JP2008034700A - Heat treatment device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱源と熱源に向けて積層される複数の熱電モジュールを備える熱処理装置に関するものである。 The present invention relates to a heat treatment apparatus including a heat source and a plurality of thermoelectric modules stacked toward the heat source.
抵抗加熱炉や連続炉等の工業炉(熱処理装置)には、複数の熱電素子からなる熱電モジュールを備えるものがある。このような熱電モジュールは、高温側と低温側との温度差によって起電力を発生するP型発電素子とN型発電素子とが交互に複数接続されることによって構成されている。 Some industrial furnaces (heat treatment apparatuses) such as resistance heating furnaces and continuous furnaces include a thermoelectric module including a plurality of thermoelectric elements. Such a thermoelectric module is configured by alternately connecting a plurality of P-type power generation elements and N-type power generation elements that generate an electromotive force due to a temperature difference between a high temperature side and a low temperature side.
ところで、熱電モジュールは、その形成材料によって、最も効率的に発電が可能な温度領域が異なる。例えば、ビスマステルル系材料を形成材料として用いる熱電モジュールが効率的に発電することが可能な温度領域は、200〜300℃である。
ところが、抵抗加熱炉や連続炉等の工業炉では、炉内の温度が高温となり、熱電モジュールが効率的に発電することが可能な温度領域を越える。このため、従来の工業炉では、熱電モジュールを熱源の方向に複数積層させる構成を採る場合があった。このように、熱電モジュールを熱源の方向に複数積層させることによって、積層される複数の熱電モジュールに熱負荷が分散するため、各熱電モジュールの高温側の温度と低温側の温度との差温を、熱電モジュールが効率的に発電可能な温度領域に近づけることができ、より効率的な発電を行うことが可能となる。
However, in an industrial furnace such as a resistance heating furnace or a continuous furnace, the temperature in the furnace becomes high, exceeding the temperature range in which the thermoelectric module can efficiently generate power. For this reason, in the conventional industrial furnace, the structure which laminated | stacked several thermoelectric modules in the direction of a heat source may be taken. In this way, by laminating a plurality of thermoelectric modules in the direction of the heat source, the thermal load is distributed to the plurality of laminated thermoelectric modules, so the difference between the temperature on the high temperature side and the temperature on the low temperature side of each thermoelectric module is determined. Thus, the thermoelectric module can be brought close to a temperature range where power can be generated efficiently, and more efficient power generation can be performed.
しかしながら、工業炉の炉内の温度は必ずしも安定はしていない。このため、上述のように熱電モジュールを熱源の方向に複数積層させることによって効率的な発電を実現した場合であっても、炉内の温度変動に応じて熱電モジュールからの出力値が変動するため、安定した出力を得ることができなかった。 However, the temperature in the furnace of an industrial furnace is not necessarily stable. For this reason, even if it is a case where efficient electric power generation is realized by laminating a plurality of thermoelectric modules in the direction of the heat source as described above, the output value from the thermoelectric module varies depending on the temperature variation in the furnace. , Could not get a stable output.
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、熱電モジュールから効率的にかつ安定した出力を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to obtain an efficient and stable output from a thermoelectric module.
上記目的を達成するために、本発明は、熱源と、該熱源に向けて積層される複数の熱電モジュールと、複数の上記熱電モジュールのうち低温側に設置される第1熱電モジュールと高温側に設置される第2熱電モジュールとの間に設置され、かつ、所定の温度に設定される温度設定層とを備えることを特徴とする。 To achieve the above object, the present invention provides a heat source, a plurality of thermoelectric modules stacked toward the heat source, a first thermoelectric module installed on a low temperature side among the plurality of thermoelectric modules, and a high temperature side. It is provided between the 2nd thermoelectric module installed, and is provided with the temperature setting layer set to predetermined temperature, It is characterized by the above-mentioned.
このような特徴を有する本発明によれば、第1熱電モジュールと第2熱電モジュールとの間に所定の温度に設定される温度設定層が設置される。そして、温度設定層の温度を設定することによって、第1熱電モジュールの高温側が温度設定層の温度雰囲気に晒される。 According to the present invention having such characteristics, a temperature setting layer that is set to a predetermined temperature is installed between the first thermoelectric module and the second thermoelectric module. And by setting the temperature of the temperature setting layer, the high temperature side of the first thermoelectric module is exposed to the temperature atmosphere of the temperature setting layer.
また、本発明においては、上記温度設定層が、上記所定の温度に設定される流体と、該流体の流れる流路とを備えるという構成を採用することができる。
また、このような構成を採用する場合には、内部において所定方向に流体が流される水冷ジャケット上に上記第1熱電モジュールが設置されている場合に、上記温度設定層の上記流体が、上記水冷ジャケットの内部に流れる上記流体と同一方向に流されるという構成を採用することができる。
In the present invention, a configuration in which the temperature setting layer includes a fluid set to the predetermined temperature and a flow path through which the fluid flows can be employed.
Further, when such a configuration is adopted, when the first thermoelectric module is installed on a water cooling jacket in which a fluid flows in a predetermined direction, the fluid of the temperature setting layer is cooled by the water cooling. A configuration can be adopted in which the fluid flows in the same direction as the fluid flowing inside the jacket.
また、本発明においては、上記第1熱電モジュールが、ビスマステルル系材料を用いて形成されているという構成を採用することができる。
このような構成を採用する場合には、上記温度設定層は、上記第1熱電モジュールの低温側と高温側との差温が200〜300℃となるように温度設定されるという構成を採用することができる。
Moreover, in this invention, the said 1st thermoelectric module can employ | adopt the structure that it is formed using the bismuth tellurium type material.
In the case of adopting such a configuration, the temperature setting layer employs a configuration in which the temperature is set such that the temperature difference between the low temperature side and the high temperature side of the first thermoelectric module is 200 to 300 ° C. be able to.
本発明によれば、温度設定層の温度を設定することによって、第1熱電モジュールの高温側が温度設定層の温度雰囲気に晒される。温度設定層の温度は、所定の温度に強制的に設定されているため、熱源の温度が変動した場合であっても、熱源の温度変動と比較して変動が小さい。このため、第1熱電モジュールから安定した出力が得られる。
したがって、本発明によれば、第1熱電モジュールが効率的に発電可能な温度に温度設定層の温度を設定することによって、熱電モジュールから効率的にかつ安定した出力を得ることが可能となる。
According to the present invention, by setting the temperature of the temperature setting layer, the high temperature side of the first thermoelectric module is exposed to the temperature atmosphere of the temperature setting layer. Since the temperature of the temperature setting layer is forcibly set to a predetermined temperature, even when the temperature of the heat source fluctuates, the fluctuation is smaller than the temperature fluctuation of the heat source. For this reason, a stable output can be obtained from the first thermoelectric module.
Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain an efficient and stable output from the thermoelectric module by setting the temperature of the temperature setting layer to a temperature at which the first thermoelectric module can efficiently generate power.
以下、図面を参照して、本発明に係る熱処理装置の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。 Hereinafter, an embodiment of a heat treatment apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the scale of each member is appropriately changed in order to make each member a recognizable size.
(第1実施形態)
本第1実施形態では、本発明を抵抗加熱炉(熱処理装置)に適用した場合について説明する。
図1は、本実施形態の抵抗加熱炉1の概略構成を模式的に示した断面図である。この図に示すように、本実施形態の抵抗加熱炉1は、最外殻として構成される水冷ジャケット2と、水冷ジャケット2の内部に収納されるとともに断熱材3aによって覆われた加熱室3と、水冷ジャケット2の一方側から加熱室3の内部に連通されるガス供給管4と、水冷ジャケット2の他方側から加熱室3の内部に連通される廃ガス管5と、水冷ジャケット2及び加熱室3を貫通して設置される電気ヒータ6とを備えている。
(First embodiment)
In the first embodiment, a case where the present invention is applied to a resistance heating furnace (heat treatment apparatus) will be described.
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of a resistance heating furnace 1 of the present embodiment. As shown in this figure, a resistance heating furnace 1 of the present embodiment includes a
このような本実施形態の抵抗加熱炉1においては、加熱室3の内部にワークwを載置し、さらに水冷ジャケット2と加熱室3との間の空間7を真空雰囲気あるいは所定のガス雰囲気にした状態で、電気ヒータ6を駆動する。この際、ガス供給管4から所定ガスを加熱室3に供給することによって、ワークwが所定ガス雰囲気で加熱処理される。なお、所定ガスは、廃ガス管5を介して加熱室3から外部に排気される。
In the resistance heating furnace 1 of this embodiment, the workpiece w is placed inside the
そして、本実施形態の抵抗加熱炉1では、ユニット化された熱電モジュール8が加熱室3に向けて2段に積層された状態で、水冷ジャケット2の内壁部2aに複数設置されている。各熱電モジュール8は、周知のP型熱電素子とN型熱電素子とが基板上に交互に配列されるとともに互いに直列に接続されたものである。
なお、以下の説明において、2段に積層された熱電モジュール8のうち、水冷ジャケット2側に位置する熱電モジュール8を下段熱電モジュール81(第1熱電モジュール)と称し、加熱室3側に位置する熱電モジュール8を上段熱電モジュール82(第2熱電モジュール)と称する。
In the resistance heating furnace 1 of the present embodiment, a plurality of unitized
In the following description, among the
図2は、熱電モジュール8の近傍を模式的に示した断面図である。この図に示すように、本実施形態の抵抗加熱炉1は、低温側に設置される下段熱電モジュール81と、高温側に設置される上段熱電モジュール82と、下段熱電モジュール81と上段熱電モジュール82との間に設置される温度設定部9(温度設定層)とを備えている。
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the vicinity of the
下段熱電モジュール81は、一方側の面(低温側の面)が水冷ジャケット2の内壁部2aに当接された状態で、他方側の面(高温側の面)が温度設定部9に当接された状態で設置されている。なお、下段熱電モジュール81が当接される水冷ジャケット2の内部には、冷却水Xが所定方向に流されており、これによって水冷ジャケット2の表面すなわち下段熱電モジュール81の低温側の面が室温程度となるように温度設定されている。
この下段熱電モジュール81は、熱電モジュール8の中でも主たる発電機能を有するものであり、最も高い発電効率を発揮することが可能なビスマステルル系材料を用いたP型熱電素子とN型熱電素子とを有するものである。なお、このビスマステルル系材料を用いたP型熱電素子とN型熱電素子とを有する下段熱電モジュール81は、低温側の面と高温側の面との差温が200〜300℃において高い発電効率を発揮し、特に250℃近傍において最も高い発電効率を発揮する。
The lower
The lower
温度設定部9は、上述のように下段熱電モジュール81と上段熱電モジュール82との間に設置されており、所定の温度に設定された油Y(流体)と、この油Yが流れる流路91とによって構成されている。なお、図1に示すように、温度設定部9の流路91は、全ての下段熱電モジュール81と上段熱電モジュール82との間に亘って配設されており、全ての下段熱電モジュール81と上段熱電モジュール82との間に油Yが流れるように構成されている。そして、油Yは、水冷ジャケット2の内部を流れる冷却水Xと同一方向に流される。
また、本実施形態においては、油Yの温度は、200〜300℃に設定されている。このため、温度設定部9の温度が200〜300℃となり、下段熱電モジュール81の高温側の面が200〜300℃となる。すなわち温度設定部9の温度は、下段熱電モジュール81が効率的に発電することが可能な差温を生じるように設定されている。
The
In the present embodiment, the temperature of the oil Y is set to 200 to 300 ° C. For this reason, the temperature of the
そして、上述のように、下段熱電モジュール81は、高温側の面と低温側の面との温度差が250℃近傍において最も高い発電効率を発揮するビスマステルル系材料を用いて形成されている。このため、低温側の面が室温程度とされ、高温側の面が200〜300℃とされる本実施形態における下段熱電モジュール81は、効率的な発電を行うことが可能となる。
As described above, the lower
上段熱電モジュール82は、一方側の面(低温側の面)が温度設定部9に当接された状態で、他方側の面(高温側の面)が加熱室3に向けられた状態で設置されている。
この上段熱電モジュール82は、高温側の面と低温側の面との間に生じる差温に応じた材料を用いたP型熱電素子とN型熱電素子とを有するものである。
The upper
The upper
図3は、P型熱電素子及びN型熱電素子の形成材料の違いによる発電効率の違いを説明するためのグラフであり、横軸が絶対温度、縦軸が性能指数を示している。
この図に示すように、ビスマステルル系の材料を用いてP型熱電素子とN型熱電素子とが形成された熱電モジュールは200〜300℃の範囲で高い発電効率を発揮する。これに対して、鉛テルル系の材料を用いてP型熱電素子とN型熱電素子とが形成された熱電モジュールは600〜700℃の範囲で高い発電効率を発揮し、シリコンゲルマニウム系の材料を用いてP型熱電素子とN型熱電素子とが形成された熱電モジュールは1200℃近傍で高い発電効率を発揮する。
このため、例えば加熱室3からの輻射線を受けることによって生じる上段熱電モジュール82の高温側の面の温度、すなわち上段熱電モジュール82の高温側の面が晒される温度が約900℃である場合には、上段熱電モジュール82の高温側の面と低温側の面(温度設定部9に当接する面)との差温が約600〜700℃の範囲となる。よって、このような場合には、鉛テルル系の材料を用いてP型熱電素子とN型熱電素子とが形成された熱電モジュールを上段熱電モジュールとして用いることが好ましい。
FIG. 3 is a graph for explaining the difference in power generation efficiency due to the difference in the formation materials of the P-type thermoelectric element and the N-type thermoelectric element, with the horizontal axis indicating the absolute temperature and the vertical axis indicating the performance index.
As shown in this figure, a thermoelectric module in which a P-type thermoelectric element and an N-type thermoelectric element are formed using a bismuth tellurium-based material exhibits high power generation efficiency in a range of 200 to 300 ° C. In contrast, thermoelectric modules in which P-type thermoelectric elements and N-type thermoelectric elements are formed using lead tellurium-based materials exhibit high power generation efficiency in the range of 600 to 700 ° C., and silicon germanium-based materials are used. The thermoelectric module in which the P-type thermoelectric element and the N-type thermoelectric element are used exhibits high power generation efficiency in the vicinity of 1200 ° C.
For this reason, for example, when the temperature of the high temperature side surface of the upper
図1に戻り、各熱電モジュール8は、ダイオード等の逆流防止器10を備えた電力回収ライン11を介して蓄電装置12と接続されている。蓄電装置12は、電力供給ライン13を介して制御装置14と接続されている。そして、制御装置14は、蓄電装置12から供給される電力を用いて動作する。
Returning to FIG. 1, each
図4は、水冷ジャケット2の内部を流れる冷却水Xの流路20と、温度設定部9の油Yの流路30とを模式的に示した図である。この図に示すように、冷却水Xの流路20は、水冷ジャケット2の内部を含む循環流路として構成されており、その途中部位にポンプ機能を有するチラー21が設置されている。そして、冷却水Xは、チラー21の駆動によって流路20内を流れるとともに、チラー21を通過する際に室温まで冷却される。また、油Yの流路30は、温度設定部9の流路91を含む循環流路として構成されており、その途中部位に油Yの熱を回収して温度を200〜300℃にするための熱交換器31と、油Yに流れを付与するポンプ32とが設置されている。そして、油Yは、ポンプ32の駆動によって流路30内を流れるとともに、熱交換器31を通過する際にその温度を200〜300℃に冷却される。なお、熱交換器31に熱電モジュールを付設し、熱交換器31において回収した熱を用いて発電を行っても良い。これによって、温度設定部9の流路91を流れることによって、油Yに吸熱された抵抗加熱炉1の内部の熱が電力に変換されるため、より効率的な抵抗加熱炉となる。また、熱交換器31において回収した熱によって蒸気を生成し、蒸気タービンを駆動して発電を行っても良い。また、熱交換器31によって回収した熱は、お湯等の生成に用いても良い。
FIG. 4 is a diagram schematically showing the
このような本実施形態の抵抗加熱炉1によれば、下段熱電モジュール81と上段熱電モジュール82とが加熱室3(熱源)方向に積層されているため、単一層の熱電モジュールしか設置されていない場合と比較して、各熱電モジュール8の低温側の面と高温側の面との差温が小さくなる。したがって、抵抗加熱炉1の内部温度が、単一層の熱電モジュールにおいて効率的な発電を行える温度を越えている場合であっても、本実施形態の抵抗加熱炉1によれば、効率的な発電を行うことが可能となる。
また、本実施形態の抵抗加熱炉1によれば、下段熱電モジュール81と上段熱電モジュール82との間に温度設定部9が設置されている。このため、温度設定部9に当接される下段熱電モジュール81の高温側の面が常に温度設定部9の温度とされる。温度設定部9の温度は、油Yの温度によって強制的に設定されているため、加熱室3からの輻射線量すなわち熱源の温度が変動した場合であっても、下段熱電モジュール81の高温側の面の温度変動を小さくすることができる。よって、発電の主たる機能を有する下段熱電モジュール81から安定した出力を得ることができる。
したがって、本実施形態の抵抗加熱炉1によれば、熱電モジュール8から効率的にかつ安定した出力を得ることが可能となる。
According to the resistance heating furnace 1 of this embodiment as described above, since the lower
Further, according to the resistance heating furnace 1 of the present embodiment, the
Therefore, according to the resistance heating furnace 1 of the present embodiment, an efficient and stable output can be obtained from the
また、本実施形態の抵抗加熱炉1によれば、温度設定部9の油Yは、水冷ジャケット2の内部を流れる冷却水Xと同一方向に流される。
温度設定部9の油Yと、水冷ジャケット2の内部を流れる冷却水Xとは、抵抗加熱炉1の内部において高温雰囲気に晒されるため、徐々に温度が上昇してしまう。しかしながら、本実施形態の抵抗加熱炉1においては、温度設定部9の油Yが、水冷ジャケット2の内部を流れる冷却水Xと同一方向に流されるため、図5に示すように、油Yと冷却水Xとが同様に昇温し、油Yの温度と冷却水Xの温度との差温が常に一定となる。このため、下段熱電モジュール81の高温側の面と低温側の面との温度差が、常に一定となり、下段熱電モジュール81から安定した出力を得ることができる。
Further, according to the resistance heating furnace 1 of the present embodiment, the oil Y of the
Since the oil Y of the
また、本実施形態の抵抗加熱炉1においては、下段熱電モジュール81の低温側の面が水冷ジャケット2と当接されている。この水冷ジャケット2の内部には、室温程度に温度設定された冷却水Xが流れているため、下段熱電モジュール81の低温側の面の温度を室温程度に安定させることが可能となる。このため、本実施形態の抵抗加熱炉1においては、下段熱電モジュール81の温度変動を抑止し、下段熱電モジュール81からの出力をさらに安定させることができる。
Further, in the resistance heating furnace 1 of the present embodiment, the low temperature side surface of the lower
また、本実施形態の抵抗加熱炉1においては、ビスマステルル系材料を用いて形成された熱電モジュールを下段熱電モジュール81として用いている。
このため、高効率で熱を電力に変換することが可能となり、より効率的な抵抗加熱炉1となっている。
Further, in the resistance heating furnace 1 of the present embodiment, a thermoelectric module formed using a bismuth tellurium-based material is used as the lower
For this reason, it becomes possible to convert heat into electric power with high efficiency, and the resistance heating furnace 1 is more efficient.
また、さらに本実施形態の抵抗加熱炉1においては、ビスマステルル系材料を用いて形成された熱電モジュールが最も効率的に発電が行えるように、温度設定部9の温度が200〜300℃に設定され、水冷ジャケット2の内部を流れる冷却水Xが室温程度に設定されている。すなわち、下段熱電モジュール81の低温側と高温側との差温が、ビスマステルル系材料を用いて形成された熱電モジュールが最も効率的に発電可能な温度に設定されている。
このため、本実施形態の抵抗加熱炉1によれば、熱電モジュール8によって、より効率的な発電を行うことが可能となる。
Further, in the resistance heating furnace 1 of the present embodiment, the temperature of the
For this reason, according to the resistance heating furnace 1 of the present embodiment, the
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。なお、本第2実施形態において、上記第1実施形態と同様の部分については、同一符合を付し、その説明を省略あるいは簡略化する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.
本第2実施形態では、本発明を連続炉に適用した例について説明する。
図6は、本第2実施形態の連続炉40を模式的に示した断面図である。この図に示すように、本実施形態の連続炉40は、加熱することによってワークwの温度を上昇させる昇温部41と、昇温部41によって昇温されたワークwを、温度を保持した状態で所定ガス雰囲気に晒すことによってガス処理する保持部42と、保持部42によってガス処理されたワークwを水冷板44によって冷却する冷却部43とを有している。そして、昇温部41と保持部42と冷却部43とは連接されており、ワークwは、ベルトコンベア等の搬送部45によって昇温部41、保持部42、冷却部43の順に搬送される。
In the second embodiment, an example in which the present invention is applied to a continuous furnace will be described.
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing the
このような連続炉40においては、ワークwが加熱された状態で搬送されるため、常にワークwから輻射線が射出される。すなわち、本実施形態の連続炉40においては、ワークwが熱源となっている。
In such a
そして、昇温部41の内壁部41aと、保持部42の内壁部42aと、冷却部43の内壁部43aとに、下段熱電モジュール81及び上段熱電モジュール82が複数設置され、図6に示すように、各下段熱電モジュール81と各上段熱電モジュール82との間に温度設定部9が設置されている。
A plurality of lower-stage
このような構成を有する本実施形態の連続炉40においても、熱源からの輻射線による熱が熱電モジュール8(下段熱電モジュール81,上段熱電モジュール82)によって電力に変換される。そして、熱電モジュール8によって発電された電力は、蓄電装置12(図6においては不図示)に一時的に蓄電された後、制御装置14(図6においては不図示)の動作によって消費される。
Also in the
そして、本実施形態の連続炉40によれば、上記第1実施形態の抵抗加熱炉1と同様に、下段熱電モジュール81と上段熱電モジュール82とがワークw(熱源)方向に積層されているため、単一層の熱電モジュールしか設置されていない場合と比較して、各熱電モジュール8の低温側の面と高温側の面との差温が小さくなる。したがって、連続炉40の内部温度が、単一層の熱電モジュールにおいて効率的な発電を行える温度を越えている場合であっても、本実施形態の連続炉40によれば、効率的な発電を行うことが可能となる。
また、本実施形態の連続炉40によれば、下段熱電モジュール81と上段熱電モジュール82との間に温度設定部9が設置されている。このため、温度設定部9に当接される下段熱電モジュール81の高温側の面が常に温度設定部9の温度とされる。温度設定部9の温度は、油Yの温度によって強制的に設定されているため、ワークwからの輻射線量すなわち熱源の温度が変動した場合であっても、下段熱電モジュール81の高温側の面の温度変動を小さくすることができる。よって、発電の主たる機能を有する下段熱電モジュール81から安定した出力を得ることができる。
したがって、本実施形態の連続炉40によれば、熱電モジュール8から効率的にかつ安定した出力を得ることが可能となる。
And according to the
Further, according to the
Therefore, according to the
なお、本実施形態の連続炉40においては、昇温部41と保持部42と冷却部43との内部温度が異なるため、各部41〜43の内部温度に応じて、効率的な発電が成されるように、上段熱電モジュールの形成材料が適宜選択される。
In the
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る熱処理装置の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 As mentioned above, although preferred embodiment of the heat processing apparatus which concerns on this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to the said embodiment. Various shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described embodiments are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.
例えば、上記実施形態においては、本発明の熱処理装置の一例として、抵抗加熱炉や連続炉を挙げて説明した。
しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、輻射線を射出する熱源を有する熱処理装置全般に適用することができる。また、本発明の熱処理装置は、処理対象物を加熱等熱処理する熱源を有する装置、あるいは加熱された処理対象物を熱源として有する装置に限定されるものではなく、廃熱等によって所定の部位が加熱される装置を含むものである。例えば、燃焼機関の排ガス煙道を熱源として備え、この排ガス煙道からの熱を熱電モジュールにて電力に変換する装置等も、本発明の熱処理装置に含まれるものである。
For example, in the above embodiment, a resistance heating furnace or a continuous furnace has been described as an example of the heat treatment apparatus of the present invention.
However, the present invention is not limited to this, and can be applied to any heat treatment apparatus having a heat source that emits radiation. Further, the heat treatment apparatus of the present invention is not limited to an apparatus having a heat source for heat-treating a processing object such as a heating object, or an apparatus having a heated processing object as a heat source. Including a device to be heated. For example, an apparatus that includes an exhaust gas flue of a combustion engine as a heat source and converts heat from the exhaust gas flue into electric power by a thermoelectric module is also included in the heat treatment apparatus of the present invention.
また、上記実施形態においては、熱電モジュールが2段に積層される構成とした。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、さらに複数の熱電モジュールを積層させても良い。
このような場合には、各熱電モジュールの間に温度設定部9を設置しても良いし、主たる発電機能を有するメインの熱電モジュールすなわち最も発電量の大きい熱電モジュールの高温側面に当接するように温度設定部9を設置しても良い。
In the above embodiment, the thermoelectric modules are stacked in two stages. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of thermoelectric modules may be stacked.
In such a case, the
また、上記実施形態においては、温度設定部9は、油Yによって温度設定されるものとして説明した。
しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、温度設定部9の温度設定のために、各種流体を用いることができる。例えば、油Yの替わりに、水、有機化合物を含む溶液、塩水溶液、酸性またはアルカリ性水溶液、あるいはこれら流体の混合溶液等の流体を用いることもできる。また、さらには、液体金属、エマルジョン、あるいは粒子を含んだ懸濁液等を用いることもできる。また、液体の替わりに気体を用いても良い。そして、より温度設定部9に用いられる流体としては、蓄熱材であることが好ましい。
なお、上述の各種流体を油Yの替わりに用いる場合には、温度設定部9の安定した温度を確保するために、各種流体が相変態を起こさないように、圧力を調整することが好ましい。
また、この他にも、油Yの替わりに、融点が一定でないものの、温度が安定するシャーベット状高温混合物を用いることもできる。これによって、温度設定部9の温度が熱源からの輻射線によって上昇することを抑止することができ、各熱電モジュールからの出力を一定にすることが可能となる。
Moreover, in the said embodiment, the
However, the present invention is not limited to this, and various fluids can be used for the temperature setting of the
In addition, when using the above-mentioned various fluids instead of the oil Y, in order to ensure the stable temperature of the
In addition to this, instead of the oil Y, a sherbet-like high-temperature mixture in which the melting point is not constant but the temperature is stable can also be used. Thereby, it can suppress that the temperature of the
また、水冷ジャケット2内に流れる冷却水Xの替わりに、有機化合物を含む溶液、塩水溶液、エマルジョン、あるいは粒子を含んだ懸濁液等を用いることもできる。
Further, instead of the cooling water X flowing in the
また、上記実施形態の上段熱電モジュール82の高温側の面に当接させて、フィン、受熱板やヒートパイプ等の熱伝導部材を設置し、熱源の熱を効率的に上段熱電モジュール82の高温側の面に効率的に熱が伝達されるようにしても良い。
Further, heat conduction members such as fins, heat receiving plates and heat pipes are placed in contact with the high temperature side surface of the upper
1……抵抗加熱炉(熱処理装置)、2……水冷ジャケット、3……加熱室(熱源)、8……熱電モジュール、81……下段熱電モジュール(第1熱電モジュール)、82……上段熱電モジュール(第2熱電モジュール)、9……温度設定部(温度設定層)、91……流路、40……連続炉(熱処理装置)、w……ワーク、X……冷却水(流体)、Y……油(流体)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Resistance heating furnace (heat processing apparatus), 2 ... Water cooling jacket, 3 ... Heating chamber (heat source), 8 ... Thermoelectric module, 81 ... Lower thermoelectric module (1st thermoelectric module), 82 ... Upper thermoelectric Module (second thermoelectric module), 9 ... temperature setting section (temperature setting layer), 91 ... flow path, 40 ... continuous furnace (heat treatment device), w ... work, X ... cooling water (fluid), Y: Oil (fluid)
Claims (5)
該熱源に向けて積層される複数の熱電モジュールと、
複数の前記熱電モジュールのうち低温側に設置される第1熱電モジュールと高温側に設置される第2熱電モジュールとの間に設置され、かつ、所定の温度に設定される温度設定層と
を備えることを特徴とする熱処理装置。 A heat source,
A plurality of thermoelectric modules stacked toward the heat source;
A temperature setting layer installed between a first thermoelectric module installed on a low temperature side and a second thermoelectric module installed on a high temperature side among the plurality of thermoelectric modules, and set to a predetermined temperature. The heat processing apparatus characterized by the above-mentioned.
前記所定の温度に設定される流体と、
該流体の流れる流路と
を備えることを特徴とする請求項1記載の熱処理装置。 The temperature setting layer includes
A fluid set at the predetermined temperature;
The heat treatment apparatus according to claim 1, further comprising: a flow path through which the fluid flows.
前記温度設定層の前記流体は、前記水冷ジャケットの内部に流れる前記流体と同一方向に流される
ことを特徴とする請求項2記載の熱処理装置。 When the first thermoelectric module is installed on a water-cooled jacket in which fluid flows in a predetermined direction inside,
The heat treatment apparatus according to claim 2, wherein the fluid in the temperature setting layer is caused to flow in the same direction as the fluid flowing in the water cooling jacket.
5. The heat treatment apparatus according to claim 4, wherein the temperature setting layer is temperature-set so that a temperature difference between a low temperature side and a high temperature side of the first thermoelectric module is 200 to 300 ° C. 6.
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