ОТРЕЗНОЙ СТАНОК И СПОСОБ ГЕНЕРАЦИИ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
CUTTING MACHINE AND METHOD OF GENERATING THERMOELECTRIC ENERGY

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к отрезному станку для резания высокотемпературного движущегося подлежащего резке объекта при синхронном движении с подлежащим резке объектом; и, более конкретно, относится к отрезному станку, надежно защищенному от теплоты подлежащего резке объекта и эффективно использующему теплоту. Кроме того, настоящее изобретение относится к способу генерации термоэлектрической энергии с помощью вышеупомянутого отрезного станка.
Уровень техники
В качестве способа резания отрезным станком подлежащего резке объекта, такого как движущийся длинный материал, известна временная остановка движения подлежащего резке объекта для его разрезания. Однако на поточной линии и т.п. в случае остановки движения производственная эффективность снижается, и ситуация, при которой движение может не останавливаться, выходит на первый план. По этой причине резание выполнялось при синхронном движении отрезного станка, то есть с той же самой скоростью и в том же самом направлении, что и скорость и направление движения подлежащего резке объекта.
Например, в области непрерывного литья, как описано в документе JPS 60-108164 А (Д1) и JPH 05-138316 А (Д2), заготовка разрезается с помощью отрезного станка, движущегося синхронно с заготовкой. В целом, разрезание заготовки с помощью такого отрезного станка выполняется следующим образом.
Сначала заготовка, извлеченная из формы, охлаждается, а затем транспортируется в зону разрезания транспортирующими роликами. Для разрезания заготовки широко применяется газовая резка с помощью газовых горелок; однако для разрезания толстой заготовки по всему направлению ширины требуется определенное время. Поскольку во время резания заготовка находится в движении на конвейерных роликах, то для резания по прямой линии необходимо, чтобы резание выполнялось в то время, когда отрезной станок движется синхронно с заготовкой, то есть чтобы резание производилось перпендикулярно к продольному направлению движения заготовки.
Чтобы отрезной станок двигался синхронно с заготовкой, отрезной станок снабжен подвижной кареткой и выполнен с возможностью движения по направляющим, проложенным вдоль направления транспортирования заготовки. Отрезной станок дополнительно снабжен зажимным приспособлением для фиксации заготовки.
После начала резания управляют зажимным приспособлением, чтобы зафиксировать относительное положение отрезного станка относительно заготовки. Затем выполняется резание при движении отрезного станка синхронно с движением заготовки; и, когда резание закончено, фиксация зажимным приспособлением освобождается и синхронное движение отрезного станка прекращается.
Так как за счет описанного выше синхронного движения отрезной станок движется в нижнюю по ходу сторону линии непрерывного литья, используется двигатель и т.п., чтобы заставить отрезной станок двигаться по направляющим и возвращаться в положение начала резания на верхней по ходу стороне.
При непрерывном литье резание заготовки осуществляется путем повторения описанных выше операций.
Литература
Патентная литература
Д1: JPS 60-108164 A
Д2: JPH 05-138316 A
Раскрытие сущности изобретения
Техническая проблема
При непрерывном литье во время резания заготовка имеет чрезвычайно высокую температуру, приблизительно 1000°C, и по этой причине, как описано в абзацах [0009]-[0012] документа Д2, необходимо защищать отрезной станок от теплоты, излучаемой заготовкой. Поэтому было необходимо принимать меры, такие как установка трубопровода на нижней поверхности каретки отрезного станка, то есть на поверхности, находящейся со стороны заготовки.
Однако, поскольку температура заготовки чрезвычайно высокая, было трудно в достаточной мере защитить отрезной станок вышеупомянутым способом. Кроме того, поскольку для повышения эффективности охлаждения требуется крупногабаритное устройство водяного охлаждения, для отрезного станка существовал предел перемещения, как описано выше. Кроме того, поскольку охлаждающая вода, используемая для охлаждения, обычно сбрасывается такой, какая есть, теплота эффективно не используется.
Следовательно, задача настоящего изобретения заключается в создании отрезного станка, способного разрезать высокотемпературный движущийся подлежащий резке объект при синхронном движении с движением подлежащего резке объекта, и надежно защищенного от теплоты подлежащего резке объекта, и эффективно использующего теплоту. Также задачей настоящего изобретения является создание способа генерации термоэлектрической энергии с помощью вышеупомянутого отрезного станка.
Решение задачи
Основными признаками настоящего изобретения являются следующие признаки.
1. Отрезной станок для резания высокотемпературного движущегося подлежащего резке объекта при синхронном движении с подлежащим резке объектом, содержащий:
режущий инструмент, выполненный с возможностью резания подлежащего резке объекта;
приводное устройство, выполненное с возможностью приведения в движение отрезного станка синхронно с подлежащим резке объектом;
плиту водяного охлаждения, выполненную с возможностью охлаждения отрезного станка; и
устройство генерации термоэлектрической энергии, содержащее термоэлектрический элемент для преобразования теплоты подлежащего резке объекта в электроэнергию,
при этом плита водяного охлаждения также служит для охлаждения низкотемпературной стороны термоэлектрического элемента.
2. Отрезной станок по п. 1, который дополнительно содержит:
аккумуляторную батарею, выполненную с возможностью накопления электроэнергии, генерируемой устройством генерации термоэлектрической энергии; и
двигатель, приводимый электроэнергией, подаваемой от по меньшей мере одного из устройства генерации термоэлектрической энергии и аккумуляторной батареи, для приведения в движение отрезного станка.
3. Отрезной станок по п. 1 или 2, в котором плита водяного охлаждения имеет путь прохождения потока, внутри которого протекает охлаждающая вода, и имеет наибольшие поверхности с обеих сторон, сформованные так, чтобы быть плоскими.
4. Отрезной станок для резания высокотемпературного движущегося подлежащего резке объекта при синхронном движении с подлежащим резке объектом, содержащий:
режущий инструмент, выполненный с возможностью резания подлежащего резке объекта;
приводное устройство, выполненное с возможностью приведения в движение отрезного станка синхронно с подлежащим резке объектом;
устройство генерации термоэлектрической энергии, содержащее термоэлектрический элемент для преобразования теплоты подлежащего резке объекта в электроэнергию;
аккумуляторную батарею, выполненную с возможностью накопления электроэнергии, генерируемой термоэлектрическим устройством генерации термоэлектрической энергии; и
двигатель, приводимый электроэнергией, подаваемой от по меньшей мере одного из устройства генерации термоэлектрической энергии и аккумуляторной батареи, для приведения в движение отрезного станка.
5. Отрезной станок по любому из пп. 1–4, в котором устройство генерации термоэлектрической энергии содержит множество блоков генерации термоэлектрической энергии;
при этом множество блоков генерации термоэлектрической энергии расположены в соответствии с по меньшей мере одним параметром, выбранным из группы, содержащей температуру подлежащего резке объекта, температуру блоков генерации термоэлектрической энергии и выходную мощность блоков генерации термоэлектрической энергии.
6. Отрезной станок по п. 5, в котором подлежащий резке объект имеет низкотемпературный участок и высокотемпературный участок;
при этом расстояние между блоками генерации термоэлектрической энергии и подлежащим резке объектом на низкотемпературном участке меньше, чем расстояние между блоками генерации термоэлектрической энергии и подлежащим резке объектом на высокотемпературном участке.
7. Отрезной станок по любому из пп. 1–6, в котором подлежащий резке объект имеет низкотемпературный участок и высокотемпературный участок;
при этом термоэлектрический элемент установлен так, что он обращен к низкотемпературному участку и к высокотемпературному участку;
причем термоэлектрический элемент расположен с большей плотностью распределения на высокотемпературном участке, чем на низкотемпературном участке.
8. Способ генерации термоэлектрической энергии, включающий использование отрезного станка по любому из пп. 1–7.
Достигаемый эффект изобретения
В соответствии с настоящим изобретением, существует возможность создания отрезного станка, режущего высокотемпературный движущийся подлежащий резке объект при синхронном движении с подлежащим резке объектом, который надежно защищен от теплоты подлежащего резке объекта и эффективно использует теплоту.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана линия непрерывного литья, использующая отрезной станок, соответствующий варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 2 – отрезной станок и заготовка, соответствующие вышеуказанному варианту осуществления изобретения;
на фиг. 3A и 3B – плита водяного охлаждения, соответствующая вышеуказанному варианту осуществления изобретения;
на фиг. 4 – схема установки блоков генерации термоэлектрической энергии в соответствии с вышеуказанным вариантом осуществления изобретения;
на фиг. 5 – схема установки блоков генерации термоэлектрической энергии в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 6 – пример расположения блоков генерации термоэлектрической энергии в соответствии с пятым вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 7 – пример расположения термоэлектрических элементов в соответствии с шестым вариантом осуществления настоящего изобретения; и
на фиг. 8 – схема установки блоков генерации термоэлектрической энергии в соответствии с примерами.
Осуществление изобретения
Далее подробно описан способ практического осуществления изобретения на примере резания заготовки при непрерывном литье. Следует отметить, что ниже описаны лишь некоторые из предпочтительных вариантов осуществления изобретения, которые не ограничивают изобретение.
Первый вариант осуществления изобретения
На фиг. 1 схематично показана линия 1 непрерывного литья, снабженная отрезным станком, соответствующим одному варианту осуществления настоящего изобретения. Расплавленная сталь, находящаяся в ковше 2, выливается в литейную форму 4 через разливочное устройство 3. Затем сталь в состоянии, в котором началось отвердевание, извлекается из литейной формы 4 и непрерывно охлаждается устройством 5 охлаждения заготовки. Далее заготовка 7 проходит через группу роликов 6, содержащую регулировочный ролик и т.п., и после этого транспортируется транспортирующими роликами 8 далее по ходу в зону 9 резания. Заготовка 7 затем разрезается отрезным станком 10, установленным над заготовкой 7 в зоне резания.
Отрезной станок
Приводное устройство
На фиг. 2 схематично показан отрезной станок и заготовка, соответствующие данному варианту осуществления изобретения. Направляющие 20 проложены параллельно направлению транспортирования заготовки 7 с обеих краевых сторон в направлении ширины заготовки 7, при этом отрезной станок 10 установлен на направляющих 20.
Отрезной станок 10 снабжен приводным устройством для движения по направляющим 20. Более подробно, приводное устройство имеет каретку 12, снабженную колесами 11 для движения по направляющим 20, и приводной агрегат (двигатель или т.п.), не показанный на чертеже. Кроме того, на нижней поверхности каретки 12 установлено зажимное приспособление, которое не показано. При выполнении резания заготовки 7 зажимное приспособление действует таким образом, чтобы зафиксировать относительное расположение отрезного станка 10 относительно заготовки 7. Затем выполняется резание, при котором отрезной станок 10 движется синхронно с заготовкой 7; при этом, когда резание закончено, фиксация зажимным приспособлением освобождается и синхронное движение отрезного станка 10 прекращается.
Режущий инструмент
Режущий инструмент 13, снабженный по меньшей мере одной горелкой 14 для резания заготовки 7, расположен на каретке 12. В качестве горелки 14 может использоваться газовая горелка и т.п. Режущий инструмент 13 содержит привод горелки, выполненный с возможностью приведения в движение горелки 14 в направлении ширины заготовки 7. Режущий инструмент 13 может также содержать две или более горелок 14.
Плита водяного охлаждения
На нижней поверхности каретки 12, то есть на стороне, обращенной к заготовке 7, установлена плита 15 водяного охлаждения, контактирующая с нижней поверхностью каретки 12. За счет такой установки плиты водяного охлаждения можно охлаждать отрезной станок 10, нагретый лучистой теплотой и т.п., излучаемой от заготовки 7, выступающей в качестве источника тепла. Кроме того, на нижней поверхности плиты 15 водяного охлаждения установлено устройство 100 генерации термоэлектрической энергии, которое контактирует с нижней поверхностью плиты 15 водяного охлаждения. Как будет описано далее, плита 15 водяного охлаждения также служит для охлаждения низкотемпературной стороны термоэлектрического элемента, находящегося в устройстве 100 генерации термоэлектрической энергии. Здесь термин «плита водяного охлаждения» относится к пластинчатому элементу, выполненному с возможностью охлаждения объекта, контактирующего с плитой водяного охлаждения, за счет воды, протекающей внутри в качестве охлаждающей воды.
В качестве плиты 15 водяного охлаждения может использоваться любая плита, которая обладает возможностью одновременно охлаждать отрезной станок 10 и низкотемпературную сторону термоэлектрического элемента. С точки зрения теплопроводности (удельной теплопроводности) плита 15 водяного охлаждения предпочтительно изготавливается из металла, при этом в качестве металла выбирается по меньшей мере медь, медный сплав, алюминий или предпочтительно используется алюминиевый сплав.
Кроме того, с точки зрения повышения эффективности охлаждения, предпочтительно использовать плиту водяного охлаждения, которая имеет пару обращенных друг к другу наибольших поверхностей, которые обе являются плоскими, и внутри которой имеется путь прохождения потока, по которому протекает охлаждающая вода.
На фиг. 3A и 3B схематично показан пример плиты водяного охлаждения, имеющей описанную выше конструкцию. Плита 15 водяного охлаждения в этом примере образована одним пластинчатым элементом, имеющим плоские наибольшие поверхности 15a и 15b с обеих сторон. Кроме того, в плите 15 водяного охлаждения сформирован путь 16 прохождения потока, по которому течет охлаждающая вода. Плита водяного охлаждения может быть изготовлена, например, путем обработки металлической плиты и формирования внутри металлической плиты пути прохождения потока. Плита водяного охлаждения может также изготавливаться путем заделки в металлическую плиту, выполненную из алюминия, алюминиевого сплава и т.п., трубопровода для формирования пути 16 прохождения потока, изготовленного из меди, медного сплава и т.п. По пути 16 прохождения потока протекает охлаждающая вода, как обозначено стрелками, показанными на фиг. 3A.
В случае, когда водяное охлаждение выполняется просто с целью охлаждения отрезного станка, может использоваться обычная пластина водяного охлаждения, в которой, например, могут использоваться трубка, через которую проходит охлаждающая вода, и пластинчатое ребро, предназначенное для соединения двух смежных трубок, которые расположены поочередно. Однако, поскольку в пластине водяного охлаждения, имеющей такую форму, участки с трубкой отличаются по толщине от реберных участков, когда такая пластина водяного охлаждения используется в качестве плиты водяного охлаждения, пластина водяного охлаждения и термоэлектрический элемент контактируют друг с другом только на участках с трубкой, которые являются толстыми, и не контактируют друг с другом на других участках. В результате контактная область уменьшается. С другой стороны, когда используется описанная выше плита водяного охлаждения, имеющая наибольшие поверхности, сформированные с обеих сторон так, чтобы она была плоской, в контакт с плитой водяного охлаждения можно привести всю низкотемпературную сторону термоэлектрического элемента, так чтобы эффективность охлаждения повысилась, и в результате генерация термоэлектрической энергии может осуществляться более эффективно.
Устройство генерации термоэлектрической энергии
В качестве устройства 100 генерации термоэлектрической энергии можно использовать любое устройство, которое содержит термоэлектрический элемент (также называемый «элементом термоэлектрического преобразования») для преобразования теплоты подлежащего резке объекта (заготовки 7 в данном варианте осуществления изобретения) в электроэнергию.
Термоэлектрический элемент
Термоэлектрический элемент (далее называемый просто «элемент») ничем особенно не ограничивается, при этом может использоваться любой элемент, который обладает функцией генерации термоэлектрической энергии. Обычно термоэлектрический элемент имеет структуру, в которой объединяются полупроводник p-типа и полупроводник n-типа. Примеры термоэлектрического элемента включают материал на основе BiTe, материал на основе PbTe, материал на основе Si-Ge, материал на основе силицида, материал на основе скуттерудита, материал на основе металл-оксидного перехода, материал на основе антимония цинка, компаунда бора, клатратного компаунда, кластерный твердотельный материал на основе окиси цинка и углеродные нанотрубки.
Термоэлектрический элемент способен преобразовывать теплоту в электроэнергию при наличии перепада температур между двумя концами. В настоящем изобретении перепад температур создается за счет направления одной стороны (высокотемпературной стороны) термоэлектрического элемента к подлежащему резке объекту (заготовке в данном варианте осуществления изобретения) и охлаждения другой стороны (низкотемпературной стороны) термоэлектрического элемента посредством описанной выше плиты водяного охлаждения.
Способ монтажа термоэлектрического элемента на устройстве 100 генерации термоэлектрической энергии ничем особенно не ограничивается; однако, как описано ниже, предпочтительно использовать конструкцию, в которой устройство генерации термоэлектрической энергии образовано множеством блоков генерации термоэлектрической энергии, причем каждый блок генерации термоэлектрической электроэнергии образован множеством модулей генерации термоэлектрической энергии, при этом каждый модуль генерации термоэлектрической энергии образован множеством термоэлектрических элементов. Пример этого описан далее.
Модуль генерации термоэлектрической энергии
Поскольку электродвижущая сила одного термоэлектрического элемента невелика, обычно с помощью электродов соединяют последовательно и используют от нескольких десятков до нескольких тысяч термоэлектрических элементов. Один набор термоэлектрических элементов, соединенных последовательно, называется модулем генерации термоэлектрической энергии. Термоэлектрические элементы, образующие модуль генерации термоэлектрической энергии (далее иногда просто называемый «модуль»), располагаются в виде двухмерной структуры (в горизонтальном направлении). На верхней, или нижней, или на обеих сторонах установленных элементов может обеспечиваться изолирующая подложка.
Блок генерации термоэлектрической энергии
Множество модулей генерации термоэлектрической энергии могут быть электрически соединены, чтобы образовать блок генерации термоэлектрической энергии (далее иногда просто называемый «блок»). Электрическое соединение может быть последовательным, параллельным или их сочетанием. Комбинируя, таким образом, множество модулей в виде блока, электроэнергия может отбираться от каждого блока, упрощая электропроводку.
2
2
-1
2
Размер каждого блока генерации термоэлектрической энергии предпочтительно составляет 1 м или меньше. Благодаря тому, что площадь каждого блока равна 1 м или меньше, можно уменьшить объем деформации каждого блока генерации термоэлектрической энергии за счет тепла. Площадь каждого блока предпочтительно составляет 2,5×10 м или меньше.
Термоэлектрические элементы внутри каждого блока генерации термоэлектрической энергии располагаются таким образом, чтобы низкотемпературная сторона каждого термоэлектрического элемента была обращена к такой же поверхности блока. Здесь поверхность является низкотемпературной стороной блока генерации термоэлектрической энергии. Низкотемпературная сторона блока генерации термоэлектрической энергии контактирует с описанной выше плитой водяного охлаждения, так что низкотемпературная сторона каждого термоэлектрического элемента охлаждается плитой водяного охлаждения. Как и в представленном варианте осуществления изобретения, когда устройство генерации термоэлектрической энергии образовано множеством блоков генерации термоэлектрической энергии, предпочтительно обеспечивать плиту водяного охлаждения для каждого блока. В этом случае трубопровод подачи охлаждающей воды может обеспечиваться таким образом, что охлаждающая вода может независимо подаваться к отдельным плитам водяного охлаждения, или может обеспечиваться таким образом, что пластины водяного охлаждения могут соединяться последовательно или параллельно для подачи охлаждающей воды. Кроме того, можно также расположить блок водяного охлаждения таким образом, чтобы покрыть низкотемпературную сторону каждого из множества блоков одной плитой водяного охлаждения.
Когда устройство генерации термоэлектрической энергии имеет множество блоков генерации термоэлектрической энергии, плотность термоэлектрических элементов в каждом блоке генерации термоэлектрической энергии может быть одной и той же или различной. Как будет описано далее, также возможно преднамеренно изменять плотность распределения термоэлектрических элементов в каждом блоке генерации термоэлектрической энергии в соответствии с температурой подлежащего резке объекта или т.п.
Область установки термоэлектрических элементов
На фиг. 4 схематично показана схема установки термоэлектрических элементов в соответствии с данным вариантом осуществления изобретения, а на фиг. 5 схематично показана схема установки термоэлектрических элементов в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения. На фиг. 4 и 5 показаны транспортируемая заготовка 7 и отрезной станок 10, если смотреть со стороны нижней поверхности заготовки 7 (нижняя сторона на фиг. 1).
t
d
d
t
s
t
s
На фиг. 4 и 5 ссылочной позицией 110 обозначена область, в которой установлены термоэлектрические элементы. В примере, показанном на фиг. 4, термоэлектрические элементы распределены по всей нижней поверхности каретки 12 отрезного станка 10. Соответственно, область 110, в которой установлены термоэлектрические элементы, имеет ширину w, равную ширине w каретки 12. Кроме того, как ширина w каретки, так и ширина w области 110, в которой установлены термоэлектрические элементы, больше, чем ширина w заготовки 7. За счет ширины wобласти 110, в которой установлены термоэлектрические элементы, большей, чем ширина w заготовки 7, устройство 100 генерации термоэлектрической энергии может получать теплоту от заготовки 7, не позволяя растрачивать ее впустую. Здесь термин «ширина» относится к ширине в направлении, перпендикулярном направлению транспортирования заготовки 7 (направлению, обозначенном стрелкой на фиг. 4) и параллельном поверхности заготовки 7 (направлению вверх-вниз на фиг. 4). Кроме того, выражение «область, в которой установлены термоэлектрические элементы» относится к области, в которой установлены модули генерации термоэлектрической энергии, когда термоэлектрические элементы установлены, используя модули генерации термоэлектрической энергии, и относится к области, в которой установлены блоки генерации термоэлектрической энергии, когда термоэлектрические элементы установлены, используя блоки генерации термоэлектрической энергии.
t
d
s
t
d
t
s
s
t
d
С другой стороны, в примере, показанном на фиг. 5, область 110, в которой установлены термоэлектрические элементы, имеет ширину w, меньшую, чем ширина w каретки 12. Обычно ширина каретки 12 значительно больше, чем ширина w заготовки 7. Поэтому, даже если термоэлектрические элементы установлены по всей ширине каретки 12, как показано на фиг. 4, количество тепла, получаемое термоэлектрическими элементами, установленными за пределами ширины заготовки 7, ниже количества тепла, получаемого элементами, установленными непосредственно над заготовкой 7. В результате эффективность генерации термоэлектрической энергии, соответствующая затратам, требуемым на установку термоэлектрических элементов по всей ширине, в некоторых случаях не может быть достигнута. Поэтому предпочтительно, чтобы ширина w области 110, в которой установлены термоэлектрические элементы, была меньше, чем ширина w каретки 12. С другой стороны, чтобы получить достаточное количество теплоты от заготовки 7, предпочтительно, чтобы ширина wобласти 110, в которой установлены термоэлектрические элементы, была равна ширине w заготовки 7 или превышала ее. Соответственно, предпочтительно, чтобы w ≤ w<w.
d
s
t
d
t
d
Кроме того, как показано на фиг. 5, когда ширина w каретки 12 больше ширины w заготовки 7, температура также повышается на участках за пределами ширины заготовки 7 за счет теплоты, излучаемой заготовкой 7. Поэтому, даже когда ширина w области 110, в которой установлены термоэлектрические элементы, оказывается меньшей, чем ширина w каретки 12, как описано выше, предпочтительно, чтобы ширина плиты 15 водяного охлаждения была больше, чем ширина w области 110, в которой установлены термоэлектрические элементы. Более конкретно, ширина плиты 15 водяного охлаждения предпочтительно составляет 80% или более, предпочтительно более 90% или более, более предпочтительно 100% ширины w каретки 12. Таким образом, можно охладить всю нижнюю поверхность отрезного станка 10, даже если термоэлектрические элементы установлены не везде.
t
Чтобы сделать ширину плиты 15 водяного охлаждения больше ширины w области 110, в которой установлены термоэлектрические элементы, в областях, в которых термоэлектрические элементы не установлены, могут быть расположены дополнительные плиты водяного охлаждения. В качестве другого способа также можно увеличить размер плиты водяного охлаждения, установленной в области 110, в которой установлены термоэлектрические элементы, так чтобы плита водяного охлаждения выходила за пределы области 110, в которой установлены термоэлектрические элементы.
s
t
Следует заметить, что ширина w заготовки 7 не является постоянной. Она меняется в зависимости от изготавливаемого изделия даже на одной и той же линии непрерывного литья и составляет обычно приблизительно от 0,65 до 2,3 м. Поэтому предпочтительно, чтобы ширина wобласти 110, в которой установлены термоэлектрические элементы, была равна от 0,65 до 2,3 м.
С точки зрения количества генерируемой термоэлектрической энергии, как показано на фиг. 4 и 5, предпочтительно устанавливать термоэлектрические элементы по всей длине каретки 12 в направлении транспортирования заготовки. Когда на нижнюю поверхность каретки 12 установлено другое устройство (например, зажимное приспособление), термоэлектрические элементы могут быть расположены в местах, где эти устройства не установлены.
Лист приема теплоты
Предпочтительно, чтобы устройство 100 генерации термоэлектрической энергии дополнительно содержало лист приема теплоты. Лист приема теплоты устанавливается на высокотемпературной стороне термоэлектрических элементов, то есть на стороне, обращенной к заготовке. Соответственно, когда имеется лист приема теплоты, термоэлектрические элементы установлены между плитой водяного охлаждения, установленной на низкотемпературной стороне элементов, и листом приема теплоты, установленным на высокотемпературной стороне элементов. Кроме того, когда используется множество модулей генерации термоэлектрической энергии, предпочтительно обеспечивать лист приема теплоты для высокотемпературной стороны каждого блока генерации термоэлектрической энергии. Когда устройство генерации термоэлектрической энергии содержит множество блоков генерации термоэлектрической энергии, можно обеспечивать отдельный лист приема теплоты для каждого блока или обеспечивать единый лист приема теплоты, чтобы покрыть множество блоков.
С точки зрения теплового сопротивления и теплопроводности материал листа приема теплоты предпочтительно выбирается по меньшей мере из металла, керамики или углерода. Примерами металла являются железо, сталь, медь, медный сплав, алюминий и алюминиевый сплав. При наличии такого листа приема теплоты теплота от источника тепла принимается листом приема теплоты и затем передается от листа приема теплоты к термоэлектрическим элементам, улучшая, таким образом, эффективность генерации термоэлектрической энергии.
При установке листа приема теплоты отношение площади группы термоэлектрических элементов, расположенных под листом приема теплоты, к площади листа приема теплоты предпочтительно равно 0,2 или более, более предпочтительно равно 0,3 или более. Когда отношение меньше, чем 0,2, теплота, отдаваемая термоэлектрическими элементами, уменьшается по сравнению с теплотой, подводимой за счет излучаемой теплоты и т.п. от источника теплоты, так что температура растет и превышает допустимую температуру устройства генерации термоэлектрической энергии, что может вызвать повреждение устройства генерации термоэлектрической энергии.
Например, когда устройство генерации термоэлектрической энергии образовано блоком генерации термоэлектрической энергии и листом приема теплоты, установленным на высокотемпературной стороне блока генерации термоэлектрической энергии, может быть предпочтительным, чтобы отношение площади группы термоэлектрических элементов, установленной в блоке генерации термоэлектрической энергии, к площади листа приема теплоты, находилось в упомянутом выше диапазоне.
Теплопроводящий лист
Устройство генерации термоэлектрической энергии согласно настоящему изобретению может дополнительно содержать теплопроводящий лист. Теплопроводящий лист может быть должным образом установлен, например, между термоэлектрическими элементами и плитой водяного охлаждения и между термоэлектрическими элементами и листом приема теплоты. Когда термоэлектрические элементы установлены в виде блока генерации термоэлектрической энергии, теплопроводящий лист предпочтительно устанавливается между блоком и плитой водяного охлаждения и между блоком и листом приема теплоты. За счет такой установки теплопроводящего листа можно уменьшить контактное тепловое сопротивление между элементами и дополнительно повысить эффективность генерации термоэлектрической энергии. В качестве теплопроводного листа может использоваться, например, лист, изготовленный из графита и т.п.
Второй вариант осуществления изобретения
Отрезной станок, соответствующий второму варианту осуществления настоящего изобретения, является отрезным станком для резания высокотемпературного движущегося подлежащего резке объекта при синхронном движении с подлежащим резке объектом и содержит следующее:
(1) режущий инструмент, выполненный с возможностью резания подлежащего резке объекта;
(2) приводное устройство, выполненное с возможностью приведения в движение отрезного станка синхронно с подлежащим резке объектом;
(3) устройство генерации термоэлектрической энергии, содержащее термоэлектрический элемент для преобразования теплоты подлежащего резке объекта в электрическую энергию;
(4) аккумуляторную батарею, выполненную с возможностью накопления электрической энергии, генерируемой устройством генерации термоэлектрической энергии; и
(5) двигатель, приводимый в движение электроэнергией, подаваемой от по меньшей мере одного из устройства генерации термоэлектрической энергии и аккумуляторной батареи, чтобы приводить в движение отрезной станок.
Как описано выше, отрезной станок движется синхронно с подлежащим резке объектом вниз по ходу, при этом, когда резание закончено, необходимо выполнить операцию возвращения в исходное положение, чтобы возвратить отрезной станок в положение, находящееся выше по ходу. В традиционном отрезном станке, чтобы привести в движение двигатель, выполняющий, таким образом, операцию возвращения в исходное положение, электроэнергия подается извне. Поэтому в традиционном отрезном станке необходимо делать электропроводку для подачи электропитания на отрезной станок, что в результате приводит к усложненной конструкции устройства.
С другой стороны, в Д2 было предложено электрически или механически накапливать кинетическую энергию, когда отрезной станок движется синхронно с заготовкой, и выполнять операцию возвращения отрезного станка в исходное положение, используя накопленную энергию. Конкретный описанный способ состоит во вращении генератора, используя синхронное движение, для получения электрической энергии, закручивании спиральной пружины и т.п.
Однако, поскольку синхронное движение отрезного станка реализуется путем зажатия заготовки, требуется дополнительная энергия, чтобы транспортировать заготовку, когда такая операция, как генерация электроэнергии, выполняется, используя синхронное движение, что создает нагрузку на линии непрерывного литья.
Кроме того, как описано выше, заготовка при непрерывном литье во время резания имеет чрезвычайно высокую температуру, приблизительно 1000°C, и поэтому, как описано в абзацах [0009]-[0012] документа Д2, необходимо защищать отрезной станок от теплоты, излучаемой заготовкой. Поэтому необходимо было принимать меры, такие как водяное охлаждение отрезного станка.
Однако поскольку охлаждающая вода, используемая при охлаждении, обычно сбрасывается такой, какая есть, теплота эффективно не использовалась.
С другой стороны, в отрезном станке согласно настоящему изобретению можно выполнять генерацию электроэнергии, используя теплоту подлежащего резке объекта, за счет устройства генерации термоэлектрической энергии согласно приведенному выше пункту (3). Кроме того, можно предотвращать повышение температуры отрезного станка, преобразуя по меньшей часть теплоты в электроэнергию.
Кроме того, за счет наличия двигателя согласно указанному выше пункту (5) можно использовать электроэнергию, генерируемую устройством генерации термоэлектрической энергии, чтобы приводить в движение сам отрезной станок. Поэтому описанный здесь отрезной станок не требует подачи электропитания извне и такого оборудования, как электропроводка, предназначенная для этой цели. Поэтому конфигурация линии может быть упрощена, и электропроводка не ограничивает движение отрезного станка.
Кроме того, можно накапливать электроэнергию, полученную путем генерации термоэлектрической энергии, и использовать накопленную электроэнергию в любое произвольное время за счет наличия аккумуляторной батареи (аккумулятора) согласно указанному выше пункту (4). Соответственно, можно использовать накопленную в аккумуляторе электроэнергию для приведения в движение отрезного станка, даже когда подлежащий резке объект, который является источником тепла, не находится вблизи устройства генерации термоэлектрической энергии и генерация термоэлектрической энергии не может быть выполнена.
Таким способом отрезной станок согласно настоящему изобретению может двигаться без подачи электропитания извне и эффективно использовать не использовавшуюся ранее теплоту подлежащего резке объекта.
Кроме того, отрезной станок согласно настоящему изобретению и способ его использования описаны подробно, принимая в качестве примера резание заготовки при непрерывном литье. Следует заметить, что далее просто описан предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретении, который не ограничивает настоящее изобретение. Кроме того, предметы обсуждения, которые конкретно не упоминаются, могут быть такими же, как и в первом варианте осуществления изобретения.
Отрезной станок согласно данному варианту осуществления изобретения может использоваться, например, в линии 1 непрерывного литья, показанной на фиг. 1, аналогично первому варианту осуществления изобретения.
Отрезной станок
Приводное устройство
Отрезной станок согласно настоящему изобретению может иметь конструкцию, показанную, например, на фиг. 2, аналогичную первому варианту осуществления изобретения. Отрезной станок 10 установлен на направляющих 20, проложенных с обеих краевых сторон в направлении ширины заготовки 7 параллельно направлению транспортирования заготовки 7.
Отрезной станок 10 содержит приводное устройство для движения по направляющим 20. Более конкретно, приводное устройство имеет каретку 12, снабженную колесами 11 для движения по направляющим 20, и двигатель, который не показан. На нижней поверхности каретки 12 установлено зажимное приспособление, не показанное на чертеже. При выполнении резания заготовки 7 зажимное приспособление регулируется так, чтобы зафиксировать относительное положение отрезного станка 10 относительно заготовки 7. Резание выполняется при синхронном движении отрезного станка 10 с заготовкой 7, при этом когда резание закончено, фиксация зажимным приспособлением освобождается и синхронное движение отрезного станка 10 прекращается.
Режущий инструмент
Режущий инструмент 13, снабженный по меньшей мере одной горелкой 14 для резания заготовки 7, расположен на каретке 12. В качестве горелки 14 и т.п. может использоваться газовая горелка. Режущий инструмент 13 содержит привод горелки, выполненный с возможностью перемещения горелки 14 в направлении ширины заготовки 7. Режущий инструмент 13 может содержать две или более горелок 14.
Плита водяного охлаждения
Отрезной станок согласно данному варианту осуществления изобретения также содержит плиту водяного охлаждения для охлаждения отрезного станка. Как и в первом варианте осуществления изобретения, плита водяного охлаждения может служить для охлаждения низкотемпературной стороны каждого термоэлектрического элемента. В качестве плиты водяного охлаждения может использоваться такая же плита, что и в первом варианте осуществления изобретения. Следует отметить, что, как будет описано далее в отношении третьего варианта осуществления изобретения, плита водяного охлаждения для охлаждения отрезного станка может отсутствовать.
Устройство генерации термоэлектрической энергии
В качестве устройства генерации термоэлектрической энергии может использоваться то же самое устройство, что и в первом варианте осуществления изобретения.
Аккумуляторная батарея
Отрезной станок 10 дополнительно содержит аккумуляторную батарею 17, способную накапливать электроэнергию, генерируемую устройством 100 генерации термоэлектрической энергии. Положение установки аккумуляторной батареи 17 ничем особо не ограничивается, и она, например, может быть установлена на каретке 12, как показано на фиг. 2.
В качестве аккумуляторной батареи 17 может использоваться любая аккумуляторная батарея, которая способна накапливать генерируемую электроэнергию. Примерами аккумуляторной батареи 17 являются свинцовая аккумуляторная батарея, литий-ионная аккумуляторная батарея, литий-ионная полимерная аккумуляторная батарея, никель-водородная аккумуляторная батарея и кадмий-никелевая аккумуляторная батарея.
Двигатель
Отрезной станок 10 дополнительно содержит двигатель, не показанный на чертеже. Двигатель приводится в движение электроэнергией, подаваемой от по меньшей мере одного из устройства 100 генерации термоэлектрической энергии и аккумуляторной батареи 17, для приведения в движение отрезного станка 10. Соответственно, двигатель электрически соединен с устройством 100 генерации термоэлектрической энергии 100 и аккумуляторной батареей 17. В качестве двигателя предпочтительно используется двигатель постоянного тока. Причина в том, что двигатель постоянного тока может использовать постоянный ток, подаваемый от устройства 100 генерации термоэлектрической энергии и аккумуляторной батареи 17, без необходимости его преобразования в переменный ток.
В одном из вариантов осуществления изобретения двигатель может быть выполнен с возможностью привода колес 11. В этом случае колеса 11 могут вращаться во время выполнения резания заготовки 7, при этом отрезной станок 10 движется синхронно с заготовкой 7, используя зажимное приспособление. С другой стороны, когда отрезной станок 10 движется за счет двигателя, колеса 11 приводятся в движение двигателем, чтобы переместить отрезной станок 10 в состояние, в котором зажим зажимного приспособления освобождается.
Другие нагрузки
Электроэнергия, подаваемая от устройства 100 генерации термоэлектрической энергии, и аккумуляторная батарея 17 могут также использоваться для других целей. Например, электроэнергия предпочтительно может использоваться для запуска устройства поджига горелки, чтобы поджигать горелку 14 режущего инструмента 13. Кроме того, электроэнергия может использоваться для приведения в действие любых других устройств, содержащихся в режущем инструменте 10, и предпочтительно используется для приведения в действие всех устройств, содержащихся в режущем инструменте 10, которые требуют электроэнергии, в том числе двигателя и устройства поджига горелки. Например, контроллер, который будет описан далее, также может приводиться в действие электроэнергией.
Блок управления мощностью
Отрезной станок 10 может содержать блок управления мощностью, чтобы управлять по меньшей мере устройством 100 генерации термоэлектрической энергии, аккумуляторной батареей 17 или двигателем. Примеры устройств и приспособлений, которые могут содержать блок управления мощностью, приведены ниже.
Преобразователь
Блок управления мощностью может содержать преобразователь. За счет использования преобразователя можно изменять напряжение тока на выходе устройства 100 генерации термоэлектрической энергии или аккумуляторной батареи 17. Например, используя повышающий преобразователь, можно преобразовывать выходное напряжение устройства 100 генерации термоэлектрической энергии или аккумуляторной батареи 17 в напряжение, пригодное для работы двигателя и т.п.
Инвертор
Выходной ток устройства 100 генерации термоэлектрической энергии или аккумуляторной батареи 17 является постоянным током, и с помощью инвертора можно преобразовывать его в переменный ток для приведения в действие устройства, работающего на переменном токе. Однако, когда множество инверторов используются параллельно, необходимо регулировать фазы переменных токов с выходов соответствующих инверторов, чтобы они были выровнены.
Устройство переключения источника электропитания
Предпочтительно обеспечить устройство переключения источника электропитания, способное переключаться между устройством 100 генерации термоэлектрической энергии и аккумуляторной батареей 17 для выбора, от какого источника электропитания энергия подается на нагрузку, такую как двигатель (далее иногда просто называемый «нагрузка»). Например, когда количество энергии, генерируемой устройством 100 генерации термоэлектрической энергии, является достаточно большим, можно приводить нагрузку в действие только за счет электроэнергии от устройства 100 генерации термоэлектрической энергии 100. С другой стороны, когда количества энергии, генерируемой устройством 100 генерации термоэлектрической энергии, недостаточно, можно приводить нагрузку в действие как от устройства 100 генерации термоэлектрической энергии, так и от аккумуляторной батареи 17 или приводить нагрузку в действие электроэнергией только от аккумуляторной батареи 17. Также можно приводить нагрузку в действие электроэнергией от аккумуляторной батареи 17, заряжая аккумуляторную батарею 17 электроэнергией от устройства 100 генерации термоэлектрической энергии. Кроме того, когда нет необходимости приводить нагрузку в действие, может быть осуществлено переключение, чтобы заряжать аккумуляторную батарею 17 электроэнергией от устройства 100 генерации термоэлектрической энергии 100, не подавая ее в нагрузку. С помощью устройства переключения источника электропитания переключение источника энергии может выполняться, как описано выше.
Устройство СТМЭ
Блок управления мощностью может дополнительно содержать устройство слежения за точкой максимальной энергии (СТМЭ). Устройство СТМЭ управляет точкой генерации энергии так, чтобы в соответствии с рабочими характеристиками генерации энергии устройства 100 генерации термоэлектрической энергии могла быть получена максимальная энергия. При этом эффективность генерации энергии может быть повышена.
Третий вариант осуществления изобретения
Отрезной станок согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения, также как и в описанном выше втором варианте осуществления изобретения, является отрезным станком для резания высокотемпературного движущегося подлежащего резке объекта при синхронном движении с подлежащим резке объектом, содержащим следующее:
(1) режущий инструмент, выполненный с возможностью резания подлежащего резке объекта;
(2) приводное устройство, выполненное с возможностью приведения в движение отрезного станка синхронно с подлежащим резке объектом;
(3) устройство генерации термоэлектрической энергии, содержащее термоэлектрический элемент для преобразования теплоты подлежащего резке объекта в электрическую энергию;
(4) аккумуляторную батарею, выполненную с возможностью накопления электрической энергии, генерируемой устройством генерации термоэлектрической энергии; и
(5) двигатель, приводимый в движение электроэнергией, подаваемой от по меньшей мере одного из устройства генерации термоэлектрической энергии и аккумуляторной батареи, чтобы приводить в движение отрезной станок.
Однако отрезной станок согласно данному варианту осуществления изобретения отличается от отрезного станка согласно второму варианту осуществления изобретения тем, что он не содержит плиту водяного охлаждения, предназначенную для охлаждения как отрезного станка, так и низкотемпературной стороны каждого термоэлектрического элемента. Все остальное, за исключением этого, может быть таким же, как во втором варианте осуществления изобретения, если не указано иное. За счет наличия устройства генерации термоэлектрической энергии можно преобразовывать часть теплоты подлежащего резке объекта в электроэнергию и не допускать повышения температуры отрезного станка.
Отрезной станок, соответствующий данному варианту осуществления изобретения, может содержать одну или две плиты водяного охлаждения, предназначенные только для охлаждения отрезного станка, и плиту водяного охлаждения, предназначенную только для охлаждения устройства генерации термоэлектрической энергии. Здесь плита водяного охлаждения только для охлаждения отрезного станка относится к плите водяного охлаждения, которая находится в контакте с отрезным станком, но не находится в прямом контакте с устройством генерации термоэлектрической энергии. Плита водяного охлаждения только для охлаждения отрезного станка может быть установлена, например, на нижней поверхности (поверхности на стороне источника тепла) каретки отрезного станка. Кроме того, плита водяного охлаждения только для охлаждения устройства генерации термоэлектрической энергии относится к плите водяного охлаждения, которая находится в контакте с устройством генерации термоэлектрической энергии и не находится в прямом контакте с отрезным станком. Плита водяного охлаждения только для охлаждения устройства генерации термоэлектрической энергии может быть установлена на низкотемпературной стороне (поверхности на стороне, противоположной источнику тепла) устройства генерации термоэлектрической энергии. Таким образом, можно охлаждать низкотемпературную сторону каждого термоэлектрического элемента, содержащегося в устройстве генерации термоэлектрической энергии.
Четвертый вариант осуществления изобретения
Отрезной станок, соответствующий данному варианту осуществления изобретения, может дополнительно содержать блок регулирования расстояния для регулирования расстояния между устройством генерации термоэлектрической энергии и подлежащим резке объектом путем перемещения устройства генерации термоэлектрической энергии. Следует отметить, что в данном варианте осуществления изобретения признаки, которые не описаны ниже, могут быть такими же, как и в третьем варианте осуществления изобретения.
Блок регулирования расстояния
Эффективность генерации энергии термоэлектрическим элементом зависит от перепада температур между высокотемпературной стороной и низкотемпературной стороной термоэлектрического элемента. Температура на высокотемпературной стороне зависит не только от температуры источника тепла, но также и от вышеупомянутого расстояния. Соответственно, с помощью блока регулирования расстояния, предназначенного для изменения вышеупомянутого расстояния, можно управлять эффективностью генерации термоэлектрической энергии.
Кроме того, термоэлектрический элемент и блок генерации термоэлектрической энергии, использующий термоэлектрический элемент, имеют допустимую температуру, определяемую материалом и т.п., используемыми для элемента и блока, и когда они подвергаются высокой температуре, превышающей допустимую температуру, элемент выходит из строя и рабочие характеристики элемента могут ухудшаться. Используя описанный выше блок регулирования расстояния можно корректировать расстояние так, чтобы температура блока генерации термоэлектрической энергии не превышала допустимую температуру.
В данном варианте осуществления изобретения, чтобы охлаждать низкотемпературную сторону термоэлектрических элементов, предпочтительно обеспечить плиту водяного охлаждения, которая контактировала бы с низкотемпературной стороной (стороной, противоположная заготовке) устройства генерации термоэлектрической энергии. В этом случае плита водяного охлаждения может перемещаться вместе с устройством генерации термоэлектрической энергии блоком регулирования расстояния. Когда устройство генерации термоэлектрической энергии и плита водяного охлаждения поднимаются блоком регулирования расстояния, то есть перемещаются в направлении стороны, противоположной заготовке, так что плита водяного охлаждения входит в контакт с нижней поверхностью опоры отрезного станка, основание отрезного станка может охлаждаться плитой водяного охлаждения. В качестве плиты водяного охлаждения может использоваться та же самая плита, что и в первом варианте осуществления изобретения.
Приводной блок
Блок регулирования расстояния содержит приводной блок для перемещения устройства генерации термоэлектрической энергии. В качестве приводного блока может использоваться любой блок, который способен перемещать устройство генерации термоэлектрической энергии. С точки зрения точности позиционирования предпочтительно использовать в качестве приводного блока электрический цилиндр. Например, приводной блок может быть выполнен с возможностью перемещения (подъема и опускания) устройства генерации термоэлектрической энергии в направлении приближения к подлежащему резке объекту и в направлении удаления от подлежащего резке объекта (направление вверх-вниз на фиг. 1 и 2).
Приводной блок может быть выполнен с возможностью перемещения всего устройства генерации термоэлектрической энергии. В этом случае блоки генерации термоэлектрической энергии, образующие устройство генерации термоэлектрической энергии, движутся все вместе. Однако подлежащий резке объект, используемый в качестве источника тепла, имеет распределение температуры, при этом иногда температура меняется в зависимости от различных участков. Например, когда подлежащий резке объект является стальной заготовкой, изготовленной посредством непрерывного литья, в некоторых случаях температура на краях ниже, чем температура на центральном участке в направлении ширины заготовки за счет разности в скорости охлаждения. Поэтому предпочтительно, чтобы приводной блок мог независимо регулировать положения многочисленных блоков генерации термоэлектрической энергии, содержащихся в устройстве генерации термоэлектрической энергии, чтобы положения термоэлектрических модулей генерации термоэлектрической энергии могли регулироваться в соответствии с таким распределением температур. Другими словами, предпочтительно, чтобы блок регулирования расстояния мог независимо регулировать расстояния между соответствующим множеством блоков генерации термоэлектрической энергии, содержащихся в устройстве генерации термоэлектрической энергии, и подлежащим резке объектом.
Измеритель выходной мощности
Предпочтительно, чтобы блок регулирования расстояния содержал измеритель выходной мощности для контроля выходной мощности устройства генерации термоэлектрической энергии. Измеритель выходной мощности может находится в описанном выше блоке управления мощностью.
Датчик расстояния
Предпочтительно, чтобы блок регулирования расстояния содержал датчик расстояния для измерения расстояния между устройством генерации термоэлектрической энергии и подлежащим резке объектом.
Датчик температуры источника тепла
Блок регулирования расстояния может содержать датчик температуры источника тепла, чтобы измерять температуру подлежащего резке объекта, являющегося источником тепла. Датчик температуры источника тепла может располагаться на основании отрезного станка или в месте, отделенном от основания отрезного станка. Когда датчик температуры источника тепла установлен в месте, удаленном от основного корпуса отрезного станка, предпочтительно, чтобы он был установлен, например, на входной стороне конвейерной линии, транспортирующей подлежащий резке объект. В этом случае значение температуры, измеренной датчиком температуры источника тепла, может передаваться отрезному станку беспроводным или проводным способом. В качестве датчика температуры источника тепла может использоваться любой температурный датчик бесконтактного типа, такой как лучевой термометр, или датчик температуры контактного типа, такой как термопара.
Датчик температуры блока генерации термоэлектрической энергии
Блок регулирования расстояния может содержать датчик температуры блока генерации термоэлектрической энергии для измерения температуры блока генерации термоэлектрической энергии. Датчик температуры блока генерации термоэлектрической энергии может устанавливаться отдельно от блока генерации термоэлектрической энергии или может устанавливаться внутри блока генерации термоэлектрической энергии. В качестве датчика температуры блока генерации термоэлектрической энергии может использоваться любой датчик температуры бесконтактного типа, такой как лучевой термометр, или датчик температуры контактного типа, такой как термопара.
Предпочтительно, чтобы блок регулирования расстояния в данном варианте осуществления изобретения был выполнен с возможностью измерения по меньшей мере одного параметра, выбранного из группы, состоящей из температуры подлежащего резке объекта, температуры блока генерации термоэлектрической энергии и выходной мощности блока генерации термоэлектрической энергии; и регулирования расстояния между блоком генерации термоэлектрической энергии и подлежащим резке объектом, основываясь на результате вышеупомянутого измерения. Более конкретно, предпочтительно регулировать расстояние между блоком генерации термоэлектрической энергии и подлежащим резке объектом, используя измеренное значение, полученное от по меньшей мере измерителя выходной мощности, датчика температуры источника тепла или датчика температуры блока генерации термоэлектрической энергии.
Регулирование расстояния может осуществляться непрерывно. Когда регулирование осуществляется непрерывно, могут осуществляться, например, регулирование с обратной связью и регулирование с упреждением.
Регулирование с обратной связью, основанное на выходной мощности
Можно, например, установить номинальную выходную мощность устройства генерации термоэлектрической энергии в качестве целевого значения и регулировать расстояние таким образом, чтобы выходная мощность устройства генерации термоэлектрической энергии, фактически измеряемая измерителем выходной мощности, приближалась к целевому значению. При выполнении такого регулирования предпочтительно, чтобы одновременно контролировалась температура с помощью датчика температуры устройства генерации термоэлектрической энергии и регулировалось расстояние так, чтобы температура устройства генерации термоэлектрической энергии не превышала допустимую температуру.
Регулирование с упреждением, основанное на температуре источника тепла
Например, можно измерять температуру подлежащего резке объекта на верхней по ходу стороне и в соответствии с ней регулировать расстояние. Более конкретно, когда температура подлежащего резке объекта является низкой, устройство генерации термоэлектрической энергии приближается к подлежащему резке объекту, а когда температура подлежащего резке объекта является высокой, устройство генерации термоэлектрической энергии удаляется от подлежащего резке объекта.
Регулирование, основанное на рабочих условиях
Если рабочие условия известны заранее, расстояние может также регулироваться на основе рабочих условий. В этом случае расстояние может регулироваться заранее перед началом работы, и, если рабочие условия изменяются во время работы, расстояние может регулироваться непрерывно или периодически соответственно. Например, в линии непрерывного литья, показанной на фиг. 1, температура подлежащего резке объекта во время резания определяется скоростью прохождения заготовки, условиями охлаждения и т.п. Поэтому расстояние может регулироваться на основе этих рабочих условий.
Пятый вариант осуществления изобретения
Как описано выше, подлежащий резке объект, являющийся источником тепла, имеет распределение температуры, при этом температура иногда меняется в зависимости от различных участков. Поэтому в отрезном станке, соответствующем данному варианту осуществления изобретения, устройство генерации термоэлектрической энергии образовано множеством блоков генерации термоэлектрической энергии, при этом множество термоэлектрических модулей генерации термоэлектрической энергии расположены в соответствии с по меньшей мере одним параметром, выбранным из группы, состоящей из температуры подлежащего резке объекта, температуры блоков генерации термоэлектрической энергии или выходной мощности блоков генерации термоэлектрической энергии. Таким образом, блоки генерации термоэлектрической энергии могут располагаться с учетом распределения температуры подлежащего резке объекта, и эффективность генерации термоэлектрической энергии может быть повышена. Следует заметить, что признаки, за исключением этого, могут быть такими же, как и в любом из описанных выше вариантов осуществления изобретения с первого по четвертый, если не определено иное.
На фиг. 6 схематично показан пример расположения блоков генерации термоэлектрической энергии, соответствующих данному варианту осуществления изобретения. Точнее, расположение блоков 101 генерации термоэлектрической энергии показано в направлении ширины заготовки 7. Устройство 100 генерации термоэлектрической энергии образовано множеством блоков 101 генерации термоэлектрической энергии. Кроме того, расстояние между блоками 101 генерации термоэлектрической энергии и заготовкой 7 на краях (на обоих краях) меньше, чем на центральном участке в направлении ширины заготовки 7. В данном случае «направление ширины» относится к продольному направлению поперечного сечения (направлению влево-вправо на фиг. 6), перпендикулярному к направлению движения подлежащего резке объекта (заготовки).
Так как заготовка 7 в линии непрерывного литья на краевых участках охлаждается быстрее, чем на центральном участке в направлении ширины, обычно краевые участки имеют более низкую температуру, чем центральный участок. По этой причине, если все блоки 101 генерации термоэлектрической энергии установлены так, что расстояния между соответствующими блоками генерации термоэлектрической энергии и заготовкой 7 одинаковы, эффективность генерации термоэлектрической энергии на участках с низкой температурой (краевых участках) снижается. Поэтому, как показано на фиг. 6, за счет того, что расстояние между блоками 101 генерации термоэлектрической энергии и заготовкой 7 на участках с низкой температурой (краевых участках) меньше, чем расстояние между блоками 101 генерации термоэлектрической энергии и заготовкой 7 на участке с высокой температурой (центральном участке), эффективность генерации энергии на участках с низкой температурой повышается и выходная мощность устройства генерации термоэлектрической энергии в целом может быть увеличена. Кроме того, за счет расположения блоков генерации термоэлектрической энергии на участке с высокой температурой относительно дальше от заготовки эффективность генерации энергии в целом может быть повышена, в то же время не допуская превышения температуры термоэлектрических элементов выше допустимой, при которой термоэлектрические элементы повреждаются.
В примере, показанном на фиг. 6, только один блок генерации термоэлектрической энергии на каждом краевом участке (всего два в случае двух краевых участков) расположен ближе к заготовке, а другие блоки генерации термоэлектрической энергии расположены на одном и том же расстоянии от заготовки. Однако расстояние для блоков генерации термоэлектрической энергии может устанавливаться произвольно в соответствии с распределением температуры подлежащего резке объекта. Например, расстояние между блоками генерации термоэлектрической энергии и заготовкой может устанавливаться так, чтобы оно постепенно или ступенчато уменьшалось от участков с низкой температурой (краевых участков) к участку с высокой температурой (центральному участку).
В данном варианте осуществления изобретения, когда низкотемпературная сторона отрезного станка и низкотемпературная сторона каждого термоэлектрического элемента охлаждаются с помощью плиты водяного охлаждения, как в первом варианте осуществления изобретения, предпочтительно, чтобы все блоки генерации термоэлектрической энергии, расположенные на различных расстояниях, охлаждались плитой водяного охлаждения. Примеры конкретных способов содержат нижеследующее.
(1) В зависимости от участков, на которых используется плита водяного охлаждения, она имеет разную толщину, так что низкотемпературная сторона (верхняя сторона на фиг. 6) каждого блока генерации термоэлектрической энергии контактирует с нижней поверхностью плиты водяного охлаждения, а нижняя поверхность отрезного станка контактирует с верхней поверхностью плиты водяного охлаждения.
(2) Теплопроводящая прокладка устанавливается на участке, на котором образуется зазор между блоками генерации термоэлектрической энергии и плитой водяного охлаждения, так что блоки генерации термоэлектрической энергии могут охлаждаться плитой водяного охлаждения через теплопроводящую прокладку. В качестве теплопроводящей прокладки может использоваться, например, пластина, блок и т.п., изготовленные из металла.
(3) Форма поверхности отрезного станка, на которой установлена плита водяного охлаждения, расположена в соответствии с расположением блоков генерации термоэлектрической энергии. Например, нижняя поверхность основания отрезного станка имеет по существу вогнутую форму с углублением в направлении ширины центрального участка заготовки.
Шестой вариант осуществления изобретения
В данном варианте осуществления изобретения, когда подлежащий резке объект имеет низкотемпературный участок и высокотемпературный участок, термоэлектрические элементы установлены так, чтобы они были обращены к низкотемпературному участку и высокотемпературному участку, при этом термоэлектрические элементы расположены плотнее на высокотемпературном участке, чем на низкотемпературном участке. За счет такого увеличения плотности распределения термоэлектрических элементов на высокотемпературном участке теплота высокотемпературной части эффективно используется, так что эффективность генерации термоэлектрической энергии в целом может быть дополнительно повышена.
На фиг. 7 схематично показан пример расположения термоэлектрических элементов в соответствии с данным вариантом осуществления изобретения. Точнее, расположение блоков 101 генерации термоэлектрической энергии и термоэлектрических элементов 102 показано в направлении ширины заготовки 7. Устройство 100 генерации термоэлектрической энергии образовано множеством блоков 101 генерации термоэлектрической энергии, при этом каждый блок 101 генерации термоэлектрической энергии содержит множество термоэлектрических элементов 102. Кроме того, плотность распределения термоэлектрических элементов на центральном участке в направлении ширины выше, чем на краевых участках в направлении ширины заготовки, как показано на фиг. 7.
Как описано выше, температура заготовки 7 в направлении ширины выше на центральном участке, чем на краевых участках. Поэтому за счет относительно более высокой плотности распределения термоэлектрических элементов на центральном участке в направлении ширины, как показано на фиг. 7, эффективность генерации энергии в целом может быть повышена. Кроме того, в соответствии со способом данного варианта осуществления изобретения, эффективность генерации энергии может быть повышена без изменения расстояния между блоками генерации термоэлектрической энергии и заготовкой. Поэтому этот способ может также использоваться, когда не существует никакого пространственного запаса для изменения границы при расположении блоков генерации термоэлектрической энергии.
В примере, показанном на фиг. 7, используются блоки генерации термоэлектрической энергии, имеющие различные количества термоэлектрических элементов (плотности распределения); однако также возможно использовать блоки генерации термоэлектрической энергии, имеющие одно и то же количество термоэлектрических элементов, и регулировать плотность распределения термоэлектрических элементов, располагая блоки генерации термоэлектрической энергии с различной плотностью распределения.
Подлежащий резке объект
В приведенном выше описании были даны примеры, когда заготовка разрезается в процессе непрерывного литья; однако в настоящем изобретении подлежащий резке объект не ограничивается заготовкой и может быть любым высокотемпературным элементом. Здесь термин «высокотемпературный» относится к объектам, имеющим температуру выше комнатной. Однако с точки зрения эффективности генерации термоэлектрической энергии предпочтительно ориентироваться на подлежащий резке объект при температуре 700°C или более. Очевидно, что отрезной станок в настоящем изобретении может также использоваться для объекта с произвольной высокой температурой, который должен разрезаться и который не двигается.
Примеры
Пример 1
2
В соответствии с первым вариантом осуществления изобретения, генерация термоэлектрической энергии с заготовкой в качестве источника тепла на линии непрерывного литья осуществлялась с помощью отрезного станка, показанного на фиг. 1 и 2. В качестве блоков термоэлектрической энергии использовались блоки размером 300 мм. Как показано на фиг. 8, плита 15 водяного охлаждения была установлена на всей нижней поверхности основания 12 отрезного станка, при этом блоки 120 генерации термоэлектрической энергии были установлены на нижней поверхности плиты 15 водяного охлаждения. Всего 28 блоков генерации термоэлектрической энергии были расположены 4 рядами 2+2 в направлении ширины заготовки и 7 рядами в направлении движения заготовки.
Литье с использованием затравки начиналось на линии машины непрерывного литья с введением затравки. Затем, после достижения затравкой положения резания и возвращения в исходное состояние, генерация энергии устройством генерации термоэлектрической энергии начиналась, когда заготовка достигла отрезного станка. Далее резание выполнялось при синхронном движении отрезного станка с заготовкой, чтобы изготовить материал путем непрерывного литья.
Непрерывное литье выполнялось при температуре заготовки 1000°C, и во время непрерывного литья было возможным непрерывно генерировать электроэнергию с 95-процентным или более номинальным выходом. Кроме того, во время непрерывного литья температура отрезного станка сохранялась достаточно низкой.
Пример 2
Генерация термоэлектрической энергии с заготовкой в качестве источника тепла на линии непрерывного литья осуществлялась при тех же самых условиях, что и в примере 1, за исключением того, что использовался блок генерации термоэлектрической энергии, дополнительно содержащий лист приема теплоты. Площадь группы термоэлектрических элементов, находящихся под листом приема теплоты, относительно площади листа приема теплоты (то есть площадь группы термоэлектрических элементов в каждом блоке генерации термоэлектрической энергии/площадь листа приема теплоты для каждого блока генерации термоэлектрической энергии), была установлена равной 0,32.
Непрерывное литье выполнялось при температуре заготовки 1000°C при вышеупомянутых условиях и аналогично примеру 1, при этом во время непрерывного литья можно было непрерывно генерировать электроэнергию с 95-процентным или более номинальным выходом. Кроме того, во время непрерывного литья температура отрезного станка поддерживалась достаточно низкой.
Пример 3
Генерация термоэлектрической энергии с заготовкой в качестве источника тепла на линии непрерывного литья осуществлялась с использованием того же самого отрезного станка, что и в примере 2, за исключением того, что использовались блоки генерации термоэлектрической энергии с отношением площади группы термоэлектрических элементов в каждом блоке генерации термоэлектрической энергии/площади листа приема теплоты для каждого блока генерации термоэлектрической энергии, равным 0,18.
Непрерывное литье выполнялось при температуре заготовки 800°C при вышеупомянутых условиях, при этом во время непрерывного литья было возможным непрерывно генерировать электроэнергию с 95-типроцентным или более номинальным выходом. Кроме того, во время непрерывного литья температура отрезного станка поддерживалась достаточно низкой.
Пример 4
2
В соответствии с вышеупомянутым вторым вариантом осуществления изобретения, генерация термоэлектрической энергии с заготовкой в качестве источника тепла на линии непрерывного литья осуществлялась с помощью отрезного станка, показанного на фиг. 1 и 2. В качестве блоков генерации термоэлектрической энергии использовались блоки площадью 300 мм. Как показано на фиг. 8, плита 15 водяного охлаждения была установлена на всей нижней поверхности основания 12 отрезного станка, при этом блоки 120 генерации термоэлектрической энергии были установлены на нижней поверхности плиты 15 водяного охлаждения. Всего 28 блоков генерации термоэлектрической энергии были расположены 4 рядами 2+2 в направлении ширины заготовки и 7 рядами в направлении движения заготовки.
Литье с использованием затравки начиналось в машине непрерывного литья с введением затравки. Затем, после того как затравка достигла положения резания и возвращения в исходное состояние, когда заготовка достигла отрезного станка, начиналась генерация энергии устройством генерации термоэлектрической энергии. В дальнейшем резание выполнялось при синхронном движении отрезного станка с заготовкой, чтобы изготавливать материал путем непрерывного литья.
Непрерывное литье осуществлялось при температуре заготовки 1000°C, и во время непрерывного литья было возможным непрерывно генерировать электроэнергию с 95-процентным или более номинальным выходом. Электроэнергия, генерируемая устройством генерации термоэлектрической энергии, использовалась для заряда аккумуляторной батареи, и когда резание было закончено, отрезной станок приводился в действие электроэнергией, подаваемой от устройства генерации термоэлектрической энергии и аккумуляторной батареи, чтобы вернуться в начальное положение.
Как было описано выше, в соответствии с настоящим изобретением, можно создать отрезной станок, режущий высокотемпературный движущийся подлежащий резке объект при синхронном движении с подлежащим резке объектом, который надежно защищен от теплоты подлежащего резке объекта и эффективно использует теплоту. Кроме того, при использовании аккумуляторной батареи и двигателя можно передвигать отрезной станок без внешнего электропитания и более эффективно использовать теплоту подлежащего резке объекта.
Список ссылочных позиций
1
Линия непрерывного литья
2
Ковш
3
Разливочное устройство
4
Литейная форма
5
Устройство охлаждения заготовки
6
Группа роликов
7
Заготовка
8
Транспортирующий ролик
9
Зона резания
10
Отрезной станок
11
Колесо
12
Каретка
13
Режущий инструмент
14
Горелка
15
Плита водяного охлаждения
15a, 15b
Наибольшая поверхность
16
Путь прохождения потока
17
Аккумуляторная батарея
20
Направляющая
100
Устройство генерации термоэлектрической энергии
101
Блок генерации термоэлектрической энергии
102
Термоэлектрический элемент
110
Область, в которой установлены термоэлектрические элементы