(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料を加熱して圧延する熱間圧延ラインの熱回収装置であって、
前記金属材料で発生する熱を収集する集熱手段、前記集熱手段によって集められた熱の凝集化を行う熱凝集化手段、及び前記熱凝集化手段により凝集化された熱を電力に変換する変換手段を有し、前記熱間圧延ラインにおける前記金属材料の処理によって発生して前記金属材料から大気中に放出された熱を、前記処理による前記金属材料の加熱及び変形加工と並行して大気中で収集し、前記収集された熱を電力に変換する、前記金属材料と大気を介して対向して配置された熱電変換手段と、
前記熱電変換手段により変換された電力を蓄える電力貯蔵手段と、
前記熱電変換手段により生成される生成電力、及び前記熱凝集化手段により消費される消費電力をそれぞれ予測する電力予測手段と、
前記生成電力と前記消費電力に基づき、熱回収を行うか否かを判断する判断手段と
を備えることを特徴とする熱回収装置。
【請求項２】
前記集熱手段が前記金属材料の上方に配置されることを特徴とする請求項１に記載の熱回収装置。
【請求項３】
前記判断手段が、前記生成電力が前記消費電力より大きい場合、又は前記生成電力が前記消費電力より予め設定された値以上大きい場合に、熱回収を行うと判断することを特徴とする請求項１又は２に記載の熱回収装置。
【請求項４】
前記熱電変換手段が、前記熱間圧延ラインで実行される複数の処理工程のうちの少なくとも１の処理工程に起因して前記金属材料で発生する熱を、電力に変換することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱回収装置。
【請求項５】
前記熱電変換手段が、前記熱間圧延ラインによって前記金属材料から製造された製品が前記熱間圧延ラインにおける処理に起因して発する熱を、電力に変換することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱回収装置。
【請求項６】
前記電力貯蔵手段に貯蔵された電力を表示する表示手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材料を加工する熱間圧延ラインの熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材料を圧延する圧延ラインとして、鉄鋼の板を製造する熱間薄板圧延、厚板圧延、冷間圧延のライン、鉄鋼の形鋼圧延、棒鋼、線材の圧延ライン、及びアルミニウムや銅の圧延ライン等がある。これらのうち、エネルギーを大量に消費する圧延ラインは、熱間圧延ラインである。熱間圧延ラインでは、処理対象の金属材料を高温に熱して柔らかくした後に、大きな変形を加えるためである。特に、熱間薄板圧延ラインや熱間厚板圧延ラインは、工場自体が大きく、消費エネルギーが大きい。
【０００３】
熱間圧延ラインにおいて高温になる金属材料から放出される熱エネルギーの回収や再利用は、今のところ十分できていない。各圧延工程において、金属材料からの放射や対流による熱エネルギーは周囲の大気を暖めるだけである。また、冷却に使用された水に含まれる熱も、回収された水が工場の外部で冷却されるだけのことが多く、回収して再利用されることは少ない。
【０００４】
近年、冷却水に含まれる熱を回収するために、圧延機の冷却装置及び熱回収装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。例えば自治体が運用しているごみ焼却工場において、ごみを焼却した熱で水を加熱して十分に高温の水等が得られる場合には、蒸気化してタービンを回して発電に利用できる場合がある。また１００℃以下の低温の水は、ごみ焼却工場に隣接した温泉施設等に提供されることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１５３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、熱間圧延ラインにおいて熱を回収したとしても、そのまま再利用することは一般には難しい。十分に高温の水等が得られる場合には、高温蒸気を作って発電に利用できる場合があるが、十分高温の水や媒体が得られない場合の熱の再利用は特に難しい。一般には、温泉施設で再利用する等の特殊な場合を除いて、熱を電力に変換した方がエネルギー形態として利用の自由度が高い。電力も貯蔵するには難があるエネルギー形態であるが、最近は高性能な２次電池等の電力貯蔵装置も開発されている。
【０００７】
上記問題点に鑑み、本発明は、熱間圧延ラインにおける金属材料の処理により発生する熱を回収して、電力として貯蔵する熱回収装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、金属材料を加熱して圧延する熱間圧延ラインの熱回収装置であって、金属材料で発生する熱を収集する集熱手段、集熱手段によって集められた熱の凝集化を行う熱凝集化手段、及び熱凝集化手段により凝集化された熱を電力に変換する変換手段を有し、熱間圧延ラインにおける金属材料の処理によって発生して金属材料から大気中に放出された熱を、処理による金属材料の加熱及び変形加工と並行して大気中で収集し、収集された熱を電力に変換する、金属材料と大気を介して対向して配置された熱電変換手段と、熱電変換手段により変換された電力を蓄える電力貯蔵手段と、熱電変換手段により生成される生成電力、及び熱凝集化手段により消費される消費電力をそれぞれ予測する電力予測手段と、生成電力と消費電力に基づき、熱回収を行うか否かを判断する判断手段とを備える熱回収装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、熱間圧延ラインにおける金属材料の処理により発生する熱を回収して、電力として貯蔵する熱回収装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る熱回収装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る熱回収装置の熱電変換手段の配置例を示す模式図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る熱回収装置の熱電変換手段の構成例を示す模式図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る熱回収装置の構成を示す模式図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る熱回収装置の構成を示す模式図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る熱回収装置の配置場所の例を示す模式図である。
【図７】ヒートポンプの動作を説明するための模式図である。
【図８】本発明の第３の実施形態の変形例に係る熱回収装置の構成を示す模式図である。
【図９】本発明の第３の実施形態の他の変形例に係る熱回収装置の構成を示す模式図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る熱回収装置の構成を示す模式図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る熱回収装置による熱回収の有効性を判断するための効率曲線の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、図面を参照して、本発明の第１乃至第４の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものである。又、以下に示す第１乃至第４の実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１２】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る熱回収装置１０は、金属材料１００を加熱して圧延する熱間圧延ライン２０で発生する熱を回収する熱回収装置であって、図１に示すように、熱間圧延ライン２０における金属材料１００の処理によって発生する熱を電力に変換する熱電変換手段１１と、熱電変換手段１１により変換された電力を蓄える電力貯蔵手段１２とを備える。熱電変換手段１１は、金属材料１００で発生する熱を収集する集熱手段１１１と、集熱手段１１１により集められた熱を電力に変換する変換手段１１２とを備える。更に、熱回収装置１０は、電力貯蔵手段１２に貯蔵された電力量を表示する表示手段１３を備える。
【００１３】
図１は、熱間圧延ライン２０が熱間薄板圧延ラインである場合の構成例を示している。熱間薄板圧延ラインでは、「スラブ」と呼ばれる直方体状の金属材料１００を加熱炉２１で熱し、粗圧延機２２で数パスの圧延を施して、厚み３０ｍｍ〜４０ｍｍ程度のバーを生成する。金属材料１００は、熱間圧延ライン２０で行われる圧延の各処理工程を経る度に、バー、ストリップ、板等と呼び方が変わるが、以下では「金属材料」という呼称で統一する。
【００１４】
粗圧延機２２で圧延された金属材料１００は、仕上圧延機２４に搬送される。粗圧延機２２から仕上圧延機２４に金属材料１００を搬送する間、金属材料１００の温度低下を防ぐために保熱カバー２３で搬送路を覆ってもよい。保熱カバー２３が開閉できるようにして、保熱する場合には搬送路を覆うために閉じ、使用しない場合には搬送路を開放するようにしてもよい。仕上圧延機２４では、金属材料１００を製品厚み１．２ｍｍ〜１２ｍｍ程度に圧延する。
【００１５】
その後、水冷装置２５によって金属材料１００に注水することで、巻取機２６前で金属材料１００は冷却される。金属材料１００は、最終的に巻取機２６で巻き取られ、製品コイル２００が製造される。製品コイル２００は、巻取機２６から抜き取られた後、コイルカー２１０に搭載されて製品コイル２００の貯蔵場所であるコイルヤード３０に搬送される。製品コイル２００は、コイルヤード３０の所定の場所で、出荷まで保管される。製品コイル２００は、更に冷間圧延工程を経ることもあるが、建材等の用途によってはそのまま使用されることがある。
【００１６】
熱間薄板圧延ラインにおける代表的な金属材料１００の温度は，加熱炉２１出側で１２００℃〜１２５０℃、粗圧延機２２出側で１１００℃〜１１５０℃、仕上圧延機２４入側で１０５０℃〜１１００℃、仕上圧延機２４出側で８５０℃〜９００℃、巻き取り温度は５００℃〜７００℃である。高品質の材質造り込みのために、巻き取り温度を３００℃前後まで下げることもある。
【００１７】
上記のように熱間圧延ライン２０内で高温になる金属材料１００で発生する熱を効率的に集熱するために、本発明の実施形態に係る熱回収装置１０の熱電変換手段１１は、熱間圧延ライン２０中を運搬される金属材料１００の至近距離に配置されることが好ましい。
【００１８】
熱回収装置１０は、１つ又は複数の熱電変換手段１１を有し、高効率を維持するために集熱手段１１１の直近に変換手段１１２が取り付けられる。集熱手段１１１を配置するのに好適な場所は、デスケーラ等の水が飛散してこない場所、金属材料１００の上反りが小さい場所、金属材料１００が比較的滞留する場所、金属材料１００が高温である場所等である。例えば、加熱炉２１を出た金属材料１００が粗圧延機２２の入側に到達する前の搬送路上（図１中、「Ｒ１」で示す。）、粗圧延機２２と仕上圧延機２４の間に配置される搬送テーブル（図１中、「Ｒ２」で示す。）等に集熱手段１１１を配置する。その他の位置の搬送テーブルでも上記条件を満たせば、短い搬送テーブルであっても熱間圧延ライン２０内の任意の場所に集熱手段１１１を設置できる。
【００１９】
したがって、熱電変換手段１１を配置する場所は、図１の場所Ｒ１、Ｒ２のいずれかに限られることはなく、場所Ｒ１、Ｒ２の両方に配置してもよい。更に、場所Ｒ１、Ｒ２以外の任意の場所に複数の熱電変換手段１１を配置できる。
【００２０】
図２に、集熱手段１１１と変換手段１１２の配置例を示す。テーブルロール２７によって熱間圧延ライン２０内を金属材料１００が搬送される。保熱カバー２３は、搬送テーブルの上の金属材料１００を搬送テーブルとともに覆うように、開閉できる機構を備えている。図２は、保熱カバー２３を開いた状態を示す。保熱カバー２３を閉じたときに、上反りした金属材料１００が保熱カバー２３に衝突しないように、上反り矯正装置２８が保熱カバー２３の入り側に設置される。
【００２１】
図２に示した例では、保熱カバー２３の内部に変換手段１１２の一部である熱電素子１１０を多数取り付ける。このため、保熱カバー２３を閉じたときに、金属材料１００と熱電素子１１０とが対向する。このとき、金属材料１００と金属材料１００に対向する保熱カバー２３の内面との間隔は、例えば３００ｍｍ〜５００ｍｍ程度である。
【００２２】
ただし、粗圧延機２２で圧延された金属材料１００の温度は１１００℃前後であるため、熱電素子１１０が破壊される場合もありえる。また、熱電素子１１０を隙間なく配置することがコスト的に難しい場合もある。このため、熱電素子１１０の保護及び熱の偏在を少なくし熱分布の均一化のために、図３に示すように、例えば集熱板を集熱手段１１１として熱電素子１１０を覆うように設置する。図３は、金属材料１００の搬送方向と垂直な方向に沿った断面図である。
【００２３】
保熱カバー２３の金属材料１００に対向する内面には、例えば石綿やガラス繊維等の断熱材が使用される。これは、金属材料１００からの熱を保熱カバー２３の外部に伝えないようにするためである。集熱板には、（１）保熱カバー２３の配置された位置で表面温度が１０００℃〜１１００℃くらいである金属材料１００からの熱に耐えられること、（２）熱伝導率が小さくないこと、（３）熱を吸収しやすく、熱を熱電素子１１０に伝えやすいこと、等の条件を満たす材料を採用可能である。（３）の条件を満たすために、集熱板は比熱が小さい材料であることが好ましい。
【００２４】
例えば、平均的に（１）〜（３）の条件を満たしている一般の鉄鋼材料が、集熱板に使用できる。一方、銅は熱伝導率が大きいが、融点が１１００℃以下なので、（１）の条件を満たさない。（２）、（３）の条件から、セラミック材は集熱板に不向きである。
【００２５】
保熱カバー２３が配置されていない場所においても、上記と同様の構成により、搬送テーブルの上部を覆うように熱電素子１１０と集熱板を設置することにより、金属材料１００の温度に近い高温の熱を熱電素子１１０で捉えることができる。その結果、効率良く熱を電力に変換できる。熱を電力に変える熱電素子１１０には、例えば、熱を与えると電圧が発生するゼーベック効果を利用した素子を採用可能である。ゼーベック素子の現状の熱電変換効率は７〜８％程度であり、一般に、２次曲線のように周囲温度が高温であるほど熱電変換効率が高くなる特徴を持つ。
【００２６】
上記のように熱電変換手段１１により熱から変換された電力は、電力貯蔵手段１２に貯蔵される。金属材料１００の熱電変換手段１１近傍の通過は間歇的であり、常に熱から電力へ変換できるわけではないので、図１に示した熱回収装置１０を直接電力系統に接続することが困難なためである。電力貯蔵手段１２には、例えば２次電池等が採用可能である。電力貯蔵手段１２に蓄えられた電力量は、表示手段１３によって表示される。このため、電力貯蔵手段１２を電力系統に接続したり、工場内の電力源として使用する可動化の判断が容易である。表示手段１３は、例えば電力量を数値やグラフで表示するディスプレイ等である。
【００２７】
以上に説明したように、図１に示した熱回収装置１０によれば、熱間圧延ライン２０の近傍に１つ又は複数の熱電変換手段１１を配置することにより、熱間圧延ライン２０で実行される複数の処理工程のうちの少なくとも１の処理工程に起因して金属材料１００で発生する熱を、電力に変換できる。つまり、熱間圧延ライン２０の加熱炉２１から巻取機２６までに搬送や圧延を繰り返す過程で、高温の金属材料１００から効率よく熱を回収できる。
【００２８】
例えば、加熱炉２１から取り出された金属材料１００の温度が１２００℃であり、金属材料１００の重量が２０トン、比熱が０．１５×４．１９（ｋＪ／ｋｇ／℃）である場合に、金属材料１００が最終的に６００℃まで冷却されると、７，５４２，０００ｋＪの熱エネルギーが周囲の空気と冷却水に奪われることになる。空冷は考慮せずに、２０℃の冷却水だけで金属材料１００を冷却し、冷却水全てを１００℃まで熱すると、２２，５００ｋｇ（＝７，５４２，０００／４．１９／（１００−２０））の冷却水が必要となる。つまり、２２．５トンの沸騰水を作ることになる。また、７，５４２，０００ｋＪのエネルギーのうち、空冷や放射により奪われる熱が３０％であると仮定し、そのうちの５％を回収できるとすれば、１１３，１３０ｋＪ（＝キロワット秒)の熱エネルギーを３１キロワット時の電気エネルギーに変換できる。３１キロワット時の電力量は，定格１０ｋＷの小型電動機を、定格状態で約３時間駆動できる電力に相当する。ここで回収効率を５％と仮定したのは、熱電素子１１０の熱電変換効率が７〜８％程度であっても、周辺機器の効率等を考慮すると、熱電変換効率が７〜８％より低下することが確実だからである。
【００２９】
上記の数値例は金属材料１００が１本だけの試算であり、金属材料１００が数十、数百本単位になると非常に多くの電力を作り出すことができる。また上記例では５％と仮定した熱電素子１１０の熱電変換効率を改善することにより、更に多くの熱から電力への変換が期待できる。
【００３０】
熱間圧延ラインは多くの熱が発生するプラントであるものの、一般には低温でしか回収できない、いわゆる低品質エネルギーが主なものである。例えば、金属材料を冷却した後の水は数十℃までは上昇するが、数十℃の水からエネルギーを回収することは非常に難しい。そのため、これらのエネルギーは大気中に放出されるだけであるのが、従来は一般的であった。
【００３１】
本発明の第１の実施形態に係る熱回収装置１０では、熱間圧延ライン２０を伝搬する金属材料１００の直近に熱を電力に変換する熱電変換手段１１を配置し、金属材料１００から発せられる熱を電力に変換する。その結果、大気中に逃されていただけのエネルギーを効率よく回収することができる。つまり、図１に示した熱回収装置１０によれば、熱間圧延ライン２０で金属材料１００が生する熱を効率的に回収して、電力として貯蔵する熱回収装置を提供できる。
【００３２】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る熱回収装置１０は、図４に示すように、熱間圧延ライン２０により製造された製品コイル２００を熱回収の対象としていることが、図１の熱回収装置１０と異なる。その他の構成については、図１に示す第１の実施形態と同様である。
【００３３】
巻取機２６から抜き出され、コイルカー２１０に搭載された製品コイル２００がコイルヤード３０に搬送される搬送路に、図１において説明した熱間圧延ライン２０内の搬送路と同様に、集熱手段１１１と変換手段１１２を設置する。ただし、熱間圧延ライン２０内に集熱手段１１１と変換手段１１２を設置する場合と異なり、製品コイル２００が搬送される搬送路に集熱手段１１１と変換手段１１２を設置する場合は、水の飛散や金属材料１００の上反りといった問題がなく、また温度も比較的低温である。このため、集熱手段１１１の配置について特殊な考慮をする必要がほとんどない。むしろ集熱手段１１１が不要な場合がある。
【００３４】
コイルヤード３０に熱電変換手段１１を設置する場合には、製造直後のまだ熱い製品コイル２００に対して集熱手段１１１と変換手段１１２を設置しなければならない。そのため、熱い製品コイル２００の置き場所を決めて、その場所に集熱手段１１１と変換手段１１２を設置する。或いは、集熱手段１１１と変換手段１１２、及び電力貯蔵手段１２を一体化して移動可能とし、熱い製品コイル２００の近くで使用してもよい。
【００３５】
巻取機２６から抜き出した直後の製品コイル２００は４００℃〜６００℃という高温の状態であり、かつ、容易に製品コイル２００の搬送路の至近距離に熱電変換手段１１を配置することができる。このため、第２の実施形態に係る熱回収装置１０においても、効率のよい熱電変換が可能である。なお、熱間圧延ライン２０からコイルヤード３０に製品コイル２００が搬送されるまでの搬送路、及びコイルヤード３０に熱電変換手段１１を設置し、かつ、熱間圧延ライン２０に熱電変換手段１１を設置してもよいことはもちろんである。他は、第１の実施形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。
【００３６】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る熱回収装置１０は、図５に示すように、熱電変換手段１１が、集熱手段１１１によって集められた熱の凝集化を行う熱凝集化手段１１３を更に備えることが、図１の熱回収装置１０と異なる。変換手段１１２は、熱凝集化手段１１３によって凝集化された熱を電力に変換する。その他の構成については、図１に示した第１の実施形態と同様である。
【００３７】
図１及び図４に示した熱回収装置１０では、集熱手段１１１が金属材料１００又は製品コイル２００の直近に設置される。これにより、主に金属材料１００や製品コイル２００からの放射熱を効率的に取り込む。
【００３８】
これに対し、図５に示した熱回収装置１０では、金属材料１００や製品コイル２００からの放射熱ではなく、主に対流による熱の回収を行う。このため、熱間圧延ライン２０或いは金属材料１００の上方に集熱手段１１１が設置される。例えば、加熱炉２１の扉を開けたときに加熱炉２１内の熱が出てくるので、加熱炉２１の扉の上方はかなり高温になる。このため、加熱炉２１の扉の上方や、粗圧延機２２の上方等の、金属材料１００の温度が高い熱間圧延ライン２０の上流側で、特に効果的に集熱できる。
【００３９】
集熱手段１１１は、上記の目的から、対流による熱を効果的に集める形態とすることが好ましい。例えば、傘を広げたような上部ほど狭くなる形状を持つ集熱手段１１１を採用可能である。この狭い上部に変換手段１１２を取り付ける。
【００４０】
図５に示した熱回収装置１０では、金属材料１００や加熱炉２１から漏れ出す熱が、対流の一現象として常に上昇することを利用する。このため、集熱手段１１１は高い場所に設置される必要がある。したがって、集熱手段１１１は、熱間圧延ライン２０や製品コイル２００の数ｍ上方や、熱間圧延ライン２０や製品コイル２００が格納される建屋の天井付近に配置される。天井の高さは、２０ｍ〜３０ｍの場合もある。例えば図６に示すように、熱間圧延ライン２０が格納された建屋５０の屋根が三角屋であれば、熱が流れ込みやすい天井の頂上付近に熱回収装置１０を設置すれば、効率的に熱を回収できる。図６において、金属材料１００は紙面に垂直な方向に搬送される。また、図６に示した矢印は、熱の流れを示す。
【００４１】
更に、集熱手段１１１で集めた比較的高温の空気を更に高温にするために、熱凝集化手段１１３を集熱手段１１１と変換手段１１２の間に配置する。熱凝集化手段１１３の一部として、例えばヒートポンプを使用できる。
【００４２】
熱は一般に高温の物体から低温の物体へと流れるが、ヒートポンプを使用することにより、逆の熱の流れを得ることができる。図７は、ヒートポンプの原理を簡単に説明した図である。液体が気体になるときは周囲から熱を奪い、気体から液体になるときは周囲に熱を放出する。この原理を用い、ポンプ６１で媒体を圧縮し、蒸発器６２で気体にして周囲から熱を奪い、周囲を低温化する。膨張して気体となった媒体は、凝縮器６３で液体化し、周囲に熱を供給する。このような仕組みにより、低温側はより低温に、高温側はより高温になる。媒体としては、以前はフロンが使われていたが、最近は代替フロン等が使用されている。ヒートポンプは、一般家庭でも冷蔵庫やエアコンなどに利用されている。
【００４３】
図７に示した蒸発器６２に集熱手段１１１を接続し、凝縮器６３に変換手段１１２を接続することにより、集熱手段１１１で集めた空気の温度より高い温度を変換手段１１２が得ることができ、熱電変換の効率が高くなる。
【００４４】
熱い空気は上昇する性質をもっているため、熱間圧延ライン２０と離れた上方に熱回収装置１０を設置することにより、熱を効率的に回収できる。図５に示した熱回収装置１０では、熱間圧延ライン２０から熱が上昇する広い範囲をカバーできる。このため、下方にデスケーラ等があったとしても、それらに阻害されることなく、熱回収装置１０が熱を回収できる。つまり、集熱手段１１１を金属材料１００の直近に設置する場合は、水の飛散がないかなど、周囲の環境が良い場所に限定される。しかし、集熱手段１１１や変換手段１１２を熱間圧延ライン２０や金属材料１００の上方に設置する場合には、そのような周囲の環境に影響されることがない。
【００４５】
以上に説明したように、第３の実施形態に係る熱回収装置１０によれば、熱間圧延ライン２０から上昇していく熱を収集することで、熱間圧延ライン２０の環境に影響されずに熱を電力に変換することができる。他は、第１の実施形態と実質的に同様であるので、重複した記載を省略する。
【００４６】
＜変形例＞
上記のように熱間圧延ライン２０の上方で集められる熱は、集熱手段１１１により集熱される段階で数十℃である。このため、熱電変換手段１１の設置場所が比較的限られる。したがって、集熱手段１１１、変換手段１１２及び熱凝集化手段１１３を、図５に示したようにひとまとまりのユニットとして設置することが、コスト的にも有利でない場合がある。このため、図８に示すように、複数の集熱手段１１１及び熱凝集化手段１１３に対して１つの変換手段１１２を配置して、変換手段１１２を集約する。これにより、変換手段１１２の初期コストを抑え、稼働効率を上げる効果が得られる。
【００４７】
図９に示した熱回収装置１０は、変換手段１１２の集約と同様の考え方で、更に熱凝集化手段１１３を集約したものである。つまり、複数の集熱手段１１１に対して、１つの熱凝集化手段１１３が配置される。
【００４８】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る熱回収装置１０は、図１０に示すように、変換手段１１２により生成される生成電力、及び熱凝集化手段１１３により消費される消費電力をそれぞれ予測する電力予測手段１４と、生成電力と消費電力に基づき、熱回収を行うか否かを判断する判断手段１５とを更に備えることが、図９に示した熱回収装置１０と異なる。その他の構成については、図９に示した第３の実施形態と同様である。
【００４９】
第３の実施形態に係る熱回収装置１０により収集される熱によって効率のよい熱電変換を常に行うことができるとは限らない。これは、熱凝集化手段１１３が電力を消費するためである。例えば、熱凝集化手段１１３が図７に示したヒートポンプを有する場合、ポンプ６１を駆動する電力が必要である。このため、変換手段１１２で生成される生成電力と、熱凝集化手段１１３等で消費する消費電力とを予測し、消費電力の方が生成電力より大きければ、熱回収装置１０を駆動しない方がよいことになる。
【００５０】
電力予測手段１４による電力予測方法には、例えば、過去の消費電力と生成電力の実績をデータベース化し、類似運転状態の指標でそのデータベースから生成電力と消費電力の予測を取り出す方法等を採用可能である。
【００５１】
或いは、図１１（ａ）〜図１１（ｂ）に示すような効率曲線を用いて、生成電力と消費電力の関係から熱回収装置１０による熱回収の有効性を判断することもできる。図１１（ａ）〜図１１（ｂ）は、熱電変換手段１１の熱電変換効率とヒートポンプの効率との関係から、生成電力が消費電力より上回る場合に熱回収装置１０の稼働が有効であることを示している。効率曲線Ｘは、熱電変換手段１１の熱電変換効率曲線である。
【００５２】
図１１（ａ）は、ヒートポンプの効率に違いがある場合の例である。ヒートポンプ効率曲線Ａの場合は、ヒートポンプに入力電力Ｐａを入れて温度Ｔａを生成しても、熱電変換手段１１の出力電力Ｗaは入力電力Ｐａより小さく、熱回収装置１０を使用する意味がない。一方、ヒートポンプ効率曲線Ｂの場合は、温度Ｔｂが生成される場合の入力電力Ｐｂが出力電力Ｗｂより小さく、熱回収装置１０の使用が有効である。
【００５３】
図１１（ｂ）は、ヒートポンプ効率曲線Ｃのヒートポンプの効率と熱電変換手段１１の熱電変換効率との差が、稼働領域で異なる場合を示している。ヒートポンプに入力電力Ｐｃを入れて温度Ｔｃを生成すると、熱電変換手段１１の出力電力Ｗｃは入力電力Ｐｃより大きく、熱回収装置１０の使用が有効である。温度Ｔｄが生成される場合の入力電力Ｐｄは出力電力Ｗｄより大きいため、熱回収装置１０を使用する意味がない。
【００５４】
一般に、予め効率曲線がわかっていることが多いため、効率の関係に基づき、熱回収装置１０を駆動して熱回収を行うか否かを判断手段１５が判断することができる。なお、生成電力が消費電力より大きい場合に熱回収を行うと判断するのではなく、生成電力と消費電力との差が予め設定された一定値以上である場合に、熱回収を行うと判断してもよい。生成電力と消費電力の予測には誤差が伴うものであるから、設定された一定値を用いて、判断に尤度を持たせる意味がある。
【００５５】
図１０に示した熱回収装置１０は、図９に示した熱回収装置１０の構成を基本としているが、図５或いは図８に示した熱回収装置１０の構成を基本として、電力予測手段１４及び判断手段１５を付加してもよい。
【００５６】
以上に説明したように、本発明の第４の実施形態に係る熱回収装置１０によれば、金属材料１００の熱の状態や熱回収装置１０の消費電力の関係に基づき、熱回収装置１０の運転が有効かどうかを判断することができる。これにより、金属材料１００や製品コイル２００から発生する熱を効率的に回収することができる。他は、第３の実施形態と実質的に同様であるので、重複した記載を省略する。
【００５７】
（その他の実施形態）
上記のように、本発明は第１乃至第４の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００５８】
既に述べた第１乃至第４の実施形態の説明においては、熱間圧延ライン２０が熱間薄板圧延ラインである例を示したが、厚板圧延ライン、形鋼圧延ライン、棒鋼圧延ライン、線材圧延ライン等の高温金属材料を扱う種々の圧延ラインにおいても、圧延ラインで発生する熱を回収する熱回収装置として本発明は適用可能である。
【００５９】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の熱回収装置は、熱間圧延ラインにより金属材料を加工する製造業に利用可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１０…熱回収装置
１１…熱電変換手段
１２…電力貯蔵手段
１３…表示手段
１４…電力予測手段
１５…判断手段
２０…熱間圧延ライン
２１…加熱炉
２２…粗圧延機
２３…保熱カバー
２４…仕上圧延機
２５…水冷装置
２６…巻取機
２７…テーブルロール
２８…上反り矯正装置
３０…コイルヤード
５０…建屋
６１…ポンプ
６２…蒸発器
６３…凝縮器
１００…金属材料
１１０…熱電素子
１１１…集熱手段
１１２…変換手段
１１３…熱凝集化手段
２００…製品コイル
２１０…コイルカー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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