JP7111069B2 - 熱電発電装置および熱電発電方法 - Google Patents
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Description
1.ダミーバー下方挿入型の連続鋳造機において、スラブの熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電発電ユニットを備える熱電発電装置であって、
前記ダミーバーを回収するために前記スラブの搬送ラインに向かって下降する、ダミーバーテーブルの可動域において、前記熱電発電ユニットが前記ダミーバーテーブルと接触しない、前記搬送ライン上の位置にある熱電発電装置。
図1は、本発明の一実施形態における連続鋳造設備1の模式図である。取鍋2に収容されている溶鋼は、タンディッシュ3を経由して、鋳型4へ注がれる。次いで、凝固が始まった状態の鋼が、鋳型4より引き出され、スラブ冷却装置5によって連続的に冷却される。矯正ロールなどを含むローラー群6を通過したスラブ7は、搬送ローラー8により、下流の切断位置9へ搬送されて適宜の長さで切断される。10は熱電発電装置、11はダミーバーテーブル、12はダミーバーレシーバーである。なお、熱電発電装置10は、スラブ7の搬送方向と平行に敷設されるレール上に設置されスラブの搬送方向に沿って移動可能に設置されている。
一方、図1に示した熱電発電装置10の位置がダミーバーテーブル11の下降域にある場合、例えばローラー群6とダミーバーテーブル11の下降域との間隔が狭い場合には、図3に示すとおり、ダミーバーテーブル11の下降域に対して、スラブ7の搬送方向下流側に配置する。
・熱電素子
上記熱電素子(以下、単に「素子」という場合がある)としては、特に限定されることなく、熱電発電の機能を持った素子であれば任意の物を使用できる。一般的な熱電素子は、一組のp型半導体とn型半導体を組み合わせた構造を有している。前記熱電素子としては、例えば、BiTe系、PbTe系、Si-Ge系、シリサイド系、スクッテルダイト系、遷移金属酸化物系、亜鉛アンチモン系、ホウ素化合物、クラスレート化合物、クラスタ固体、酸化亜鉛系、カーボンナノチューブ等の材料を用いることができる。
上記熱電素子1つ当たりの起電力はそれほど大きくないため、一般的に、数十~数千個程度の熱電素子が、電極を用いて直列に接続して用いられる。この、直列に接続された熱電素子1セットを、熱電発電モジュールという。熱電発電モジュール(以下、単に「モジュール」という場合がある)を構成する熱電素子は、二次元的に(水平方向に)配列されている。配列された素子の上下の一方または両方には絶縁基板を設けることもできる。
さらに、複数の熱電発電モジュールを電気的に接続して熱電発電ユニット(以下、単に「ユニット」という場合がある)を構成することができる。前記電気的接続は、直列、並列、およびそれらの組み合わせのいずれとすることもできる。このように複数のモジュールをまとめてユニットとすることにより、ユニット単位でまとめて電力を取り出すことができ、配線が容易となる。
熱電発電装置は、さらに、受熱板を備えていることが好ましい。前記受熱板は、熱電素子の高温側、すなわち、スラブに面している側に設置される。したがって、前記水冷板に加えて受熱板を設ける場合、熱電発電素子は、該素子の低温側に設置された水冷板と、該素子の高温側に設置された受熱板とにより挟まれることとなる。なお、複数の熱電発電ユニットを用いている場合には、すべての熱電発電ユニットの高温側に受熱板を設けることが好ましい。熱電発電装置が複数の熱電発電ユニットを備える場合、受熱板は、ユニットごとに独立して設けてもよく、1枚の受熱板で複数のユニットを覆ってもよい。
例えば、熱電発電ユニットと、該熱電発電ユニットの高温側に設けられた受熱板とを用いて熱電発電装置を構成する場合は、前記受熱板の面積に対する、前記熱電発電ユニット内に設けられた熱電発電素子群の面積の比率を、上記の範囲とすることが好ましい。
本発明の熱電発電装置は、さらに熱伝導シートを備えることができる。熱伝導シートの好適な設置位置としては、例えば、熱電素子と水冷板との間、熱電素子と受熱板との間が挙げられる。熱電素子を、熱電発電ユニットの形態で設置している場合には、該ユニットと水冷板との間や、ユニットと受熱板との間に設置することが好ましい。このように熱伝導シートを設けることにより、部材間の接触熱抵抗を低減し、熱電発電効率をさらに向上させることができる。前記熱伝導シートとしては、例えば、グラファイト製シートなどを用いることができる。
図4は、本発明の別の実施形態における切断機13を備える連続鋳造設備1の模式図である。図1に示した連続鋳造設備1には、切断位置9に切断機13が配備され切断機13を用いてスラブ7が切断される。切断機13は、スラブ7の搬送方向と平行に敷設されるレール上に設置され、スラブの搬送方向に沿って移動可能である。本実施形態においては、この切断機13に熱電発電ユニット10bを取り付けることによって、切断機13を熱電発電装置としている。熱電発電装置を兼ねる切断機13とすることにより、既に切断機13が移動手段を有するため、熱電発電装置としての移動手段を必要としないため、設備コストの面で有利である。なお、その他の構成は、図1の連続鋳造設備1と同じである。
[切断機]
(移動装置)
図5は、本発明の一実施形態における切断機13とスラブ7を示した模式図である。スラブ7の幅方向の両端部側に、スラブ7の搬送方向と平行にレール20が敷設されており、切断機13はレール20の上に設置されている。
台車22上には、切断装置23が載置されており、切断装置23はスラブ7を切断するためのトーチ24を少なくとも1つ備えている。前記トーチ24としては、ガストーチなどを用いることができる。切断装置23は、トーチ24を、スラブ7の幅方向に移動させるためのトーチ駆動手段を備えている。切断装置23は、2本以上のトーチ24を備えることもできる。なお、25は、台車22底面の冷却並びに熱電発電ユニット10bの冷却に共用する水冷板である。
また、台車22の端部には、レール20上を台車22が走行する際の台車22の移動方向、すなわちレール20に沿って延びる向きに、熱電発電ユニット10bを設置することにより、スラブ7の熱を電気エネルギーに変換することができる。熱電発電ユニット10bの構成は、上記した第1の実施形態と同じである。本実施形態においては、熱電素子の集合させた平板状の熱電発電ユニット10bとし、この平板状の熱電発電ユニット10bを、レール20に沿って台車22の移動方向に延びる向きにて、台車12に取り付けることが好ましい。かような形態によって、熱電発電ユニット10bを、例えば連続鋳造ラインにおいて既存の切断装置23(台車22)に容易に後付けすることが可能になる。さらに、切断装置23(台車22)の底面内に収める、という制約を受けることなしに、熱電発電ユニット10bのサイズを、例えば発電要求量や設置可能スペース等に応じて自由に変更することが可能になる。
図7は、本発明の別の実施形態における切断機13を備える連続鋳造設備1の模式図である。本実施形態は、第1の実施形態における熱電発電装置10と第2の実施形態における切断機13とを共に具備するものである。
なお、上記熱電発電ユニットに代えて、(熱電発電ユニット中の熱電素子群面積/熱電発電ユニットの受熱板面積)が0.32である熱電発電ユニットを用いた場合、スラブ温度:800℃で上記連続鋳造を行ったところ、連続鋳造を行っている間、継続的に、定格出力の95%以上で発電を行うことができた。
2 取鍋
3 タンディッシュ
4 鋳型
5 スラブ冷却装置
6 ローラー群
7 スラブ
8 搬送ローラー
9 切断位置
10 熱電発電装置
10b 熱電発電ユニット
11 ダミーバーテーブル
12 ダミーバーレシーバー
13 切断機
Claims (3)
- ダミーバー下方挿入型の連続鋳造機において、スラブの熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電発電ユニットを備える熱電発電装置であって、
前記スラブの搬送ラインに沿う向きでの第1の移動手段によって、前記ダミーバーを回収するために前記スラブの搬送ラインに向かって下降する、ダミーバーテーブルの可動域において、前記熱電発電ユニットが前記ダミーバーテーブルと接触しない、前記搬送ライン上の前記可動域の上流側の位置にある、第1の熱電発電装置と、
前記スラブの搬送ラインに沿う向きでの第2の移動手段によって、前記搬送ライン上の前記可動域の下流側の位置にあり、前記第2の移動手段に切断機を備える、第2の熱電発電装置と、を有する熱電発電装置。 - 請求項1に記載の熱電発電装置を用いる熱電発電方法であって、前記スラブの熱を受熱して熱電発電を行う際には、前記熱電発電ユニットを前記スラブとの対峙位置に移動する一方、前記ダミーバーを用いる際には、該ダミーバーと干渉しない前記搬送ライン上の退避位置へ熱電発電ユニットを移動する熱電発電方法。
- 請求項2に記載の熱電発電方法を行うに際し、前記スラブとの対峙位置または前記ダミーバーと干渉しない前記搬送ライン上の退避位置への移動を、前記ダミーバー下方挿入型の連続鋳造機のシーケンスにそれぞれ取り込んで制御する熱電発電方法。
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| JP2019112222A JP7111069B2 (ja) | 2019-06-17 | 2019-06-17 | 熱電発電装置および熱電発電方法 |
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| JP2020203301A JP2020203301A (ja) | 2020-12-24 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2019-06-17 JP JP2019112222A patent/JP7111069B2/ja active Active
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