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公開番号2024092983
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-08
出願番号2023214748
出願日2023-12-20
発明の名称排ガス用集熱部材およびそれを用いた熱電変換装置
出願人株式会社プロテリアル
代理人
主分類H10N 10/13 20230101AFI20240701BHJP()
要約【課題】焼却炉や加熱炉等から排出されるガス中を飛来する凝集粒子や燃焼灰が堆積しにくい集熱部材を提供する。
【解決手段】外部に熱を伝達する熱伝達面を有するベース部と、前記ベース部から排ガス側に突設し、排ガスからの熱を受ける受熱面を有するフィン部とを備え、前記受熱面は山と谷が交互に連なる波形状をしており、前記ベース部側の谷は曲面で形成されており、前記ベース部および前記フィン部は、金属、セラミックス、または金属セラミックス複合材のうち少なくとも一種からなることを特徴する排ガス用集熱部材。

【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
外部に熱を伝達する熱伝達面を有するベース部と、
前記ベース部から排ガス側に突設し、排ガスからの熱を受ける受熱面を有するフィン部とを備え、
前記受熱面は山と谷が交互に連なる波形状をしており、前記ベース部側の谷は曲面で形成されており、
前記ベース部および前記フィン部は、金属、セラミックス、または金属セラミックス複合材のうち少なくとも一種からなることを特徴する排ガス用集熱部材。
続きを表示（約 380 文字）【請求項２】
請求項１に記載の排ガス用集熱部材であって、前記受熱面の山と谷は排ガスの流れ方向に延伸していることを特徴する排ガス用集熱部材。
【請求項３】
請求項１に記載の排ガス用集熱部材であって、（谷底から山頂までの高さ）／（山の間隔）で表される波形状のアスペクト比が、０．２以上かつ２．０以下であることを特徴する排ガス用集熱部材。
【請求項４】
請求項１に記載の排ガス用集熱部材であって、
前記受熱面に保護層をさらに備え、
前記ベース部および前記フィン部は、前記保護層よりも熱伝導率が高いことを特徴する排ガス用集熱部材。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の排ガス用集熱部材と、
熱電変換モジュールと、
水冷部材と、
を具備することを特徴とする熱電変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガスの流路内の熱を外部に伝える排ガス用集熱部材、およびこれを用いた熱電変換装置に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギー有効活用のために、例えばボイラー、焼却炉、加熱炉等の今まで捨てられていた排ガスの熱を電気として回収することが検討されている。特に、熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換できる熱電変換モジュールを用いて、クリーンな方法で回収する技術が注目されている。熱電変換モジュールとは、Ｐ型とＮ型の熱電変換素子を交互に配置して電極で接続したもので、一方の面を高温にし、他方の面を低温にして温度差を与えることで、電力を発生させることができる。温度差が大きいほど、発生する電力も大きくなる。
【０００３】
特許文献１には、内燃機関や焼却炉等の排ガスが流れる経路に設置するための、熱電変換素子と吸熱フィンを備えた熱電変換装置が開示されている。吸熱フィンは板状の底面部と前記底面部の第１面から突起した突起部を有する形状をしている。特許文献１の図１によると、突起部は板状のものが複数枚平行に配置されており、その長さは板厚に対して数倍以上長い。このような突起部の間を排ガスが通ることで、効率的に熱を回収できると開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、熱電変換装置に装着される受熱構造体の構造、製造方法および設置例が開示されている。受熱フィンは、排気ガスが接触する部分であるフィンケースと、フィンケースの収容部内に埋設されたコア部からなり、排気ガスに接する面に複数のピン形状の突起部が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１７－１６２８６２号公報
特開２０１１－１１９４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、焼却炉や加熱炉等の排ガス流路には、炉内で飛散する粒子や燃焼灰が多量に流れてくる。例えば、ごみ焼却炉の場合は、アルカリ金属や硫黄、塩素、炭素等の化合物が、角状や塊状、球状等の形状に凝集して飛散する。これらが排気系統の壁面等に付着すると、堆積物の厚みによって熱の伝わりが阻害され、熱の収集効率が低下する恐れがある。この点に関して、特許文献１や特許文献２に記載のフィンは、特に突起部の根本付近において、排ガスの流れが滞り、凝集された粒子や灰（以下、凝集粒子という）の堆積が懸念される。
【０００７】
本発明は以上のような課題に鑑み、焼却炉や加熱炉等から発生する排ガス中を飛来する凝集粒子が堆積しにくく、仮に堆積してもメンテナンス時に除去しやすい、集熱性能を高めた排ガス用集熱部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の排ガス用集熱部材は、外部に熱を伝達する熱伝達面を有するベース部と、前記ベース部から排ガス側に突設し、排ガスからの熱を受ける受熱面を有するフィン部とを備え、前記ベース部および前記フィン部は、前記受熱面は山と谷が交互に連なる波形状をしており、前記ベース部側の谷は曲面で形成されており、前記ベース部および前記フィン部は、金属、セラミックス、または金属セラミックス複合材のうち少なくとも一種からなる排ガス用集熱部材である。
【０００９】
また、前記排ガス用集熱部材は、前記受熱面の山と谷は排ガスの流れ方向に延伸していることが好ましい。
また、前記排ガス用集熱部材は、（谷底から山頂までの高さ）／（山の間隔）で表される波形状のアスペクト比が、０．２以上かつ２．０以下であることが好ましい。
また、前記排ガス用集熱部材は、前記受熱面に保護層をさらに備え、前記ベース部および前記フィン部は、前記保護層よりも熱伝導率が高いものとすることが好ましい。
本発明の熱電変換装置は、前記排ガス用集熱部材と、熱電変換モジュールと、水冷部材と、を具備する熱電変換装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の排ガス用集熱部材は、配管系統を飛来する凝集された粒子や灰が堆積しにくく、仮に堆積してもメンテナンス時に除去しやすいという利点を有するため、排ガスの熱を利用する熱電変換装置等への適用に有用である。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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