JP2012235673A - 熱電発電装置およびそれを用いた熱電発電方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】熱電発電ユニットを、連続して溶融スラグを受滓する分割式金属製鋳型を有するスラグ鋳造装置の該分割式金属製鋳型の底部に組込む。
【選択図】図2
Description
このようなアスファルト舗装の表層に使用されるアスファルト・コンクリートは、骨材とアスファルトよりなっていて、骨材の比率が90%以上を占めている。また、骨材は、可塑性のあるアスファルトをバインダーに用いているため、車の荷重に対する道路の形状維持、およびタイヤによる摩耗防止の役割を担っている。そのため、アスファルト・コンクリート用の骨材は、一般の建築用コンクリートの骨材よりも強度が高く、かつ硬質で耐摩耗性に優れたものが要求されている。
ただし、製鋼スラグは、天然骨材と比べた場合、その比重が15〜20%ほど大きいため、施工体積当たりの骨材の重量が増大する。そのため、輸送費が余計にかかるといった問題がある。さらに、製鋼スラグには、金属分を含むといった問題点も持っている。
この理由は、高炉徐冷スラグは耐摩耗性が低いため、アスファルト・コンクリート用骨材として適さないからである。ちなみに、一般的なアスファルト・コンクリートに使用される骨材の耐摩耗性を示すすりへり減量は、15%程度であるが、高炉徐冷スラグでは、すりへり減量が約30%と高く、石灰石よりも劣っている。また、高炉徐冷スラグは多孔質であることから、吸水率が高く、フレッシュコンクリートの流動性が低下するという問題もあるため、一部で使用されるに止まっている。
この方法によれば、少なくとも溶融スラグの流下近傍は、先に流れた溶融スラグによって予熱されているので、スラグ温度が高く、しかもスラグ層が薄いので、発生ガスが浮上分離し易く、その結果、緻密な徐冷スラグとなって、コンクリート粗骨材向け原料に適した品質となり、特に各層の厚みを60mm以下にすれば、絶乾比重が2.4g/cm3以上というJIS粗骨材規格を満たすとされている。
1.熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電発電モジュールと、該熱電発電モジュールの少なくとも高温面側に設置した絶縁材と熱源からの熱を受ける受熱板とを具える熱電発電ユニットからなり、該熱電発電ユニットを、連続して溶融スラグを受滓する分割式金属製鋳型を有するスラグ鋳造装置の該分割式金属製鋳型の底部に組込んだことを特徴とする熱電発電装置。
図1中、1は熱電素子、2は電極であり、これらで熱電発電モジュール3を構成する。4は絶縁材、5は圧力調整手段である。また、6は熱伝導シート、7は保護板、そして、8で熱電発電ユニットを示す。さらに、9は受熱板である。
本発明の熱電発電ユニット8の基本構成は、図1に示したとおり、両側に電極2を備えたP型およびN型の熱電素子1と、その両側に配置したセラミックス製の絶縁材4と、低温側の絶縁材の外側に設けられた圧力調整手段5とからなる。なお、圧力調整手段5は高温側に設けることも、また低温側と高温側の両方に設けることもできる。
さらに、圧力調整手段5を作動させることにより、熱電発電ユニットの高温面側に適切な押圧力を付与し、熱源との所望の接触面積を確保することができる。
なお、鋳型から剥離した後の高炉スラグ凝固物は、そのまま放冷して冷却してもよい。このスラグ凝固物はスラグ表面温度が800〜1000℃、スラグ中心温度が1200℃未満と大きな顕熱を有していることから熱交換による蒸気回収や化学変換で、さらに顕熱を回収しても良い。剥離後は散水冷却しても、高炉スラグ凝固物の緻密さ、吸水率に変化はないが、上述したように、H2Sガスが発生して周辺環境を悪化させるので、できるだけ冷却に水を使用しないことが望ましい。
そのため、現在では、鋳型の過剰な温度上昇を防ぐために、鋳型を裏面から間接冷却、または、スラグを排滓した際の鋳型を冷却することが必要になってくる。
また、この鋳型の上方に設置した熱電発電ユニットは、分割式鋳型の傾斜に沿って、設置され、スラグ受滓から排滓まで低下するスラグ表面温度に応じて、その設置距離を変更することもできる。
これらの保護板7(受熱板9)は、本発明の熱電発電モジュールの使用環境下で用いることができる板であれば、金属板でもセラミックス板でも、後述するシート状或いはホイル状のものでも問題はないが、鉄板、銅板等が、高い熱伝達能力(ヒートシンク機能)も併せ持っているため好適である。
この熱電発電ユニットの大きさは、1m2以下とすることが好ましい。ユニットを上述とすることで熱電発電モジュールの相互間や、熱電発電ユニット自体の変形を抑制することができるからである。より好ましくは、2.5×10-1m2以下である。
分割式鋳型としては、縦:1m、横:2m、深さ:20mmで、厚みが8mmの鋳鋼製鋳型を用いた。
なお、個々のモジュールは、図1に示した熱電発電ユニット8とし、主な仕様は、以下のようにした。すなわち、熱電発電ユニットは、熱電発電モジュール(性能10kW/m2 、大きさ2.5×10-3m2(厚み:5mm×長さ:50mm×幅:50mm))を格子状に並べた。圧力調整装置により、スラグの温度に応じて保護板として用いた受熱板(鉄板)とモジュールとの接触圧力を制御した。なお、両ユニットとも、グラファイトシートの熱伝導シート付きとした。
ここでは、使用する熱電発電素子Bi−Te系の耐熱温度を超えず、最大の発電量が得られる厚みとした。反転、再反転の時間は最小化し、発電量が最大限得られるようにした。
溶融スラグの流出速度をもっと速くしたいときには、金属製鋳型を大きくしたり、連続鋳滓機の機長を延長して金属製鋳型の移動速度を速くすることもできる。
本発明ではスラグ排さいの熱を利用しているが、他の熱源、例えば、溶鋼や溶銑等を熱源として、例えば、鋳銑機などに適用することができる。
2 電極
3 熱電発電モジュール
4 絶縁材
5 圧力調整手段
6 熱伝導シート
7 保護板
8 熱電発電ユニット
9 受熱板
Claims (5)
- 熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電発電モジュールと、該熱電発電モジュールの少なくとも高温面側に設置した絶縁材と熱源からの熱を受ける受熱板とを具える熱電発電ユニットからなり、該熱電発電ユニットを、連続して溶融スラグを受滓する分割式金属製鋳型を有するスラグ鋳造装置の該分割式金属製鋳型の底部に組込んだことを特徴とする熱電発電装置。
- 前記熱電発電ユニットが、さらに前記熱電発電モジュールの低温面側に圧力調整手段を具え、該圧力調整手段が、前記分割式金属製鋳型の温度に応じて、該熱電発電ユニットと該分割式金属製鋳型の底部との接触面積を制御する機能を有することを特徴とする請求項1に記載の熱電発電装置。
- 前記熱電発電ユニットが、該熱電発電ユニットを冷却する手段を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の熱電発電装置。
- 前記分割式金属製鋳型の上方に、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電発電モジュールと、該熱電発電モジュールの少なくとも高温面側に設置した絶縁材と熱源からの熱を受ける受熱板とを具える熱電発電ユニットを設置したことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の熱電発電装置。
- 請求項1乃至4のいずれかに記載の熱電発電装置を用い、分割式金属製鋳型に受滓したスラグの熱を受熱して、電力に変換することを特徴とする熱電発電方法。
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