JPH09275692A - 熱発電システム - Google Patents
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- JPH09275692A JPH09275692A JP8110326A JP11032696A JPH09275692A JP H09275692 A JPH09275692 A JP H09275692A JP 8110326 A JP8110326 A JP 8110326A JP 11032696 A JP11032696 A JP 11032696A JP H09275692 A JPH09275692 A JP H09275692A
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-
- 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
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/12—Heat utilisation in combustion or incineration of waste
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 焼却炉や工業炉、ボイラ−などの炉で発生す
る熱エネルギ−を電気エネルギ−に変換して、廃熱エネ
ルギ−を有効活用するに当たり、安価で信頼性の高い熱
電素子を得るとともに、この熱電素子による発電方式を
実現し、焼却炉や工業炉などの炉への配線工事を不要に
した熱発電システムを得ることを目的とする。 【構成】 鉄シリサイド(FeSi2)系遷移金属けい
化物にあって、(Fe/Si)のモル組成比が0.4〜
0.6に対し、P型およびN型素子には遷移元素として
クロム(Cr)とコバルト(Co)が、それぞれ0.0
8〜0.12および0.03〜0.07含有した熱電素子
と、該熱電素子を加熱して得られる起電力を補助する蓄
電池と、前記熱電素子および蓄電池が発生する直流電力
を、交流電力に変換する電圧変換器、とで構成する。
る熱エネルギ−を電気エネルギ−に変換して、廃熱エネ
ルギ−を有効活用するに当たり、安価で信頼性の高い熱
電素子を得るとともに、この熱電素子による発電方式を
実現し、焼却炉や工業炉などの炉への配線工事を不要に
した熱発電システムを得ることを目的とする。 【構成】 鉄シリサイド(FeSi2)系遷移金属けい
化物にあって、(Fe/Si)のモル組成比が0.4〜
0.6に対し、P型およびN型素子には遷移元素として
クロム(Cr)とコバルト(Co)が、それぞれ0.0
8〜0.12および0.03〜0.07含有した熱電素子
と、該熱電素子を加熱して得られる起電力を補助する蓄
電池と、前記熱電素子および蓄電池が発生する直流電力
を、交流電力に変換する電圧変換器、とで構成する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、熱電効果を利用して熱
エネルギ−を電気エネルギ−に変換する熱電素子を、焼
却炉や工業炉、ボイラ−などの炉壁に取り付けて、それ
らの燃焼熱や排熱を有効利用する熱発電システムに関す
るものである。
エネルギ−を電気エネルギ−に変換する熱電素子を、焼
却炉や工業炉、ボイラ−などの炉壁に取り付けて、それ
らの燃焼熱や排熱を有効利用する熱発電システムに関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、熱電素子は直接結合せしめたP
型素子とN型素子の結合部分を直接加熱し、低温の両分
極から電力を取り出す。従って、高温用熱電素子はP
型、N型ともに耐熱性および耐食性の優れていることが
要求される。従来、高温大気中での熱電素子としては、
P型熱電素子としてCrSi2 が、またN型熱電素子と
してCoSiが良く知られている。更に、この目的に適
合するものとして、FeSi2 に関しては、FeSi2
に適当量のCoを添加するとN型の、またAlを添加す
るとP型の熱電素子として利用できることが知られてい
る。しかしながら、FeSi2 にAlを添加したP型熱
電素子は、Alが溶解中に蒸発してAlの添加量を制御
することが非常に困難なため、熱電素子の特性がばらつ
き目的に適した熱電素子を作ることができない。
型素子とN型素子の結合部分を直接加熱し、低温の両分
極から電力を取り出す。従って、高温用熱電素子はP
型、N型ともに耐熱性および耐食性の優れていることが
要求される。従来、高温大気中での熱電素子としては、
P型熱電素子としてCrSi2 が、またN型熱電素子と
してCoSiが良く知られている。更に、この目的に適
合するものとして、FeSi2 に関しては、FeSi2
に適当量のCoを添加するとN型の、またAlを添加す
るとP型の熱電素子として利用できることが知られてい
る。しかしながら、FeSi2 にAlを添加したP型熱
電素子は、Alが溶解中に蒸発してAlの添加量を制御
することが非常に困難なため、熱電素子の特性がばらつ
き目的に適した熱電素子を作ることができない。
【0003】尚、P型としての遷移金属としては、T
i、V、Cr、Mn、Zr、W、Nb、Mo、Ta、R
eなどがあるが、熱電素子組成物の製法上、これらの遷
移金属は単体またはそのけい化物(MSi2 )にて前記
金属群の少なくても1種以上がFeSi2 に対して添加
される。しかしながら、これら遷移金属のうち、高温用
に適した安価で熱電変換効率のよいものの最適な含有率
については現在研究段階にある。この点については、N
型のCoについても同様である。
i、V、Cr、Mn、Zr、W、Nb、Mo、Ta、R
eなどがあるが、熱電素子組成物の製法上、これらの遷
移金属は単体またはそのけい化物(MSi2 )にて前記
金属群の少なくても1種以上がFeSi2 に対して添加
される。しかしながら、これら遷移金属のうち、高温用
に適した安価で熱電変換効率のよいものの最適な含有率
については現在研究段階にある。この点については、N
型のCoについても同様である。
【0004】ところで、熱電技術は、化学機器のうちで
構造が簡単でよく知られているもののひとつであり、熱
電対が動作するのと同じ現象のゼ−ベック効果に基づい
ている。熱電対は構造が簡単で安価、それに信頼度が高
いという理由から広く温度計測や制御装置に使われてい
る。しかし、電力用としてはラジオアイソト−プ熱発電
器(RTG)以外には実用例がほとんどないのが現状で
ある。
構造が簡単でよく知られているもののひとつであり、熱
電対が動作するのと同じ現象のゼ−ベック効果に基づい
ている。熱電対は構造が簡単で安価、それに信頼度が高
いという理由から広く温度計測や制御装置に使われてい
る。しかし、電力用としてはラジオアイソト−プ熱発電
器(RTG)以外には実用例がほとんどないのが現状で
ある。
【0005】一方、1992年リオサミットといわれる
地球環境問題のサミットがブラジルで行われ、これを契
機に日本も国際公約として地球温暖化防止計画に参加す
ることになった。原子力や石油、石炭など色々なエネル
ギ−があるが、2000年に約3%は太陽光エネルギ−
などの新エネルギ−でまかなわないと、国際公約を実行
できないということになった。そこで新エネルギ−の導
入を加速しようと、政府は平成6年に「新エネルギ−導
入大綱」を閣議決定した。その流れの一環として科学技
術庁は平成7年度より未利用の廃熱を有効活用する熱電
技術の開発に着手することになった。現在、国内の一次
エネルギ−の約6割、石油換算で年間約2億キロリット
ルにもなる膨大な排熱エネルギ−が捨てられている。
地球環境問題のサミットがブラジルで行われ、これを契
機に日本も国際公約として地球温暖化防止計画に参加す
ることになった。原子力や石油、石炭など色々なエネル
ギ−があるが、2000年に約3%は太陽光エネルギ−
などの新エネルギ−でまかなわないと、国際公約を実行
できないということになった。そこで新エネルギ−の導
入を加速しようと、政府は平成6年に「新エネルギ−導
入大綱」を閣議決定した。その流れの一環として科学技
術庁は平成7年度より未利用の廃熱を有効活用する熱電
技術の開発に着手することになった。現在、国内の一次
エネルギ−の約6割、石油換算で年間約2億キロリット
ルにもなる膨大な排熱エネルギ−が捨てられている。
【0006】そこで、一例として焼却炉について次に述
べる。この焼却炉の廃熱を有効利用しようとするゴミ発
電が近年注目され始め出した。このようなゴミ発電の方
法は大きく分けて二つあるが、一つはゴミを燃やす際に
発生する焼却熱をボイラ−で回収し、発電機を駆動する
方式で、従来は発電機を回す蒸気の温度が低く、発電効
率は最大でも20%前後と低いことがネックだったが、
近年になりガスタ−ビンを併用して蒸気の温度を高める
「ス−パ−ゴミ発電(複合発電)方式」が登場した。図
5にこのゴミの複合発電の仕組みを示すが、これは発電
効率を25%程度まで高められるうえ、窒素酸化物の排
出が少ない点も注目されている。
べる。この焼却炉の廃熱を有効利用しようとするゴミ発
電が近年注目され始め出した。このようなゴミ発電の方
法は大きく分けて二つあるが、一つはゴミを燃やす際に
発生する焼却熱をボイラ−で回収し、発電機を駆動する
方式で、従来は発電機を回す蒸気の温度が低く、発電効
率は最大でも20%前後と低いことがネックだったが、
近年になりガスタ−ビンを併用して蒸気の温度を高める
「ス−パ−ゴミ発電(複合発電)方式」が登場した。図
5にこのゴミの複合発電の仕組みを示すが、これは発電
効率を25%程度まで高められるうえ、窒素酸化物の排
出が少ない点も注目されている。
【0007】もう一つのゴミ発電の方式は可燃ゴミを固
形燃料にして発電専用炉で燃やす技術である。回収した
ゴミから金属や土砂などを取り除き、消石灰などを加え
てペレット(丸薬)状に焼き固めるものであり、1キロ
グラム当たりの熱量は石炭の半分程度だが、成分が均質
で炉へのダメ−ジが少ないのが利点である。
形燃料にして発電専用炉で燃やす技術である。回収した
ゴミから金属や土砂などを取り除き、消石灰などを加え
てペレット(丸薬)状に焼き固めるものであり、1キロ
グラム当たりの熱量は石炭の半分程度だが、成分が均質
で炉へのダメ−ジが少ないのが利点である。
【0008】しかし、上述のようなゴミ発電は大型焼却
炉に限られ経済的にも見合わず、現状では自治体が発電
設備を建設する場合、費用の7割が国庫補助となってお
り、自治体側の負担としては比較的軽いものである。
炉に限られ経済的にも見合わず、現状では自治体が発電
設備を建設する場合、費用の7割が国庫補助となってお
り、自治体側の負担としては比較的軽いものである。
【0009】一方、焼却能力が1日当たり5トン以下の
小型焼却炉にあっては、従来のようなゴミ発電方式が適
用できず、廃熱の利用としては温水を得るにとどまって
いた。また、このような小型焼却炉は極めて小型なもの
を除き、ゴミを完全焼却させるために、バ−ナ−やファ
ン等を設置しており、これらの制御に商用電源が必要と
なるが、焼却炉までの配線工事は設置場所によっては大
変厄介になる場合もしばしば生じていた。
小型焼却炉にあっては、従来のようなゴミ発電方式が適
用できず、廃熱の利用としては温水を得るにとどまって
いた。また、このような小型焼却炉は極めて小型なもの
を除き、ゴミを完全焼却させるために、バ−ナ−やファ
ン等を設置しており、これらの制御に商用電源が必要と
なるが、焼却炉までの配線工事は設置場所によっては大
変厄介になる場合もしばしば生じていた。
【0010】このような現状に鑑み、出願人は熱エネル
ギ−の有効活用として先に高温用熱電素子(特願平7−
109000)及び熱電素子埋込耐火材(特願平7−1
50948)を出願したが、今までは考えられていなか
った小型焼却炉や工業炉などの電源確保として、安価で
信頼性の高い熱電素子による、構成が簡単な熱発電シス
テムが望まれるようになってきた。
ギ−の有効活用として先に高温用熱電素子(特願平7−
109000)及び熱電素子埋込耐火材(特願平7−1
50948)を出願したが、今までは考えられていなか
った小型焼却炉や工業炉などの電源確保として、安価で
信頼性の高い熱電素子による、構成が簡単な熱発電シス
テムが望まれるようになってきた。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の課題
を解決するためになされたもので、安価な金属半導体セ
ラミックの熱電素子を得るとともに、この熱電素子を焼
却炉や工業炉、ボイラ−などの炉壁に設け、これら炉内
の燃焼熱により発生する電力を、炉のバ−ナ−やファン
等の電源に利用することで、炉までの電気配線工事をな
くすようにした発電機能を有する熱発電システムを得る
ことを目的とする。
を解決するためになされたもので、安価な金属半導体セ
ラミックの熱電素子を得るとともに、この熱電素子を焼
却炉や工業炉、ボイラ−などの炉壁に設け、これら炉内
の燃焼熱により発生する電力を、炉のバ−ナ−やファン
等の電源に利用することで、炉までの電気配線工事をな
くすようにした発電機能を有する熱発電システムを得る
ことを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の熱発電システムは、鉄シリサイド(FeSi2 )系遷
移金属けい化物にあって、(Fe/Si)のモル組成比
が0.4〜0.6に対し、P型およびN型素子には遷移元
素としてクロム(Cr)とコバルト(Co)が、それぞ
れ0.08〜0.12および0.03〜0.07含有した熱
電素子と、該熱電素子を加熱して得られる起電力を補助
する蓄電池と、前記熱電素子および蓄電池が発生する直
流電力を、交流電力に変換する電圧変換器、とで構成す
る。
の熱発電システムは、鉄シリサイド(FeSi2 )系遷
移金属けい化物にあって、(Fe/Si)のモル組成比
が0.4〜0.6に対し、P型およびN型素子には遷移元
素としてクロム(Cr)とコバルト(Co)が、それぞ
れ0.08〜0.12および0.03〜0.07含有した熱
電素子と、該熱電素子を加熱して得られる起電力を補助
する蓄電池と、前記熱電素子および蓄電池が発生する直
流電力を、交流電力に変換する電圧変換器、とで構成す
る。
【0013】
【作用】本発明によれば、焼却炉や工業炉などの燃焼熱
により起電力を発生する熱電素子と、補助蓄電池および
電圧変換器からなる熱発電手段を、焼却炉や工業炉など
の強制燃焼装置の電源としているので、構造が簡単で安
価な発電方式となり、炉への電気配線工事が不要なオン
サイト型の熱発電システムが実現し、焼却炉や工業炉の
廃熱エネルギ−を極めて有効に活用することができると
いう作用を有する。
により起電力を発生する熱電素子と、補助蓄電池および
電圧変換器からなる熱発電手段を、焼却炉や工業炉など
の強制燃焼装置の電源としているので、構造が簡単で安
価な発電方式となり、炉への電気配線工事が不要なオン
サイト型の熱発電システムが実現し、焼却炉や工業炉の
廃熱エネルギ−を極めて有効に活用することができると
いう作用を有する。
【0014】
【実施例】以下、本発明に関する実施例を図1、図2、
図3、および図4に基づいて説明する。
図3、および図4に基づいて説明する。
【0015】図1は小型焼却炉の一例を示す図である。
小型焼却炉は大型焼却炉と違い、燃焼室温度、排ガス温
度、排ガス量が大きく変化するため、燃焼条件が悪く温
度低下や局部的酸素不足などによる影響を受けやすく、
黒煙など未燃物質が出やすい傾向にある。従って、燃焼
条件をよくするため極めて小型なものを除き、通常はバ
−ナ−やファンを設置している。図1の小型焼却炉はフ
ァンのみを設置した例である。
小型焼却炉は大型焼却炉と違い、燃焼室温度、排ガス温
度、排ガス量が大きく変化するため、燃焼条件が悪く温
度低下や局部的酸素不足などによる影響を受けやすく、
黒煙など未燃物質が出やすい傾向にある。従って、燃焼
条件をよくするため極めて小型なものを除き、通常はバ
−ナ−やファンを設置している。図1の小型焼却炉はフ
ァンのみを設置した例である。
【0016】ゴミなどの廃棄物は投入口3の扉を開け1
次燃焼室1内に投入し、焚口6よりマッチなどで点火す
る(バ−ナ−を設けて自動点火することもできる)。廃
棄物が着火し燃焼を始めれば操作盤2のスイッチを入れ
ファン5を作動させ送風を開始する。4はスプレ−ノズ
ルで、1次燃焼室の温度を熱電対温度計(図示しない)
で監視し高温(例えば850℃以上)になると水を噴霧
する。この水の噴霧は燃焼炉の炉壁保護もさることなが
ら、NOX (窒素酸化物)の抑制にもなり効果的な方法
である。
次燃焼室1内に投入し、焚口6よりマッチなどで点火す
る(バ−ナ−を設けて自動点火することもできる)。廃
棄物が着火し燃焼を始めれば操作盤2のスイッチを入れ
ファン5を作動させ送風を開始する。4はスプレ−ノズ
ルで、1次燃焼室の温度を熱電対温度計(図示しない)
で監視し高温(例えば850℃以上)になると水を噴霧
する。この水の噴霧は燃焼炉の炉壁保護もさることなが
ら、NOX (窒素酸化物)の抑制にもなり効果的な方法
である。
【0017】7は火格子揺動ハンドルで、火格子13を
揺動させ灰落し作業を改善したもので、焼却中に燃焼空
気の流通をよくすることができる。灰は灰室10に落
ち、灰出し口8より外部に取り出す。9は断熱基礎板
で、コンクリ−ト等の基礎床面(図示しない)と接して
いる。12は2次燃焼室で、廃棄物より発生した熱分解
ガスの大部分は、1次燃焼室1で燃焼するが、未燃ガス
や炭素粒子をこの2次燃焼室12でさらに燃焼させるも
のである。通常、2次燃焼室12にはたいていバ−ナ−
が設置されているが、バ−ナ−がない場合、1次燃焼室
1から可燃性ガスが連続的に2次燃焼室12に供給され
ないと2次燃焼室12の温度が下がり、黒煙が発生する
ことがある。11は煙突で排ガスを外部に排出させる
が、2次燃焼室12内の灰は掃除口14より外部に取り
出す。
揺動させ灰落し作業を改善したもので、焼却中に燃焼空
気の流通をよくすることができる。灰は灰室10に落
ち、灰出し口8より外部に取り出す。9は断熱基礎板
で、コンクリ−ト等の基礎床面(図示しない)と接して
いる。12は2次燃焼室で、廃棄物より発生した熱分解
ガスの大部分は、1次燃焼室1で燃焼するが、未燃ガス
や炭素粒子をこの2次燃焼室12でさらに燃焼させるも
のである。通常、2次燃焼室12にはたいていバ−ナ−
が設置されているが、バ−ナ−がない場合、1次燃焼室
1から可燃性ガスが連続的に2次燃焼室12に供給され
ないと2次燃焼室12の温度が下がり、黒煙が発生する
ことがある。11は煙突で排ガスを外部に排出させる
が、2次燃焼室12内の灰は掃除口14より外部に取り
出す。
【0018】15は2次燃焼室12内の燃焼熱および煙
突11の排ガス熱により起電力を発生する熱電素子部
で、多数の熱電素子から構成されている。図1では熱電
素子部15を2次燃焼室12内および煙突11の外面に
配しているが、この例に限らず1次燃焼室1の炉壁やそ
の他高熱部に設けてもよいことは勿論である。熱電素子
部15で発生した直流電力は、熱発電変換装置20にて
操作盤2やファン5に必要な交流電力に変換する。
突11の排ガス熱により起電力を発生する熱電素子部
で、多数の熱電素子から構成されている。図1では熱電
素子部15を2次燃焼室12内および煙突11の外面に
配しているが、この例に限らず1次燃焼室1の炉壁やそ
の他高熱部に設けてもよいことは勿論である。熱電素子
部15で発生した直流電力は、熱発電変換装置20にて
操作盤2やファン5に必要な交流電力に変換する。
【0019】図2は熱発電システムのブロック図であ
る。15は図1の符号で示したのと同様な熱電素子部
で、ここで発生した直流電力は電圧変換器16に入力さ
れるが、電圧変換器16は一種の直流−交流インバ−タ
である。熱電素子部15で生じる熱起電力は、焼却炉が
稼働し熱の発生を伴ったときに誘起する電力であるた
め、焼却炉の始動のために補助用として蓄電池17を設
ける。この蓄電池17には焼却炉の稼働中に発生する余
剰電力を充電させる構成としておく。18および19は
それぞれ100V出力回路および200V出力回路で、
100V出力回路18は例えば図1の操作盤2の電源
に、またファン5が200V動力用の場合は200V出
力回路19よりファン5に電力を供給する。なお、図1
の熱発電変換装置20は電圧変換器16と蓄電池17、
100V出力回路18および200V出力回路19より
構成したものである。
る。15は図1の符号で示したのと同様な熱電素子部
で、ここで発生した直流電力は電圧変換器16に入力さ
れるが、電圧変換器16は一種の直流−交流インバ−タ
である。熱電素子部15で生じる熱起電力は、焼却炉が
稼働し熱の発生を伴ったときに誘起する電力であるた
め、焼却炉の始動のために補助用として蓄電池17を設
ける。この蓄電池17には焼却炉の稼働中に発生する余
剰電力を充電させる構成としておく。18および19は
それぞれ100V出力回路および200V出力回路で、
100V出力回路18は例えば図1の操作盤2の電源
に、またファン5が200V動力用の場合は200V出
力回路19よりファン5に電力を供給する。なお、図1
の熱発電変換装置20は電圧変換器16と蓄電池17、
100V出力回路18および200V出力回路19より
構成したものである。
【0020】図3は熱電素子部の構成例を示す図であ
る。21は耐火材で、例えば耐火レンガや断熱レンガ、
キャスタブルなどであり、熱電素子22が貫通孔27の
中に素子支持材26でもって固定してある。素子支持材
26としては、例えばシリカアルミナ系の超高温用無機
繊維断熱材(セラミックファイバ−)で、低熱伝導率か
つ熱衝撃性に優れたものを用いる。25は耐熱性被覆材
で、例えば耐火性セラミックスと無機ポリマ−を主成分
とした耐熱性セラミックコ−ティング材であり、耐火材
21にコ−ティングする。28は耐熱性接着剤で、例え
ば加熱硬化型の無機接着剤で、成分としては耐熱性被覆
材25と類似のものである。熱電素子22は素子支持材
26とともに耐熱性被覆材25と耐熱性接着剤28で固
定される。23はヒ−トシンク(放熱板)、24は熱電
素子22より発生する熱起電力取出し用の出力端子であ
る。また、耐火材21の高温側をA、低温側をBとし、
熱電素子22の長さと幅をそれぞれLおよびWで示す。
る。21は耐火材で、例えば耐火レンガや断熱レンガ、
キャスタブルなどであり、熱電素子22が貫通孔27の
中に素子支持材26でもって固定してある。素子支持材
26としては、例えばシリカアルミナ系の超高温用無機
繊維断熱材(セラミックファイバ−)で、低熱伝導率か
つ熱衝撃性に優れたものを用いる。25は耐熱性被覆材
で、例えば耐火性セラミックスと無機ポリマ−を主成分
とした耐熱性セラミックコ−ティング材であり、耐火材
21にコ−ティングする。28は耐熱性接着剤で、例え
ば加熱硬化型の無機接着剤で、成分としては耐熱性被覆
材25と類似のものである。熱電素子22は素子支持材
26とともに耐熱性被覆材25と耐熱性接着剤28で固
定される。23はヒ−トシンク(放熱板)、24は熱電
素子22より発生する熱起電力取出し用の出力端子であ
る。また、耐火材21の高温側をA、低温側をBとし、
熱電素子22の長さと幅をそれぞれLおよびWで示す。
【0021】ここで一例として、L=4cm、W=2.
5cm、断面積0.36cm2 (0.6cm×0.6c
m)、また高温側耐火材壁Aの温度を690℃、低温側
耐火材壁Bの温度を210℃とした場合、出願人が先に
出願した熱電素子埋込耐火材(特願平7−15094
8)にて試作したFeSi2 セラミックの熱電素子を用
いると、熱電素子1個で取り出し得る電力は0.5
(W)である。いま、耐火材21の高温側Aの表面積6
25cm2 (25cm×25cm)とした場合、ヒ−ト
シンク23の大きさ(1.5cm×1.5cm×2.0c
m)や出力端子24の配線スペ−スなどを考慮すると、
耐火材1枚に少なくとも5×9=45個の素子を埋込む
ことができる。従ってこの場合、耐火材1枚より取り出
し得る電力は0.5(W)×45=22.5(W)であ
り、単位面積当たりの取り出し電力は22.5(W)×
16=360W/m2 となる。よって、焼却炉の操作盤
やファンに必要な電力を、一例として図3のような熱電
素子部の構成によって得ることができる。
5cm、断面積0.36cm2 (0.6cm×0.6c
m)、また高温側耐火材壁Aの温度を690℃、低温側
耐火材壁Bの温度を210℃とした場合、出願人が先に
出願した熱電素子埋込耐火材(特願平7−15094
8)にて試作したFeSi2 セラミックの熱電素子を用
いると、熱電素子1個で取り出し得る電力は0.5
(W)である。いま、耐火材21の高温側Aの表面積6
25cm2 (25cm×25cm)とした場合、ヒ−ト
シンク23の大きさ(1.5cm×1.5cm×2.0c
m)や出力端子24の配線スペ−スなどを考慮すると、
耐火材1枚に少なくとも5×9=45個の素子を埋込む
ことができる。従ってこの場合、耐火材1枚より取り出
し得る電力は0.5(W)×45=22.5(W)であ
り、単位面積当たりの取り出し電力は22.5(W)×
16=360W/m2 となる。よって、焼却炉の操作盤
やファンに必要な電力を、一例として図3のような熱電
素子部の構成によって得ることができる。
【0022】図4は本発明の熱電素子の形状図である。
30はP型素子であり、遷移元素としてCr10%をド
−ブしFe0.9 Cr0.1 Si2.125 のモル組成比のもの
とする。31はN型素子で遷移元素Co5%を含むFe
0.95Co0.05Si2.125 のものである。ここで、原料と
して用いたFeSi2 粉末は、例えば不活性ガス(A
r)雰囲気中で直流ア−ク放電によって溶融した後、ボ
−ル・ミルで平均粒径0.5〜5μmまで粉砕する。こ
のFeSi2 の微粒粉体にバインダ−としてポリビニ−
ル・アルコ−ル(PVA)1%を加えて加圧成型し、そ
の後空気中で200℃〜350℃に加熱してデバインド
する(アルコ−ル分を抜く)。さらにこれを真空中で1
170℃の温度にて約2時間焼いて固める。この状態の
FeSi2はα型であり金属のままである。このα型F
eSi2 を半導体としてのβ型FeSi2 にするには、
α型とβ型の変態点温度(940℃)以下、例えば90
0℃の温度で空気中にて10〜20時間程度焼けばよ
い。
30はP型素子であり、遷移元素としてCr10%をド
−ブしFe0.9 Cr0.1 Si2.125 のモル組成比のもの
とする。31はN型素子で遷移元素Co5%を含むFe
0.95Co0.05Si2.125 のものである。ここで、原料と
して用いたFeSi2 粉末は、例えば不活性ガス(A
r)雰囲気中で直流ア−ク放電によって溶融した後、ボ
−ル・ミルで平均粒径0.5〜5μmまで粉砕する。こ
のFeSi2 の微粒粉体にバインダ−としてポリビニ−
ル・アルコ−ル(PVA)1%を加えて加圧成型し、そ
の後空気中で200℃〜350℃に加熱してデバインド
する(アルコ−ル分を抜く)。さらにこれを真空中で1
170℃の温度にて約2時間焼いて固める。この状態の
FeSi2はα型であり金属のままである。このα型F
eSi2 を半導体としてのβ型FeSi2 にするには、
α型とβ型の変態点温度(940℃)以下、例えば90
0℃の温度で空気中にて10〜20時間程度焼けばよ
い。
【0023】32はP−N接合部であり、P型素子30
とN型素子31の接合にはPdを用いてもよい。34は
加熱される高温部、35は低温部である。ここで高温部
34の加熱温度は、α型FeSi2 とβ型FeSi2 の
変態点温度(940℃)以下でなければならないが、後
述するように熱電素子の熱電変換効率は低温部35の温
度を一定とすると、高温部34の温度が高い程大きくな
る。従って、用途によってはα型とβ型の変態点温度を
高くすると、高温用熱電素子としては都合のよい場合が
ある。このような変態点温度を高める必要があるときに
は、PdにRuを少量添加することで変態点温度は10
00℃近く(980℃)まで上昇する。更に、変態点温
度1000℃以上にするときには、SiC粉末をつけて
接合することで可能となる。
とN型素子31の接合にはPdを用いてもよい。34は
加熱される高温部、35は低温部である。ここで高温部
34の加熱温度は、α型FeSi2 とβ型FeSi2 の
変態点温度(940℃)以下でなければならないが、後
述するように熱電素子の熱電変換効率は低温部35の温
度を一定とすると、高温部34の温度が高い程大きくな
る。従って、用途によってはα型とβ型の変態点温度を
高くすると、高温用熱電素子としては都合のよい場合が
ある。このような変態点温度を高める必要があるときに
は、PdにRuを少量添加することで変態点温度は10
00℃近く(980℃)まで上昇する。更に、変態点温
度1000℃以上にするときには、SiC粉末をつけて
接合することで可能となる。
【0024】33a、33bはセラミックで、P型素子
30とN型素子31の表面をアルミナ系のものでコ−テ
ィングする。このセラミックのコ−ティングにより酸化
防止が図れ、高温中での耐食性が増し、熱電素子の寿命
が飛躍的に向上する。
30とN型素子31の表面をアルミナ系のものでコ−テ
ィングする。このセラミックのコ−ティングにより酸化
防止が図れ、高温中での耐食性が増し、熱電素子の寿命
が飛躍的に向上する。
【0025】36a、36bは出力端子で、電力の取り
出しのため低温部35の両分極にろう付けや接着剤等を
用いて接合する。このような構成では端子36aが正電
位(+)、また端子36bは負電位(−)となり、外部
負荷(図示しない)をつなぐことにより直流電力が取り
出せる。
出しのため低温部35の両分極にろう付けや接着剤等を
用いて接合する。このような構成では端子36aが正電
位(+)、また端子36bは負電位(−)となり、外部
負荷(図示しない)をつなぐことにより直流電力が取り
出せる。
【0026】
【発明の効果】本発明は、焼却炉や工業炉の燃焼熱によ
り起電力を発生する熱電素子と、補助蓄電池および電圧
変換器からなる熱発電手段を、焼却炉の強制燃焼装置等
の電源としているので、炉への電気配線工事が不要な、
構造が簡単かつ安価な熱発電システムを得ることができ
るという効果がある。
り起電力を発生する熱電素子と、補助蓄電池および電圧
変換器からなる熱発電手段を、焼却炉の強制燃焼装置等
の電源としているので、炉への電気配線工事が不要な、
構造が簡単かつ安価な熱発電システムを得ることができ
るという効果がある。
【図1】小型焼却炉の一例を示す図である。
【図2】熱発電システムのブロック図である。
【図3】熱電素子部の構成例を示す図である。
【図4】熱発電素子の形状図である。
【図5】ゴミの複合発電の仕組みを示す図である。
1 1次燃焼室 2 操作盤 3 投入口 4 スプレ−ノズル 5 ファン 6 焚口 7 火格子揺動ハンドル 8 灰出し口 9 断熱基礎板 10 灰室 11 煙突 12 2次燃焼室 13 火格子 14 掃除口 15 熱電素子部 16 電圧変換器 17 蓄電池 18 100V出力回路 19 200V出力回路 20 熱発電変換装置 21 耐火材 22 熱電素子 23 ヒ−トシンク(放熱板) 24 出力端子 25 耐熱性被覆材 26 素子支持材 27 貫通孔 28 耐熱性接着剤 30 P型素子 31 N型素子 32 P−N接合部 33a、33b セラミック 34 高温部 35 低温部 36a、36b 出力端子
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 35/14 H01L 35/14
Claims (1)
- 【請求項1】 鉄シリサイド(FeSi2 )系遷移金属
けい化物にあって、(Fe/Si)のモル組成比が0.
4〜0.6に対し、P型およびN型素子には遷移元素と
してクロム(Cr)とコバルト(Co)が、それぞれ0
.08〜0.12および0.03〜0.07含有した熱電素
子と、該熱電素子を加熱して得られる起電力を補助する
蓄電池と、前記熱電素子および蓄電池が発生する直流電
力を、交流電力に変換する電圧変換器、とで成ることを
特徴とする熱発電システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8110326A JPH09275692A (ja) | 1996-04-04 | 1996-04-04 | 熱発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8110326A JPH09275692A (ja) | 1996-04-04 | 1996-04-04 | 熱発電システム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09275692A true JPH09275692A (ja) | 1997-10-21 |
Family
ID=14532902
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8110326A Pending JPH09275692A (ja) | 1996-04-04 | 1996-04-04 | 熱発電システム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09275692A (ja) |
Cited By (12)
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---|---|---|---|---|
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-
1996
- 1996-04-04 JP JP8110326A patent/JPH09275692A/ja active Pending
Cited By (18)
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