CN107710868A - 感应加热装置和发电系统 - Google Patents
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Abstract
提供了：一种感应加热装置以及装备有该感应加热装置的发电系统，所述感应加热装置允许加热部中产生的热量有效地传递至流经流动通道的加热介质。对加热介质加热的感应加热装置包括：旋转体，其具有旋转轴；加热部，其被布置成以一定间隔面对旋转体；磁通量产生部，其设置在所述旋转体上，用于朝向加热部产生磁通量；以及流动通道，其沿所述加热部设置，加热介质流动通过该流动通道。流动通道具有进口部和出口部，进口部位于沿着加热部的方向上的两侧中的一侧上且用于供应加热介质，出口部位于另一侧上且用于排出加热介质。磁通量产生部和加热部之间的间隔在流动通道的出口部侧上比进口部侧上大。
Description
技术领域
本发明涉及一种感应加热装置和发电系统，所述感应加热装置利用感应加热对加热介质进行加热，所述发电系统包括所述感应加热装置。更特别地，本发明涉及这样一种感应加热装置：其能够将在加热部中产生的热量高效地传递至通过流动通道进行流通的加热介质。
背景技术
提出使用感应加热(涡电流)的加热装置作为对水进行加热的装置(例如，参见专利文献1)的。专利文献1中所述的涡电流加热装置包括可旋转转子和加热部，所述可旋转转子具有被布置在其外周上的永磁体，所述加热部由导电材料制成，加热部被固定至转子的外部，并且其内部具有用于使水流通的流动通道。当转子旋转时，由转子的外周上的永磁体产生的磁场线(磁通量)移动穿过加热部，以在加热部中产生涡电流，并且对该加热部加热。因此，加热部中产生的热量被传递至通过内部流动通道流通的水，从而对水进行加热。
上述技术的主要目的在于使用诸如风力的能量供应热水。现在已经提出了一种发电系统，其将通过感应加热装置加热的加热介质的热量转化为电能(例如，参见专利文献2、3)。专利文献2、3公开了一种感应加热装置，包括：转子；磁通量产生部，所述磁通量产生部被设置在转子的外周上，以在转子的径向方向上产生磁通量；管状加热部，所述管状加热部以与转子相隔的方式被布置在转子的外部处；以及流动通道(配管)，所述流动通道被设置在加热部中，以允许加热介质循环。专利文献2、3例示了具有沿加热部的轴向方向的多个流动通道的构造，其中加热介质被从流动通道的一端侧供应，并且从另一侧排出。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开2005-174801
专利文献2：日本专利公开2011-159595
专利文献3：日本专利公开2012-256507
发明内容
技术问题
在感应加热装置中，期望将在加热部中产生的热量高效地传递至通过流动通道流通的加热介质。
例如，在包括转子的外周上的磁通量产生部和布置在转子的外部上的加热部的常规感应加热装置中，流动通道被形成为使得加热介质在加热部的轴向方向上从一侧流通至另一侧。在常规感应加热装置中，通常，磁通量产生部和加热部之间的间隔在轴向方向上基本恒定，并且加热部通过感应加热在轴向方向上均匀地产生热量。即，在加热部的轴向方向上的每单位长度的发热量基本相等。加热介质流经流动通道，同时连续地从加热部接收热，由此被逐渐地加热。因此，加热介质的温度在流动通道的出口侧比进口侧(进口或其附近)高，并且在出口侧(出口或其附近)上更接近或者等于加热部的温度。
这里，加热部和加热介质之间的传热比由下列方程定义：
h＝Q/[A(Tw-Ta)]＝J/(Tw-Ta)
Q：传热量(W)
J：热通量密度(W/m2)
A：传热面积(m2)
Tw：加热部的表面的温度(K)
Ta：加热介质的温度(K)
其中，Tw>Ta。
上述方程表示，随着加热部和加热介质之间的温差(Tw-Ta)增大，或者热传递面积A增大，加热部和加热介质之间的传热量Q增大。因此，在流动通道的进口侧上，假定加热介质的温度低，并且加热部和流经流动通道的加热介质之间的温差大，则传热量较大。另一方面，在出口侧上，由于加热介质的温度高，并且加热部和加热介质之间的温差小，所以传热量较小。即，在流动通道的进口侧上，传热量大，并且热量被充分地从加热部传递至加热介质；而在流动通道的出口侧上，传热量减小，并且热量可能无法被充分地从加热部传递至加热介质。因此，在加热部中通过感应加热产生的热量可能无法被高效地传递至通过流动通道流通的加热介质。此外，在出口侧上的加热部中产生的热量可能无法通过加热介质而被充分地移除，并且在最坏的情况下，在出口侧上的加热部可能受损，例如由于过热而熔化。
然后，可通过整体增大传热面积来提高加热部和加热介质之间的传热量，例如通过增大被设置在加热部中的流动通道的直径。然而，这种情况导致装置的尺寸和成本增大。
考虑到上述情况做出本发明，并且本发明的目的在于提供一种感应加热装置，所述感应加热装置能够将在加热部中产生的热量高效地传递至通过流动通道流通的加热介质。本发明的另一目的在于提供一种包括所述感应加热装置的发电系统。
问题的解决方案
根据本发明的一方面的感应加热装置对加热介质加热。感应加热装置包括：转子，所述转子具有旋转轴；加热部，所述加热部被布置成以一定间隔与转子相对；磁通量产生部，所述磁通量产生部被设置在转子处，以产生用于所述加热部的磁通量；以及流动通道，所述流动通道沿着所述加热部设置，以允许所述加热介质流通。所述流动通道具有进口和出口，所述进口位于沿着所述加热部的方向的一侧上且用于供应所述加热介质，所述出口位于另一侧上且用于排出所述加热介质。所述流动通道的所述出口侧上的、所述磁通量产生部和所述加热部之间的间隔大于所述流动通道的所述进口侧上的、所述磁通量产生部和所述加热部之间的间隔。
根据本发明的一方面的发电系统包括：根据本发明所述一方面的感应加热装置；和发电部，所述发电部被构造成将通过感应加热装置加热的加热介质的热量转化为电能。
本发明的有利效果
所述感应加热装置能够高效地将在加热部中产生的热量传递至通过流动通道流通的加热介质。发电系统能够提高与感应加热装置中的加热介质的热交换的效率，并且能够提高发电效率。
附图说明
图1是示出根据第一实施例的感应加热装置构造的示意性纵向截面图。
图2是示出根据第一实施例的感应加热装置构造的示意性前视图。
图3是示出如下示例的示意性纵向横截面图，其中热绝缘材料被布置在根据第一实施例的感应加热装置中的加热部中。
图4是示出根据第一实施例的感应加热装置中的流动通道的变型例的示意性纵向截面图。
图5是示出根据变型例1-1的感应加热装置构造的示意性纵向截面图。
图6是示出根据第一实施例的感应加热装置中的转子和加热部的变型例的示意性纵向截面图。
图7是示出根据第二实施例的感应加热装置构造的示意性纵向截面图。
图8是示出根据第二实施例的感应加热装置中的磁通量产生部的构造的示意性平面图。
图9是示出根据第二实施例的感应加热装置中的流动通道的构造的示意性平面图。
图10是示出如下示例的示意性纵向截面图，其中，热绝缘材料被布置在根据第二实施例的感应加热装置中的加热部中。
图11是示出根据变型例2-1的感应加热装置的构造的示意图。
图12是示出根据变型例2-1的感应加热装置中的流动通道的变型例的示意性平面图。
图13是示出根据本发明的实施例的发电系统的总体构造的示例的示意图。
图14是示出根据注释1的感应加热装置的构造示例的示意性纵向截面图。
具体实施方式
[本发明的实施例的说明]
首先，下面将逐一描述本发明的实施例。
(1)根据本发明的一方面的感应加热装置对加热介质加热。感应加热装置包括：转子，所述转子具有旋转轴；加热部，所述加热部被布置成以一定间隔与所述转子相对；磁通量产生部，所述磁通量产生部被设置在所述转子处，以产生用于所述加热部的磁通量；和流动通道，所述流动通道沿着所述加热部设置，以允许所述加热介质流通，其中，所述流动通道具有进口和出口，所述进口位于沿着所述加热部的方向的一侧上且用于供应所述加热介质，所述出口位于另一侧上且用于排出所述加热介质，并且所述流动通道的所述出口侧上的、所述磁通量产生部和所述加热部之间的间隔大于所述流动通道的所述进口侧上的、所述磁通量产生部和所述加热部之间的间隔。
所述感应加热装置被构造成使得：所述流动通道的所述出口侧上的、所述磁通量产生部和所述加热部之间的间隔大于所述流动通道的所述进口侧上的、所述磁通量产生部和所述加热部之间的间隔。由感应加热(涡电流)产生的热量与磁场强度的平方成正比，并且磁场强度随着间隔衰减。由于这种关系，加热部中的发热量在离磁通量产生部的间隔大的位置处降低。因此，由于在加热部中的发热量在流动通道的出口侧上降低，所以加热部和加热介质之间的温差能够增大，由此提高传热效率。因此，在外侧上的加热部中产生的热量能够被充分地传递至加热介质，并且能够降低从外侧上的加热部损失的热量，由此提高加热介质的热效率(热交换效率)。因此，在加热部中产生的热量能够被高效地传递至通过流动通道流通的加热介质，并且由于与加热介质的热交换而效率提高，能够降低感应加热装置的尺寸和重量。另外，在外侧上的加热部中产生的热量能够通过加热介质而被充分地移除，由此在不增加感应加热装置的尺寸和成本的情况下抑制由于过热而导致的对加热部的损伤。
(2)在感应加热装置的实施例中，流动通道可以被形成为：所述出口侧上的、所述流动通道与所述加热部的接触面积大于所述进口侧上的、所述流动通道与所述加热部的接触面积。
根据上述实施例，流动通道被构造成：所述出口侧上的、所述流动通道与所述加热部的接触面积大于所述进口侧上的、所述流动通道与所述加热部的接触面积。即，在加热部中，在加热介质的流通方向上，所述出口侧上的、所述流动通道与流动通道的单位长度接触面积大于所述进口侧上的、所述流动通道与流动通道的单位长度接触面积。因此，所述流动通道与加热部的接触面积在流动通道的出口侧上增大，并且能够增大从加热部至加热介质的热传递量。因此，出口侧上的加热部中产生的热量能够被充分地传递至加热介质，由此进一步提高与加热介质的热交换效率。因此，在加热部中产生的热量能够被更高效地传递至通过流动通道流通的加热介质。另外，在出口侧上的加热部中产生的热量能够通过加热介质而被充分地移除，由此在不增加感应加热装置的尺寸和成本的情况下进一步抑制由于过热而对加热部的损伤。
(3)在感应加热装置的实施例中，所述加热部是设置在所述转子的外周侧上的管状构件，所述磁通量产生部沿着所述转子的径向方向产生所述磁通量，并且所述流动通道以螺旋形沿着所述加热部的轴向方向设置，所述进口被设置在所述加热部的轴向方向上的一侧上，所述出口被设置在所述加热部的轴向方向上的另一侧上。
上述实施例为径向间隔式结构，其中转子(磁通量产生部)和加热部被布置成在径向方向上以一定间隔彼此相对。在上述实施例中，流动通道被形成为螺旋形，由此，从整个加热部产生的热量能够通过单个流动通道传递至加热介质。
(4)在根据(3)的感应加热装置的实施例中，所述流动通道被形成为：所述出口侧上的、相邻的所述流动通道之间的间隔小于所述进口侧上的、相邻的所述流动通道之间的间隔。
在上述实施例中，由于所述流动通道以螺旋形沿着所述加热部的轴向方向设置，并且被形成：所述出口侧上的、所述流动通道之间的间隔小于所述进口侧上的、所述流动通道之间的间隔，所以所述流动通道与加热部的接触面积在流动通道的出口侧上比进口侧上大。因此，在流动通道的出口侧上，所述流动通道与加热部的接触面积增大，并且能够提高从加热部至加热介质的热传递量。
(5)在感应加热装置的实施例中，旋转轴可以被连接至风力涡轮机。
虽然电动机或者内燃机(诸如发动机)可被用作使转子(旋转轴)旋转的动力，但是优选地使用可再生能量，诸如风力、水力和波力。可再生能量的使用能够抑制CO2的产生。通过将旋转轴连接至风力涡轮机，风力能够被用作转子的动力。
(6)根据本发明的一方面的发电系统包括根据上述(1)至(5)中的任一项所述的感应加热装置；和发电部，所述发电部被构造成将由感应加热装置加热的加热介质的热量转化为电能。
由于发电系统包括根据本发明的实施例的感应加热装置，所以加热部中产生的热量能够被高效地传递至通过感应加热装置中的流动通道流通的加热介质。因此，能够提高与感应加热装置中的加热介质的热交换效率，由此提高发电效率。
发电系统使用由感应加热装置加热的加热介质的热量发电。例如，当风力涡轮机被连接至感应加热装置的旋转轴并且使用风力作为转子的动力时，风能被转化为旋转能量，然后被转化为能够作为电能提取的热能。作为示例，用作加热介质的水可以被加热，以产生高温和高压蒸汽，使用该高温和高压蒸汽以允许蒸汽涡轮机使发电机旋转，从而发电。通过将热转化为电能的构造，能够通过使用蓄热器从而以热的形式储存能量来实现稳定的发电系统。
[本发明的实施例的细节]
下面将参考附图描述根据本发明的实施例的感应加热装置和发电系统的特定示例。附图中的相同附图标记指示相同或者相应的部件。本发明不限于所示示例而是由权利要求示出，并且意于涵盖权利要求范围内的权利要求和变型例的所有等效物。
<感应加热装置>
[第一实施例]
参考图1和图2，将描述根据第一实施例的感应加热装置101。感应加热装置101包括转子11、加热部13、磁通量产生部15以及流动通道17。感应加热装置101为径向间隔式结构，其中磁通量产生部15和加热部13被布置成在转子11的径向方向上以一定间隔彼此相对。下面将详细地描述感应加热装置101的构造。
(转子)
转子11是管状或柱状构件，其具有旋转轴21，并且被联接至旋转轴21的一端侧。在该示例中，圆筒形转子11的中心轴处形成有通孔，旋转轴21被插入通孔中，并且转子11被固定至旋转轴21。旋转轴21由设置在转子11的两端侧上的轴承22以可旋转的方式支撑(参见图1)。在转子11的外周上，多个凸部111被形成为在径向方向上突出(参见图2)。在该示例中，设置六个凸部111，并且凸部111在周向方向上以规定间隔形成。在转子11的外周上，也设置有磁通量产生部15(在该示例中为线圈15c)。这里，假定转子11逆时针旋转(图2中的箭头示出旋转方向)。作为转子11的动力的示例，风力涡轮机(未示出)被连接至旋转轴21，以提供风力。
转子11由具有机械强度并且能够支撑磁通量产生部15的任何材料形成，其可以是磁性材料或者非磁性材料。优选结构强度和长耐久性(耐候性和耐腐蚀性)极好的材料。示例包括用于结构材料中使用的金属(诸如铁、钢、不锈钢、铝合金、镁合金)以及GFRP(玻璃纤维增强塑料)和CFRP(碳纤维增强塑料)等复合材料。
在该示例中，转子11(包括凸部111)由磁性材料形成。当正常导电线圈被用于磁通量产生部15(线圈15c)时，优选地，转子11由磁性材料形成。另一方面，当使用超导线圈时，转子11可以由磁性材料或非磁性材料形成。当使用超导线圈时，由于转子11的磁通量饱和，所以所产生的磁场可能受限。因此，优选地，在一些情况下，转子11由非磁性材料形成。
(加热部)
加热部13是布置成以一定间隔与转子11相对并且被设置在转子11的外周侧上的管状构件。加热部13被布置成在径向方向上以一定间隔与转子11相对，并且被固定至壳体(未示出)以便不移动。在加热部13中，由磁通量产生部15产生的磁通量穿过，以形成下文所述的涡电流，并且加热部13通过感应加热而产生热。加热部13由导电材料制成，例如诸如铁、铝和铜或其合金这样的金属。
(磁通量产生部)
磁通量产生部15被设置在转子11处，并且产生用于加热部13的磁通量。在该示例中，磁通量产生部15被设置在转子11的外周上，以与加热部13相对，从而在转子11的径向方向(加热部13的方向)上产生磁通量。特别地，线圈15c被用作磁通量产生部15，并且线圈15c(总共6个)缠绕转子11的每个凸部111。当凸部111由磁性材料形成时，线圈15c和凸部111组成磁通量产生部15。转子11中的每个凸部111的外径在轴向方向上的一侧比另一侧小一个水平。如下文所述，形成磁通量产生部15的凸部111的顶端表面与加热部13之间的间隔在轴向方向上变化，并且该间隔在流动通道17的出口172侧上比进口171侧上大。直流电源(未示出)被连接至每个线圈15c，并且供应至每个线圈15c的电流方向被控制成使得确定所产生磁场(磁通量)的方向，且相邻线圈15c的极性彼此不同(参见图2)。外部电源例如通过滑环连接至线圈15c，以供应电流。
作为磁通量产生部15，可使用永磁体代替线圈(电磁体)。线圈的示例包括铜线的正常导电线圈，以及由超导金属丝材料形成的超导线圈。在使用线圈的情况下，能够通过增大将被供应至线圈的电流来产生强磁场，并且能够通过控制所供应的电流来调节磁场的强度。由于通过感应加热(涡电流)产生的热量与磁场强度的平方成正比，所以与永磁体相比，线圈能够易于提高发热量。与永磁体相比，采用线圈，不可能发生温度升高导致的磁特性降低以及磁特性随着时间的退化。因此，当使用线圈用于磁通量产生部15时，易于通过提高所供应的电流来保持足够的磁场强度，并且易于获得足以将加热介质加热至适合发电的预定温度(例如，100℃至600℃，优选为200℃至350℃)的性能(热能)。例如，可向线圈馈送直流，以产生直流磁场。当向线圈馈送直流以产生直流磁场时，能够使用电阻为零的超导线圈，使得甚至在馈送大电流时也基本不在线圈中发生发热(损失)。因此，与正常导电线圈相比，能够抑制由馈送大电流而引起的线圈中的发热(损失)，并且能够在无功率损失的情况下保持极强的磁场。在该示例中，每个线圈15c都为被绕其周边覆盖以冷却套(未示出)的超导线圈，并且通过冷却保持在超导状态下。显然，可对线圈15c使用正常导电线圈，或者可使用永磁体代替线圈15c。
(流动通道)
加热部13具有加热介质通过其流通的流动通道17(参见图1)。流动通道17沿着加热部13设置，并且具有进口171和出口172，所述进口171位于沿着所述加热部13的方向的一侧上且用于供应所述加热介质，所述出口172位于另一侧上且用于排出加热介质，使得加热介质在沿着加热部13的方向上从一侧流通至另一侧。在该示例中，进口171被设置在加热部13的轴向方向上的一侧上，出口172被设置在加热部13的轴向方向上的另一侧上，使得加热介质在加热部13的轴向方向上从一侧流通至另一侧(在图1中为从左侧至右侧)(图1中的空白箭头示出加热介质的供应/排出方向)。
流动通道17以螺旋形沿着加热部13的轴向方向布置。在该示例中，流动通道17被构造有管道17p，并且管道17p被布置成以螺旋形缠绕加热部13的外周。加热部13和流动通道17(管道17p)热连接。流动通道17(管道17p)被形成为使得相邻的流动通道17(管道17p)之间的间隔相等。特别地，流动通道17(管道17p)以螺旋形沿着加热部13的轴向方向(加热介质的循环方向)近似等间距地设置，并且螺旋间距从进口171侧至出口172侧基本恒定。由此，所述流动通道与加热部13的接触面积从流动通道17的进口171侧至出口172侧近似相等，并且在加热部13中，在轴向方向(加热介质的循环方向)上，流动通道与流动通道17的每单位长度接触面积从进口171侧至出口172侧近似相等。例如，管道17p由诸如铁、铝和铜或其合金这样的金属形成。加热介质的示例包括水、水蒸汽、油、液态金属(例如，Na、Pb)、液体，诸如熔盐，以及气体。
现在将描述感应加热装置101中的加热介质通过其加热的机制。
在感应加热装置101中，磁通量沿着转子11的径向方向从磁通量产生部15(线圈15c)产生，并且磁通量穿过加热部13。在加热部13的与磁通量产生部15相对的、其中发生磁通量产生部15的磁通链的区域中，大量磁通量穿过，并且磁场的强度升高。另一方面，在加热部13的不与磁通量产生部15相对的、其中不发生磁通量产生部15的磁通链的区域中，所穿过的磁通量的量减小，并且磁场强度降低。然后，当磁通量产生部15随转子11一起旋转时，磁通量产生部15相对于加热部13移动，由此改变在加热部13的整个外周上穿过的磁通量，并且周期性地改变被施加至加热部13的磁场。因此，在加热部13中产生涡流，从而使得加热部13发热，热量被传递至流经流动通道17(管道17p)的加热介质，以对该加热介质加热。在该示例中，每个凸部111的外径都在流动通道17的出口172侧上降低一个水平，并且形成磁通量产生部15的凸部111与加热部13之间的间隔在流动通道17的出口172侧上比进口171侧上大。因此，加热部13的、离磁通量产生部15的间隔较大的一部分(即出口172侧上)的发热量小。换言之，在加热部13中，加热介质的流通方向上的每单位长度的发热量在出口172侧上比进口171侧上小。
在感应加热装置101中，由于相邻的磁通量产生部15(线圈15c)的极性彼此不同，所以磁通量(磁场)的方向在北极的磁通量产生部15相对时与在南极的磁通量产生部15相对时不同。当北极的磁通量产生部15相对时，磁通量(磁场)的方向是从加热部13的内周侧至外周侧(径向方向上的+方向)。另一方面，当南极的磁通量产生部15相对时，磁通量(磁场)的方向是从加热部13的外周侧至内周侧(径向方向上的-方向)。即，磁通量产生部15随转子11一起旋转，由此，磁通量(磁场)的方向在逆转的同时周期性地变化。
这里，在感应加热装置101中，甚至在磁通量产生部(线圈15c)的所有极性都相同(例如，北极)时，如上所述，加热部13的、与磁通量产生部15相对的一部分中的磁场更强，并且加热部13的、与相邻磁通量产生部15之间的间隙相对的另一部分中的磁场更弱。因此，由于磁通量产生部15随转子11一起旋转从而引起磁场的强度周期性地改变，所以在加热部13中产生涡电流，并且加热部13被感应加热。应明白，在这种情况下，磁场的方向不逆转。当相邻磁通量产生部15的极性彼此不同时，磁场的方向逆转。因此，施加至加热部13的磁场的幅度(变化)增大，因此能够产生更大的涡电流，并且能够升高发热量。
能够适当地设置磁通量产生部15(线圈15c)的数目。这里，能够通过在一定程度上提高磁通量产生部15的数目来缩短磁场的周期。由于通过感应加热而产生的热量与磁场的频率成正比，所以能够预期通过缩短磁场的周期来提高发热量。例如，磁通量产生部15的数目优选地为四个或者更多，六个或者更多，更优选地为八个或者更多。
{运行效果}
在第一实施例的感应加热装置101中，流动通道17被构造成：所述流动通道17的所述出口侧172上的、所述磁通量产生部15和所述加热部13之间的间隔大于所述流动通道17的所述进口侧171上的、所述磁通量产生部15和所述加热部13之间的间隔。因此，能够抑制其中磁通量产生部15和加热部13之间的间隔大的流动通道17的出口172侧上的加热部13的发热量。因此，与当形成磁通量产生部15的凸部111的顶端表面与加热部13之间的间隔在轴向方向上均匀的情况相比，加热部13和加热介质之间的温差能够在流动通道17的出口172侧上增大。因此，在其中从加热部13至加热介质的热传递量减小的流动通道17的出口172侧上，加热部13中产生的热能够被充分地传递至加热介质。因此，加热部13中产生的热能够被高效地传递至通过流动通道17流通的加热介质，并且从出口172侧上的加热部13损失的热小，由此提高加热效率(热交换效率)。另外，在出口172侧上的加热部13中产生的热量能够通过加热介质而被充分地移除，由此在不增加装置的尺寸和成本的情况下抑制由过热而导致的对加热部13的损伤。
由于流动通道17被螺旋形地设置在管状加热部13上，所以从整个加热部13产生的热能够通过单个流动通道17传递至加热介质。
[变型例]
在上文所示的第一实施例的感应加热装置101中，设置在转子11上的每个凸部11都在轴向方向上具有段差，由此，凸部11的顶端表面和加热部13之间的间隔在流动通道17的出口172侧上增大。用于增加磁通量产生部15和加热部13之间的间隔的另一种方法在于：例如在与转子11(磁通量产生部15)相对的加热部13的相对表面(这里是内周表面)上设置段差。特别地，使得每个凸部111的外径都基本恒定，同时使得加热部13的内周表面沿着轴向方向具有段差，使得出口172侧上的加热部13的内径大于进口171侧上的内径。因此，磁通量产生部15和加热部之间的间隔能够在出口172侧上增大。除了段差之外，还可以设置斜面。可通过设置斜面来使磁通量产生部15和加热部13之间的间隔连续地增大，而非通过提供段差来使从流动通道17的进口171侧朝着出口172侧阶梯式增大。
(绝缘材料)
在第一实施例的感应加热装置101中，如图3中所示，绝缘材料19可被布置在加热部13或者管道17p的周边上。例如，绝缘材料可被设置在加热部13的内周表面和末端表面上，或者管道17p的外侧。作为绝缘材料，例如，能够使用岩棉、玻璃棉、泡沫塑料、砖块或者陶瓷。在加热部13或管道17p的周边上设置绝缘材料能够抑制热量从加热部13或管道17p损失，并且提高与加热介质的热交换效率。如图3中所示，绝缘材料19能够被布置在与转子11(磁通量产生部15)相对的加热部13的相对表面(这里是内周表面)上，以降低来自加热部13的热量对转子11(磁通量产生部15)的影响。绝缘材料也可被布置在转子11(磁通量产生部15)与加热部13相对的相对表面(这里是外周表面)上，以降低来自加热部13的热量的影响。
特别地，在第一实施例的感应加热装置101中，由于凸部111和加热部13之间的间隔在流动通道17的出口172侧上较大，所以能够易于以大间隔将绝缘材料19(参见图3)布置在该部分中，或者能够易于增加所布置的绝缘材料19的厚度。在流动通道17的出口172侧上，由于加热介质的温度高，并且加热部13的温度也趋向于高，所以可能发生热损失。然而，通过将绝缘材料19布置在流动通道17的出口172侧上或者增加绝缘材料19的厚度，能够有效地抑制热损失。
在上文所示的第一实施例的感应加热装置101中，流动通道17构造有管道17p，并且流动通道17被设置在加热部13的外部上。可替选地，流动通道17可以形成在加热部13中。例如，如图4中所示，螺旋形凹槽17g可以沿着轴向方向形成在加热部13的外周表面中，并且该凹槽17g可被用作流动通道17。然后盖上片状或管状盖板构件13c，以覆盖具有凹槽17g的加热部13的外周表面，由此能够通过由凹槽17g的内周表面和盖板构件13c的内周表面围绕的空间形成流动通道17。
在上文所示的第一实施例的感应加热装置101中，流动通道17以螺旋形沿着加热部13的轴向方向设置。可替选地，流动通道17可以沿着加热部13的轴向方向直线地设置。在这种情况下，多个流动通道17可以以规定间隔设置在加热部13的周向方向上。
[变型例1-1]
在上文所示的第一实施例中，如图1和图4中所示，流动通道17的螺旋间距恒定，并且流动通道17形成为使得与加热部13的接触面积从进口171侧至出口172侧相等。在变型例1-1中，参考图5，将描述下列实施例，其中流动通道17以螺旋形沿着加热部13的轴向方向设置，并且所述出口侧172上的、所述流动通道17与所述加热部13的接触面积大于所述进口侧171上的、所述流动通道17与所述加热部13的接触面积。图5中的上图示出了流动通道17以与图1中相同的方式形成有管道17p，下图示出了流动通道17以与图4中相同的方式形成有形成在加热部13中的凹槽17g。
在根据图5中所示的变型例1-1的感应加热装置101中，流动通道17(管道17p或凹槽17g)被形成为：所述出口172侧上的、相邻的所述流动通道17之间的间隔小于所述进口171侧上的、相邻的所述流动通道17之间的间隔。特别地，流动通道17的螺旋的间距从流动通道17的进口171侧朝着出口172侧减小，并且对加热部13密集地设置流动通道17。因此，所述出口172侧上的、所述流动通道17与所述加热部13的接触面积大于所述进口171侧上的、所述流动通道17与所述加热部13的接触面积，并且在加热部13中，所述出口172侧上的、所述流动通道17与所述加热部13的轴向方向每单位长度的接触面积大于所述进口171侧上的、所述流动通道17与所述加热部13的轴向方向每单位长度的接触面积。
在变型例1-1的感应加热装置101中，流动通道17被构造成：所述出口172侧上的、所述流动通道17与所述加热部13的接触面积大于所述进口171侧上的、所述流动通道17与所述加热部13的接触面积。因此，从加热部13至流经流动通道17的加热介质的热传递量能够在流动通道17的出口172侧上增大。因此，在流动通道17的出口172侧上，在加热部13中产生的热能够被充分地传递至加热介质，由此进一步提升热交换效率。由此，在加热部13中产生的热能够被甚至更高效地传递至通过流动通道17流通的加热介质。
在上文所示的第一实施例的感应加热装置101中，转子11为圆筒形，加热部13为圆筒形。然而，转子11和加热部13的形状不限于此。例如，如图6中所示，转子11的外周表面可具有圆锥形表面，并且与其相对的加热部13的内周表面也可具有圆锥形表面。特别地，转子11成形为圆锥台形，其外径沿着轴向方向从一侧朝着另一侧减小(从图6中的左侧至右侧)，并且具有圆锥形外周表面。转子11中的每个凸部111的外径也在轴向方向上从一侧朝着另一侧减小。另一方面，加热部13成形为圆锥台形，其内径沿着轴向方向从一侧朝着另一侧减小，并且具有对应于转子11的外周表面的圆锥形内周表面。转子11的外周表面和加热部13的内周表面具有接近相同的倾斜角度，并且磁通量产生部15(凸部11)和加热部13之间的间隔以与图1中所示的感应加热装置101中相同的方式在流动通道17的出口172侧上比进口171侧上大。加热部13被形成为使其轴向方向的长度相对于转子11要长。
此外，图6中所示的感应加热装置101包括在轴向方向上将转子11和加热部13中的至少一个移动的轴向移动机构12。在该示例中，轴向移动机构12在轴向方向上使转子11相对于加热部13移动。作为轴向移动机构12的驱动源，可使用电动机、电致动器或者液压缸。另外，用于保持磁通量产生部15(凸部111)和加热部13之间的恒定间隔的间隔保持构件(例如，轴承)14沿着周向方向介于转子11和加热部13之间。
当加热部13通过感应加热而产生热并且变热时，加热部13可在径向方向上向外热膨胀。热膨胀可增大加热部13的内径，并且增大磁通量产生部15(凸部111)和加热部13之间的间隔。感应加热产生的热量与磁场强度成正比，并且磁场强度随着间隔衰减。由于这种关系，当加热部13的内径由于热膨胀而增大时，与磁通量产生部15的间隔增大，并且整个加热部13中的发热量减小。
图6中的上图示出加热部13未热膨胀的状态，下图示出加热部13热膨胀的状态。在图6中的下图中，以虚线和双点划线示出移动之前的转子11和热膨胀之前的加热部13中的每一个。图6中所示的感应加热装置101被构造成使得转子11相对于加热部13位于轴向方向上的中心处，并且在如上图中所示的加热部13未膨胀的状态下，磁通量产生部15和加热部13之间具有预定间隔。然后，当加热部13热膨胀并且内径增大时，如图6中的下图所示，在磁通量产生部15和加热部13之间的间隔减小的方向上，转子11沿着轴向方向相对于加热部13移动。特别地，轴向移动机构12将转子11在轴向方向上相对于加热部13移动至另一侧(图6中的右侧)。因此，甚至在加热部13热膨胀时，能够调节磁通量产生部15和加热部13，从而使得两者之间具有预定间隔。因此，能够在加热部13热膨胀之前和之后固定磁通量产生部15和加热部13之间的间隔，由此抑制由热膨胀引起的整个加热部13中的发热量降低。当加热部13的热膨胀程度降低时，例如由于转子11的转数降低造成加热部13的发热量降低时，轴向移动机构12将转子11在轴向方向上相对于加热部13移动至一侧(图6中的左侧)。这能够抑制作用在间隔保持构件14上的过量压缩应力。
另外，在图6中所示的感应加热装置101中，轴向运动机构12能够使转子11在轴向方向上相对于加热部13移动，并且能够视需要调节磁通量产生部15和加热部13之间的间隔。因此，除了在加热部13热膨胀之前和之后固定磁通量产生部15和加热部13之间的间隔之外，还能够主动地改变磁通量产生部15和加热部13之间的间隔，以调节整个加热部13中的发热量。例如，能够在磁通量产生部15和加热部13之间的间隔增大的方向上、即通过使转子11在轴向方向上相对于加热部13移动至一侧(图6中的左侧)，从而使得整个加热部13中的发热量从图6中的上图所示的状态降低。另一方面，能够在磁通量产生部15和加热部13之间的间隔减小的方向上、即通过使转子11在轴向方向上相对于加热部13移动至另一侧(图6中的右侧)而使得整个加热部13中的发热量增大。因此，在图6中所示的感应加热装置101中，能够视需要，通过使转子11在轴向方向上相对于加热部13移动来调节磁通量产生部15和加热部13之间的间隔，并且也能够调节整个加热部13中的发热量。当主动改变磁通量产生部15和加热部13之间的间隔时，可由间隔保持构件14限制转子11移动至轴向方向上的另一侧的移动量。因此，在这种情况下，可取消间隔保持构件14。
[第二实施例]
在上述第一实施例中，已经示出了径向间隔式结构，其中磁通量产生部15和加热部13被布置成在转子11的径向方向上以一定间隔彼此相对。在第二实施例中将描述轴向间隔式结构，其中磁通量产生部15和加热部13被布置成在转子11的轴向方向上以一定间隔彼此相对。在下文中，参考图7至图9，将主要关注与第一实施例的差异来描述根据第二实施例的感应加热装置102。
(转子和加热部)
转子11和加热部13成形为板形(这里是盘状)，并且被布置有以一定间隔彼此相对的相应表面(参见图7)。转子11被联接至由轴承22可旋转地支撑的旋转轴21的一端侧。加热部13被布置成在轴向方向上与转子11以一定距间隔相对，并且被固定至壳体(未示出)，以不旋转。
(磁通量产生部)
在与加热部13相对的转子11的相对表面上设置磁通量产生部15，以在转子11的轴向方向(加热部13的方向)上产生磁通量。在该示例中，磁通量产生部15为永磁体15m。如图8中所示，多个扇形磁体15m以圆形布置在转子11的相对表面上，并且相邻磁体15m的极性彼此不同。与径向方向上的外侧相比，每个磁体15m都被在内侧上挤压一个水平。如下文所述，磁通量产生部15和加热部13之间的间隔在径向方向上变化，并且该间隔在流动通道17的出口172侧上比进口171侧上大(参见图7)。虽然图8作为例示出六个磁通量产生部15，但是磁通量产生部15(磁体15m)的数目不限于此，并且能够视需要设置。磁通量产生部15的数目例如能够为四个或者更多，六个或者更多，更优选地八个或更多。可使用线圈作为磁通量产生部15。
(流动通道)
在与和转子11相对的相对表面相对的加热部13的相对表面上设置流动通道17，以允许加热介质流通。在该示例中，如图9中所示，流动通道17以漩涡形沿着加热部13的径向方向设置。然后，进口171被设置在加热部13的径向方向上的一侧(这里是外侧)上，出口172被设置在其径向方向上的另一侧(这里是内侧)上。加热介质在加热部13的径向方向上从外侧流通至内侧(图7中的空白箭头指示加热介质的供应/排出方向)。流动通道17被构造有管道17p，并且管道17p在加热部13的相对表面上被布置成漩涡形。流动通道17(管道17p)被形成为使得相邻流动通道17(17p)之间的间隔相等。特别地，流动通道17(管道17p)以漩涡形近似等距地设置在加热部13的径向方向(加热介质的循环方向)上，并且漩涡的间距(形成流动通道17的漩涡的相邻曲线之间的间隔)从进口171侧至出口172侧基本恒定。因此，与加热部13的接触面积从流动通道17的进口171侧至出口172侧近似相等，并且在加热部13中，径向方向(加热介质的循环方向)上的每单位长度与流动通道17的接触面积从进口171侧至出口172侧近似相等。
现在将描述感应加热装置102中的加热介质通过其加热的机制。在感应加热装置102的情况下，从磁通量产生部15(磁体15m)在转子11的轴向方向上产生磁通量，并且磁通量穿过加热部13。特别地，在与北极的磁通量产生部15相对的加热部13中的一部分处，磁通量(磁场)在从加热部13的相对表面侧至相反表面侧的方向上穿过。在与南极的磁通量产生部15相对的一部分处，磁通量(磁场)在从加热部13的相反表面侧至相对表面侧的方向上穿过。然后，当磁通量产生部15与转子11一起旋转时，磁通量产生部15相对于加热部13移动，由此在加热部13的与磁通量产生部15相对的部分处穿过的磁通量改变，并且所施加的磁场周期性地变化。因此，涡电流在加热部13中发生，由此加热部13产生热，热被传递至流经流动通道17(管道17p)的加热介质，以对加热介质加热。在该示例中，形成磁通量产生部15的每个磁体15m都被在流动通道17的出口172侧上挤压一个水平，并且每个磁通量产生部15和加热部13之间的间隔在流动通道17的出口172侧上都比进口171侧上大。
{运行效果}
在第二实施例的感应加热装置102中，与第一实施例的感应加热装置101类似，流动通道17被构造成：流动通道17的出口172侧上的、磁通量产生部15和加热部13之间的间隔大于流动通道17的进口171侧上磁通量产生部15和加热部13之间的间隔。因此，能够在流动通道17的出口172侧上抑制加热部13中的发热量，并且与磁通量产生部15和加热部13之间的间隔在径向方向上均匀时相比，加热部13和加热介质之间的温差能够在流动通道17的出口172侧上增大。因此，在加热部13中产生的热能够被高效地传递至通过流动通道17循环的加热介质，由此如第一实施例那样提高热交换效率。
另外，由于流动通道17以漩涡形设置在板状加热部13中，所以从整个加热部13产生的热能够利用单个流动通道17传递至加热介质。
[变型例]
在上文所示的第二实施例的感应加热装置102中，设置在转子11上的每个磁通量产生部15(磁体15m)在径向方向上具有段差，以增大磁通量产生部15和流动通道17的出口172侧上的加热部13之间的间隔。另一种用于增大磁通量产生部15与加热部13之间的间隔的方法例如是在与转子11相对的加热部13的相对表面上设置段差。特别地，每个磁体15m的厚度在径向方向上都基本恒定，同时在径向方向上，在加热部13的相对表面上设置段差，使得转子11(磁通量产生部15)与加热部13之间的相对间隔在出口172侧上比进口171侧上大。这能够增大出口172侧上的磁通量产生部15与加热部13之间的间隔。代替水平面，可设置斜面。可通过设置斜面使磁通量产生部15和加热部13之间的间隔连续地增大，而非通过设置水平面来使从流动通道17的进口171侧朝着出口172侧阶梯式增大。
(绝缘材料)
在第二实施例的感应加热装置102中，如图10中所示，绝缘材料19可以以与第一实施例中相同的方式布置在加热部13或者管道17p的周边上。例如，绝缘材料可以被设置在加热部13的相对表面和周向表面上，或者管道17p的外侧上。在图10中，绝缘材料19被布置在加热部13的相对表面中的、与磁通量产生部15间隔较大的一部分上，即，在流动通道17的出口172侧上。可替选地，绝缘材料可被布置在与加热部13相对的转子11(磁通量产生部15)的相对表面上。
在上文所示的第二实施例的感应加热装置102中，流动通道17构造有管道17p，并且流动通道17被设置在加热部13的外部上。可替选地，流动通道17可以像在第一实施例中那样相同形成在加热部13中。例如，漩涡状凹槽可以被形成在径向方向上的加热部13的相对表面或者相反表面中，并且这种凹槽可被用作流动通道。然后，在与流动通道的进口和出口对应的位置处具有开口的板状盖板构件被盖上，以覆盖具有凹槽的加热部的表面，由此能够由被凹槽的内周表面和盖板构件的表面围绕的空间形成流动通道。
[变型例2-1]
在上文所示的第二实施例中，如图7和图9中所示，流动通道17的漩涡间距恒定，并且流动通道17被形成为使得与加热部13的接触面积从进口171侧至出口172侧恒定。在变型例2-1中，参考图11，流动通道17以螺旋形沿着加热部13的径向方向设置，并且被形成为使得与加热部13的接触面积在出口172侧上比进口171侧上大。图11中的上图是与图7类似的感应加热装置的示意性纵向截面图，并且下图是与图9类似的流动通道的示意性平面图。
在根据图11中所示的变型例2-1的感应加热装置102中，流动通道17(管道17p)被形成为使得相邻流动通道17(管道17p)之间的间隔在出口172侧上比进口171侧上小。特别地，流动通道17的漩涡间隔从流动通道17的进口171侧朝着出口172侧减小，并且对加热部13密集地设置流动通道17。因此，与加热部13的接触面积在流动通道17的出口172侧上比进口171侧上大，并且在加热部13中，径向方向的每单位长度的与流动通道17的接触面积在出口172侧上比进口171侧上大。
在变型例2-1中的感应加热装置102中，流动通道17被构造成使得与图5中所示的变型例1-1中的感应加热装置101相同的方式，与加热部13的接触面积在流动通道17的出口172侧上比进口171侧上大。因此，从加热部13传递至流经流动通道17的加热介质的热量能够在流动通道17的出口172侧上增大，并且在加热部13中产生的热能够被充分地传递至流动通道17的出口172侧上的加热介质。因此，在加热部13中产生的热能够被甚至更高效地传递至通过流动通道17循环的加热介质，由此如在变型例1-1中那样提高热交换效率。
在上文所示的变型例2-1中的感应加热装置102中，对加热部13设置漩涡形的一个流动通道17。可替选地，可设置多个流动通道。例如，如图12中所示，多个流动通道17可被径向地设置在加热部13的径向方向上。每个流动通道17都在加热部13的径向方向上从外侧朝着内侧直线地设置。进口171被设置在加热部13的径向方向上的外侧上，出口172被设置在其径向方向上的内侧上。在该示例中，每个流动通道17都被构造有管道17p，并且每个管道17p都被布置在加热部13的相反表面上。同样地，在这种情况下，相邻流动通道17(管道17p)之间的间隔在流动通道17(管道17p)的出口172侧上比进口171侧上小，因此，与加热部13的接触面积在流动通道17的出口172侧上比进口171侧上大。虽然图12例示出八个流动通道17(管道17p)，但是流动通道17(管道17p)的数目不限于此，并且能够适当地设置。考虑到确保与加热部13的接触面积，流动通道17的数目例如可为四个或者更多，八个或者更多，或者十二个或者更多。在图12中，当二维地观察加热部13时，流动通道17(管道17p)被直线地设置在加热部13的径向方向上。可替选地，流动通道17(管道17p)可以被设置成波浪线形式。
[其它]
在上述第一实施例和第二实施例中的感应加热装置101、102中，装置的组件，即加热部13、转子11、磁通量产生部15以及其它组件每个都可为整体，或者在其周向方向、径向方向或者轴向方向上分段。例如，在如图1中所示的径向间隔式感应加热装置101的情况下，加热部13或转子11可在周向方向或轴向方向上分段，或者可布置在轴向方向上分段的磁通量产生部15。例如，在如图7中所示的轴向间隙式感应加热装置102的情况下，加热部13、转子11、磁通量产生部15和其它组件可在周向方向或者径向方向上分段。当加热部13、转子11和磁通量产生部15在周向方向、径向方向或轴向方向上分段为多块时，例如，装置可为了制作而被分段，或者装置可被分段以促进运输。特别地，在用于在下文所述的发电系统中使用的感应加热装置中，装置具有大尺寸。因此，上述组件的尺寸也大，并且转子11的转数低。在大尺寸感应加热装置的情况下，当组件被分段时，易于制造组件，并且能够降低组件的生产成本，并且能够增加装配装置的简易性。例如，这也引起装置的制造成本的降低。在发电系统中，如果感应加热装置的转子11的转数低，则转子11的精确性边际大，并且可能允许转子11分段。
<发电系统>
参考图13，将描述根据本发明的实施例的发电系统的示例。图13中所示的发电系统P包括感应加热装置10、风力涡轮机20、蓄热器50和发电部60。风力涡轮机20被附接至安装在塔91的顶部上的机舱92，并且感应加热装置10被储存在机舱92中。蓄热器50和发电部60被安装在建立在塔91的底部(基部)上的建筑物93中。将详细地描述发电系统P的构造。
感应加热装置10为根据本发明的实施例的感应加热装置，并且例如可为根据第一实施例或者变型例1-1，或者第二实施例或变型例2-1的感应加热装置101、102。旋转轴21的另一端侧被直接地联接至下文所述的风力涡轮机20，并且使用风作为使转子旋转的动力。这里，作为示例，加热介质为水。
风力涡轮机20具有如下结构：在水平方向上延伸的旋转轴21被设置在中心处，并且三个叶片201被径向地附接至旋转轴21。在具有超过5MW输出的风力发电系统的情况下，直径为120m或更大，并且转数约为10rpm至20rpm。
感应加热装置10的流动通道(管道)与用于将水供应至感应加热装置10的供水管71以及用于将被感应加热装置10加热的水输送至蓄热器50的输送管51连接。然后，感应加热装置10从设置在转子上的磁通量产生部产生磁通量，并且当转子旋转时，穿过布置在离转子一定间隔处的加热部的磁通量改变，由此在加热部中产生涡电流，从而使得加热部产生热，并且对流动通道内的水加热。感应加热装置10将用作加热介质的水加热至例如高温，诸如100℃至600℃。由于感应加热装置10被构造成使得加热部(流动通道)不旋转，所以不必使用旋转接头，以将流动通道与输送管51和供水管73连接。利用简单构造，例如使用焊接实现鲁棒连接。
这种发电系统P利用感应加热装置10将水加热至适合发电的温度(例如，200℃至350℃)，并且产生高温和高压水。高温和高压水通过将感应加热装置10联接至蓄热器50的输送管51输送至蓄热器50。蓄热器50储存通过输送管51输送的高温热和高压水，并且使用热交换器将发电所需的蒸汽供应至发电部60。可替选地，可由感应加热装置10产生蒸汽。
作为蓄热器50，例如，能够使用蒸汽蓄热器，使用熔盐、油等的灵敏蓄热式装置，或者采用高熔点熔盐相变的潜蓄热式装置。灵敏蓄热式方法在蓄热材料的相变温度下储存热，因此与潜蓄热式装置相比，通常具有窄蓄热温度范围，并且展现高蓄热密度。
发电部60是包括蒸汽涡轮机61和发电机62的组合的结构，并且从蓄热器50供应的蒸汽使蒸汽涡轮机61旋转，以驱动发电机62发电。
输送至蓄热器50的高温和高压水或蒸汽通过冷凝器71冷却而从重新变为水。然后，水被输送至泵72，该泵72产生高压水，并且通过供水管73将高压水输送至感应加热装置10，由此使水流通。
由于发电系统P包括根据本发明的实施例的感应加热装置10，所以在加热部中产生的热能够被高效地传递至通过感应加热装置10中的流动通道循环的加热介质。因此，能够提高与感应加热装置10中的加热介质的热交换效率，并且能够提高发电效率。另外，通过感应加热装置10加热的加热介质的热可被储存在蓄热器50中以发电，由此在不使用昂贵的蓄电池的情况下实现稳定地发电从而满足需要。此外，风力涡轮机20被直接地联接至感应加热装置10的旋转轴21，由此避免关于加速器(齿轮箱)的问题。此外，由于加热介质的热通过输送管51供应至安装在例如塔91的底部(基部)上的发电部60，所以不必在机舱92中储存发电部60，所以能够减小安装在塔91顶部上的机舱尺寸和重量。
在上文所示的发电系统P中，水被用作加热介质。可替选地，可使用具有高于水的导热率的液态金属作为加热介质。这种液态金属的示例为液态金属钠。当使用液态金属作为加热介质时，例如，液态金属可被用作从加热部接收热的主加热介质，并且次加热介质(水)可通过热交换器，被通过输送管输送的液态金属的热加热从而产生蒸汽。
例如，当在正常压力下具有超过100℃的沸点的油、液态金属、熔盐等被用作加热介质时，与水相比，更易于抑制当其被加热至预定温度时流动通道中的加热介质蒸发引起的内部压力升高。
结合上述本发明的实施例进一步公开下列注释。
[注释1]
一种对加热介质加热的感应加热装置，包括：
转子，所述转子具有旋转轴；
管状加热部，所述管状加热部被设置在所述转子的外周侧上，并且被布置成在径向方向上以一定间隔与所述转子相对；
磁通量产生部，所述磁通量产生部被设置在所述转子的外周上，以在所述转子的径向方向上产生磁通量；
流动通道，所述流动通道沿所述加热部设置，以允许所述加热介质流通；以及
轴向移动机构，所述轴向移动机构被构造成使所述转子在轴向方向上相对于所述加热部移动，其中
所述转子具有圆锥形外周表面，并且所述加热部具有与所述转子的外周表面对应的圆锥形内周表面。
在根据注释1的感应加热装置中，转子在轴向方向上相对于加热部移动，由此能够调节所述磁通量产生部和所述加热部之间的间隔。假定感应加热的发热量与磁场强度成正比并且磁场强度取决于间隔，则能够通过改变磁通量产生部和加热部之间的间隔来调节整个加热部的发热量。
当加热部通过感应加热产生热并且变热时，加热部在径向方向上向外热膨胀。热膨胀可增大加热部的内径，并且增大磁通量产生部和加热部之间的间隔。当加热部的内径由于热膨胀而增大时，则离磁通量产生部的间隔增大，并且整个加热部中的发热量减小。在根据注释1的感应加热装置中，甚至在加热部热膨胀时，转子也在轴向方向上相对于加热部移动，由此能够调节磁通量产生部和加热部，从而使得两者之间具有预定间隔。因此，能够抑制由热膨胀导致的整个加热部中的发热量的降低。
[注释2]
一种发电系统，包括：
根据注释1所述的感应加热装置；和
发电部，所述发电部被构造成将通过所述感应加热装置加热的加热介质的热量转化为电能。
由于根据注释2的发电系统包括根据注释1所述的感应加热装置，所以能够通过使转子在轴向方向上相对于感应加热装置中的加热部移动来调节磁通量产生部和加热部之间的间隔。因此，能够通过改变磁通量产生部和加热部之间的间隔来调节整个加热部中的发热量。例如，甚至在加热部热膨胀并且其内径增大时，磁通量产生部和加热部也被调节为在两者间具有预定间隔，由此能够抑制由热膨胀导致的整个加热部中的发热量降低。
根据注释2所述的发电系统使用被感应加热装置加热的加热介质的热发电。例如，当风力涡轮机被连接至感应加热装置的旋转轴并且使用风力作为转子的动力时，风能被转化为旋转能然后转化为热能，能够作为电能提取热能。作为示例，起加热介质作用的水被加热以产生可被用于允许蒸汽涡轮机旋转发电机以发电的高温和高压蒸汽。通过将热转化为电能的构造，能够通过使用蓄热器从而以热的形式储存能量而实现稳定的发电系统。
现在将在下文参考图14描述根据注释1的感应加热装置的特定示例。感应加热装置110包括转子11、加热部13、磁通量产生部15和流动通道17。感应加热装置110为径向间隔式结构，其中磁通量产生部15和加热部13被布置成在转子11的径向方向上彼此以一定间隔相对。感应加热装置110的基本构造与根据上文参考图1和图2所示的第一实施例的感应加热装置101的构造类似。在下文中，与第一实施例中所述的构造类似的构造将以相同附图标记表示，并且将不进一步详述，并且将主要描述与第一实施例的差异。
(转子)
转子11具有圆锥形外周表面。在该示例中，转子11成形为圆锥台形，其外径在轴向方向上从一侧朝着另一侧减小(在图14中是从左侧至右侧)，并且外周表面具有圆锥形表面。转子11中的每个凸部111的外径也在轴向方向上从一侧朝着另一侧减小。
(加热部)
加热部13具有与转子11的外周表面对应的圆锥形内周表面。特别地，加热部13成形为圆锥台管形，其内径在轴向方向上从一侧朝着另一侧减小，并且内周表面具有与转子11的外周表面对应的圆锥形表面。转子11的外周表面和加热部13的内周表面具有近似相同的倾斜角度，并且转子11(凸部111)和加热部13之间的间隔被设置为预定间隔。在该示例中，加热部13被形成为使得在轴向方向上的长度相对于转子11长。
(磁通量产生部)
磁通量产生部15被设置在转子11的外周上，以在转子11的径向方向(加热部13的方向)上产生磁通量。即，磁通量产生部15产生用于加热部13的磁通量。在该示例中，线圈15c被用作磁通量产生部15，并且线圈15c缠绕并且附接至在转子11的外周上形成的每个凸部111。凸部111由磁性材料形成，并且线圈15c和凸部111组成磁通量产生部15。形成磁通量产生部15的凸部111的顶端表面与加热部13之间的间隔在轴向方向上恒定或者几乎恒定。
(流动通道)
流动通道1被设置在加热部13的轴向方向上。流动通道17具有进口171和出口172，所述进口171位于沿着加热部13的轴向方向上的一侧上且用于供应加热介质，所述出口172位于加热部13的轴向方向上的另一侧上且用于排出加热介质。加热介质在加热部13的轴向方向上从一侧至另一侧流通(图14中的空白箭头指示加热介质的供应/排出方向)。在该示例中，流动通道17以螺旋形沿着加热部13的轴向方向成形，并且被构造有管道17p。流动通道17(管道17p)被形成为使得相邻流动通道17(管道17p)之间的间隔相等。特别地，流动通道17(管道17p)被螺旋形地以近似等间距设置在加热部13的轴向方向上(加热介质的循环方向)。螺旋的间距从进口171侧至出口172侧基本恒定。
流动通道17可以例如沿加热部13的轴向方向直线地设置，而非螺旋形地设置在加热部13上。在这种情况下，可在加热部13的周向方向上彼此以一定间隔设置多个流动通道17。
(轴向移动机构)
感应加热装置110还包括在轴向方向上使转子11和加热部13中的至少一个移动的轴向移动机构12。轴向移动机构12使转子11在轴向方向上相对于加热部13移动。作为轴向移动机构12的驱动源，可使用电动机或者电致动器，或者可使用液压缸等。
另外，用于保持磁通量产生部15(凸部11)和加热部13彼此为恒定间隔的间隔保持构件(例如，轴承)14在周向方向上介于转子11和加热部13之间。
将参考附图描述图14中所示的感应加热装置110的运行效果。图14中的上图示出加热部13未热膨胀的状态，下图示出加热部13热膨胀的状态。在图14中的下图中，以虚线和双点划线示出移动之前的转子11和热膨胀之前的加热部13中的每一个。
在感应加热装置110中，当加热部13通过感应加热产生热并且变热时，加热部13可在径向方向上向外热膨胀。因此，加热部13的内径可由于热膨胀而增大，并且磁通量产生部15(凸部111)和加热部13之间的间隔可增大。通过感应加热产生的热量与磁场强度成正比，并且磁场强度随着间隔衰减。出于这种关系，当加热部13的内径由于热膨胀而增大时，与磁通量产生部15的间隔增大，并且在整个加热部13中产生的热量减小。
感应加热装置110被构造成使得转子11上相对于加热部13位于轴向方向的中心处，并且在如图14中的上图中所示的加热部13未膨胀的状态下，磁通量产生部15和加热部13之间具有预定间隔。然后，当加热部13热膨胀并且内径增大时，如图14中的下图所示，转子11在磁通量产生部15和加热部13之间的间隔减小的方向上，在轴向方向上相对于加热部13移动。特别地，轴向移动机构102将转子11在轴向方向上相对于加热部13移动至另一侧(图14中的右侧)。因此，甚至在加热部13热膨胀时，也能够调节磁通量产生部15和加热部13从而在两者之间具有预定间隔。因此，磁通量产生部15和加热部13之间的间隔能够在加热部13热膨胀之前和之后固定，由此能够抑制由热膨胀引起的整个加热部13中的发热量降低。当加热部13的热膨胀程度降低时，例如，当转子11的转数降低，然后加热部13的发热量减小时，轴向移动机构12将转子11在轴向方向上相对于加热部13移动至一侧(图14中的左侧)。这能够抑制作用在间隔保持构件14上的过量压缩应力。
在感应加热装置110中，轴向运动机构12允许使转子在轴向方向上相对于加热部13移动，并且能够视需要调节磁通量产生部15和加热部13之间的间隔。因此，除了在加热部13热膨胀之前和之后固定磁通量产生部15和加热部13之间的间隔之外，还能够主动地改变磁通量产生部15和加热部13之间的间隔，以调节整个加热部13中的发热量。例如，整个加热部13中的发热量能够在其中磁通量产生部15和加热部13之间的间隔增大的方向上，即通过使转子11在轴向方向上相对于加热部13移动至一侧(图14中的左侧)，从图14中的上图所示的状态减少。另一方面，在整个加热部13中的发热量能够在其中磁通量产生部15和加热部13之间的间隔减小的方向上，即通过使转子11在轴向方向上相对于加热部13移动至另一侧(图14中的右侧)而增大。因此，在感应加热装置101中，能够视需要通过使转子在轴向方向上相对于加热部13移动来调节磁通量产生部15和加热部13之间的间隔，并且也能够调节在整个加热部13中的发热量。当磁通量产生部15和加热部13之间的间隔被主动地改变时，则可由间隔保持构件14限制转子11移动至轴向方向上的另一侧的移动量。因此，在这种情况下，可取消间隔保持构件14。
根据注释2的发电系统的构造与上文参考图13所述的发电系统P的不同在于其包括根据注释1所述的感应加热装置。其它构造可类似于图13中的发电系统P的构造，并且这里将不再进一步详述。
工业实用性
本发明的感应加热装置能够在使用可再生能量(例如，风力)的发电系统中使用，并且也能够在例如热水供应系统或者空气加热系统中使用。本发明的发电系统适合应用于使用可再生能量的发电领域。
附图标记列表
10、101至102、110：感应加热装置
P：发电系统
11：转子
111：凸部
12：轴向移动机构
13：加热部
13c：盖板构件
14：间隔保持构件
15：磁通量产生部
15c：线圈
15m：永磁体
17：流动通道
17p：管道
17g：凹槽
171：进口
172：出口
19：绝缘材料
21：旋转轴
22：轴承
20：风力涡轮机
201：叶片
50：蓄热器
51：输送管
60：发电部
61：蒸汽涡轮机
62：发电机
71：冷凝器
72：泵
73：供水管
91：塔
92：机舱
93：建筑物
Claims (6)
1.一种对加热介质加热的感应加热装置，包括：
转子，所述转子具有旋转轴；
加热部，所述加热部被布置成以一定间隔与所述转子相对；
磁通量产生部，所述磁通量产生部被设置在所述转子处，以产生用于所述加热部的磁通量；和
流动通道，所述流动通道沿着所述加热部设置，以允许所述加热介质流通，其中，
所述流动通道具有进口和出口，所述进口位于沿着所述加热部的方向的一侧上且用于供应所述加热介质，所述出口位于另一侧上且用于排出所述加热介质，并且
所述流动通道的所述出口侧上的、所述磁通量产生部和所述加热部之间的间隔大于所述流动通道的所述进口侧上的、所述磁通量产生部和所述加热部之间的间隔。
2.根据权利要求1所述的感应加热装置，其中，所述流动通道被形成为：所述出口侧上的、所述流动通道与所述加热部的接触面积大于所述进口侧上的、所述流动通道与所述加热部的接触面积。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的感应加热装置，其中，
所述加热部是设置在所述转子的外周侧上的管状构件，
所述磁通量产生部沿着所述转子的径向方向产生所述磁通量，并且
所述流动通道以螺旋形沿着所述加热部的轴向方向设置，所述进口被设置在所述加热部的轴向方向上的一侧上，所述出口被设置在所述加热部的轴向方向上的另一侧上。
4.根据权利要求3所述的感应加热装置，其中，
所述流动通道被形成为：所述出口侧上的、相邻的所述流动通道之间的间隔小于所述进口侧上的、相邻的所述流动通道之间的间隔。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的感应加热装置，其中，所述旋转轴被连接至风力涡轮机。
6.一种发电系统，包括：
根据权利要求1至5中的任一项所述的感应加热装置；和
发电部，所述发电部被构造成将由所述感应加热装置加热的所述加热介质的热量转化为电能。
Applications Claiming Priority (3)
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