(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱量を持ったワークを搬送対象とするコンベヤの搬送体の下側に、その搬送体を通してワークが持つ熱量を回収して起電する熱電発電ユニットを設け、
上記熱電発電ユニットのうちワークが持つ熱量を回収・受熱する受熱板をコンベヤの搬送体に対向させてあるとともに、
上記コンベヤの搬送体と受熱板との間に両者に接触しつつ搬送体の動きを阻害しない熱伝導性の中間部材を介装してあることを特徴とする廃熱発電装置。
【請求項２】
上記熱発発電ユニットをフローティング構造として上向きの付勢力を付与し、もってその熱発発電ユニットの上側の中間部材をコンベヤの搬送体に押し付けてあることを特徴とする請求項１に記載の廃熱発電装置。
【請求項３】
上記熱伝導部材が転動体であることを特徴とする請求項１または２に記載の廃熱発電装置。
【請求項４】
上記コンベヤの搬送体が金網状のものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の廃熱発電装置。
【請求項５】
上記コンベヤが金網ベルトコンベヤまたは金網チェーンコンベヤであることを特徴とする請求項４に記載の廃熱発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電発電モジュールを内蔵する熱電発電ユニットを用いた廃熱発電装置に関し、特にコンベヤ上を流れるワークを熱源に用いる廃熱発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電所やごみ焼却設備等におけるいわゆる廃熱を利用した廃熱発電装置が特許文献１〜３にて提案されている。これらの設備では、高温媒体の流れに近接させて熱電発電モジュール（熱電変換モジュール）を配置した構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１９００７３号公報
【特許文献２】特開２００９−８１２８７号公報
【特許文献３】特開２０１０−１３５６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば熱間鍛造後のワークのようにコンベヤ上を流れるワークを熱源とする発電設備を構築しようとする場合、鍛造対象となるワークはその仕様によって形状や高さ寸法が個々に異なることから、コンベヤの周囲での熱電発電モジュールの配置にあたっては、その熱電発電モジュールとワークが干渉することがないように、形状や高さ寸法が最も大きなワークを想定して熱電発電モジュールの配置位置を決定することになる。その結果として、ワークの形状や高さ寸法小さくなるほど熱電発電モジュールとのなす距離が大きくなり、効率的な廃熱回収ひいては効率的な発電を行えないことになる。
【０００５】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、コンベヤ上を流れるワークを熱源とするにあたって効率的な廃熱回収による発電を行えるようにした廃熱発電装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、コンベヤ上を流れるワークの廃熱回収にあたって、ワークの形状や高さ寸法の影響を受けないように、熱量を持ったワークを搬送対象とするコンベヤの搬送体の下側に、その搬送体を通してワークが持つ熱量を回収して起電する熱電発電ユニットを設けてある。
そして、上記熱電発電ユニットのうちワークが持つ熱量を回収・受熱する受熱板をコンベヤの搬送体に対向させてあるとともに、上記コンベヤの搬送体と受熱板との間に両者に接触しつつ搬送体の動きを阻害しない熱伝導性の中間部材を介装してあることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、搬送対象となるワークの形状や高さ寸法の大小にかかわらず、コンベヤの搬送体の搬送レベルは一定しているので、それに合わせるかたちで熱電発電ユニットを配置することにより、ワークの形状や高さ寸法の大小にかかわらず、効率的な廃熱回収による発電を行える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明が前提としている廃熱発電装置の基本構造を示す平面説明図。
【図２】図１に示したコンベヤの概略説明図。
【図３】図１のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図。
【図４】本発明に係る廃熱発電装置を実施するためのより具体的な第１の形態を示す図で、図３と同等部位の断面図。
【図５】図４の右側面説明図。
【図６】本発明に係る廃熱発電装置を実施するためのより具体的な第２の形態を示す図で、図４と同等部位の断面図。
【図７】図６の右側面説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１〜３は本発明が前提としている廃熱発電装置の基本構造を示していて、ここでは熱間鍛造後のワークを搬送するためのコンベヤに適用した場合の例を示している。そして、特に図１はその平面説明図を示し、また、図２はコンベヤの概略構造を示している。さらに、図３は図１のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図を示している。
【００１０】
図１に示すように、量産鍛造工程における熱間鍛造プレス機１に隣接して例えばコンティニアスタイプのワーク搬送用のコンベヤ２が配設されている。ここでは、図２のようなベルトコンベヤであって、且つ搬送体２ａとしてエンドレスの鋼製のベルトを用いたスチールベルトコンベヤ、あるいは搬送体２ａとしてエンドレスの金網ベルトを使用した金網ベルトコンベヤを想定している。また、２条のチェーンにエンドレスの金網を取り付けた金網チェーンコンベヤを用いることもできる。熱間鍛造後のワークＷは所定のハンドリング手段にて鍛造プレス機１から取り出された上で、コンベヤ２の搬送体（搬送面）２ａ上に移載されて後工程へと搬送される。コンベヤ２により搬送される過程で放冷されたワークＷは、例えばコンベヤ２の終端部において所定のパレット等に移載された上で、後工程である仕上げ工程あるいは機械加工工程へと搬送される。コンベヤ２は、図２に示すように、搬送体２ａの上側を搬送側、下側を戻り側をするもので、図３に示すように搬送側における搬送体２ａの両サイドにはワークＷの高さよりも十分に大きな高さの断熱性のある側壁部３を立設してある。側壁部３は例えばコンベヤ２のうちでも図示しない架台等から定位置固定式のものとして立設される。
【００１１】
図１および図３に示すように、コンベヤ２の下方、より具体的にはコンベヤ２の搬送側と戻り側との間には、後述する受熱板９を搬送側における搬送体２ａの裏面と正対させるようにして熱電発電ユニット４を配置してあり、これにより後述するように熱間鍛造後のワークＷそのものを熱源とする廃熱発電装置を構築してある。具体的には、コンベヤ２の戻り側を跨ぐように脚部５ａ付きのステー５を架台状に設けて、そのステー５の上に熱電発電ユニット４を搭載してある。
【００１２】
この熱電発電ユニット４は、図３に示すように、方形状の押さえプレート６の上に同じく方形状の水冷式のヒートシンク７を積層するとともに、ヒートシンク７の上に例えば二つで一組の熱電発電モジュール８を積層し、さらにその熱電発電モジュール８の上に受熱部としての方形状の受熱板９を積層し、それらの押さえプレート６とヒートシンク７、熱電発電モジュール８および受熱板９の四者を複数の押さえボルト１０にて共締め固定してある。受熱板９は熱伝導性に優れた金属製のもので、熱電発電モジュール８の受熱面積よりも十分に大きな大きさを有している。
【００１３】
そして、押さえボルト１０の締め込み加減にて押さえプレート６、ヒートシンク７、熱電発電モジュール８および受熱板９同士の密着度を調整し、特に受熱板９と熱電発電モジュール８との熱伝導効率が最適となるように調整してある。搬送体２ａの裏面および受熱板９の受熱面となる上面には例えば黒体スプレー塗装にて黒色塗装を施してあり、その黒色塗装の塗膜を符号１１で示している。これにより、受熱板９の受熱面は、常に搬送側における搬送体２ａの裏面に対して所定距離隔てて正対している。なお、熱電発電モジュール８は、例えば先の特許文献３のほか、特開２００９−２７２３２７号公報および特開２０１０−１７７６２５号公報等にて公知の構造のものである。
【００１４】
また、この例ではコンベヤ２の搬送側の下方に単一の熱電発電ユニット４を配置した例を示しているが、必要に応じてコンベヤ２によるワーク搬送方向に沿って複数の熱電発電ユニット４を直列に並設することももちろん可能である。
【００１５】
したがって、このような廃熱発電装置によれば、熱間プレス機１が稼働すると、そのプレスサイクル毎に熱間鍛造後のワークＷがコンベヤ２に移載されて、所定速度で搬送されることになる。搬送中のワークＷが持つ熱は熱電発電ユニット４の受熱板９が輻射熱として受熱し、図３に示した熱電発電モジュール４の上面に伝導される。一方、熱電発電モジュール４の下側のヒートシンク７は冷却水が流入することで例えば２０℃程度に保たれており、これに接触している熱電発電モジュール８の下面も冷却されることになる。このように、熱電発電モジュール８の上下面間に温度差が発生することでゼーベック効果により起電力が発生することになる。
【００１６】
この場合において、鍛造対象となるワークＷが変更され、例えばワークＷの形状や高さ寸法が変化してそのワークＷそのものの持つ熱量が微妙に変化することはあっても、コンベヤ２によるワークＷの搬送レベルおよび受熱板９の受熱面の高さ位置は常に一定していて、両者の相対位置関係はワークＷの種別あるいは仕様にかかわらず変化することはない。そのためにワークＷの大小にかかわらず、そのワークＷが持つ熱量（廃熱）を効率良く受熱・回収して効率の良い発電を行えるようになる。
【００１７】
特にコンベヤ２が金網ベルトコンベヤあるいは金網チェーンコンベヤであると、ワークＷからの輻射熱を受熱板が直接受けることができ、これにより効率良く受熱・回収することができる。その上、コンベヤ２における搬送体２ａの裏面に黒色塗装を施してあることで、搬送体２ａからの輻射熱も効率良く回収することができる。
【００１８】
また、コンベヤ２による搬送中のワークＷは多かれ少なかれ自然放熱を伴うことになるが、コンベヤ２の両側に側壁部３が立設されているので、その自然放熱は最小限に抑制される。
【００１９】
さらには、受熱板９が熱電発電モジュール８に比べて十分に大きな面積を有しているため、より発電効率に優れたものとなるほか、受熱板９に黒色塗装を施してあることで、受熱板９の放射率を上昇させる（１．０に近付ける）ことができ、電熱ロスを一層減少させることができる。
【００２０】
このように上記廃熱発電装置によれば、ワークＷの大小にかかわらず、コンベヤ２上のワークＷの輻射熱を効率良く受熱板９に受熱させることができるから、効率的な熱発電を行えるようになって、発電効率が向上することになる。
【００２１】
また、図２，３から明らかなように、コンベヤ２の搬送側と戻り側との間に熱電発電ユニット４が配置されているので、熱電発電ユニット４の受熱板９を熱源であるワークＷに対して一段と近付けることができ、より一層発電効率の向上に寄与できる。さらに、コンベヤ２の搬送側と戻り側との間のデッドスペースを有効活用することで、そのスペース効率が高くなり、設備の占有面積を小さくすることができる。
【００２２】
加えて、水冷式のヒートシンク７を要素に含む熱電発電ユニット４を搬送中のワークＷの下側に配置してあることで、例えばワークＷの上方に熱電発電ユニット４を配置した場合と比べて、ヒートシンク７の冷却系に水漏れ等のトラブルが発生しても高温のワークＷに水がかかることがなく、装置全体の信頼性が高いものとなる。
【００２３】
図４，５は本発明に係る廃熱発電装置を実施するためのより具体的な第１の形態を示し、先の基本構造と共通する部分には同一符号を付してある。図４は図３と同等部分の断面図であり、また図５は図４の右側面図を示している。
【００２４】
図４，５から明らかなように、この第１の実施の形態では、コンベヤ２の搬送側における搬送体２の裏面と受熱板９の受熱面との間に、両者に接触しつつ搬送体２ａの動きを阻害しない熱伝導性の中間部材として転動体たる複数の金属製のローラ１２を介装したものである。ローラ１２は受熱板９の上に横一連に並べて配置し、コンベヤ２の搬送体２ａの動きに追従してそれらのローラ１２が転動したとしても、その転動はあくまで定位置での転動となって受熱板９から転がり落ちることがないように、複数のローラ１２全体を図示外の枠体等にて拘束してある。ローラ１２としては、円筒状のスチールブラシ状のものを用いることもできる。さらに、ローラ１２の配置にあたっては、上流側と下流側とでその配列密度（ピッチ）を変えるようにしても良い。
【００２５】
したがって、この第１の形態によれば、先にも述べたように、コンベヤ２の搬送体２ａの動きに追従して複数のローラ１２が転動することから、受熱板９はワークＷの持つ熱量を複数のローラ１２を介してその熱伝導により効率良く受熱することになる。
【００２６】
図６，７は本発明に係る廃熱発電装置を実施するためのより具体的な第２の形態を示し、先の第１の実施の形態と共通する部分には同一符号を付してある。図６は図４と同等部分の断面図であり、図７は図６の右側面図を示している。
【００２７】
図６，７に示すように、熱電発電ユニット１４は、下から順にベースプレート１３と水冷式のヒートシンク１５、熱電発電モジュール１６および受熱板１７の四者を積層したもので、その四周が断熱材１８にて包囲されているとともに、さらにその断熱材１８の四周が矩形枠状のカバー１９にて包囲されている。ベースプレート１３とその上のヒートシンク１５は共に方形状のもので、ヒートシンク１４の上に矩形状をなす一対の熱電発電モジュール１６を並べて配置し、さらにその上にベースプレート１３と同形状の受熱板１７を積層配置してある。
【００２８】
ここで、図４に示した第１の形態では、押さえプレート６と受熱板９とを押さえボルト１０にて連結することで、それら押さえプレート６と受熱板９との間にヒートシンク７と熱電発電モジュール８とを共締め固定しているが、本実施の形態では押さえボルト１０による締結構造は採用していない。代わって、図６，７に示すように、熱電発電ユニット１４が載置されるステー５とベースプレート１３との間に弾性体としての複数の圧縮コイルばね２０を介装し、ベースプレート１３をはじめとする熱電発電ユニット１４の要素全体に常時上向きの付勢力を付与してある。
【００２９】
すなわち、ベースプレート１３とヒートシンク１５、熱電発電モジュール１６および受熱板１７の四者からなる熱電発電ユニット１４は、複数の圧縮コイルばね２０にて上方に向けて付勢されている。これにより、熱電発電ユニット１４は断熱材１８およびカバー１９に案内されるかたちで上下動可能ないわゆるフローティング構造となっていて、それぞれの要素同士が圧縮コイルばね１０のばね力にて相互に密着しているとともに、最上段の受熱板１７は中間部材としての複数のローラ１２、ひいてはその複数のローラ１２を介してコンベヤ２のうち搬送側における搬送体２ａの裏面に押し付けられている。
【００３０】
なお、複数のローラ１２の配置は、図７のように隣り合うもの同士が所定距離隔てて配置されていてもよく、図５に示したように隣り合うもの同士が互いに接触するように配置されていても良い。また、図６から明らかなように、熱電発電ユニット１４がフローティング構造ではあっても、水冷式のヒートシンク１５に付帯する給排水管１５ａや熱電発電モジュール１６に付帯する導線１６ａは断熱材１８およびカバー１９の外部に引き出されている。さらに、コンベヤ２における搬送体２ａの裏面および受熱板１７の受熱面に、図４と同様の黒体スプレー塗装等にて黒色塗装を施して、その塗膜１１を形成してあっても良い。
【００３１】
したがって、この第２の形態によれば、フローティング構造の熱電発電ユニット１４における受熱板１７が複数のローラ１２を介してコンベヤ２の搬送体２ａに弾性的に押し付けられているので、先の第１の形態のものと同様の作用効果が得られるほか、受熱板１７と複数のローラ１２およびコンベヤ２における搬送体２ａの三者の接触状態が安定化し、ローラ１２の熱伝導による受熱板１７への受熱が一段と安定して且つ効率的に行われる。また、図４に示したような押さえボルト１０が廃止されていることで、押さえボルト１０から外気あるいはヒートシンク７（１５）への放熱による熱損失を抑制して、熱効率を高めることができる。さらに、図７のようにコンベヤ２の搬送体２ａと受熱板１７との間に介在している複数のローラ１２同士が所定距離離れていると、受熱板１７はワークＷからの熱をローラ１２の熱伝導により受熱するとともに、ワークＷからの熱を輻射熱として直接受熱することもでき、熱効率に優れたものとなる。
【００３２】
ここで、上記の実施の形態では、熱量を持つワークＷを熱間鍛造後のワークとしているが、これは一例にすぎず、例えば熱処理後のワークや、加熱された液体等を熱源とすることもできる。
【符号の説明】
【００３３】
２…コンベヤ
２ａ…搬送体
４…熱電発電ユニット
７…ヒートシンク
８…熱電発電モジュール
９…受熱板
１２…ローラ（中間部材）
１３…ベースプレート
１４…熱電発電ユニット
１５…ヒートシンク
１６…熱電発電モジュール
１７…受熱板
２０…圧縮コイルばね（弾性体）
Ｗ…ワーク
【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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