(57)【要約】【課題】移動（流動）する熱源である溶融金属を移送または保持する設備において、熱電発電設備を用いて溶融金属から輻射される熱エネルギーからより多くの電気エネルギーを回収するとともに、溶融金属の温度低下を抑制する。【解決手段】熱電発電設備を備えた溶融金属を移送または保持する設備は、溶融金属を移送または保持し、開口面を有する本体を有し、熱電発電設備は、本体の開口面に対応する位置に、本体内で移送または保持された溶融金属に対峙するように設けられ、熱電発電設備の熱電発電装置により溶融金属の熱エネルギーを電気エネルギーとして回収するとともに、熱電発電設備により、移送または保持される溶融金属の放熱が抑制される。【選択図】  図１
2015190732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属を移送または保持するとともに、溶融金属の熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電発電装置を有する熱電発電設備を備えた設備であって、
溶融金属を移送または保持し、開口面を有する本体を有し、
前記熱電発電設備は、前記開口面に対応する位置に、前記本体内で移送または保持された溶融金属に対峙するように設けられ、
前記熱電発電設備の前記熱電発電装置により前記溶融金属の熱エネルギーを電気エネルギーとして回収するとともに、前記熱電発電設備により、前記移送または保持される溶融金属の放熱が抑制されることを特徴とする熱電発電設備を備えた溶融金属を移送または保持する設備。
【請求項２】
前記熱電発電設備により前記溶融金属の放熱が抑制されることにより、前記溶融金属の温度低下が、熱電発電設備を設けない場合と比較して１０℃以上抑制されることを特徴とする請求項１に記載の熱電発電設備を備えた溶融金属を移送または保持する設備。
【請求項３】
前記溶融金属を移送または保持する設備が、溶銑を移送する溶銑樋であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱電発電設備を備えた溶融金属を移送または保持する設備。
【請求項４】
前記溶融金属を移送または保持する設備が、溶融金属として溶銑を保持する溶銑鍋、溶融金属として溶鋼を保持する溶鋼鍋、溶融金属として溶融亜鉛を保持する溶融亜鉛ポットのいずれかであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱電発電設備を備えた溶融金属を移送または保持する設備。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の溶融金属を移送または保持する設備の熱電発電設備により、溶融金属の熱を受熱して熱電発電を行うことを特徴とする熱電発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融金属を移送または保持するとともに熱電発電設備を備えた設備およびそれを用いた熱電発電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
異種の導体または半導体に温度差を与えると、高温部と低温部との間に起電力が生じることは、ゼーベック効果として古くから知られており、このような性質を利用し、熱電発電素子を用いて熱を直接電力に変換することも知られている。
【０００３】
近年、製鉄工場等の製造設備では、例えば、上記のような熱電発電素子を用いた発電により、これまで廃熱として棄ててきたエネルギー、例えば、熱間スラブなどの鋼材の輻射による熱エネルギーを利用する取組みが推進されている。
【０００４】
熱エネルギーを利用する方法としては、例えば、特許文献１には、熱電素子を集合して形成される受熱装置（熱電発電装置）を高温物体に対峙して配置し、高温物体の熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、回収する方法が記載されている。
【０００５】
特許文献２には、廃熱として処理されている熱エネルギーに、熱電素子モジュールを接触させて電気エネルギーに変換し、回収する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５９−１９８８８３号公報
【特許文献２】特開昭６０−３４０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１では、熱電素子を集合して形成される受熱装置を溶銑に適用することが可能であることが記載されているが、具体的に溶銑等の溶融金属を移送または保持する設備に対し適切な配置や具体的な効果について一切記載されていない。また、溶融金属を移送または保持する設備は、溶融金属の温度低下抑制も要求されるが、特許文献１にはその点について一切記載がない。
【０００８】
一方、特許文献２の技術は、モジュールを、熱源に対して固定する必要があるため、溶融金属のような液体でかつ移動する熱源に対しては適用することができないという問題がある。
【０００９】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、移動（流動）する熱源である溶融金属を移送または保持する設備において、熱電発電設備を用いて溶融金属から輻射される熱エネルギーからより多くの電気エネルギーを回収するとともに、溶融金属の温度低下を抑制することができる、熱電発電設備を備えた溶融金属を移送または保持する設備およびそれを用いた熱電発電方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記従来技術の課題を解決すべく検討を重ねた結果、溶融金属を移送または保持する設備において、溶融金属が露出している上面側に溶融金属に対峙するように熱電発電装置を設けることにより、輻射熱による発電が行われるのみならず、溶融金属からの放熱を抑制して溶融金属の温度低下を抑制する効果をも奏することを見出した。
【００１１】
本発明は、このような知見に基づくものであり、その要旨は以下のとおりである。
（１）溶融金属を移送または保持するとともに、溶融金属の熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電発電装置を有する熱電発電設備を備えた設備であって、
溶融金属を移送または保持し、開口面を有する本体を有し、
前記熱電発電設備は、前記開口面に対応する位置に、前記本体内で移送または保持された溶融金属に対峙するように設けられ、
前記熱電発電設備の前記熱電発電装置により前記溶融金属の熱エネルギーを電気エネルギーとして回収するとともに、前記熱電発電設備により、前記移送または保持される溶融金属の放熱が抑制されることを特徴とする熱電発電設備を備えた溶融金属を移送または保持する設備。
（２）前記熱電発電設備により前記溶融金属の放熱が抑制されることにより、前記溶融金属の温度低下が、熱電発電設備を設けない場合と比較して１０℃以上抑制されることを特徴とする請求項１に記載の熱電発電設備を備えた溶融金属を移送または保持する設備。
（３）前記溶融金属を移送または保持する設備が、溶銑を移送する溶銑樋であることを特徴とする（１）または（２）に記載の熱電発電設備を備えた溶融金属を移送または保持する設備。
（４）前記溶融金属を移送または保持する設備が、溶融金属として溶銑を保持する溶銑鍋、溶融金属として溶鋼を保持する溶鋼鍋、溶融金属として溶融亜鉛を保持する溶融亜鉛ポットのいずれかであることを特徴とする（１）または（２）に記載の熱電発電設備を備えた溶融金属を移送または保持する設備。
（５）上記（１）から（４）のいずれかに記載の溶融金属を移送または保持する設備の熱電発電設備により、溶融金属の熱を受熱して熱電発電を行うことを特徴とする熱電発電方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、本体内で移送または保持された溶融金属に対峙して熱電発電設備を設けたので、溶融金属の輻射熱を熱電発電装置に供給することができ、溶融金属から受けた熱エネルギーを電気エネルギーに変換して回収することができる。また、本体の開口面に対応するように熱電発電設備が設けられているので、熱電発電設備が、本体内の溶融金属の放熱を妨げることができ、熱電発電設備を設けない場合である、例えば開口面がそのまま開放されている場合よりも溶融金属の温度低下を抑制することができる。このように、熱電発電装置により電気エネルギーとして熱エネルギーを回収するほか、放熱抑制効果により熱のロスを抑制することができるので、トータル的に熱エネルギーの有効利用に資することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る熱電発電設備を備えた溶融金属を移送または保持する設備である溶銑樋を示す断面図である。
【図２】熱電発電設備を開口面の上方に設けた溶銑樋の例を示す断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る熱電発電設備を備えた溶融金属を移送または保持する設備である溶銑鍋を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る溶融金属を移送または保持する設備を示す断面図である。
【００１５】
ここでは、溶融金属を移送または保持する設備として、高炉において溶融金属である溶銑を移送する溶銑樋１を用いた場合を示す。図１に示すように、本例に係る溶銑樋１は、溶銑樋本体２と熱電発電設備３とを有する。
【００１６】
溶銑樋本体２は、耐火物からなり、溶融金属である溶銑Ｌを移送するための断面台形状の溶銑流路４を有している。この溶銑流路４の上面は開口面となっている。
【００１７】
熱電発電設備３は、溶銑流路４の開口面の上方に、溶銑流路４を移送される溶銑Ｌに対峙するように設けられており、４個の熱電発電装置５と、これら熱電発電装置５を支持するように設けられた受熱板６を有している。なお、熱電発電装置５の数は限定されない。
【００１８】
熱電発電装置５は、特に限定されず、従来から用いられているものを用いることができる。熱電発電装置５は、両側に電極を備えたＰ型およびＮ型の半導体を接合した半導体である熱電素子を、複数対接合してなる熱電発電モジュールを用い、一または複数の熱電発電モジュールで構成してもよいし、熱電発電モジュールをユニット化した熱電発電ユニットを複数有するものであってもよい。熱電発電装置は、例えば板状に構成される。熱電モジュールとしては、一般的に用いられるＢｉＴｅ熱電素子モジュールや、中高温用のシリサイド系モジュールを挙げることができる。
【００１９】
図１の例では、熱電発電設備３が、溶銑樋本体２の開口面に対応するように設けられている。具体的には、熱電発電設備３は、溶銑樋本体２の上面に載置して溶銑流路４に蓋をするように設けられている。
【００２０】
このように、溶銑Ｌに対峙するように熱電発電設備３を設けるため、溶銑Ｌの輻射熱を受熱板６を介して熱電発電装置５に供給することができ、溶銑Ｌから受けた熱エネルギーを電気エネルギーに変換して回収することができる。また、溶銑流路４の開口面に対応するように熱電発電設備３が設けられているので、熱電発電設備３が溶銑流路４内で移送される溶銑Ｌの放熱を妨げることができ、熱電発電設備３を設けない場合よりも溶銑Ｌの温度低下を抑制することができる。したがって、熱電発電装置５により電気エネルギーとして熱エネルギーを回収するほか、放熱抑制効果により熱のロスを抑制することができるので、トータル的に熱エネルギーの有効利用に資することができる。特に、本例のように、熱電発電設備３を溶銑樋本体２の上面に載置して溶銑流路４の開口面に蓋をするように設けることにより、溶銑を保温して放熱を抑制する効果を高くすることができる。具体的には、溶銑の温度は１５００℃と高温であり、その輻射熱は熱電発電装置５により電気エネルギーとして回収されるが、この際、受熱板６の温度も数百℃に達するため、熱電発電設備が設置されていない場合に比べて溶銑からの放熱は抑制され、保温されることになる。
【００２１】
ただし、操業への影響や熱電発電装置５の耐熱温度を考慮すると、熱電発電設備３は、必ずしも溶銑樋本体２の上面に載置して溶銑流路４に蓋をするように設ける必要はなく、むしろ、図２に示す例のように、熱電発電設備３を溶銑流路４の開口面の上方に、かざすように設けたほうがよい場合もある。図２のように熱電発電設備３を溶銑流路４の開口面の上方に設けた場合でも、輻射熱のエネルギーを電気エネルギーとして回収できるとともに、ある程度の放熱を抑制する効果も得ることができる。なお、符号７は熱電発電設備３を支持する支持部材である。
【００２２】
例えば、図１の例では、熱電発電装置５の高温側の温度が４００℃以上になるので、熱電発電装置に一般的なＢｉＴｅ熱電素子モジュールは使用することができず、中高温用のシリサイド系モジュールを使用することになるが、図２のように熱電発電設備３を溶銑流路４の開口面の上方に設けることにより、具体的には受熱板６の下面を溶銑樋本体２の上面から５００ｍｍ以上離すことにより、熱電発電装置５の高温側温度が２５０℃以下となり、一般的なＢｉＴｅ熱電素子モジュールを用いることができるようになる。
【００２３】
このように、熱電発電設備３の位置は、操業への影響と熱電発電装置の耐熱温度を考慮して適宜決定することが好ましい。また、熱電発電設備３の設置により、溶融金属の温度低下が、熱電発電設備を設けない場合と比較して１０℃以上抑制されることが望ましく、したがって、溶融金属である溶銑の温度低下が１０℃以上抑制されるように、熱電発電設備３の高さ位置を決定することが好ましい。
【００２４】
次に、他の実施形態について説明する。
ここでは、溶融金属を移送または保持する設備として、高炉から出銑された溶銑を保持する溶銑鍋１１を用いた場合を示す。本例に係る溶銑鍋１１は、溶銑鍋本体１２と熱電発電設備１３とを有する。
【００２５】
溶銑鍋本体１２は鉄皮の内側に耐火物をライニングしてなり、内部に溶銑Ｌが保持されている。溶銑鍋本体１２の上面は開口面となっている。
【００２６】
熱電発電設備１３は、溶銑鍋本体１２の開口面の上方に、その中の溶銑Ｌに対峙するように設けられており、４個の熱電発電装置１５と、これら熱電発電装置１５を支持するように設けられた受熱板１６を有している。なお、熱電発電装置１５の数は限定されない。熱電発電装置１５としては上記熱電発電装置５と同様のものを用いることができる。
【００２７】
図３の例では、熱電発電設備１３が、溶銑鍋本体１２の開口面に対応するように設けられている。具体的には、熱電発電設備１３は、溶銑鍋本体１２の上面に載置して蓋をするように設けられている。
【００２８】
本実施形態でも、溶銑Ｌに対峙するように熱電発電設備１３を設けるため、溶銑Ｌの輻射熱を受熱板１６を介して熱電発電装置１５に供給することができ、溶銑Ｌから受けた熱エネルギーを電気エネルギーに変換して回収することができる。また、溶銑鍋本体１２の開口面に対応するように熱電発電設備１３が設けられているので、熱電発電設備１３が溶銑鍋本体１２内に保持されている溶銑Ｌの放熱を妨げることができ、熱電発電設備１３を設けない場合よりも溶銑Ｌの温度低下を抑制することができる。したがって、熱電発電装置１５により電気エネルギーとして熱エネルギーを回収するほか、放熱抑制効果により熱のロスを抑制することができるので、トータル的に熱エネルギーの有効利用に資することができる。
【００２９】
このとき、図３のように、熱電発電設備１３により溶銑鍋本体１２の開口面に蓋をすることにより、溶銑Ｌの放熱を抑制して保温する効果を高いものとすることができるが、従前の実施形態と同様、操業への影響と熱電発電装置の耐熱温度を考慮して、熱電発電設備１３の高さ位置を適宜設定することが好ましく、本実施形態でも従前の実施形態の図２に示す形態とすることができる。また、本実施形態においても、熱電発電設備１３の設置により、溶融金属の温度低下が、熱電発電設備を設けない場合と比較して１０℃以上抑制されることが望ましく、したがって、溶融金属である溶銑の温度低下が１０℃以上抑制されるように、熱電発電設備１３の高さ位置を決定することが好ましい。
【００３０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、溶融金属を移送する設備として溶銑樋を例示したが、これに限らず、溶融金属が開口を有する流路を移送されるものであればよい。また、溶融金属を保持する設備として溶銑を保持する溶銑鍋を例示したが、これに限らず、溶融金属として溶鋼を保持する溶鋼鍋、溶融金属として溶融亜鉛を保持する溶融亜鉛ポット等、他の溶融金属を保持するものであってもよいことはいうまでもない。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明の実施例について説明する。
ここでは、図１に示すように熱電発電設備を配置した溶銑樋Ａと、図２に示すように熱電発電設備を配置した溶銑樋Ｂについて、その中を移送される溶銑の温度および熱電発電設備３による発電量を計測した。なお、溶銑樋Ａについては、熱電発電装置を中高温用のシリサイド系モジュールを用いたものとし、溶銑樋Ｂは受熱板を溶銑樋本体の上面から５００ｍｍ離し、熱電発電装置をＢｉＴｅ系熱電素子モジュールを用いたものとした。比較のため、熱電発電設備を用いない溶銑樋Ｃについて溶銑温度を計測した。
【００３２】
その結果、溶銑樋Ａでは、発電量が１．３ｋＷ、溶銑温度が１５３０℃であり、溶銑樋Ｂでは、発電量が１．０ｋＷ、溶銑温度が１５１５℃であった。また溶銑樋Ｃでは、溶銑温度が１５００℃であった。このことから、本発明の溶融金属を移送または保持する設備に該当する溶銑樋Ａ、Ｂでは、溶銑の輻射熱を有効に電気エネルギーに変換することができ、溶銑温度も熱電発電設備を設けない溶銑樋Ｃの場合よりも１０℃以上高く、電発電設備を設けない場合と比較して１０℃以上抑制されることが確認された。
【符号の説明】
【００３３】
１  溶銑樋（溶融金属を移送または保持する設備）
２  溶銑樋本体
３，１３  熱電発電設備
４  溶銑流路
５，１５  熱電発電装置
６，１６  受熱板
１１  溶銑鍋（溶融金属を移送または保持する設備）
１２  溶銑鍋本体
Ｌ  溶銑
【図１】
2015190732.tif 000003
【図２】
2015190732.tif 000004
【図３】
2015190732.tif 000005