CN105103431B - 热电发电装置及使用该热电发电装置的热电发电方法 - Google Patents

热电发电装置及使用该热电发电装置的热电发电方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105103431B
CN105103431B CN201480017504.2A CN201480017504A CN105103431B CN 105103431 B CN105103431 B CN 105103431B CN 201480017504 A CN201480017504 A CN 201480017504A CN 105103431 B CN105103431 B CN 105103431B
Authority
CN
China
Prior art keywords
power generation
thermoelectric
generation unit
thermoelectric power
generating device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201480017504.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105103431A (zh
Inventor
黒木高志
壁矢和久
藤林晃夫
海部宏昌
梶原健
牧野也
牧野一也
八马弘邦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ke Like Co Ltd
JFE Engineering Corp
Original Assignee
Ke Like Co Ltd
NKK Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ke Like Co Ltd, NKK Corp filed Critical Ke Like Co Ltd
Publication of CN105103431A publication Critical patent/CN105103431A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105103431B publication Critical patent/CN105103431B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B45/00—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/13—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the heat-exchanging means at the junction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/46—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling metal immediately subsequent to continuous casting
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working

Abstract

热电发电装置(3)具备热电发电单元(1)和使热电发电单元能够一体移动的移动构件(2)，由此能够得到具备热电发电单元的热电发电装置，在热源流动的钢材(5)的制造生产线中，该热电发电单元将释放状态变动的热能转换为电能并进行回收。

Description

热电发电装置及使用该热电发电装置的热电发电方法
技术领域
本发明涉及将钢材辐射的热能转换为电能并进行回收的热电发电装置及使用该热电发电装置的热电发电方法。
背景技术
在对不同种类的导体或半导体施加温度差时，在高温部与低温部之间产生电动势，一直以来这种现象作为塞贝克效应而为人所知，已知利用这样的性质，使用热电发电元件将热直接转换为电。
近年来，在炼铁工厂等的制造设备中推进使用以下搭配，例如，通过上述的热电发电元件的发电，来利用此前作为废热废弃的能量，例如钢材辐射的热能。
作为利用热能的方法，例如，在专利文献1中记载了将吸热装置与高温物体对置配置，将高温物体的热能转换为电能并进行回收的方法。
在专利文献2中记载了如下方法，使热电元件模块与作为废热被处理的热能接触而将热能转换为电能，并进行回收。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开昭59-198883号公报
专利文献2：(日本)特开昭60-34084号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在专利文献1中，虽然存在能够适用于板坯连铸生产线的记载，但是对于实际作业中的板坯的温度分布、板坯量的变动所导致的释放热量(热能)的变动等作业中的热源的差异则完全没有考虑。
并且，在专利文献2中，需要使模块相对于热源固定，因此对于移动的热源，存在无法设置模块的问题。
而且，在现有的热电发电方法中，在钢材的前端或后端等成为热源的非稳定状态下，为了防止钢材的高度变动等引起的装置破损，只能将热电发电装置设置在钢材的远处。而且，如果设置在钢材的远处，则无法很好地将高温物体的热能传递至热电发电装置，从而存在无法进行高效的电能转换的问题。
本发明是鉴于上述现状而做出的，其目的在于提供具备热电发电单元的热电发电装置及使用该热电发电装置的热电发电方法，在各种制造工序、特别是热源流动的连续铸造生产线和板坯连铸生产线等中，即使在作业中的热源的产生状态存在偏差的情况下，热电发电单元也能够将产生的热能稳定地转换为电能并进行回收。
用于解决课题的手段
发明人为解决上述课题进行了仔细研究，结果发现通过根据热能的释放状态，有效地调整热源和热电发电单元的距离等，能够进行高效率的热电发电，特别开发了钢材制造生产线中的、能够进行高效的热利用的热电发电装置和使用该热电发电装置的热电发电方法。
本发明是立足于上述发现而完成的。
即，本发明的主要结构如下。
1.一种热电发电装置，具备将钢材辐射的热能转换为电能的热电发电单元，该热电发电装置的特征在于，
所述热电发电装置具有使所述热电发电单元能够一体移动的移动构件。
2.根据1所述的热电发电装置，其特征在于，
所述热电发电单元与所述钢材对置，并且根据该热电发电单元的输出进行设置。
3.根据1或2所述的热电发电装置，其特征在于，
根据该热电发电单元的输出，与输出高的高温部相比在输出低的低温部更接近地设置所述热电发电单元。
4.根据1至3中任一项所述的热电发电装置，其特征在于，
根据该热电发电单元的输出，与输出低的低温部相比在输出高的高温部更密集地配置所述热电发电单元中的热电发电模块或热电元件。
5.根据1至4中任一项所述的热电发电装置，其特征在于，
所述热电发电装置具备热反射材料。
6.根据1至5中任一项所述的热电发电装置，其特征在于，
进一步根据该热电发电单元的温度和/或钢材的温度设置所述热电发电单元。
7.根据1至6中任一项所述的热电发电装置，其特征在于，
所述移动构件是根据对钢材的温度、热电发电单元的温度及该热电发电单元的输出中的至少一项进行测定而求出的温度和/或输出，对该热电发电单元与该钢材的距离进行控制的移动构件。
8.根据1至7中任一项所述的热电发电装置，其特征在于，
所述热电发电装置成为包围所述钢材的外周部的形状。
9.根据1至8中任一项所述的热电发电装置，其特征在于，
所述热电发电装置设有至少一个部位的开口部。
10.一种热电发电方法，使用1至9中任一项所述的热电发电装置，吸收钢材的热进行热电发电。
11.根据1所述的热电发电装置，其特征在于，
所述热电发电单元具备对热电发电单元的温度进行监视的机构，并且具备位置调整机构，在该机构监视的温度达到热电发电单元的容许温度时，所述位置调整机构使热电发电单元移动，以将热电发电单元的温度保持在上述容许温度以下。
12.根据11所述的热电发电装置，其特征在于，
所述对热电发电单元的温度进行监视的机构具有热电偶，该热电偶配置在对热电发电单元的受热板的温度进行测量的位置。
13.根据11所述的热电发电装置，其特征在于，
所述热电发电单元与钢材对置，并且根据该热电发电单元的温度和/或输出进行设置。
14.一种热电发电方法，使用11至13中任一项所述的热电发电装置，吸收钢材的热进行发电，使用该发电产生的电能使该热电发电装置的热电发电单元移动。
发明效果
根据本发明，能够将热电发电单元和热源(钢材)保持在发电效率良好的距离等，因此发电效率得以提高，与以往相比，能够高水平地回收从制造生产线产生的热能。
附图说明
图1是说明本发明一实施方式的示意图。
图2是根据本发明一实施方式的热电发电单元的剖视图。
图3是说明本发明一实施方式的其他示意图。
图4是表示本发明一实施方式的热电发电装置的说明图。
图5是表示本发明一实施方式的其他热电发电装置的说明图。
图6是表示根据本发明一实施方式的热电发电装置的设置例的图。
图7是表示根据本发明一实施方式的热电发电装置的其他设置场所的图。
图8是表示根据本发明一实施方式的热电发电装置的其他设置场所的图。
图9是表示发电输出比相对于钢材与热电发电单元的距离的关系的曲线图。
图10是表示根据本发明的热电发电单元的设置例的图。
图11是表示根据本发明的热电发电单元中的热电发电模块的配置例的剖视图。
图12是表示发电输出比相对于管材与热电发电单元的距离的关系的曲线图。
图13(a)和图13(b)是表示根据本发明的带有反射件的热电发电装置的设置例的图。
图14(a)和图14(b)是表示根据本发明的带有反射件的热电发电装置的其他设置例的图。
图15(A)至图15(D)是表示根据本发明的热电发电单元的其他设置例的图。
图16是表示在热电发电单元中安装温度监视机构的例子的图。
具体实施方式
以下，对本发明具体地进行说明。
图1是说明本发明的热电发电装置一实施方式的示意图。图中，附图标记1是热电发电单元，附图标记2是移动构件，附图标记3是热电发电装置，附图标记4是工作台托辊，附图标记5是钢材。
在本发明中，热电发电装置3具备与热源即钢材5对置配置的热电发电单元1和热电发电单元的移动构件2。需要说明的是，通常，钢材5处于工作台托辊的上表面。
本发明中的钢材只要是在炼铁厂或加工工厂等被加热而达到600～1300℃左右的温度的铁类金属，则没有特别的限制，连续铸造机中的热板坯、热轧装置中的板坯、粗型材、热轧钢带，锻焊管设备中的板材或管材以及其他钢管、钢棒、盘条及钢轨等条形钢材等(以下，简称为钢材)为优选例。
并且，本发明的热电发电装置在钢材的宽度方向和长度方向上具备至少一个热电发电单元。而且，该热电发电单元具有与钢材对置的受热构件、至少一个热电发电模块、放热构件。
取决于材质，受热构件达到比热电元件的高温侧温度高几度乃至几十度、有时会达到比热电元件的高温侧温度高几百度左右的温度。因此，受热构件只要在该温度下具有耐热性、耐久性即可。例如，除了铜或铜合金、铝、铝合金、陶瓷、碳之外，也能够使用一般的钢铁材料。
另一方面，放热构件为现有公知的构件即可，没有特别的限制，但作为优选的方式例示了具备散热片的冷却设备、利用接触热传递的水冷设备、利用沸腾热传递的散热器、具有制冷剂流路的水冷板等。
并且，即使利用喷雾冷却等对热电发电单元的低温侧进行水冷，也能够对低温侧高效地进行冷却。特别是在将热电发电单元设置在比热源靠下方的位置的情况下，即使采用喷雾冷却，只要适当配置喷雾，残留的水向工作台下方落下，不会对热电发电单元的高温侧进行冷却，从而能够对热电发电单元的低温侧高效地进行冷却。在进行喷雾冷却的情况下，与喷雾制冷剂接触而被冷却的一侧成为放热构件。
在本发明中使用的热电发电模块8，如图2所示，是使利用几十～几千对电极7将作为热电元件6的P型和N型的半导体连接起来的热电元件组二维地排列，进而在其两侧配置绝缘材料9而构成的。并且，上述热电发电模块8可以在两侧或单侧具备热传导片或保护板。而且该保护板可以分别兼作受热构件10或放热构件11。
在作为受热构件10和/或放热构件11的冷却板自身是绝缘材料，或在表面覆盖有绝缘材料的情况下，可以作为绝缘材料9的替代品。图中，附图标记1是热电发电单元，附图标记6是热电元件，附图标记7是电极，附图标记9是绝缘材料，附图标记8是热电发电模块，附图标记10是受热构件，附图标记11是放热构件。
在本发明中，在受热构件与热电发电模块之间、放热构件与热电发电模块之间、而且在绝缘材料与保护板之间等，为了降低部件彼此之间的接触热阻，实现热电发电效率的进一步的提高，可以设置所述热传导片。该热传导片具有规定的导热系数，并且只要是能够在热电发电模块的使用环境下使用的热传导片，就没有特别的限制，能够例示出石墨片等。
此外，根据本发明的热电发电模块的尺寸优选为1×10-2m2以下。这是由于通过使模块的尺寸为上述程度能够抑制热电发电模块的变形。更优选的是2.5×10-3m2以下。
并且，热电发电单元的尺寸优选为1m2以下。这是由于通过使热电发电单元的尺寸为1m2以下能够抑制热电发电模块彼此之间、热电发电单元自身的变形。更优选的是2.5×10-1m2以下。
本发明的热电发电装置具有使上述热电发电单元能够一体移动的移动构件，利用该移动构件，能够控制热电发电单元与钢材的距离。优选使用动力缸进行距离控制。
上述移动构件，如图1和3所示，能够使热电发电单元一体地上下升降移动。并且，也能够使用前后左右移动的构件。
此外，在温度变动少的场所，控制距离的构件例如是利用螺栓固定热电发电单元或利用滑动式的螺栓固定热电发电单元的构件，也可以是通过拧松该螺栓后使其移动然后再拧紧而使热电发电单元移动等的手动移动构件。
并且，上述移动构件也可以是进行图4所示的滑动式或图5所示的开闭式移动的移动构件。
另外，在进行上述的喷雾冷却的情况下，喷雾冷却装置自身可以与热电发电单元等一体移动，也可以不移动。
在本发明中，在移动构件的基础上，可以具有与钢材对置并根据热电发电单元的输出进行设置的热电发电单元。
通过根据各自的钢材的温度将所述热电发电单元设置在，如图6所示，连续铸造装置的板坯切断装置17的上游侧、板坯切断装置内、板坯切断装置的下表面和板坯切断装置输出侧中的任一个位置(图中A)，或者如图7所示，从粗轧机前经过精轧机直到热轧钢带输送路的任一个位置(图中B至F)，乃至如图8所示，从锻焊管线的加热炉直到成型锻焊机的钢板输送路(图中G)或管材输送路(图中H)，能够与实际作业中的热源的温度变动等对应地进行更高效的发电。需要说明的是，图6中，附图标记12是浇包，附图标记13是中间包，附图标记14是铸模，附图标记15是板坯冷却装置，附图标记16是矫直辊等辊组，附图标记17是板坯切断装置，附图标记18是温度计，附图标记19是热电发电装置，附图标记20是引锭杆工作台。并且，图8中，附图标记21是钢板，附图标记22是管材，附图标记23是加热炉，附图标记24是成型锻焊机，附图标记25是退热器，附图标记26是旋转热锯，附图标记27是冷床，附图标记28是定径机，附图标记29是矫直机。
并且，从不增加设备的构造物这一点考虑，优选将热电发电单元安装在用于回收调整用板坯的所谓的引锭杆工作台20下表面。
这里，钢材的温度根据尺寸、品种，在某种程度上相同，因此可以针对每个尺寸和品种，预先设定热电发电单元的设置场所。并且，也可以根据每个热电发电单元的实际输出功率和/或从温度等预测的输出功率预测值，按照尺寸、品种预先设定热电发电单元的设置位置。此外，也可以在引进设备时，预先决定热电发电单元与作为热源的钢材的距离、热电发电单元中的热电发电模块的配置。
此外，本发明中的热电发电装置(热电发电单元)的设置不限于钢材的上方也可以设置在下方或侧面，设置部位也不限于一个部位，也可以是多个部位。
并且，在本发明中，如图6所示，可以在热电发电装置19的上游侧设置温度计18，并根据该温度计的测定值，控制热电发电单元与钢材的距离。通过具有上述功能，即使在例如产品批次的切换等、钢材存在温度变动等的情况下，也能够与其温度变动等适当对应地进行热电发电，因此热电发电的效率进一步提高。
另外，优选所述温度计是辐射温度计等非接触式，但在生产线断续地停止的情况下，也可以在每次停止时，使热电偶接触来进行测量。作为测定的频率，优选将温度计设置在生产线上并自动地定期进行测定，但在制造条件发生改变的情况下，作业者可以手动测定。
而且，如果预先求出钢材的温度与热电发电效率最佳的距离的关系，则根据上述温度计的测定值，能够与其温度变动对应地适当控制例如图3所示的热电发电单元1与钢材5的距离。
本发明还可以根据热电发电单元的输出对热电发电单元与钢材的距离进行控制。即，调整热电发电单元和作为热源的钢材的距离以使发电输出变大。此时，可以使用实测输出，也可以使用根据钢材的温度等预测的输出值。
作为测定上述热电发电单元的输出的例子，在图9中，以热电发电单元中的热电发电模块间隔和钢材的温度为参数，表示对热电发电单元到钢材的距离与将额定输出时的发电输出比设为1时的发电输出比的之间关系进行研究的结果。根据该图，在使用具备以70mm间隔设置50mm见方的热电发电模块的热电发电单元的热电发电装置时，在钢材的温度为950℃的情况下，使热电发电单元与钢材等的距离移动至340mm地进行设置，并且在900℃的情况下，移动至160mm地进行设置，因此发电输出比为1，能够进行高效的热电发电。即，在本发明中，优选求出图9那样的关系，设定距离以使图中的发电输出比为1(额定输出)。
如上所述，优选将热电发电单元的输出设定为额定输出，但为了不使热电元件损坏，需要考虑热电发电单元的耐热温度上限地进行设定。在考虑耐热温度上限的情况下，可以当降低发电输出比的目标，优选降低到0.7左右。
在本发明中，如图10所示，根据从与钢材的温度(以下，包括与热电发电单元相对的位置的温度和适于温度测定的位置的温度以及它们附近的温度)、温度分布、与形态系数对应的距离、热电发电单元的温度及输出中选择的至少一项，与输出高的高温部相比在输出低的低温部更接近地设置热电发电单元。上述设置特别是针对温度几乎不发生变化的连续生产线。这是由于可以预先测定钢材的宽度方向(与钢材的行进方向成直角的方向)的温度分布，并反映到上述距离，与简单地平坦设置热电发电单元的情况相比，能够进一步提高热电发电单元的发电效率。
例如，在图10的中央部分，将单元与钢材的距离移动为340mm，并且在钢材的端缘部分，将距离移动为160mm，能够高效地进行热电发电。
钢材宽度方向的温度分布多为以下情况，与钢材的中心部分相比，在距离钢材的宽端相当于板厚的两倍左右的位置(以下，称作宽端部)处急剧降低。于是，优选特别是对于宽端部，进行使热电发电单元移动即接近等控制。这是由于，上述宽端部所得到的电能可能会比使该部分移动少。
通常，如上所述，钢材的宽端部的温度低，但在根据上述热电发电单元的输出等进行设置的实施方式中，能够将设置热电发电单元时的形状形成为例如将椭圆切成一半的形状，因此具有包入热源的效果，从而热流的运动发生变化，具有保温效果优秀的优点，其结果是，能够形成热能的回收效果优异的热电发电装置。
在本发明中，对于该实施方式，具有对热电发电单元与钢材的距离进行控制的移动构件，因此能够形成如下热电发电装置，即使在实际作业中的热源存在温度变动等的情况下，对热电发电单元与钢材的距离进行适当控制，也能够更高效地进行发电。
并且，如图11所示，本发明中的热电发电装置根据从钢材的温度、温度分布、形态系数、热电发电单元温度及输出中选择的至少一项，能够使热电发电单元中的热电发电模块或热电元件的配置密度在输出高的高温部比输出低的低温部更密集。上述配置也针对温度几乎不发生改变的连续生产线。这是由于通过预先测定钢材的宽度方向(与钢材的行进方向成直角的方向)的温度分布，并反映到上述配置密度，与简单地以恒定间隔配置热电发电模块或热电元件的情况相比，热电发电单元的发电效率进一步提高。
如果在钢材的正上部，即输出高的高温部，密集地配置热电发电单元中的热电发电模块或热电元件，在钢材的端部，即输出低的低温部，稀疏地配置宽度方向的热电发电单元中的热电发电模块或热电元件，则能够形成有效地提高各个热电发电单元的发电效率的热电发电装置。
例如，在钢材温度：900℃，热电发电单元和钢材间的距离：153mm的情况下，如果在图11的中央部分使热电发电单元的设置为70mm间隔，并且在端缘部分为78mm间隔，则能够高效地进行热电发电。并且，也可以将前述图9所示的热电发电单元中的热电发电模块间隔作为参数，研究最合适的热电发电模块间隔并进行设定。
在上述实施方式中，可以如上所述地使单元中的热电发电模块或热电元件的配置稀疏或密集，也可以稀疏或密集地设置单元自身。
并且，改变上述热电发电模块或热电元件的配置密度的实施方式特别适合在钢材的上方不存在设备的设置自由度的情况。此外，该实施方式也进一步增加对热电发电单元与钢材的距离进行控制的移动构件，能够形成如下热电发电装置，即使在实际作业中的热源存在温度变动等的情况下，也能够对热电发电单元与钢材的距离适当地进行控制，更高效地进行发电。
这里，本发明中的根据热电发电单元的输出是指，与钢材的温度对应地改变位置，或者改变热电发电模块或热电元件的配置密度，但也包括如下应对，在将热电发电单元设置在初始位置时等存在单元间的输出差的情况下，将输出小的单元移动至输出大的位置，具体地说，接近钢材设置。并且，根据温度是指，不只是仅以钢材的温度为基准，也可以将钢材的温度分布和形态系数作为基准。
并且，对使用管材作为热源时利用热电发电输出进行控制的情况的事例进行说明。
在图12中，以热电发电单元中的热电发电模块间隔和管材的温度为参数，表示对热电发电单元到管材的距离与发电输出比之间的关系进行研究的结果。例如，在热电发电模块间隔为80mm、管材的温度为1150℃的情况下，使热电发电单元与管材等的距离移动至150mm地进行控制，并且在管材的温度为1000℃的情况下，使上述距离移动至60mm地进行控制，能够进行最高效的热电发电。
如图13(a)和(b)所示，本发明中的热电发电装置还可以具备聚集热的热反射材料。图中，附图标记30是热反射材料，附图标记1是热电发电单元。通过使用上述热反射材料30，相对于各个热电发电单元1的聚热效率得以提高，进而能够进行高效的热电发电。
此外，从聚热效率这一点考虑，优选热反射材料如图13(a)所示地设置在钢材5的两侧(图中，钢材的行进方向是从附图里侧朝向近前侧)。
并且，如图13(b)所示，可以对四个反射件和两个热电发电单元进行组合。
另外，对于热反射材料30的设置场所，考虑如上述图13(a)和图13(b)所示地设置在钢材5的两侧，但也可以根据热电发电单元的设置位置，设置在钢材的下部或上部。
本发明中的热反射材料的形状可以是平面、曲面或具有V形或U形截面的形状。此外，热反射材料以具有平面～凹面为宜，但由于焦点处的像差根据对凹面的热反射材料的入射角而变化，因此相对于规定的入射角，为使像差最少，优选以具有最合适的热反射材料形状(曲率)的方式配置一个热反射材料或多个热反射材料面组。
在本发明中，上述热反射材料可以兼作保温板。当然，也可以在热反射材料的外侧，以覆盖热反射材料的方式进一步设置保温板。
并且，在上述图13和以下说明的图14中，没有记载另外设置的情况下的保温板，但可以采用覆盖反射件整体的形式、或在热电发电单元和反射材的设置场所形成开口部的形式的保温板。
此外，使用热反射材料的实施方式能够将热聚集到热电发电单元的任意部位，因此如下所述，具有热电发电装置的设置自由度进一步提高的优点。
例如，如图14(a)所示，通过均衡地将热聚集到热电发电单元1，即使使用热电发电单元为通常的平面设置的热电发电装置，也能够使各个热电发电单元的发电效率进一步提高。另外，如图14(b)所示，能够向热电发电单元1照射聚集在任意部位的热能。该实施方式的优点在于，即使在热电发电单元的设置面积受限、不能获得期望的面积的热电发电单元的情况下等，通过使热电发电单元移动且适当移动热反射材料30，也能够进行高效的热电发电。即，对热反射材料30设置驱动部并利用外部信号改变角度，能够改变上述聚热部位。
因此，本发明中的根据钢材的温度、热电发电单元的温度及输出中的至少一项设置的热电发电单元不仅是距离被设定的单元，也包括能够利用如上所述的热反射材料改变距离或角度的单元。
作为本发明中的热反射材料，只要能够反射热能(红外线)就没有特别的限制，可以考虑设置场所、物品采购的难易等，适当选择经过镜面加工的铁等金属或对耐热瓦等实施镀锡的材料等。
在图15(A)至(D)中表示根据本发明的热电发电单元的设置例。
如图15(A)至(D)所示，本发明中的热电发电单元也可以是包围钢材的外周部的形状。特别地，优选该实施方式适用于连续不间断地输送在生产线上制造出的管材、钢棒、盘条等那样的钢材且大部分区间没有支承钢的辊工作台或轧制机等的场所，即在钢材下方或侧面存在空间的部位。
在本发明中，在将热电发电单元设置在钢材的侧面或下表面的情况下，由于来自钢材的热的对流影响，优选满足ds≤du的关系地进行设置，其中热电发电装置与钢材的侧面或下表面的距离：ds，热电发电装置与钢材的上表面的距离：du。
因此，如果图15(A)至图15(C)中例示的距离：a、c和e相当于上述距离：du，则距离：b、d和f相当于上述距离：ds。需要说明的是，图中同一附图标记表示的b、e和f可以是分别不同的距离，重要的是各个距离满足上述du和ds的关系。
并且，图15(D)中例示的g、h、i和j表示进一步以四个等级进行距离调整的例子。而且，各个距离满足g＜h＜i＜j的关系即可。因此，在选择利用热电发电单元包围热源的外周部的形状的情况下，优选在下表面最接近，并随着朝向上表面而逐渐远离。需要说明的是，图15(D)中同一附图标记表示的h和i可以是分别不同的距离。
这样，在本发明中，在包围钢材的外周部的热电发电单元的情况下，在同一装置内，也可以适当改变钢材(热源)与热电发电单元的距离。
在未全面地设置热电发电单元的情况下，为使热源的热向不释放到外部而设置板(保温板)，能够进行高效的热电发电。保温板的材质是铁或因科镍合金等金属(合金)、陶瓷等，一般作为高温物的保温板的材料而被使用，只要能够耐受设置场所的温度，就没有特别的限制，但优选使板的辐射率小，从而减少来自热源的辐射热被板的吸收，使辐射热朝向热电发电单元传导。
如图15(A)所示，本发明的热电发电装置可以使用其移动构件设置至少一个部位的开口部。
该开口部通常被热电发电单元覆盖，但在作业开始时，从该开口部移动热电发电单元，不会使热电发电装置损伤，能够稳定地输送钢材。此外，该实施方式也可以使用多个热电发电装置包围热源。
在本发明中，通过使用上述移动构件，在钢材的前端或后端等成为热源的非稳定状态下，为了防止钢材的高度变动等引起的装置的破损，可以使热电发电单元从发电区域移动至退避位置，并再次移动至发电区域。
在钢材的通入初期等，如图1所示，为使钢材不与热电发电装置碰撞，使热电发电装置位于从轧制线上升1000mm以上的状态。接着，当钢材的高度变动变小时，利用移动装置使热电发电装置成为如图3所示地接近钢材的状态。并且，在板厚较厚，连续地通入且钢材的高度变动小的情况下，如图3所示，使热电发电装置处于接近钢材的状态。为了不与钢材接触而使热电发电装置破损，或损伤钢材，优选钢材与热电发电装置离开10mm以上。
然而，如果移动距离变大则设备费用也增大。因此，在上下移动的情况下，能够移动至远离3000mm左右的位置就足够了。优选的移动距离是从10mm至1000mm。
而且，在本发明的热电发电装置中，可以在热电发电装置的上游侧和/或下流侧安装距离传感器，利用距离传感器的值，通过前馈和/或反馈控制设定热电发电装置的位置。
上述各个实施方式可以任意地组合。例如，在仅通过距离的调整获得最合适的热电发电效率的情况下，在热电发电单元成为极大的曲率的椭圆弧状的设置时等，对使用热反射材料的实施方式等进行组合，能够缓和该曲率。
另外，如图16所示，本发明可以具备对热电发电单元进行温度监视的温度监视机构。该温度监视机构使用温度传感器例如热电偶，对从钢材或管材吸热的热电发电单元的温度是否进入容许温度范围(例如热电发电模块的耐热温度，在本发明的BiTe类模块中，是280℃以下，特别是能够高效地进行发电的250～280℃)进行监视。具备位置调整机构，该位置调整机构在监视的结果达到热电发电单元的容许温度的情况下，手动或自动地调整钢材与热电发电单元的距离，以使温度保持在允许温度以下。
即，为了不使热电发电装置超过耐热温度而被破坏，优选位置调整机构在热电发电单元的温度达到容许温度的情况下根据来自温度传感器的信息自动地调整位置。例如，优选如图4、图5所示地移动。
并且，上述位置调整机构在热电发电单元上安装作为温度监视机构的温度传感器，例如热电偶，并对从钢材或管材吸热的热电发电单元的温度是否进入能够高效地发电的温度例如250～280℃进行监视，在脱离的情况下手动或自动地调整钢材和热电发电单元的距离。另外，上述位置调整机构可以兼作为移动构件。
当然，本发明也可以在上述温度监视机构和位置调整机构的基础上，适当具备其他全部的实施方式。
根据本发明的热电发电方法将钢材辐射的热能转换为电能。因此，例如，在图6至图8所示的制造生产线中，将图1或图3至图5、图10至图11或图13至图16所示的形态的热电发电装置，即具有使热电发电单元能够一体移动的移动构件的热电发电装置作为基本结构，能够形成以下结构：根据钢材的温度、热电发电单元的温度及该热电发电单元的输出中的至少一项设置热电发电单元；根据钢材的温度、热电发电单元的温度及该热电发电单元的输出中的至少一项，与输出高的高温部相比在输出低的低温部更接近地设置热电发电单元；根据钢材的温度、热电发电单元的温度及该热电发电单元的输出中的至少一项，与输出低的低温部相比在输出高的高温部更密集地配置热电发电单元中的热电发电模块或热电元件；具备热反射材料；包围钢材的外周部；设有至少一个部位的开口部。
此外，使用根据本发明的热电发电装置，可以吸收钢材的热进行发电，并使用该发电产生的电能使该热电发电装置的热电发电单元移动。并且，在实施根据本发明的热电发电方法时，可以适当组合使用上述多个实施方式的热电发电装置。
实施例
为了确认根据本发明的热电发电装置的效果，使用具有1m2的面积的热电发电装置，该热电发电装置具备以70mm间隔设置50mm见方的热电发电模块的热电发电单元，将热电发电单元设置在图7所示的C位置，实施确认各个热电发电单元的输出的试验。
作为发明例1，在粗型材的开始通入时，使热电发电装置与粗型材的距离为3000mm，在粗型材前端通过后，使热电发电装置移动，实施将与粗型材的距离控制为775mm试验。此外，使用如下粗型材，钢材温度在宽度方向中央大致为1100℃，宽端部(距离宽端大约80mm以内的范围)温度为1050℃，宽度：900mm，厚度：40mm。
其结果是，相对于额定输出，得到75％的输出。并且，宽端部是60％的输出。
作为发明例2，在粗型材的开始通入时，使热电发电装置与粗型材的距离为3000mm，在粗型材前端通过后，使热电发电装置移动。实施将与粗型材的距离控制为670mm的试验。此外，使用如下粗型材。钢材温度在整个宽度方向上大致为1100℃，宽度：900mm，厚度：40mm。
其结果是，相对于额定输出，宽度方向大致按照额定输出进行发电，但在宽端部是80％的输出。
作为发明例3，形成图10所示的结构，并实施在中央部分，将热电发电单元与板坯的距离控制为670mm，在宽端部，将该距离控制为580mm的试验。此外，粗型材使用与上述发明例2相同的温度分布的粗型材。
其结果是，在宽度方向整体得到大致额定输出。
作为发明例4，选用图11所示的结构，在中央部分以70mm间隔配置热电发电单元中的热电模块，并在宽端部以79mm间隔配置，实施将单元与板坯的距离控制为670mm的试验。此外，粗型材使用与上述发明例2相同的温度分布的粗型材。
其结果是，在宽度方向上得到大致额定输出。但是，与发明例3相比在宽端部处热电发电模块的个数少，因此总输出比发明例3小。
作为发明例5，在中央部分以63mm间隔配置热电发电单元中的热电模块，并在宽端部以70mm间隔配置，实施将单元与板坯的距离控制为580mm的试验。此外，粗型材使用与上述发明例2相同的温度分布的粗型材。
其结果是，在宽度方向上得到大致额定输出。在该情况下，与发明例3相比热电发电模块的个数多，因此总输出比发明例3大。
作为发明例6，选用图13(a)所示的结构，并实施对将热聚集到热电发电单元的热反射材料进行配置的试验。此外，粗型材使用与上述发明例2相同的温度分布的粗型材。
其结果是，热电发电单元能够得到大致额定输出。
作为发明例7，进一步实施设置四个热电发电装置以包围粗型材的外周部的试验。此外，粗型材使用与上述发明例2相同的温度分布的粗型材。
其结果是，热电发电单元的数量增加，与发明例4相比，能够得到2.1倍的输出。
作为发明例8，实施只有粗型材上表面的热电发电单元能够移动，并设置开口部的控制。
即，在粗型材开始通入时以上表面为开口部，在稳定通入后实施使上表面的热电发电装置接近粗型材的试验。此外，粗型材使用与上述发明例2相同的尺寸且相同的温度分布的粗型材。
其结果是，不会使装置破损，在整个热电发电装置中能够得到大致额定输出。
在发明例9中，使用安装于热电发电单元的温度监视机构，利用移动构件调整距离，以使受热板温度在250～280℃的范围。此外，粗型材使用与上述发明例2相同的温度分布的粗型材。其结果是，在宽度方向整体得到大致额定输出。
在发明例10中，使用安装于热电发电单元的温度监视机构，实施试验。由于受热板温度超过280℃，所以移动构件自动地运转，使热电发电单元从热源向远处退避。其结果是，能够在耐热温度以下运用热电发电模块，并且维持性能。
比较例1使用与上述发明例1相同的热电发电单元和粗型材，并在与上述发明例1相同的场所设置热电发电单元。该设置时，为了不使热电发电装置破损，使热电发电装置与粗型材的距离为3000mm并进行试验。其结果是，只得到额定输出的1％左右的输出。
在比较例2中，热电发电单元包括由于长期使用而热电发电性能劣化的热电发电模块，在使用含有上述热电发电单元的装置时，虽然监视输出，但未监视温度，因此一部分的热电发电模块超过容许温度，从而一部分的热电发电装置破损。
根据以上发明例和比较例的结果，能够确认根据本发明的热电发电装置的效果。此外，以上实施例避开非稳定状态，并根据作为钢材的粗型材的温度使热电发电单元的设置场所移动，但除此之外，根据连续铸造中的热板坯、热轧装置中的板坯、热轧钢带及锻焊管设备中的板材或管材、乃至其他钢管、钢棒、盘条及钢轨等条型钢的温度进行移动，或者根据热电发电单元的输出进行移动，对包围外周部的热电发电装置、或具有开口部的热电发电装置进行移动，也能够得到同样的结果。
工业实用性
根据本发明，能够将钢材产生的热有效地转换为电能，因此有助于制造工厂的节能。
附图标记说明
1：热电发电单元；
2：移动构件；
3：热电发电装置；
4：工作台托辊；
5：钢材；
6：热电元件；
7：电极；
8：热电发电模块；
9：绝缘材料；
10：受热构件；
11：放热构件；
12：浇包；
13：中间包；
14：铸模；
15：板坯冷却装置；
16：矫直辊等辊组；
17：板坯切断装置；
18：温度计；
19：热电发电装置；
20：引锭杆工作台；
21：钢板；
22：管材；
23：加热炉；
24：成型锻焊机；
25：退热器；
26：旋转热锯；
27：冷床；
28：定径机；
29：矫直机；
30：热反射材料。

Claims (10)

1.一种热电发电装置，具备将钢材辐射的热能转换为电能的热电发电单元，该热电发电装置的特征在于，
所述热电发电装置具有使所述热电发电单元能够一体移动的移动构件，所述移动构件是根据所述钢材的温度和所述钢材的高度变动，对所述热电发电单元与所述钢材的距离进行控制的移动构件，
另外，根据所述热电发电单元的输出，与输出低的低温部相比在输出高的高温部更密集地配置所述热电发电单元中的热电发电模块或热电元件，
所述热电发电单元的设置面的形状形成为从所述钢材的行进方向看将椭圆切成一半的形状，在该设置面上使所述热电发电单元与所述钢材对置，并且根据该热电发电单元的输出进行设置。
2.根据权利要求1所述的热电发电装置，其特征在于，
根据该热电发电单元的输出，与输出高的高温部相比在输出低的低温部更接近所述钢材地设置所述热电发电单元。
3.根据权利要求1或2所述的热电发电装置，其特征在于，
所述热电发电装置具备热反射材料。
4.根据权利要求1或2所述的热电发电装置，其特征在于，
进一步根据该热电发电单元的温度和/或钢材的温度设置所述热电发电单元。
5.根据权利要求1或2所述的热电发电装置，其特征在于，
所述热电发电装置设有至少一个部位的开口部。
6.一种热电发电方法，使用权利要求1至5中任一项所述的热电发电装置，吸收钢材的热进行热电发电。
7.根据权利要求1所述的热电发电装置，其特征在于，
所述热电发电单元具备对热电发电单元的温度进行监视的机构，并且具备位置调整机构，在该机构监视的温度达到热电发电单元的容许温度时，所述位置调整机构使热电发电单元移动，以将热电发电单元的温度保持在上述容许温度以下。
8.根据权利要求7所述的热电发电装置，其特征在于，
所述对热电发电单元的温度进行监视的机构具有热电偶，该热电偶配置在对热电发电单元的受热板的温度进行测量的位置。
9.根据权利要求7所述的热电发电装置，其特征在于，
所述热电发电单元与钢材对置，并且根据该热电发电单元的温度和/或输出进行设置。
10.一种热电发电方法，使用权利要求7至9中任一项所述的热电发电装置，吸收钢材的热进行发电，使用该发电产生的电能使该热电发电装置的热电发电单元移动。
CN201480017504.2A 2013-03-27 2014-03-27 热电发电装置及使用该热电发电装置的热电发电方法 Active CN105103431B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013-067145 2013-03-27
JP2013067145 2013-03-27
PCT/JP2014/001806 WO2014156178A1 (ja) 2013-03-27 2014-03-27 熱電発電装置およびそれを用いた熱電発電方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105103431A CN105103431A (zh) 2015-11-25
CN105103431B true CN105103431B (zh) 2018-06-29

Family

ID=51623189

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480017504.2A Active CN105103431B (zh) 2013-03-27 2014-03-27 热电发电装置及使用该热电发电装置的热电发电方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20160020375A1 (zh)
JP (1) JP5832697B2 (zh)
CN (1) CN105103431B (zh)
WO (1) WO2014156178A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6500685B2 (ja) * 2015-08-03 2019-04-17 株式会社デンソー 熱電発電装置
CN105656355A (zh) * 2016-03-28 2016-06-08 安徽工业大学 一种钢铁生产中高温热辐射余热温差发电装置及发电方法
BR112019006656A2 (pt) 2016-10-04 2019-07-02 Jfe Steel Corp máquina de corte e método de geração de potência termoelétrica
CN109713940B (zh) * 2018-12-29 2021-04-13 联想(北京)有限公司 一种电子设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2119169A (en) * 1982-04-28 1983-11-09 Energy Conversion Devices Inc Thermoelectric systems
JP4366114B2 (ja) * 2003-05-15 2009-11-18 株式会社小松製作所 熱電発電装置
CN102025296A (zh) * 2009-09-17 2011-04-20 东芝三菱电机产业系统株式会社 热回收装置
JP2011176131A (ja) * 2010-02-24 2011-09-08 Toshiba Corp 熱電発電装置および熱電発電システム
CN103061856A (zh) * 2011-10-24 2013-04-24 通用电气航空系统有限公司 用于飞行器的热电发电

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1979085A (en) * 1930-12-06 1934-10-30 Brown Instr Co Thermocouple
JPS5816143B2 (ja) * 1975-06-26 1983-03-29 新日本製鐵株式会社 キンゾクザイリヨウノヒヨウメンキズケンシユホウホウ
DE102010036188A1 (de) * 2009-10-28 2011-05-05 Sms Siemag Ag Verfahren zur Energierückgewinnung in hüttentechnischen Anlagen und hüttentechnische Anlage auf Bais von Thermoelementen
JP5505179B2 (ja) * 2010-08-06 2014-05-28 新東工業株式会社 熱電発電ユニット
JP5991131B2 (ja) * 2011-10-06 2016-09-14 Ｊｆｅスチール株式会社 鍛接管設備列およびそれを用いた熱電発電方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2119169A (en) * 1982-04-28 1983-11-09 Energy Conversion Devices Inc Thermoelectric systems
JP4366114B2 (ja) * 2003-05-15 2009-11-18 株式会社小松製作所 熱電発電装置
CN102025296A (zh) * 2009-09-17 2011-04-20 东芝三菱电机产业系统株式会社 热回收装置
JP2011176131A (ja) * 2010-02-24 2011-09-08 Toshiba Corp 熱電発電装置および熱電発電システム
CN103061856A (zh) * 2011-10-24 2013-04-24 通用电气航空系统有限公司 用于飞行器的热电发电

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014156178A1 (ja) 2014-10-02
US20160020375A1 (en) 2016-01-21
CN105103431A (zh) 2015-11-25
JP5832697B2 (ja) 2015-12-16
JPWO2014156178A1 (ja) 2017-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105103432B (zh) 热电发电装置及热电发电方法
CN105103431B (zh) 热电发电装置及使用该热电发电装置的热电发电方法
JP2013151023A (ja) 連続鋳造設備列およびそれを用いた熱電発電方法
JP5991131B2 (ja) 鍛接管設備列およびそれを用いた熱電発電方法
WO2014050127A1 (ja) 製造設備列および熱電発電方法
CN104661768B (zh) 制造设备列以及热电发电方法
JP6217776B2 (ja) 製造設備列および熱電発電方法
JP5998983B2 (ja) 連続鋳造設備列およびそれを用いた熱電発電方法
JP5958433B2 (ja) 鋳造および圧延を行う鋼板製造設備列およびそれを用いた熱電発電方法
JP6112154B2 (ja) 製鉄所の製造設備列及び熱電発電方法
JP5973485B2 (ja) 熱電発電装置および熱電発電方法
JP6011221B2 (ja) 鍛接管設備列およびそれを用いた熱電発電方法
JP2013048229A (ja) 熱電発電装置及び熱電発電方法
JP6107989B2 (ja) 熱電発電装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant