JPS59195091A - 熱ガスの顕熱回収方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は排出される熱ガスからその顕熱を回収する方法
に関するものである。

」般に刃口熱炉等の熱排ガスからその顕熱を回収する場
合、該熱ガスと空気との熱交換器を設けてホットエアを
得るか、或いは排熱ボイラーを設けてスチームを得るの
が通例である。

ところが、ホヅトエア或いはスチー゛ムは、直接使用す
るには需要個所が限定され、又、発生個所から遠く隔っ
た所で使用しようとすると、配管、ダクト等設備費がか
さむ上、熱損失も発生する等熱輸送が問題となる。

又、熱回収しても使用先のない場合には、もつとも汎−
用的な電力に変換されるのが通常である。従って、回収
した熱を電力として得ようとすると、従来法では２〜３
回のエネルギー変換工程を経由しなければならず、設備
的にも保全管理面でも大きな費用を要す。その上、回収
設備が大がかりなため熱源として中規模以下のものには
、投資効果面から適用上不利である。

本発明は、このような従来法の問題点を解消するために
なされたもので、その特徴とするところは、熱ガス流路
に熱電素子で構成される熱交換装置を設置することによ
り、ガスの熱エネルギーを屯カエネルギーに直接変換し
て取出す方法である。

以下、順を追って本発明の詳細な説明する。

既によく知られているように、種類の異なる２つの半導
体を接合して、その両端に温度差をつけると両生導体間
に電位差が生ずる。

これをゼーベック効果と云い、温度差と電位差　゛の関
係は、Ｖ＝＝ＳｘΔＴ（１） と表わされる。

こ＼でＶは電位差、ΔＴは温度差、Ｓはゼーベック係数
で、金属材料及びその温度によって定まる定数である。

温度差のついた両生導体［川に外部回路と負荷をつなげ
ば電気エネルギーとして取出すことが出来る。

このような一対の金属半導体を熱電素子と呼び、素子に
負荷を接続した時の電圧をＶｃ１電流をＩｃとすると、 となる。

鳩は開放電圧、ｒは素子内部抵抗、Ｒは外部抵抗である
。（１）式からもわかるようｊで素子間の温度差を大き
くすれば、電位差７５玉大きくなり、従って取出される
電力も大きい。

第１図は単体熱電素子の説明図で、Ｐ型半導体１とＮ型
半導体２とが例えば、銅のような導電性、伝熱性の秀れ
た金属３で接合されて一対の熱電素子を形成している。

第１図に示すように銅板３で接合された側を加熱側Ｈと
すれば、他端はより温度差を大きくするよう冷却される
。この図では水冷ジャケット４が取付けられておシ、そ
の中に冷却配管５により通水することによって素子両端
間の温度差を大きくするようになされている。

半導体１．２に夫々リード＠７を接続し、これに外部抵
抗６を付加して電力の取出しとしている。このような素
子を複数個集合して適宜リード回路で接続し、熱交換器
を構成すると所要な電圧と電流を得ることが可能である
。

第２図は熱電素子群と水冷ジャケットで構成される熱交
換器を熱ガス流路、例えば加熱炉煙道に組込んだもので
ある。

鋼材等を加熱する加熱炉８から排出される排熱ガスは炉
尻から煙道９を通って煙突１０より大気に放出されてい
る。この煙道９の途中に前記熱交換器１１を設置する。

熱交換器１１は熱電素子加熱側端面を熱ガスと接触し、
他端面は水冷ジャケットで冷却されるよう構成されてい
る。

水冷ジャケットには冷却水が流れている。

この冷却水は循環ポンプ１２、冷水塔１３、接続配管１
４にて結ばれており、冷水塔１３にて充分奪熱冷却され
ている。

その結果、熱交換器の熱電素子の一方は熱ガスと接触し
て加熱され、他端は冷却されて素子内に温度差が生じ起
電力が発生する。これを適宜取出して直交流変換装置１
５（ＡＣ，ＤＣ）を介して、交流として一般使用に供せ
られる。

なお熱交換器１１の形状は、熱回収の対象となる排ガス
流路に合せて製作され、例えば円筒状にして取付場所も
煙突等の内面等適所な箇所にも取付けることが出来る。

第３図は製鉄工業の転炉排気ダクト内面に熱電素子発電
装置を取付けた例である。

精錬中に発生する熱ガス（以下転炉ガス）１７は約１３
００℃〜１５００℃にて排出され、ガス中の高温ダスト
からの輻射伝熱とガス対流伝熱により転炉ダクト内面が
加熱される。

従来の転炉ダクトは、この高温化の防止と合せて熱回収
の為に拡大第４図に示すようにダクトをフィン付水管２
５にて製作し、水管中に循還水を通して高圧ドラム１９
と接続し熱水として得られるように装備されている。

この熱水は、ドラムに接続された減圧弁により減圧され
スチームとして利用されている。

第５図は本発明法忙よって熱電素子ｎを取付けたダクト
部を示す拡大図で、転炉ガス側に素子加熱面を配置し、
反対側の外側の冷却部は半割にした水管２１にて冷却さ
れるようになっている。冷却水は、従来と同じく高圧ド
ラム１９を介して循還されるようになっており、同様に
スチームも取出せる。但し、その量は約１０％従来法に
比し少なくなる。

熱電素子を組込んだ熱交換装置にて発電した電気は、直
流〜交流変換装置（ＡＣ，ＤＣ）２４を経て取出される
。

熱電素子ｎの加熱面は必要に応じて被覆しても構わない
。又、本装置の取付個所は転炉ダクトに限定されず、例
えば高炉のシャフト等ヒート７ラツクスのある所であれ
ば何処でも可能である０ 本発明の実施例１ 第２図に示すような鋼片の再加熱炉にカルコゲナイド系
アモルファス半導体熱電素子発電装置を取付け、約１３
ｋｗの電力を得た。その時の発電条件及び得られた結果
は表１の通りである。

表　　１ 本発明の実施例２ 第３図に示すような転炉ダクト部に実施例１と同質の熱
電素子を取付け、発電を行った。

操業条件及び結果を表２に示す。

表　　２

【図面の簡単な説明】

第１図は単体熱電素子説明図、刀・２図は本発明法によ
り熱電素子発電装置を鋼片加熱炉煙道に取付けた場合の
フローシート、第３図は本発明法によシ転炉ダクトに増
刊けた時のフローシート、第４図は従来の水管転炉ダク
ト詳細説明図、第５図は本発明の熱電素子取付転炉ダク
ト詳細説明図である。 工はＰ型牛導体、２ｉ’ｌ：Ｎ型半導体、３け接合用銅
板、４は水冷ジャケット、５は冷却水配管、６は外部抵
抗、７はリード線、８は鋼材加熱炉、９け煙道、ＩＯは
煙突、１１は熱電素子熱交換器、１２は冷却水循還ポン
プ、１３け冷水塔、１４は冷却水循還配管、１５は直流
〜交流変換器、１６は転炉、１７は転炉ガス、１８は転
炉ダクト、１９は高圧熱水ボイラー、２０は冷却水循還
ボイラー、２１は半割水管、ｎは熱電素子、乙は減圧弁
、２４　ｌ−Ｊ：、直流〜交流変換器、乙はフィン付水
管、届は冷却水配管、 特許出願人　新日本製鉄株式会社 手続補正書 昭和５８年８月２９日 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １、事件の表示　特願昭５８−６８３９３号２、発明の
名称　熱ガスの顕熱回収方法３、　補正をする者 事件との関係　出願人 （６６５）新日本製鉄株式会社 ５、　補正の対象　明細書中発明の詳細な説明の欄。 補正の内容 出願番号　特願昭５８−６８３９３号 この出願につき溝着嘲１咽元ヒ明細書を下記の通り補正
する。 （１）　　明細書、第４頁６行暑中「熱−Ｉ１１１！Ｈ
とすれば、他端はより温度差を犬きくす」とあるを「熱
伸とすれば、他端は、より温度差を犬きくす」と補正す
る。 （２）　　同書第４頁８行暑中「れて２す、その中に冷
却配管５に」とあるを「れており、冷却配管５に」と補
正する。 （３）　　同書第５頁１２行暑中「直交流変換装置１５
（ＡＣ，ＤＣ）を」とあるを「直交流変換装置Ｉ前１５
を」と補正する。 （４）　　同岩：第６頁加行暑中１１Ｈ流〜交流変換装
ｆｆｌ、ｌ。 （ＡＣ，ＤＣ）２４Ｊとあるを「直流〜交流変換装置斜
」と補正する。 昭和郭年８月２９日 特許出願人新日本製鉄株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 熱ガス流路に、熱電素子を組込んだ熱交換装置を設置し
   、熱ガスの保有する顕熱を直接電気エネルギーとして回
   収することを特徴とする、熱ガスの顕熱回収方法。