液体圧送装置１５０は、供給された蒸気を使用してドレンを圧送する。液体圧送装置１５０は、ヘッダタンク１２０のドレンを所定のドレン使用箇所へ供給する。液体圧送装置１５０は、ドレンを流入させて貯留する流入動作とドレンを圧送する圧送動作とを交互に行う。液体圧送装置１５０は、密閉容器であるケーシング１５１と、弁装置１５２と、フロート１５３とを有している。

【0088】

ケーシング１５１には、ドレンが流入する流入管１５４と、ドレンが流出する流出管１５５とが接続されている。流入管１５４の上流端は、ヘッダタンク１２０に接続されている。詳しくは、流入管１５４は、タンク本体１２１の下部に接続され、貯留部１２３と連通している。流入管１５４には、ヘッダタンク１２０からケーシング１５１への流れのみを許容する逆止弁１５６が設けられている。流出管１５５は、ケーシング１５１の比較的下部、詳しくは、少なくとも流入管１５４の接続口よりは下部に接続されている。流出管１５５の下流端は、ドレン使用箇所へ接続されている。流出管１５５には、ケーシング１５１から流出する方向への流れのみを許容する逆止弁１５７が設けられている。詳しくは、逆止弁１５７は、バネ等の弾性部材によって閉弁しており、所定の開弁圧力以上の圧力が作用すると開弁する。

【0089】

ケーシング１５１の内部空間は、ドレンの貯留空間となっている。また、ケーシング１５１の内部空間には、フロート１５３が配置されている。フロート１５３は、中空の球形状に形成されている。フロート１５３には、レバー１５３ａが結合されている。レバー１５３ａは、所定の回転軸回りに回転可能にケーシング１５１に支持されている。フロート１５３は、ケーシング１５１内のドレンに浮かんでいる。フロート１５３は、ケーシング１５１内のドレンの貯留量に応じて上下動する。このとき、レバー１５３ａは、フロート１５３の上下動に応じて回転軸回りに回転する。

【0090】

ケーシング１５１には、作動気体としての蒸気を供給する供給管１５８と、ケーシング１５１から蒸気を排出する排出管１５９とが接続されている。供給管１５８には、高圧の蒸気が流通している。供給管１５８の下流端は、弁装置１５２に接続されている。排出管１５９の上流端は、弁装置１５２に接続されている。排出管１５９の下流端は、ヘッダタンク１２０に接続されている。

【0091】

弁装置１５２は、図示を省略するが、給気弁及び排気弁を含んでいる。給気弁は、供給管１５８の下流端に設けられている。給気弁は、供給管１５８の開通及び遮断を切り替える。排気弁は、排出管１５９の上流端に設けられている。排気弁は、排出管１５９の開通及び遮断を切り替える。さらに、弁装置１５２は、給気弁及び排気弁の開閉を切り替える切替機構を有している。切替機構は、給気弁を開き且つ排気弁を閉じる給気状態と、給気弁を閉じ且つ排気弁を開く排気状態とを切り替える。切替機構には、フロート１５３から延びるレバー１５３ａが連結されている。切替機構は、レバー１５３ａによって駆動され、給気状態と排気状態とを切り替える。

【0092】

詳しくは、フロート１５３がケーシング１５１内の比較的低い位置に位置するときには、切替機構は、排気状態となっている。フロート１５３が所定の第１切替位置まで上昇すると、レバー１５３ａが切替機構を排気状態から給気状態に切り替える。切替機構の給気状態において、フロート１５３が第１切替位置よりも低い第２切替位置まで下降すると、レバー１５３ａが切替機構を給気状態から排気状態に切り替える。

【0093】

このように構成された液体圧送装置１５０においては、切替機構が排気状態の場合、供給管１５８が遮断され、排出管１５９が開通している。フロート１５３は、ケーシング１５１内の比較的低い位置に位置している。この状態においては、ヘッダタンク１２０内の圧力によって、ヘッダタンク１２０のドレンが流入管１５４を介してケーシング１５１へ流入する。逆止弁１５７に作用する入口圧力と背圧との差圧が逆止弁１５７の開弁圧力未満の場合には、逆止弁１５７の閉弁状態が維持され、ケーシング１５１にドレンが貯留されていく。ケーシング１５１内へドレンが流入するのに伴って、ケーシング１５１内の蒸気が排気弁を介して排出管１５９へ流出する。排出管１５９へ流出した蒸気は、ヘッダタンク１２０へ流入する。こうして、液体圧送装置１５０は、流入動作を行う。

【0094】

流入動作中は、ドレンの貯留量の増加に伴い、フロート１５３が上昇する。フロート１５３の上昇に伴って、レバー１５３ａが回転軸回りに回転する。フロート１５３が第１切替位置まで上昇すると、レバー１５３ａが弁装置１５２の切替機構を排気状態から給気状態に切り替える。供給管１５８が開通し、排出管１５９が遮断される。これにより、液体圧送装置１５０は、流入動作を圧送動作に切り替える。

【0095】

圧送動作においては、ケーシング１５１内に供給管１５８を介して蒸気が供給される。ケーシング１５１内の圧力が上昇すると、逆止弁１５６は閉弁し、流入管１５４を介したケーシング１５１へのドレンの流入が停止すると共に、ケーシング１５１からヘッダタンク１２０への流入管１５４を介した蒸気の逆流も防止される。また、逆止弁１５７に作用する入口圧力と背圧との差圧が逆止弁１５７の開弁圧力以上となると、逆止弁１５７が開弁し、ケーシング１５１内のドレンが流出管１５５へ流出する。ドレンは、流出管１５５を介してドレンの利用箇所へ供給される。

【0096】

圧送動作中は、流入管１５４からのドレンの流入が停止しているので、ドレンの貯留量が減少する。ドレンの貯留量の減少に伴い、フロート１５３が下降する。フロート１５３の下降に伴って、レバー１５３ａが回転軸回りに回転する。フロート１５３が第２切替位置まで下降すると、レバー１５３ａが弁装置１５２の切替機構を給気状態から排気状態に切り替える。供給管１５８が遮断され、排出管１５９が開通する。こうして、液体圧送装置１５０は、圧送動作を流入動作に切り替える。やがて、ケーシング１５１内の圧力が低下すると、逆止弁１５６が開き、流入管１５４からのドレンの流入が開始される。

【0097】

こうして、液体圧送装置１５０は、蒸気を駆動源として、ヘッダタンク１２０のドレンをドレン使用箇所へ供給する。

【0098】

発電装置１０には、液体圧送装置１５０に供給される前の蒸気の一部が供給されると共に、熱回収器１４０に供給される前の冷却水の一部が供給される。

【0099】

詳しくは、加熱熱交換器３の流入ポート３１に供給管１５８から分岐する流入管１６１が接続されている。加熱熱交換器３の流出ポート３２には、流出管１６２が接続されている。流出管１６２の下流端は、ガス管１１４に接続されている。加熱熱交換器３には、供給管１５８を流通する蒸気が流入管１６１を介して流入する。加熱熱交換器３から流出するドレン又は蒸気は、流出管１６２を介してガス管１１４へ流出する。尚、流出管１６２の下流端は、ガス管１１４ではなく、流入管１１２又は液管１１３に接続されていてもよい。

【0100】

一方、冷却熱交換器５の流入ポート５１に水供給管１４５から分岐する流入管１６３が接続されている。冷却熱交換器５の流出ポート５２には、流出管１６４が接続されている。流出管１６４の下流端は、水供給管１４５のうち流入管１６３への分岐部よりも下流側に接続されている。冷却熱交換器５には、水供給管１４５を流通する水が流入管１６３を介して流入する。冷却熱交換器５から流出する水は、流出管１６４を介して、水供給管１４５へ戻る。

【0101】

こうして、加熱熱交換器３に蒸気が供給され且つ冷却熱交換器５に水が供給されることによって、熱電変換モジュール１の第１面１１が加熱され且つ第２面１２が冷却される。これにより、発電装置１０において熱電発電が行われる。

【0102】

このように、ドレン回収システム１００は、ドレンを回収し、回収したドレンを液体圧送装置１５０によってドレン使用箇所へ供給する。さらに、ドレン回収システム１００は、ドレンから発生したフラッシュ蒸気の熱を熱回収器１４０を介して冷却水によって回収する。発電装置１０は、このようなドレン回収システム１００で使用される蒸気、具体的には、液体圧送装置１５０で使用される蒸気を活用して発電を行う。さらに、発電装置１０は、ドレン回収システム１００で使用される冷却水、具体的には、熱回収器１４０で使用される冷却水を活用して発電量を増大させる。

【0103】

ドレン回収システム１００等の蒸気システムにおいては、蒸気の熱エネルギが余剰な場合もある。そのような場合に、ドレン回収システム１００で使用される蒸気の熱エネルギを発電に有効活用できる。また、発電装置１０は、局所的な電源として機能することができる。例えば、電源を設置したり、電源から電線を敷設したりしなくても、電源を確保することができる。

【0104】

以上のように、発電装置１０においては、加熱熱交換器３の本体３０は、長手方向に延びるシームレスの角筒状に形成され、加熱面３６が形成された側周壁３３と、側周壁３３両端に溶接される第１端壁３４および第２端壁３５とを有している。側周壁３３がシームレスの角筒状に形成されることで、例えば溶接によって接合した角筒に比べて、溶接による熱ひずみの発生を防止することができる。これにより、第１壁３３１の平面度、ひいては加熱面３６の平面度を高い状態で形成することができる。その結果、加熱面３６と第１面１１との熱交換効率が高くなるので、発電効率が向上する。

【0105】

また、取付ベース４は、側周壁３３において加熱面３６が形成された壁面と面内方向が異なる壁面に溶接されている。そのため、第１壁３３１（加熱面３６）から比較的離れた位置に取付ベース４が溶接される。そのため、取付ベース４の溶接によって第１壁３３１に及び得る熱ひずみを抑制することができる。これにより、加熱面３６の平面度を高い状態で確保しつつ、ベース９と加熱熱交換器３とで冷却熱交換器５および熱電変換モジュール１を挟持することができる。したがって、加熱面３６と第１面１１の密着度および冷却面５９と第２面１２との密着度を適切に維持することができる。

【0106】

また、取付ベース４は、積層方向と直交する平板状に形成され、且つ、本体３０の外周を囲む枠状に形成されており、長手方向の両端部がベース９に取り付けられている。そのため、４つの加熱面３６の全体を満遍なく第１面１１に押圧することができる。即ち、取付ベース４が単一部材の枠状に形成されているので、例えば、互いに分離された複数の取付ベースが設けられる場合に比べて、取付ベース４の全体の平面度を容易に確保することができる。こうして平面度が確保された取付ベース４の長手方向の両端部がベース９に取り付けられることで、４つの加熱面３６が満遍なく第１面１１に押圧される。これにより、４つの加熱面３６の全体において第１面１１との密着度が高まり、加熱面３６と第１面１１との熱交換効率を高めることができる。

【0107】

また、加熱熱交換器３は、熱電変換モジュール１の下方に配置されており、側周壁３３の内部における上側の隅部３３７は、円弧状に形成されている。そのため、例えば隅部が直角に形成される場合に比べて、第１壁３３１の内面に付着した凝縮液が容易に第３壁３３３および第４壁３３４の内面へ流下する。これにより、第１壁３３１の内面での凝縮液の滞留を抑制できるので、加熱面３６から第１面１１への放熱作用を促進することができる。その結果、発電効率が向上する。しかも、側周壁３３として市販されているシームレスの角形鋼管を用いることで、隅部３３７の加工コストが不要となるので、加熱熱交換器３の製作コストが低減される。

【0108】

《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、前記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

【0109】

例えば、側周壁３３の断面形状は、四角形以外の多角形であってもよい。

【0110】

また、取付ベース４は、互いに分離された複数の部材で形成するようにしてもよい。例えば、一対の第２部分４２を省略し、一対の第１部分４１のみが本体３０に溶接されてもよい。また、一対の第１部分４１を省略し、一対の第２部分４２のみが本体３０に溶接されてもよい。

【0111】

また、本体３０の隅部３３７，３３８は、円弧状ではなく直角に形成されてもよい。

【0112】

また、加熱熱交換器３及び冷却熱交換器５等の積層方向は、上下方向でなくてもよい。加熱熱交換器３及び冷却熱交換器５等の積層方向は、水平方向であってもよく、上下方向に対して傾斜する方向であってもよい。さらに、加熱熱交換器３は、冷却熱交換器５よりも上方に配置されていてもよい。

【0113】

また、冷却熱交換器５が固定的に配置された固定熱交換器であって、加熱熱交換器３が移動可能に配置された可動熱交換器であってもよい。例えば、ベース９が冷却熱交換器５に取り付けられ、ベース９と冷却熱交換器５との間に、熱電変換モジュール１、加熱熱交換器３及び押圧器７が配置されてもよい。すなわち、図１等の発電装置１０において加熱熱交換器３と冷却熱交換器５との位置を入れ替え、熱電変換モジュール１の第１面１１及び第２面１２を反転させてもよい。その場合、押圧器７は、加熱熱交換器３を積層方向において冷却熱交換器５の方へ押圧し、接触器７１のストッパ７４は、第１面１１の面内方向での加熱熱交換器３の変位を規制する。これにより、第１面１１の面内方向での加熱熱交換器３と熱電変換モジュール１との位置ずれが低減される。

【0114】

また、ベース９は、加熱熱交換器３及び冷却熱交換器５の一方に取り付けられているが、これに限定されない。２つのベース９が、積層方向において加熱熱交換器３及び冷却熱交換器５の両側に設けられ、加熱熱交換器３及び冷却熱交換器５を挟み込むように構成されてもよい。

【0115】

また、熱電変換モジュール１の個数は、４個に限定されず、４個未満又は４個より多くてもよい。熱電変換モジュール１の形状は、互いに反対向きの第１面１１及び第２面１２を有する限り、任意の形状としてもよい。例えば、熱電変換モジュール１は、平面視で、略長方形、略三角形又は略六角形等であってもよい。熱電変換モジュール１は、板状ではなく、ブロック状であってもよい。複数の熱電変換モジュール１の配列は、直線状でなくてもよい。複数の熱電変換モジュール１は、二次元的に配置されてもよい。

【0116】

また、加熱熱交換器３及び冷却熱交換器５の構成は、前述した形状に限られず、第１面１１及び第２面１２と適切に熱交換を行うことができる構成であれば如何なるものであってもよい。例えば、加熱熱交換器３において、複数の熱電変換モジュール１に対して、１つの加熱面３６が設けられていてもよい。すなわち、前述の４つの加熱面３６が繋がって、１つの加熱面３６を形成してもよい。冷却熱交換器５において、複数の熱電変換モジュール１に対して、１つの冷却面５９ではなく、分割された複数の冷却面が設けられていてもよい。

【0117】

また、位置決め器２の構成は、前述の構成に限定されない。例えば、位置決め器２のフレーム２０は、開いた形状ではなく、閉じた形状をしていてもよい。すなわち、フレーム２０は、切欠きが形成されておらず、第１面１１（又は第２面１２）と略平行な面内で熱電変換モジュール１の外形の全周に沿った形状を有していてもよい。また、取付部２１の個数は、１個でも、３個以上であってもよい。貫通孔２１ａは、円形以外の形状であってもよい。

【0118】

また、シャフト２５ａは、円柱に限定されず、円以外の断面形状を有していてもよい。支持器２５は、シャフト２５ａではなく、別の部材によって位置決め器２を支持してもよい。例えば、支持器２５は、加熱熱交換器３又は冷却熱交換器５に設けられた突起であってもよい。突起が位置決め器２の貫通孔２１ａに挿入されるようにして、位置決め器２が支持器２５に支持されてもよい。

【0119】

また、支持器２５は、位置決め器２を第２面１２の面内方向において所定の範囲で変位可能に支持してもよい。例えば、シャフト２５ａは、第２面１２に交差する方向に延びていてもよい。ただし、第２面１２が第１面１１と略平行な場合には、位置決め器２を第１面１１の面内方向において所定の範囲で変位可能に支持することは、位置決め器２を第２面１２の面内方向において所定の範囲で変位可能に支持することに等しい。

【0120】

また、支持器２５、具体的には、シャフト２５ａは、冷却熱交換器５に設けられていてもよい。つまり、シャフト２５ａは、冷却熱交換器５から、第１面１１又は第２面１２に交差する方向、詳しくは、略直交する方向へ延びていてもよい。この場合、位置決め器２は、シャフト２５ａを介して冷却熱交換器５に支持され、熱電変換モジュール１は、実質的に冷却熱交換器５に対して位置決めされる。

【0121】

また、押圧器７は、接触器７１が省略されてもよい。その場合、バネ８は、加熱熱交換器３及び冷却熱交換器５のうち可動熱交換器に直接に接する。

【0122】

また、ストッパ７４は、板状に形成されていなくてもよい。例えば、ストッパ７４は、シャフト又はブロック等によって形成されていてもよい。ストッパ７４は、加熱熱交換器３及び冷却熱交換器５のうち可動熱交換器に隣接して配置され、可動熱交換器の変位を規制する限り、任意の形状であり得る。

【0123】

また、バネ８の個数は、２個に限定されず、１個又は３個以上であってもよい。バネ８は、板バネではなく、例えばコイルバネ等であってもよい。あるいは、押圧器７の弾性部材は、バネではなく、ゴム等であってもよい。

【0124】

また、加熱熱交換器３の本体３０には、蒸気以外の加熱流体が供給されてもよいし、冷却熱交換器５の本体５０には、水以外の液体が供給されてもよい。

【0125】

また、発電装置１０は、ドレン回収システム１００以外の蒸気システムに設けるようにしてもよい。その場合、蒸気システムで利用されている蒸気の一部が、加熱熱交換器３に供給され得る。

【0126】

本開示の技術をまとめると、以下のようになる。

【0127】

［１］ 発電装置１０は、互いに反対向きの第１面１１および第２面１２を有し、第１面１１と第２面１２との温度差に応じて熱電発電を行う熱電変換モジュール１と、第１面１１と接する平面状の加熱面３６が形成され且つ蒸気（加熱流体）が供給される容器状の本体３０を有し、蒸気により加熱面３６を介して第１面１１を加熱する加熱熱交換器３と、第２面１２と接し、第２面１２を冷却する冷却熱交換器５とを備え、本体３０は、所定の長手方向に延びるシームレスの角筒状に形成され、加熱面３６が形成された側周壁３３と、側周壁３３の両端に溶接される第１端壁３４および第２端壁３５とを有している。

【0128】

この構成によれば、側周壁３３がシームレスの角筒状に形成されることで、例えば溶接によって接合した角筒に比べて、溶接による熱ひずみの発生を防止することができる。これにより、加熱熱交換器３において平面度の高い加熱面３６を形成することができる。その結果、加熱面３６と第１面１１との熱交換効率が高くなるので、発電効率を向上させることができる。

【0129】

［２］ ［１］に記載の発電装置１０は、加熱面３６と直交する積層方向において冷却熱交換器５の第２面１２とは反対側に設けられるベース９をさらに備え、加熱熱交換器３は、本体３０に設けられ、ベース９に取り付けられることによりベース９と本体３０とで冷却熱交換器５および熱電変換モジュール１を挟持する取付ベース４をさらに有し、取付ベース４は、側周壁３３において加熱面３６が形成された壁面と面内方向が異なる壁面に溶接されている。

【0130】

この構成によれば、加熱面３６から比較的離れた位置に取付ベース４が溶接される。そのため、取付ベース４の溶接によって加熱面３６が形成された壁に及び得る熱ひずみを抑制することができる。これにより、加熱面３６の平面度を高い状態で確保しつつ、ベース９と加熱熱交換器３とで冷却熱交換器５および熱電変換モジュール１を挟持することができる。したがって、加熱面３６と第１面１１との密着度を適切に維持することができる。

【0131】

［３］ ［１］または［２］に記載の発電装置１０において、取付ベース４は、積層方向と直交する平板状に形成され、且つ、本体３０の外周を囲む枠状に形成されており、少なくとも長手方向の両端部がベース９に取り付けられている。

【0132】

この構成によれば、加熱面３６の全体を満遍なく第１面１１に押圧することができる。即ち、取付ベース４が単一部材の枠状に形成されているので、例えば、互いに分離された複数の取付ベースが設けられる場合に比べて、取付ベース４の全体の平面度を容易に確保することができる。こうして平面度が確保された取付ベース４の長手方向の両端部がベース９に取り付けられることで、加熱面３６の全体が満遍なく第１面１１に押圧される。これにより、加熱面３６の全体において第１面１１との密着度が高まり、加熱面３６と第１面１１との熱交換効率を高めることができる。その結果、発電効率が向上する。

【0133】

［４］ ［１］乃至［３］の何れか１つに記載の発電装置１０において、積層方向は、上下方向であり、加熱熱交換器３は、熱電変換モジュール１の下方に配置されており、側周壁３３の内部における上側の隅部３３７は、円弧状に形成されている。

【0134】

この構成によれば、例えば隅部が直角に形成される場合に比べて、加熱面３６が形成された壁の内面に付着したドレンが容易に下方の壁の内面へ流下する。これにより、加熱面３６が形成された壁の内面においてドレン滞留が抑制されるので、加熱面３６から第１面１１への放熱作用を促進することができる。その結果、発電効率が向上する。しかも、側周壁３３として市販されているシームレスの角形鋼管を用いることで、隅部３３７の加工コストが不要となるので、加熱熱交換器３の製作コストを低減することができる。

【0135】

［５］ ドレン回収システム１００（蒸気システム）は、蒸気が供給され、供給された蒸気を使用する蒸気使用機器と、［１］乃至［４］の何れか１つに記載の発電装置１０とを備え、加熱熱交換器３には、前記蒸気使用機器に供給される前の蒸気の一部が加熱流体として供給される。

【0136】

この構成によれば、加熱熱交換器３は、ドレン回収システム１００に含まれる蒸気使用機器に供給される蒸気の一部を活用して熱電変換モジュール１を加熱する。つまり、ドレン回収システム１００で使用される蒸気の熱エネルギを発電に有効活用することができる。また、発電装置１０は、ドレン回収システム１００において局所的な電源として機能することができる。

【0137】

［６］ ［５］に記載のドレン回収システム１００において、流入するドレン及び蒸気をドレンと蒸気とに分離する気液分離器１１０と、気液分離器１１０によって分離された蒸気から冷却水を介して熱を回収する熱回収器１４０と、気液分離器１１０によって分離されたドレンを外部へ圧送する液体圧送装置１５０（ポンプ）とを備え、液体圧送装置１５０は、前記蒸気使用機器であり、供給された蒸気を使用してドレンを圧送し、冷却熱交換器５には、熱回収器１４０に供給される前の冷却水の一部が供給される。

【0138】

この構成によれば、発電装置１０は、液体圧送装置１５０で使用される蒸気及び熱回収器１４０で使用される冷却水を活用して発電を行うことができる。

【産業上の利用可能性】

【0139】

以上説明したように、本開示の技術は、熱電発電装置及び蒸気システムについて有用である。

【符号の説明】

【0140】

１０ 発電装置
１ 熱電変換モジュール
３ 加熱熱交換器
４ 取付ベース
５ 冷却熱交換器
９ ベース
１１ 第１面
１２ 第２面
３０ 本体
３３ 側周壁
３４ 第１端壁
３５ 第２端壁
３６ 加熱面
３３７ 隅部
１００ ドレン回収システム（蒸気システム）
１１０ 気液分離器
１４０ 熱回収器
１５０ 液体圧送装置（ポンプ、蒸気使用機器）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】