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公開番号2024103392
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-01
出願番号2023007685
出願日2023-01-20
発明の名称熱電発電装置および熱電発電方法
出願人JFEスチール株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H02N 11/00 20060101AFI20240725BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】製鉄所の製造設備列において熱電発電を行う際の漏電の発生を防止する。
【解決手段】熱電発電装置は、受熱板と、前記受熱板に対向する冷却板と、前記受熱板と前記冷却板の間に配置された熱電発電モジュールとを備え、前記熱電発電モジュールは、対向する一対の絶縁基板と、前記一対の絶縁基板の間に挟持された複数の熱電発電素子と、前記一対の絶縁基板の外周を封止する外周封止枠と、前記熱電発電素子に接続された端子部と、前記端子部に接続され、前記一対の絶縁基板のうちの前記冷却板側の絶縁基板と前記冷却板とを貫通して設けられたリード部材と、前記リード部材、前記冷却板、および前記冷却板側の絶縁基板のうち、少なくとも2つの間に形成される隙間を封止する封止部材とを備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
製鉄所の製造設備列に取り付けて使用される熱電発電装置であって、
受熱板と、前記受熱板に対向する冷却板と、前記受熱板と前記冷却板の間に配置され
た熱電発電モジュールとを備え、
前記熱電発電モジュールは、
対向する一対の絶縁基板と、
前記一対の絶縁基板の間に挟持された複数の熱電発電素子と、
前記一対の絶縁基板の間に挟持され、前記一対の絶縁基板の外周を封止する外周封止枠と、
前記熱電発電素子に接続された端子部と、
前記端子部に接続され、前記一対の絶縁基板のうちの前記冷却板側の絶縁基板と前記冷却板とを貫通して設けられたリード部材と、
前記リード部材、前記冷却板、および前記冷却板側の絶縁基板のうち、少なくとも２つの間に形成される隙間を封止する封止部材とを備える、熱電発電装置。
続きを表示（約 380 文字）【請求項２】
前記封止部材は、前記リード部材、前記冷却板、および前記冷却板側の絶縁基板のそれぞれと接触し、前記リード部材、前記冷却板、および前記冷却板側の絶縁基板の間に形成される隙間を封止する、請求項１に記載の熱電発電装置。
【請求項３】
前記封止部材がＯリングである、請求項１または２に記載の熱電発電装置。
【請求項４】
前記封止部材がフッ素ゴム製である、請求項１または２に記載の熱電発電装置。
【請求項５】
さらに、前記受熱板と前記冷却板の間に、前記封止部材を支持する支持部材を備える、請求項１または２に記載の熱電発電装置。
【請求項６】
請求項１または２に記載の熱電発電装置を製鉄所の製造設備列に取り付け、
前記熱電発電装置により熱を電力に変換する、熱電発電方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鉄所の製造設備列に取り付けて使用される熱電発電装置、および前記熱電発電装置を用いた熱電発電方法に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【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た熱電素子を用いて熱を直接電力に変換する熱電発電装置が実用化されている。
【０００３】
熱電発電装置を用いることにより、従来活用されていなかった熱エネルギーを電力として有効利用することができる。そのため、様々な分野で熱電発電装置の利用が進められている。
【０００４】
例えば、本発明者らは、製鉄所の製造設備列において熱電発電装置を用いることを提案してきた（特許文献１～３）。製鉄所においては、製銑、製鋼、鋳造、熱間圧延、熱処理など、高温で行われる様々なプロセスが実施されているため、それらのプロセスで発生する余剰の熱を電力に変換することができれば、省エネルギーおよびＣＯ
２
排出量の低減に寄与する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０２０－２０３３０１号公報
特開２０１８－０５８０８２号公報
特開２０１７－１１９３０８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、実際に製鉄所の製造設備列において熱電発電を行おうとすると、漏電が発生しやすいという問題があることが分かった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、製鉄所の製造設備列において熱電発電を行う際の漏電の発生を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を達成するために鋭意研究を行った結果、漏電の原因が、熱電発電装置、特に熱電発電モジュール内部への水分および鉄粉（酸化鉄粉を含む）の侵入にあることを突き止めた。
【０００９】
すなわち、製鉄所においては、様々なプロセスが高温で行われるのみならず、被処理物や製造設備の冷却のために冷却水が使用されることがある。例えば、連続鋳造工程においては、高温の鋼スラブに接するローラーを冷却するために冷却水が使用される。その場合、製造設備列に設置された熱電発電装置は、高温に加え、水蒸気に晒されることになる。そしてその結果、水分が熱電発電装置の内部に侵入し、短絡の原因となることが分かった。
【００１０】
加えて、製鉄所の製造設備列の周辺には製造プロセスに起因する粉塵（ダスト）が不可避的に存在する。そして、前記粉塵の主成分は、被処理物である鉄鋼に由来する鉄粉である。前記鉄粉は非常に微細であるため、熱電発電装置の内部に侵入し、短絡の原因となることが分かった。なお、前記鉄粉の多くは酸化されて酸化鉄となっている。酸化鉄は金属鉄に比べると電気を通しにくいものの、完全な絶縁体ではなく、例えば、ウスタイトでは３０Ω
－１
ｃｍ
－１
程度、マグネタイトでは２５０Ω
－１
ｃｍ
－１
程度の電気伝導度を有している。そのため、鉄粉が熱電発電装置の内部に侵入すると漏電の原因となり得る。また、微細な鉄粉（酸化鉄粉）が熱電発電装置の内部に侵入すると、該鉄粉の周囲に水分が凝集、保持されやすくなるため、相乗的に漏電のリスクが高まるものと考えられる。
（【００１１】以降は省略されています）

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