JP2013006675A - コンベヤ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンベヤによって搬送されてくるワークの大きさに影響されることなく、効率的な熱回収を行えるコンベヤ装置を提供する。
【解決手段】周回移動するエンドレスなスチールベルト３に多数のスラット５を並設したものをワーク搬送用のコンベヤ２とする。スラット５は熱電発電ユニット６を兼ねていて、熱電発電ユニット６は低温側受熱板７と熱電発電モジュール８および高温側受熱板９の三者から構成してある。高温側受熱板９に高温のワークＷを載せて搬送するとともに、スチールベルト３は冷却水噴射ユニット１４から噴射される冷却水にて強制冷却する。もって熱電発電モジュール８に起電力を生成させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、所定の熱量を持ったワークを搬送対象とするコンベヤ装置に関するものである。

鍛造、熱処理あるいは焼結等の加熱雰囲気を伴う工業的分野において、ワークの持つ廃熱を利用した発電装置が試みられており、例えば特許文献１では工業炉での廃熱を利用した発電装置が提案されている。

特許文献１の図４には、ワークを搬送するための搬送コンベヤに沿って昇温室と加熱保持室および冷却室のそれぞれを直列に配置した連続炉において、各室の内壁面に水冷ジャケットとともに熱電モジュールを配置したものが開示されている。

特開２００２−１７１７７６号公報

コンベヤによって搬送されるワークの持つ熱量を効率良く回収することを主眼とした場合、熱電モジュールの受熱面をワークに対して可及的に近付けることが望ましい。しかしながら、生産現場で取り扱うワークは必ずしも一様ではなく、そのワークの形状や大きさがロット毎あるいは仕様毎に相違するのが一般的であるから、熱電モジュールの配置にあたっては、想定される最も大きなワークが搬送されてきたとしてもこれに接触しないように設置している。

そのため、相対的に小さなワークが搬送されてきたような場合には、ワークと熱電モジュールの受熱面との相対距離が大きくなりすぎて、効率的な熱回収ひいては効率的な熱電変換（熱電発電）を行えないことになり、なおも改善の余地を残している。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、コンベヤによって搬送されてくるワークの大きさに影響されることなく、効率的な熱回収を行えるように考慮されたコンベヤ装置を提供しようとするものである。

本発明は、所定の熱量を持ったワークを載せて搬送するコンベヤ搬送体に熱電発電ユニットを直接的に具備させたものである。

本発明によれば、ワークを載せて搬送するコンベヤ搬送体が熱電発電ユニットを具備していることにより、ワークの大小にかかわらず熱電発電ユニットとワークとの相対距離は基本的には変化せず、熱電発電ユニットが直近位置にてワークからの熱を回収することができる。そのため、効率的な熱回収ひいては効率的な熱電発電を行える。

本発明に係るコンベヤ装置を実施するための第１の形態を示す図で、全体の概略説明図。 図１の要部の拡大説明図。 図２のさらなる要部の拡大説明図。 図２のＡ−Ａ線に沿う拡大断面説明図。 図３，４における熱電発電ユニット単独での断面説明図。 図４における熱電発電モジュールとスリップリングとの関係を示す説明図。 本発明に係るコンベヤ装置を実施するための第２の形態を示す図で、図４と同等部位の断面説明図。

図１〜６は本発明に係るコンベヤ装置を実施するためのより具体的な第１の形態を示し、ここでは例えば熱間鍛造後のワークを搬送するためのコンベヤに適用した場合の例を示している。そして、特に図１は全体の概略構造を示し、図２は図１の要部の詳細を、図３は図２のさらなる要部の詳細をそれぞれ示している。また、図４は図２のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図を示している。

図１に示すように、量産鍛造工程における熱間鍛造プレス機１に隣接して例えばコンティニアスタイプのワーク搬送用のコンベヤ２が配設されている。ここでは、図１，２に示すように、コンベヤ２として実質的にベルトコンベヤとスラットコンベヤを併用したタイプのものが使用されていて、周回移動するコンベヤ搬送体または移動体としてエンドレスなスチールベルト（金属製のベルト）３を用い、その上側を搬送側、下側を戻り側とするスチールベルトコンベヤを母体として構成してある。

そして、図４に示すように、搬送側におけるスチールベルト３の両サイド部にはワークの高さよりも十分に大きな高さの断熱性のある定位置固定式の側壁部４を立設してあるとともに、スチールベルト３の上にはアタッチメントとして多数の板状のスラット５を直列に並べて配設してある。したがって、熱間鍛造後のワークＷは所定のハンドリング手段にて熱間鍛造プレス機１から取り出された上で、コンベヤ２のスラット５の上に移載されて後工程へと搬送されることになる。なお、アタッチメントとしてはスラット５以外にエプロンやパレットを用いても良い。

上記コンベヤ２のスチールベルト３の上に並設されたスラット５はそれぞれが熱電発電ユニット６を兼ねていて、これにより後述するように熱間鍛造後のワークＷをそのものを熱源とする廃熱発電装置を構築してある。

熱電発電ユニット６は図３，４に示すように、スチールベルト３の上に熱伝導性に優れた金属製の低温側受熱板７と熱電発電モジュール８、および同じく熱伝導性に優れた金属製の高温側受熱板９の三者を互いに密着するように積層した上で、図示外のボルト等にて締結結合したもので、図５に示すように熱電発電モジュール８の周囲は断熱材等の低熱伝導材１０にて囲繞してある。なお、熱電発電モジュール８は、例えば特開２０１０−１３５６４３号公報、特開２００９−２７２３２７号公報および特開２０１０−１７７６２５号公報等にて公知の構造のものである。したがって、図３，４から明らかなように、スラット５を兼ねた熱電発電ユニット６のうち熱電発電モジュール８の載荷面側に高温側受熱板９が密着していて、この高温側受熱板９の上にワークＷが直接載置されることになる。

そして、スラット５を兼ねた多数の熱電発電ユニット６はそれらの並設方向において２グループにグループ分けされていて、各グループごとに隣接する熱電発電ユニット６の熱電発電モジュール８，８同士が互いに電気的に接続されているとともに、図４に示すように、各グループのいずれか一つの熱電発電ユニット６の熱電発電モジュール８から引き出された導線１１，１２が集電装置であるスリップリング１３に集約されるかたちで接続された上で、図示外の蓄電池に接続されている。なお、先に述べたように２グループに分けた熱電発電モジュール６と集電装置であるスリップリング１３との関係を図６に示す。スリップリング１３は相対回転を許容しつつ電気的導通状態を保つもので、導線１１，１２のよじれやそれに伴うトラブルを未然に防止することができる。

また、図２〜４に示すように、コンベヤ２の搬送側と戻り側との間には、搬送側のスチールベルト３に向けて冷却媒体としての冷却水を噴射するための冷却手段として冷却水噴射ユニット１４を設けてある。この冷却水噴射ユニット１４は、ワーク搬送方向に沿った長尺な冷却水チャンバー１５の上に複数の噴射ノズル１６を搬送側のスチールベルト３に向けて突設したものであり、コンベヤ２の運転に連動して搬送側のスチールベルト３に向けて冷却水を直接噴射するようになっている。冷却水噴射ユニット１４の下側には水受け皿１７を設けてあるとともに、少なくとも搬送側となるスチールベルト３の両側には外部への冷却水の飛散を防止するための遮水壁部として機能するスクリーン１８を配設してある。なお、冷却媒体としては、水に代えて冷却エアその他の気体を用いることもできる。

したがって、このように構成されたコンベヤ装置によれば、熱間鍛造プレス機１が稼働すると、そのプレスサイクル毎に熱間鍛造後の高温のワークＷがコンベヤ２に移載されて、所定速度で搬送されることになる。より具体的には、熱間鍛造後のワークＷがコンベヤ２の搬送側においてスラット５を兼ねた熱電発電ユニット６の高温側受熱板９の上に直接移載されることになる。熱電発電ユニット６に載せられて搬送されるワークＷが持つ熱は高温側受熱板９が伝導及び輻射熱として受熱し、その下側の熱電発電モジュール６の受熱面に伝達される。

一方、コンベヤ２の起動に連動して、搬送側となるスチールベルト３には冷却水噴射ユニット１４から冷却水が噴射されることから、スチールベルト３およびそれに接触している低温側受熱板７は噴射される冷却水によって強制冷却されることになる。さらに、その低温側受熱板７に接触している熱電発電モジュール８の下面側（反載荷面側）も熱伝導にて冷却されることになる。このように、熱電モジュール８の上下両面間に温度差が発生することでゼーベック効果により起電力が発生することになる。そして、熱電発電モジュール８での起電力をもって生成された電力は図４のスリップリング１３を経由した上で図示外の蓄電池に一旦蓄えられ（充電作用）、例えば付帯機器その他の電力として有効利用される。

この場合において、鍛造対象となるワークひいてはコンベヤ２での搬送対象となるワークＷが変更され、例えばワークＷの形状や高さ寸法が変化してそのワークＷそのものの持つ熱量が微妙に変化することはあっても、ワークＷはスラット５を兼ねた熱電発電ユニット６の上に直接載置されているので、ワークＷと熱電発電ユニット６との相対距離はほぼ一定していて、両者の相対位置関係または相対距離はワークＷの種別あるいは仕様にかかわらず変化することはない。そのためにワークＷの大小にかかわらず、そのワークＷが持つ熱量（廃熱）を効率良く受熱・回収して効率の良い発電を行えるようになり、発電効率が向上する。

また、コンベヤ２による搬送中のワークＷは多かれ少なかれ自然放熱を伴うことになるが、コンベヤ２の両側に側壁部４が立設されているので、その自然放熱を最小限に抑制することができるほか、熱電発電モジュール６は図５に示すように低温側，高温側のそれぞれの受熱板７，９や低熱伝導材１０にて密閉されているので、外気による熱損失を抑制することができる。

さらに、図２〜４から明らかなように、コンベヤ２の搬送側と戻り側との間に冷却水噴射ユニット１４を配置してあるので、コンベヤ２の搬送側と戻り側との間のデッドスペースを有効活用することができ、そのスペース効率が高くなり、設備の占有面積を小さくすることができる。

なお、コンベヤ２の搬送側（図１参照）ではスチールベルト３の裏面に水滴が付着することになるのので、スチールベルト３が戻り側（図１参照）に周回するまでにその水滴を払拭・除去することが望ましい。例えば、スチールベルト３の裏面と正対する位置にそのスチールベルト３に接触するブレード状のワイピング手段を付設しておき、スチールベルト３が搬送側から戻り側に周回する前にスチールベルト３に付着している水滴を払拭することが望ましい。

ここで、上記実施の形態では、図４に示すように、スチールベルト３上に並設した多数のスラット５を兼ねた熱電発電ユニット６を２グループに分けて、それぞれのグループから引き出した導線１１，１２をスリップリング１３に集約するようにしているが、スラット５を兼ねた全ての熱電発電ユニット６を１グループ化することも可能であり、その場合には図４に示したいずれか一方の導線１１または１２は必要でなくなる。

図７は本発明に係るコンベヤ装置を実施するためのより具体的な第２の形態を示し、図４と同等部位の断面図を示している。なお、図４と共通する部分には同一符号を付してある。

この第２の実施の形態では、コンベヤ２として、コンベヤ搬送体たる周回移動するエンドレスな移動体、例えば２条のエンドレスなチェーン１９，１９間にアタッチメントとして多数の板状のスラット２０を直接的に掛け渡したスラットコンベヤを用いて構成したものである。そして、それぞれのスラット２０は先の実施の形態と同様に実質的に熱電発電ユニット６を兼ねている。

より詳しくは、熱電発電ユニット６は、金属製のスラット２０を母体として、その上に中間プレート２１のほか水冷ジャケット部としての水冷式のヒートシンク２２、熱電発電モジュール２３および高温側受熱板２４を順に積層した上で、それらの各要素を図示外のボルト等にて締結結合したもので、水冷式のヒートシンク２２と熱電発電モジュール２３とを断熱材２５にて保護しつつ高温側受熱板２４等にて密閉してある。スラット２０を母体とする多数の熱電発電ユニット６は先の第１の実施の形態と同様に２グループ化されていて、それぞれのグループから引き出された導線１１，１２は集電装置であるスリップリング１３に集約されている。なお、アタッチメントとしてはスラット２０以外にエプロンやパレットを用いることもできる。

また、それぞれの熱電発電ユニット６のおける水冷式のヒートシンク２２，２２同士はフレキシブルな図示外の配管にて相互に接続されていて、スリップリング１３を介した導線１１，１２の取り合いと同じ形態で、それぞれのヒートシンク２２には冷却水が供給されるようになっている。すなわち、いずれか一つのヒートシンク２２には、相対回転を許容しつつ冷却水の供給が可能なロータリージョイント２６を介して外部から冷却水が供給されるようになっている一方、他の一つのヒートシンク２２からは、ロータリージョイント２６と反対側から同じくロータリージョイント２７を介して冷却水が外部に排出されるようになっている。これによって、それぞれの熱電発電ユニット６におけるヒートシンク２３に均等に冷却水を供給することが可能となっている。

したがって、この第２の実施の形態では、水冷式のヒートシンク２２にて各熱電発電ユニット６の熱電発電モジュール２３が冷却される点でのみ先の第１の実施の形態と異なっており、ワークＷの持つ熱量を回収して効率良く発電することが可能となる。また、図２〜４に示したような大がかりな冷却水噴射ユニット１４や水受け皿１７等による排水処理も不要となる。

ここで、この第２の実施の形態においても、チェーン１９とスラット２０との組み合わせからなるコンベヤに代えて、先の第１の実施の形態のものと同様に、スチールベルトコンベヤとスラットコンベヤとを併用したタイプのコンベヤを用いることも可能である。

２…コンベヤ
３…スチールベルト（コンベヤ搬送体，移動体）
５…スラット（アタッチメント）
６…熱電発電ユニット
７…低温側受熱板
８…熱電発電モジュール
９…高温側受熱板
１３…スリップリング
１４…冷却水噴射ユニット（冷却手段）
１９…チェーン（移動体）
２０…スラット（アタッチメント）
２２…ヒートシンク（水冷ジャケット部）
２３…熱電発電モジュール
２４…高温側受熱板
Ｗ…ワーク

Claims (7)

1. 熱量を持ったワークを載せて搬送するコンベヤ搬送体に熱電発電ユニットを具備させてあることを特徴とするコンベヤ装置。
2. 周回移動するエンドレスな移動体に複数の板状のアタッチメントを連結してあり、それぞれのアタッチメントに熱電発電ユニットを具備させてあることを特徴とする請求項１に記載のコンベヤ装置。
3. 上記各アタッチメントは熱電発電ユニットを兼ねていて、
   上記熱電発電ユニットは、主要素とする熱電発電モジュールの載荷面側に高温側受熱板を、反載荷面側に低温側受熱板をそれぞれに設けたものであることを特徴とする請求項２に記載のコンベヤ装置。
4. 周回移動するエンドレスな移動体がスチールベルトであって、このスチールベルトを強制冷却する冷却手段を備えていることを特徴とする請求項３に記載のコンベヤ装置。
5. 上記冷却手段は、スチールベルトに対して冷却媒体を直接吹き付けるものであることを特徴とする請求項４に記載のコンベヤ装置。
6. 上記各アタッチメントは熱電発電ユニットを兼ねていて、
   上記熱電発電ユニットは、主要素とする熱電発電モジュールの載荷面側に高温側受熱板を、反載荷面側に冷却手段として水冷ジャケット部を設けたものであることを特徴とする請求項２に記載のコンベヤ装置。
7. 各熱電発電ユニットからの電力はスリップリングを介して取り出すようになっていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のコンベヤ装置。

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