熱電發(fā)電裝置及使用該熱電發(fā)電裝置的熱電發(fā)電方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及將鋼材輻射的熱能轉(zhuǎn)換為電能并進(jìn)行回收的熱電發(fā)電裝置及使用該熱電發(fā)電裝置的熱電發(fā)電方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在對不同種類的導(dǎo)體或半導(dǎo)體施加溫度差時(shí)，在高溫部與低溫部之間產(chǎn)生電動(dòng)勢，一直以來這種現(xiàn)象作為塞貝克效應(yīng)而為人所知，已知利用這樣的性質(zhì)，使用熱電發(fā)電元件將熱直接轉(zhuǎn)換為電。
[0003]近年來，在煉鐵工廠等的制造設(shè)備中推進(jìn)使用以下搭配，例如，通過上述的熱電發(fā)電元件的發(fā)電，來利用此前作為廢熱廢棄的能量，例如鋼材輻射的熱能。
[0004]作為利用熱能的方法，例如，在專利文獻(xiàn)I中記載了將吸熱裝置與高溫物體對置配置，將高溫物體的熱能轉(zhuǎn)換為電能并進(jìn)行回收的方法。
[0005]在專利文獻(xiàn)2中記載了如下方法，使熱電元件模塊與作為廢熱被處理的熱能接觸而將熱能轉(zhuǎn)換為電能，并進(jìn)行回收。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)1:(日本)特開昭59-198883號公報(bào)
[0009]專利文獻(xiàn)2:(日本)特開昭60-34084號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]發(fā)明所要解決的課題
[0011]然而，在專利文獻(xiàn)I中，雖然存在能夠適用于板坯連鑄生產(chǎn)線的記載，但是對于實(shí)際作業(yè)中的板坯的溫度分布、板坯量的變動(dòng)所導(dǎo)致的釋放熱量(熱能)的變動(dòng)等作業(yè)中的熱源的差異則完全沒有考慮。
[0012]并且，在專利文獻(xiàn)2中，需要使模塊相對于熱源固定，因此對于移動(dòng)的熱源，存在無法設(shè)置模塊的問題。
[0013]而且，在現(xiàn)有的熱電發(fā)電方法中，在鋼材的前端或后端等成為熱源的非穩(wěn)定狀態(tài)下，為了防止鋼材的高度變動(dòng)等引起的裝置破損，只能將熱電發(fā)電裝置設(shè)置在鋼材的遠(yuǎn)處。而且，如果設(shè)置在鋼材的遠(yuǎn)處，則無法很好地將高溫物體的熱能傳遞至熱電發(fā)電裝置，從而存在無法進(jìn)行高效的電能轉(zhuǎn)換的問題。
[0014]本發(fā)明是鑒于上述現(xiàn)狀而做出的，其目的在于提供具備熱電發(fā)電單元的熱電發(fā)電裝置及使用該熱電發(fā)電裝置的熱電發(fā)電方法，在各種制造工序、特別是熱源流動(dòng)的連續(xù)鑄造生產(chǎn)線和板坯連鑄生產(chǎn)線等中，即使在作業(yè)中的熱源的產(chǎn)生狀態(tài)存在偏差的情況下，熱電發(fā)電單元也能夠?qū)a(chǎn)生的熱能穩(wěn)定地轉(zhuǎn)換為電能并進(jìn)行回收。
[0015]用于解決課題的手段
[0016]發(fā)明人為解決上述課題進(jìn)行了仔細(xì)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過根據(jù)熱能的釋放狀態(tài)，有效地調(diào)整熱源和熱電發(fā)電單元的距離等，能夠進(jìn)行高效率的熱電發(fā)電，特別開發(fā)了鋼材制造生產(chǎn)線中的、能夠進(jìn)行高效的熱利用的熱電發(fā)電裝置和使用該熱電發(fā)電裝置的熱電發(fā)電方法。
[0017]本發(fā)明是立足于上述發(fā)現(xiàn)而完成的。
[0018]S卩，本發(fā)明的主要結(jié)構(gòu)如下。
[0019]1.一種熱電發(fā)電裝置，具備將鋼材輻射的熱能轉(zhuǎn)換為電能的熱電發(fā)電單元，該熱電發(fā)電裝置的特征在于，
[0020]所述熱電發(fā)電裝置具有能夠與所述熱電發(fā)電單元一體移動(dòng)的移動(dòng)構(gòu)件。
[0021]2.根據(jù)I所述的熱電發(fā)電裝置，其特征在于，
[0022]所述熱電發(fā)電單元與所述鋼材對置，并且根據(jù)該熱電發(fā)電單元的輸出進(jìn)行設(shè)置。
[0023]3.根據(jù)I或2所述的熱電發(fā)電裝置，其特征在于，
[0024]根據(jù)該熱電發(fā)電單兀的輸出，與輸出尚的尚溫部相比在輸出低的低溫部更接近地設(shè)置所述熱電發(fā)電單元。
[0025]4.根據(jù)I至3中任一項(xiàng)所述的熱電發(fā)電裝置，其特征在于，
[0026]根據(jù)該熱電發(fā)電單兀的輸出，與輸出低的低溫部相比在輸出尚的尚溫部更密集地配置所述熱電發(fā)電單元中的熱電發(fā)電模塊或熱電元件。
[0027]5.根據(jù)I至4中任一項(xiàng)所述的熱電發(fā)電裝置，其特征在于，
[0028]所述熱電發(fā)電裝置具備熱反射材料。
[0029]6.根據(jù)I至5中任一項(xiàng)所述的熱電發(fā)電裝置，其特征在于，
[0030]進(jìn)一步根據(jù)該熱電發(fā)電單元的溫度和/或鋼材的溫度設(shè)置所述熱電發(fā)電單元。
[0031]7.根據(jù)I至6中任一項(xiàng)所述的熱電發(fā)電裝置，其特征在于，
[0032]所述移動(dòng)構(gòu)件是根據(jù)對鋼材的溫度、熱電發(fā)電單元的溫度及該熱電發(fā)電單元的輸出中的至少一項(xiàng)進(jìn)行測定而求出的溫度和/或輸出，對該熱電發(fā)電單元與該鋼材的距離進(jìn)行控制的移動(dòng)構(gòu)件。
[0033]8.根據(jù)I至7中任一項(xiàng)所述的熱電發(fā)電裝置，其特征在于，
[0034]所述熱電發(fā)電裝置成為包圍所述鋼材的外周部的形狀。
[0035]9.根據(jù)I至8中任一項(xiàng)所述的熱電發(fā)電裝置，其特征在于，
[0036]所述熱電發(fā)電裝置設(shè)有至少一個(gè)部位的開口部。
[0037]10.一種熱電發(fā)電方法，使用I至9中任一項(xiàng)所述的熱電發(fā)電裝置，吸收鋼材的熱進(jìn)行熱電發(fā)電。
[0038]11.根據(jù)I所述的熱電發(fā)電裝置，其特征在于，
[0039]所述熱電發(fā)電單元具備對熱電發(fā)電單元的溫度進(jìn)行監(jiān)視的機(jī)構(gòu)，并且具備位置調(diào)整機(jī)構(gòu)，在該機(jī)構(gòu)監(jiān)視的溫度達(dá)到熱電發(fā)電單元的容許溫度時(shí)，所述位置調(diào)整機(jī)構(gòu)使熱電發(fā)電單元移動(dòng)，以將熱電發(fā)電單元的溫度保持在上述容許溫度以下。
[0040]12.根據(jù)11所述的熱電發(fā)電裝置，其特征在于，
[0041 ] 所述對熱電發(fā)電單元的溫度進(jìn)行監(jiān)視的機(jī)構(gòu)具有熱電偶，該熱電偶配置在對熱電發(fā)電單元的受熱板的溫度進(jìn)行測量的位置。
[0042]13.根據(jù)11所述的熱電發(fā)電裝置，其特征在于，
[0043]所述熱電發(fā)電單元與鋼材對置，并且根據(jù)該熱電發(fā)電單元的溫度和/或輸出進(jìn)行設(shè)置。
[0044]14.一種熱電發(fā)電方法，使用11至13中任一項(xiàng)所述的熱電發(fā)電裝置，吸收鋼材的熱進(jìn)行發(fā)電，使用該發(fā)電產(chǎn)生的電能使該熱電發(fā)電裝置的熱電發(fā)電單元移動(dòng)。
[0045]發(fā)明效果
[0046]根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)犭姲l(fā)電單元和熱源(鋼材)保持在發(fā)電效率良好的距離等，因此發(fā)電效率得以提高，與以往相比，能夠高水平地回收從制造生產(chǎn)線產(chǎn)生的熱能。
【附圖說明】
[0047]圖1是說明本發(fā)明一實(shí)施方式的示意圖。
[0048]圖2是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的熱電發(fā)電單元的剖視圖。
[0049]圖3是說明本發(fā)明一實(shí)施方式的其他示意圖。
[0050]圖4是表示本發(fā)明一實(shí)施方式的熱電發(fā)電裝置的說明圖。
[0051]圖5是表示本發(fā)明一實(shí)施方式的其他熱電發(fā)電裝置的說明圖。
[0052]圖6是表示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的熱電發(fā)電裝置的設(shè)置例的圖。
[0053]圖7是表示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的熱電發(fā)電裝置的其他設(shè)置場所的圖。
[0054]圖8是表示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的熱電發(fā)電裝置的其他設(shè)置場所的圖。
[0055]圖9是表示發(fā)電輸出比相對于鋼材與熱電發(fā)電單元的距離的關(guān)系的曲線圖。
[0056]圖10是表示根據(jù)本發(fā)明的熱電發(fā)電單元的設(shè)置例的圖。
[0057]圖11是表示根據(jù)本發(fā)明的熱電發(fā)電單元中的熱電發(fā)電模塊的配置例的剖視圖。
[0058]圖12是表示發(fā)電輸出比相對于管材與熱電發(fā)電單元的距離的關(guān)系的曲線圖。
[0059]圖13(a)和圖13(b)是表示根據(jù)本發(fā)明的帶有反射件的熱電發(fā)電裝置的設(shè)置例的圖。
[0060]圖14(a)和圖14(b)是表示根據(jù)本發(fā)明的帶有反射件的熱電發(fā)電裝置的其他設(shè)置例的圖。
[0061]圖15(A)至圖15(D)是表示根據(jù)本發(fā)明的熱電發(fā)電單元的其他設(shè)置例的圖。
[0062]圖16是表示在熱電發(fā)電單元中安裝溫度監(jiān)視機(jī)構(gòu)的例子的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0063]以下，對本發(fā)明具體地進(jìn)行說明。
[0064]圖1是說明本發(fā)明的熱電發(fā)電裝置一實(shí)施方式的示意圖。圖中，附圖標(biāo)記I是熱電發(fā)電單元，附圖標(biāo)記2是移動(dòng)構(gòu)件，附圖標(biāo)記3是熱電發(fā)電裝置，附圖標(biāo)記4是工作臺(tái)托輥，附圖標(biāo)記5是鋼材。
[0065]在本發(fā)明中，熱電發(fā)電裝置3具備與熱源即鋼材5對置配置的熱電發(fā)電單元I和熱電發(fā)電單元的移動(dòng)構(gòu)件2。需要說明的是，通常，鋼材5處于工作臺(tái)托輥的上表面。
[0066]本發(fā)明中的鋼材只要是在煉鐵廠或加工工廠等被加熱而達(dá)到600?1300°C左右的溫度的鐵類金屬，則沒有特別的限制，連續(xù)鑄造機(jī)中的熱板坯、熱乳裝置中的板坯、粗型材、熱乳鋼帶，鍛焊管設(shè)備中的板材或管材以及其他鋼管、鋼棒、盤條及鋼軌等條形鋼材等(以下，簡稱為鋼材)為優(yōu)選例。
[0067]并且，本發(fā)明的熱電發(fā)電裝置在鋼材的寬度方向和長度方向上具備至少一個(gè)熱電發(fā)電單元。而且，該熱電發(fā)電單元具有與鋼材對置的受熱構(gòu)件、至少一個(gè)熱電發(fā)電模塊、放熱構(gòu)件。
[0068]取決于材質(zhì)，受熱構(gòu)件達(dá)到比熱電元件的高溫側(cè)溫度高幾度乃至幾十度、有時(shí)會(huì)達(dá)到比熱電元件的高溫側(cè)溫度高幾百度左右的溫度。因此，受熱構(gòu)件只要在該溫度下具有耐熱性、耐久性即可。例如，除了銅或銅合金、鋁、鋁合金、陶瓷、碳之外，也能夠使用一般的鋼鐵材料。
[0069]另一方面，放熱構(gòu)件為現(xiàn)有公知的構(gòu)件即可，沒有特別的限制，但作為優(yōu)選的方式例示了具備散熱片的冷卻設(shè)備、利用接觸熱傳遞的水冷設(shè)備、利用沸騰熱傳遞的散熱器、具有制冷劑流路的水冷板等。
[0070]并且，即使利用噴霧冷卻等對熱電發(fā)電單元的低溫側(cè)進(jìn)行水冷，也能夠?qū)Φ蜏貍?cè)高效地進(jìn)行冷卻。特別是在將熱電發(fā)電單元設(shè)置在比熱源靠下方的位置的情況下，即使采用噴霧冷卻，只要適當(dāng)配置噴霧，殘留的水向工作臺(tái)下方落下，不會(huì)對熱電發(fā)電單元的高溫側(cè)進(jìn)行冷卻，從而能夠?qū)犭姲l(fā)電單元的低溫側(cè)高效地進(jìn)行冷卻。在進(jìn)行噴霧冷卻的情況下，與噴霧制冷劑接觸而被冷卻的一側(cè)成為放熱構(gòu)件。
[0071]在本發(fā)明中使用的熱電發(fā)電模塊8，如圖2所示，是使利用幾十?幾千對電極7將作為熱電元件6的P型和N型的半導(dǎo)體連接起來的熱電元件組二維地排列