CN108141919B - 感应加热装置及发电系统 - Google Patents

Abstract

提供一种将热介质加热的感应加热装置，并且包括：旋转体，其具有旋转轴；加热单元，其被布置成与所述旋转体相对，并且在所述加热单元和所述旋转体之间具有空间；磁通生成单元，其被设置到所述旋转体，并且相对于所述加热单元生成磁通；磁通引导单元，其被设置到所述加热单元的面对磁通生成单元的相对表面侧，并且将来自所述磁通生成单元的磁通引导到所述加热单元；以及流路，其被设置到所述加热单元，并且热介质流过其中。所述磁通引导单元包括：磁性体部，所述磁性体部由磁性材料形成；以及绝缘体部，所述绝缘体部由具有非磁性和电绝缘性质的材料形成，并且所述磁通引导单元具有如下方式获得的结构：所述磁性体部和所述绝缘体部从所述磁通生成单元沿着所述加热单元的方向延伸，并且沿着所述加热单元的周向方向交替层叠。

Description

感应加热装置及发电系统

技术领域

本发明涉及一种感应加热装置以及发电系统。

本主题申请要求基于2015年10月8日提交的日本专利申请2015-200597的优先权，其全部内容通过引用由此并入。

背景技术

专利文献1(日本专利公开2005-174801)中所述的涡流加热装置包括：转子，转子具有在其外周上布置的永磁体；以及加热部，加热部由导电性材料制成，该加热部被固定至转子的外部，并且在其内部具有用于使水流通的流路。

专利文献2(日本专利公开2011-159595)和专利文献3(日本专利公开2012-256507)公开了感应加热装置。该感应加热装置包括：转子；磁通生成部，磁通生成部设置于转子的外周上，以在转子的径向方向上生成磁通；筒状加热部，筒状加热部与转子以一定距离被布置在转子的外部上；以及流路，流路设置于加热部中，以允许热介质流通。专利文献2公开了由诸如铝、铜或铁的导电材料形成的加热部。专利文献3公开了以下结构，该结构包括：加热部，加热部由磁性材料(具有高磁导率μ的材料)和导电材料(具有高导电率σ的材料，诸如铝基材料或铜基材料)的复合材料制成；磁性材料部；和导电材料部。

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

根据本公开的感应加热装置将热介质加热。感应加热装置包括：转子，转子具有旋转轴；加热部，加热部被布置成以一定距离与转子相对；磁通生成部，磁通生成部被设置于转子处，以生成用于加热部的磁通；磁通引导部，磁通引导部被设置于加热部的与磁通生成部相对的相对表面侧上，以将来自磁通生成部的磁通引导到加热部；以及流路，流路被设置于加热部中，以允许热介质流通。磁通引导部包括：磁性体部，磁性体部由磁性材料形成；以及绝缘体部，绝缘体部由非磁性和电绝缘材料形成。磁通引导部具有这样的结构：磁性体部和绝缘体部沿从磁通生成部到加热部的方向延伸，并且沿加热部的周向方向交替层叠。

根据本公开的发电系统包括：上述感应加热装置；以及发电部，发电部被构造成将由感应加热装置加热的热介质的热量转换成电能。

附图说明

图1A是示出根据第一实施例的感应加热装置的示意性分解透视图。

图1B是示出根据第一实施例的感应加热装置的示意性组装透视图。

图2是示出根据第一实施例的感应加热装置的示意性横截面图。

图3是由图2中III线环绕部分的放大图。

图4是示出根据第一实施例的感应加热装置的变型1-1的示意性横截面图。

图5是沿图4中V-V线截取的加热部和磁通引导部的示意性纵截面图。

图6是示出根据第一实施例的感应加热装置的变型1-2的示意性横截面图。

图7是示出根据第二实施例的感应加热装置的示意性横截面图。

图8是由图7中VIII线环绕部分的放大图。

图9是示出根据第二实施例的感应加热装置的变型2的示意性横截面图。

图10是根据第三实施例的感应加热装置的示意性纵截面图。

图11是示出根据第三实施例的感应加热装置中的磁通生成部的构造的示意性平面图。

图12是示出根据第三实施例的感应加热装置中的磁通引导部的构造的示意性平面图。

图13是示出根据第三实施例的感应加热装置中的流路的构造的示意性平面图。

图14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15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。

具体实施方式

[本公开要解决的问题]

在上述传统的感应加热装置中，设置于转子上的磁通生成部和加热部彼此相对，并且磁通生成部被设置于靠近加热部的位置处。因此，磁通生成部容易受到来自加热部的热量的影响。在加热部中产生涡流。由于趋肤效应，在与磁通生成部相对的加热部的相对表面侧上产生更多的涡流。因此，加热部的相对表面侧主要生成热。在传统的感应加热装置中，来自生成热的加热部的辐射热趋于提高磁通生成部的温度。当磁通生成部的温度上升时，磁通生成部的磁特性降低，使得由磁通生成部产生的磁通(磁场)可能减少。通过感应加热(涡流)的发热量(热能)与磁场强度的平方成正比。因此，如果磁通生成部的磁特性降低，则在加热部中发热量减少。

为了使磁通生成部较少受来自加热部的热影响，可以增加磁通生成部与加热部之间的距离，或者可以在磁通生成部与加热部之间布置热绝绝缘材料。然而，在这些情况下，磁通生成部与加热部彼此相距一定距离。如果在磁通生成部与加热部之间介入非磁性物质，则流经加热部的磁通减少，并且加热部中的发热量减小，这是因为磁场强度随距离增大而减小。替选地，可以设置用于冷却磁通生成部的冷却机构。然而，在这种情况下，感应加热装置的结构复杂，或者成本增加。

本公开的目的是提供感应加热装置，其中能够抑制磁通生成部的温度升高并且能够增大加热部中的发热量。本公开的另一目的是提供包括所述感应加热装置的发电系统。

[本公开的效果]

根据本公开，在所述感应加热装置中，能够抑制磁通生成部的温度升高，并且能够增大加热部中的发热量。根据本公开，在所述发电系统中，能够改善发电效率。

[本发明实施例的说明]

首先，下面将逐一描述本发明的实施例。

(1)根据本发明的方面的感应加热装置将热介质加热。感应加热装置包括：转子，转子具有旋转轴；加热部，加热部被布置成以一定距离与转子相对；磁通生成部，磁通生成部被设置于转子处，以生成用于加热部的磁通；磁通引导部，磁通引导部被设置于加热部的与磁通生成部相对的相对表面侧上，以将来自磁通生成部的磁通引导到加热部；以及流路，流路被设置于加热部中，以允许热介质流通。磁通引导部包括：磁性体部，磁性体部由磁性材料制成；以及绝缘体部，绝缘体部由非磁性和电绝缘材料形成。磁通引导部具有这样的结构：磁性体部和绝缘体部沿从磁通生成部到加热部的方向延伸，并且沿加热部的周向方向交替层叠。

在感应加热装置中，磁通引导部被设置于加热部的相对表面侧上。因此，在磁通生成部中生成的磁通穿过磁通引导部的磁性体部，因此来自磁通生成部的磁通能够被传递到加热部。磁通引导部的磁性体部由磁性材料形成，允许来自磁通生成部的磁通流动，并且形成在磁通生成部与加热部之间传导磁通的磁路。磁通引导部具有磁性体部与绝缘体部交替层叠的结构。由非磁性和电绝缘材料形成的绝缘体部分别介入磁性体部之间。因此，即使当磁通流经磁性体部时，在磁性体部中产生的涡流也被绝缘体部分离，因此涡流几乎不流动。因此，在磁性体部中抑制涡流的发生，并且磁通较少作为热能消耗，由此抑制了磁通的扩散。因此，磁通引导部能够将来自磁通生成部的磁通在不扩散的情况下传导到加热部。此外，在磁通引导部中，还能够抑制因涡流而发热。由于绝缘体部，流经磁性体部的磁通不太可能在相邻的磁性体部的方向(即，加热部的周向方向)上流动。在磁通引导部中，容易沿着从磁通生成部到加热部的方向引导磁通。

在感应加热装置中，磁通引导部被设置于加热部的相对表面侧上。这抑制了磁通引导部中因涡流而发热。此外，由于磁通生成部与加热部彼此相距一定距离，能够减小热对磁通生成部的影响，并且能够抑制磁通生成部的温度的升高。此外，即使当磁通生成部与加热部彼此相距一定距离时，来自磁通生成部的磁通也能够在不扩散的情况下通过磁通引导部传导到加热部。因此，能够增大加热部中的发热量。

形成磁性体部的磁性材料是具有高磁导率的材料。例如，优选是具有500以上的相对磁导率的材料，并且更优选是具有1000以上的相对磁导率的材料。具体地，示例包括：诸如铁、镍和钴的金属；包括诸如磁钢(硅钢)、铁硅铝磁合金(Sendust)、坡莫合金和磁性不锈钢的合金的磁性金属；以及诸如铁氧体和磁铁矿的磁性氧化物。磁性不锈钢的示例包括马氏体不锈钢(例如：SUS 420J2)、铁素体不锈钢(例如：SUS 430)和奥氏体/铁素体不锈钢(例如：SUS 329J4L)。形成绝缘体部的非磁性和电绝缘材料是具有低磁导率且具有高电阻的材料，例如优选是具有3以下的相对磁导率并且具有10⁷Ω·m以上体积电阻率的材料。具体地，示例包括树脂、陶瓷和玻璃。

(2)在感应加热装置的实施例中，磁通引导部包括层叠体，层叠体包括多个电工钢板，所述电工钢板被层叠并且均具有绝缘涂层。

由于均具有绝缘涂层的电工钢板被层叠，因此容易能够形成磁通引导部。在这种情况下，电工钢板对应于磁性体部，并且电工钢板的表面上的绝缘涂层对应于绝缘体部。

(3)在感应加热装置的实施例中，磁通引导部被设置于加热部的整个相对表面上。

由于磁通引导部被设置于加热部的整个相对表面上，因此磁通能够被传导到整个加热部。因此，容易能够增大加热部中的发热量。

(4)在感应加热装置的实施例中，多个磁通引导部在加热部的周向方向上以间隔设置于加热部的相对表面上。

由于多个磁通引导部以间隔设置，因此磁通引导部之间的间隔防止磁通传递到相邻的磁通引导部。因此，在磁通引导部中，沿从磁通生成部到加热部的方向引导磁通。

(5)在上文(4)中所述的感应加热装置的实施例中，绝热材料被布置于磁通引导部之间的间隔中。

由于绝热材料被布置于磁通引导部之间，因此能够减少来自加热部的散热。由于能够抑制来自加热部的热损失，因此能够改善热介质的加热效率。由于绝热材料通常是非磁性物质，因此抑制磁通向相邻的磁通引导部移动。绝热材料的示例包括岩棉、玻璃棉、泡沫塑料、砖和陶瓷。

(6)在感应加热装置的实施例中，流路被形成为使得加热部和磁通引导部设置有相应的流路，并且流路的一端彼此连接，使得流路形成往返流路。在流路中，设置于磁通引导部中的一个流路是热介质的离开路径，且设置于加热部中的另一个流路充当热介质的返回路径。

由于相应的流路被设置于加热部和磁通引导部中，并且形成往返路径，因此不仅能够通过热介质回收加热部中生成的热，而且能够通过热介质回收从加热部传导到磁通引导部的热。由于能够改善加热部中所生成的热的回收率，因此能够有效地将热介质加热。当设置于磁通引导部中的一个流路是热介质的离开路径时，处于低温的热介质被供应到设置于磁通引导部中的流路，并由此使磁通引导部冷却。由于能够有效地抑制磁通引导部的温度升高，因此能够更多地减轻热对磁通生成部的影响。因此，能够更多地抑制磁通生成部的温度升高。

(7)在感应加热装置的实施例中，旋转轴被连接到风力涡轮机。

能够使用将燃料用作能源来生成动能的电动机或机械作为用于使转子(旋转轴)旋转的动力源。优选使用诸如风力、水力和波动力的可再生能源。通过使用可再生能源作为转子的动力，能够抑制CO2的产生。由于旋转轴被连接到风力涡轮机，因此能够利用风力作为转子的动力。

(8)根据本发明的方面的发电系统包括：上述(1)至(7)中任一项的感应加热装置；以及发电部，发电部被构造成将由感应加热装置加热的热介质的热转换成电能。

发电系统包括根据本发明的方面的感应加热装置。因此，在感应加热装置中，在能够抑制磁通生成部的温度升高的同时，能够增大加热部中的发热量。因此，能够改善感应加热装置中的热介质的加热效率，并因而能够改善发电效率。

发电系统使用由感应加热装置加热的热介质的热来发电。例如，感应加热装置的旋转轴被连接到风力涡轮机，使得使用风力作为转子的动力。在这种情况下，风能被转换成旋转能，并且旋转能被转换成热能。热能被转换成电能，并且能够提取电能。作为示例，作为热介质的水被加热以生成高温和高压蒸汽。通过使用蒸汽，蒸汽涡轮机允许发电机进行旋转来发电。此外，由于将热转换成电能的构造，能够使用蓄热器以热的形式存储能量。因此，能够实现能够稳定发电的发电系统。

[本发明的实施例的细节]

下面将参照附图来描述根据本发明的实施例的感应加热装置和发电系统的具体示例。在附图中相同的附图标记表示相同或对应的部分。本发明不限于图示的示例，而是由权利要求书所示，并且旨在涵盖权利要求书的所有等同以及权利要求书的范围内的修改。

<感应加热装置>

[第一实施例]

参照图1至图3，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、磁通生成部15、磁通引导部12和流路17。感应加热装置101具有径向间隙型结构，其中磁通生成部15和加热部13被布置成在转子11的径向方向上以一定距离彼此相对。下面将详细描述感应加热装置101的构造。

(转子)

转子11是联接到由轴承(未示出)可旋转地支撑的旋转轴21的一端侧的筒状或柱状构件。在本示例中，圆柱形转子11的中心轴线处形成有通孔，旋转轴21插入所述通孔中，并且转子11被固定到旋转轴21。在转子11的外周上，多个凸部111形成为在径向方向上突出。在本示例中，转子11具有8个凸部111，并且在转子11的周向方向上以规则间隔形成凸部111。在转子11的外周上，还设置有下文所述的磁通生成部15(在本示例中线圈15c)。这里，假设转子11逆时针旋转(图2和图3中的箭头示出旋转方向)。例如，风力涡轮机(未示出)被连接到旋转轴21，使得能够使用风力作为转子11的动力。旋转轴21可以作为转子11的一部分而被包括在转子11中。

转子11可以由具有机械强度并且能够支撑磁通生成部15的任何材料形成，或是磁性材料，或是非磁性材料。作为形成转子11的材料，优选采用结构强度和长期耐久性(耐候性和耐蚀性)优异的材料。形成转子11的材料的示例包括用于结构材料中的诸如铁、钢、不锈钢、铝合金、镁合金的金属以及诸如GFRP(玻璃纤维增强塑料)和CFRP(碳纤维增强塑料)这样的复合材料。

在本示例中，转子11(包括凸部111)由磁性材料形成。当普通导电线圈用于磁通生成部15(线圈15c)时，转子11优选由磁性材料形成。另一方面，当超导线圈用于磁通生成部15(线圈15c)时，转子11能够由磁性材料或非磁性材料中的任一种形成。当使用超导线圈时，所生成的磁场可能由于转子11的磁通饱和而被限制。因而，转子11在一些情况下优选由非磁性材料形成。

(加热部)

加热部13是被布置成以一定距离与转子11相对并且设置于转子11的外周侧上的筒状构件。加热部13被布置成在径向方向上以一定距离与转子11相对，并且固定到壳体(未示出)，从而不旋转。如后所述，来自磁通生成部15的磁通流经加热部13，以在加热部13中生成涡流。加热部13通过感应加热来生热。

加热部13由其中磁通流动以生成涡流并生热的磁性材料形成，例如磁性金属。磁性金属的示例包括诸如铁、镍和钴这样的金属以及诸如磁钢(硅钢)、铁硅铝磁合金、坡莫合金和磁性不锈钢的合金。磁性不锈钢的示例包括马氏体不锈钢(例如：SUS 420J2)、铁素体不锈钢(例如：SUS 430)和奥氏体/铁素体不锈钢(例如：SUS 329J4L)。形成加热部13的磁性材料优选具有500以上的相对磁导率，更优选具有1000以上的相对磁导率。在本示例中，加热部13由铁形成。加热部13的厚度(在径向方向上的厚度)被设定成：即使当由磁通生成部15所引起的磁通流动时，加热部13也不会磁饱和，并且通过该磁通而足够的涡流流动(至少趋肤深度的厚度或更多)。

(磁通生成部)

磁通生成部15被设置于转子11处，并且生成用于加热部13的磁通。在本示例中，磁通生成部15被设置于转子11的外周上，以与加热部13相对，并且磁通生成部15在转子11的径向方向(加热部13的方向)上生成磁通。具体地，线圈15c被用作磁通生成部15。线圈15c(总共8个线圈)围绕转子11的每个凸部111来卷绕。当凸部111由磁性材料形成时，线圈15c和凸部111构成磁通生成部15。直流电源(未示出)被连接到每个线圈15c。通过控制馈送到每个线圈15c的电流的方向，从而确定要产生的磁场(磁通)的方向。相邻的线圈15c的极性彼此不同(参见图2)。例如，线圈15c通过滑环连接到外部电源，以使得电流供应到线圈15c。

作为磁通生成部15，可以使用永磁体来替代线圈(电磁体)。线圈的示例包括铜丝这样的普通导电线圈以及由超导线材料形成的超导线圈。当线圈用于磁通生成部15时，馈送到线圈的电流增大而产生强磁场。通过控制被供应的电流，能够调节磁场的强度。由于通过感应加热(涡流)的发热量与磁场强度的平方成正比，因此与永磁体相比，线圈能够容易增加发热量。与永磁体相比，利用线圈，不太可能发生由于温度升高引起的磁特性的降低或者随时间的磁特性的退化。因此，当线圈用于磁通生成部15时，通过增大被供应的电流，容易保持足够的磁场强度，并且容易获得足以将热介质加热到适于发电的预定温度(例如，100℃至600℃，优选200℃至350℃)的性能(热能)。直流电流可以被馈送到线圈以生成直流磁场。在电阻大致是零的超导状态的超导线圈的情况下，即使当大电流流经超导线圈时，线圈中也基本不会出现发热(损失)。因而，与普通导电线圈相比，能够抑制因馈送大电流而引起的线圈中的发热(损失)，并且能够在无电力损失的情况下保持极强的磁场。在本示例中，每个线圈15c均是超导线圈。超导线圈在周边上覆盖有冷却套(未示出)，使得超导线圈被冷却因此保持在超导状态中。普通导电线圈可以用于线圈15c。替选地，替代线圈15c，永磁体可以用于磁通生成部15。

(磁通引导部)

磁通引导部12被设置于与磁通生成部15相对的加热部13的相对表面侧上，以将来自磁通生成部15的磁通引导到加热部13。在本示例中，磁通引导部12被固定到加热部13的内周表面。在磁通生成部15中生成的磁通通过磁通引导部12传导到加热部13。磁通引导部12被设置于加热部13的整个内周表面上。

磁通引导部12具有：磁性体部121，磁性体部121由磁性材料形成；以及绝缘体部122，绝缘体部122由非磁性和电绝缘材料形成。在与加热部13的轴向方向正交的横截面中，磁性体部121和绝缘体部122沿着从磁通生成部15到加热部13的方向延伸，并且在加热部13的周向方向上交替层叠。在本示例中，磁性体部121是薄板状构件，并且沿加热部13的径向方向布置。多个磁性体部121与介入的绝缘体部122在加热部13的周向(磁通生成部15的旋转方向)上层叠。

磁通引导部12的磁性体部121形成有磁路，以允许来自磁通生成部15的磁通流动，并且使所述磁通在磁通生成部15与加热部13之间传导。磁性体部121与绝缘体部122交替层叠，并且绝缘体部122介入磁性体部121之间。即使当磁通流经磁性体部121时，磁性体部121中产生的涡流也被绝缘体部122分离，因此减少涡流。因此，在磁性体部121中抑制涡流的生成，并且不会中断磁通的变化，从而抑制磁通的扩散。因此，来自磁通生成部15的磁通能够在不被扩散的情况下通过磁通引导部12传导到加热部13。在磁通引导部12中，也抑制了由于涡流而导致的发热。此外，流经磁性体部121的磁通由于绝缘体部122而不太可能在相邻的磁性体部121的方向(即，加热部13的周向方向)上流动。主要沿着从磁通生成部15到加热部13的方向引导磁通。

形成磁性体部121的磁性材料优选具有500以上的相对磁导率，更优选具有1000以上的相对磁导率。这种磁性材料的示例包括上述磁性金属以及诸如铁氧体和磁铁矿的磁性氧化物。优选地是，形成绝缘体部122的非磁性和电绝缘材料具有3以下的相对磁导率和10⁷Ω·m以上的体积电阻率。这种材料的示例包括树脂、陶瓷和玻璃。在本示例中，磁通引导部12由层叠体形成，层叠体包括多个电工钢板，所述多个电工钢板各自具有绝缘涂层。电工钢板对应于磁性体部121，并且绝缘涂层对应于绝缘体部122。电工钢板的层叠体可以通过用粘合剂粘附电工钢板而形成。电工钢板上的绝缘涂层由氧化物涂层或涂层膜形成。绝缘涂层的示例包括磷酸盐涂层、硅酸盐涂层、有机清漆(organic varnish)涂层和搪瓷(enamel)涂层。

磁性体部121的厚度(在层叠方向上的厚度)被设定成：即使当来自磁通生成部15的磁通流经磁性体部121时，磁性体部121也不会磁饱和，并且能够抑制涡流的出现。磁性体部121(电工钢板)的厚度例如是0.1mm以上至1mm以下，优选为0.2mm以上至0.5mm以下。绝缘体部122的厚度被设定成：能够分离磁性体部121中产生的涡流，并且能够抑制流经磁性体部121的磁通朝向相邻的磁性体部121移动。绝缘体部122(绝缘涂层)的厚度例如是0.1μm以上至5μm以下，优选为1μm以上至3μm以下。在图2中，夸大地示出磁性体部121和绝缘体部122。

(流路)

加热部13设置有流路17，热介质通过该流路17流通。在该示例中，流路17沿着加热部13的轴向方向设置，并且热介质在加热部13的轴向方向上从一侧向另一侧(在图1的图纸中从右侧向左侧)流通(图1中的白色箭头示出热介质的流通的方向)。流路17通过在加热部13的内部中形成通孔并且将管道插入通孔中而形成。流路17能够与加热部13换热。只要加热部13与流路17热连接，就可以在任何位置处形成流路17。因此，流路17可以通过将管道布置成与加热部13的外周表面接触而形成。管道由这样的金属材料形成：即使与热介质接触也不会腐蚀，耐热性优良，并且具有高热导率。热介质的示例包括水、水蒸汽、油、液态金属(例如Na、Pb)、诸如熔盐的液体以及气体。

现在主要参照图3，将描述在感应加热装置101中将热介质加热的机制。

这里，将集中于图3所示的N极的磁通生成部15来进行说明。从N极的磁通生成部15(线圈15c)沿着转子11的径向方向生成的磁通穿过与磁通生成部15相对的磁通引导部12的磁性体部121，并且被引导到加热部13(图3中的虚线箭头示出磁通的流动)。这里，在磁性体部121中，由于绝缘体部122抑制涡流的生成，因此不太可能中断磁通的变化，并且抑制磁通的扩散。因此，来自磁通生成部15的磁通不会通过磁通引导部12扩散，并且被传导到加热部13。到达加热部13的磁通在加热部13中沿着周向方向流动，穿过与S极相对的磁通引导部12的磁性体部121，并且到达S极的磁通生成部15。也就是说，磁路形成为从N极的磁通生成部15通过磁通引导部12(磁性体部121)、加热部13和磁通引导部12(磁性体部121)延伸以到达S极的磁通生成部15的回路的形状。磁通生成部15随转子11一起旋转，由此磁通生成部15相对于加热部13移动。因此，流经加热部13的磁通的方向变化，并且磁场周期性变化。结果，在加热部13中产生涡流，由此加热部13生热。热被传导到流经流路17的热介质，以将热介质加热。

流经磁性体部121的磁通由于绝缘体部122而不太可能在相邻的磁性体部121的方向上流动。容易在磁通引导部12中沿着从磁通生成部15到加热部13的方向引导磁通。也就是说，由于能够抑制流经磁性体部121的磁通在磁通引导部12内部在周向方向上流动，因此能够抑制磁通引导部12内部的环状磁路的短路。

能够适当地设定磁通生成部15(线圈15c)的数目。通过在一定程度上增加磁通生成部15的数目，能够缩短磁场的波动周期。在感应加热的发热量与磁场的频率成正比这个基础上，通过缩短磁场的周期能够预期发热量的增加。磁通生成部15的数目例如优选是4个以上，更优选是6个以上，进一步更优选是10个以上。

{操作效果}

在第一实施例的感应加热装置101中，磁通引导部12被设置于与磁通生成部15相对的加热部13的内周表面上，由此能够将来自磁通生成部15的磁通在不扩散的情况下引导到加热部13。在磁通引导部12中抑制因涡流而产生热量，此外，磁通生成部15与加热部13彼此相距一定距离。因此，在感应加热装置101中，能够降低热量对磁通生成部15的影响，由此抑制磁通生成部15的温度升高。即使当磁通生成部15与加热部13彼此相距一定距离时，来自磁通生成部15的磁通也能够在不扩散的情况下通过磁通引导部12被传导到加热部13。因此，能够增大加热部13中的发热量。

[变型1-1]

在第一实施例的感应加热装置101中，流路17被设置于加热部13中。流路17可以不仅被设置于加热部13中，而且还可以被设置于磁通引导部12中。在变型1-1中，将描述在加热部13和磁通引导部12中设置流路17的方式。参照图4和图5，下面将主要集中于与第一实施例的差异来描述变型1-1的感应加热装置101。

在图4和图5中所示的变型1-1的感应加热装置101中，流路171和流路172被分别设置于加热部13和磁通引导部12中。设置于加热部13中的流路171通过沿加热部13的轴向方向形成通孔并且将管道插入该通孔中而形成。以与流路171相同的方式，设置于磁通引导部12中的流路172通过沿磁通引导部12的轴向方向形成通孔并且将管道插入该通孔而形成。在本示例中，流路171的一端通过连接管175连接到流路172的一端(参见图5)，使得流路17形成为包括流路171、172的往返流路。具体地，在流路171、172中，流路172是热介质的离开路径，流路171是热介质的返回路径。在该示例中，如图5中所示，从流路172的一侧供应热介质，通过流路172流通的热介质通过连接到流路172的另一端的连接管175而流通到流路171，并且从流路171的一侧排出热介质(图5中的白色箭头示出热介质的供应/离开方向)。

在变型1-1的感应加热装置101中，不仅能够通过热介质回收加热部13中生成的热量，而且能够通过热介质回收从加热部13传导到磁通引导部12的热量。因此，能够改善加热部13中生成的热量的回收效率，并且能够有效地将热介质加热。此外，设置于磁通引导部12中的流路172充当热介质的离开路径，由此将低温下的热介质供应到流路172，以冷却磁通引导部12。因此，能够有效地抑制磁通引导部12的温度升高。因而，能够更多地减轻热量对磁通生成部15的影响，因此能够更多地抑制磁通生成部15的温度升高。

[变型1-2]

在第一实施例的感应加热装置101中，在磁通引导部12中，磁性体部(电工钢板)121布置有绝缘体部(绝缘涂层)122，绝缘体部(绝缘涂层)122沿加热部13的径向方向(与加热部13的周向方向正交的方向)介入磁性体部121之间。正如图6中所示的变型1-2，磁通引导部12的磁性体部121可以被布置成相对于加热部13的径向方向倾斜。利用该构造，即使当磁通引导部12的厚度(在径向方向上的厚度)以及转子11的凸部111的外周表面与磁通引导部12的内周表面之间的距离与第一实施例中相同时，与第一实施例相比，能够增加充当主热传导路径的磁性体部121的长度。与磁性体部121相比，绝缘体部122一般具有大的热阻。沿磁性体部121的径向方向的热传导路径被绝缘体部122分离，并且不是主热传导路径。沿磁性体部121的倾斜的方向的热传导路径被认为是主热传导路径。因此，由于磁通生成部15与加热部13之间的热传导距离大致增大，因此能够减轻热量对磁通生成部15的影响，并且能够抑制磁通生成部15的温度升高。另一方面，即使充当主热传导路径的磁性体部121较长时，由于磁性体部121本身由磁性材料形成，磁性体部121能够将来自磁通生成部15的磁通在不扩散的情况下传导到加热部13。

[第二实施例]

在第一实施例的感应加热装置101中，磁通引导部12被设置于加热部13的相对表面(内周表面)的整个圆周上。多个磁通引导部12可以在加热部13的内周表面的周向方向上以间隔设置。在第二实施例中，对多个磁通引导部12在加热部13的周向方向上以间隔设置于加热部13的相对表面上的方式进行说明。参照图7和图8，下面将主要集中于与第一实施例的差异来描述第二实施例的感应加热装置102。

在图7中所示的第二实施例的感应加热装置102中，多个磁通引导部12在加热部13的内周表面上沿着周向方向以间隔设置。每个磁通引导部12均是弧状层叠体。在这种情况下，如图8中的虚线箭头所示，通过磁通引导部12之间的间隔中断流经磁通引导部12的磁通向相邻的磁通引导部12移动。因而，在磁通引导部12中，能够沿着从磁通生成部15到加热部13的方向引导磁通。也就是说，磁通引导部12被间隔分离，由此防止从N极的磁通生成部15生成的磁通通过磁通引导部12形成到S极的磁通生成部15的短路。

[变型2]

如在图9中所示的变型2中，在第二实施例的感应加热装置102中，绝热材料19可以被布置于磁通引导部12之间的间隔中。布置绝热材料19能够减少来自加热部13的散热。这能够抑制来自加热部13的热损失，且因此能够改善热介质的加热效率。考虑到绝热材料19一般是非磁性物质，因此阻止磁通向相邻的磁通引导部12移动。例如，能够使用岩棉、玻璃棉、泡沫塑料、砖或陶瓷作为绝热材料19。

[第三实施例]

在前述的第一实施例和第二实施例中，感应加热装置的结构是径向间隙型结构，其中磁通生成部15和加热部13被布置成在转子11的径向方向上以一定距离彼此相对。在第三实施例中，感应加热装置的结构是轴向间隙型结构，其中磁通生成部15和加热部13被布置成在转子11的轴向方向上以一定距离彼此相对。参照图10至图13，下面将主要集中于与第一实施例的差异来描述根据第三实施例的感应加热装置103。

(转子和加热部)

转子11和加热部13被成形为板状(这里盘形状)，并且布置成相应表面以一定距离彼此相对(参见图10)。转子11被联接到由轴承(未示出)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以一定距离与转子11相对并固定到壳体(未示出)，从而不旋转。

(磁通生成部)

在与加热部13相对的转子11的相对表面上，设置磁通生成部15，以在转子11的轴向方向(加热部13的方向)上生成磁通。在该示例中，磁通生成部15是永磁体15m。如在图11中所示，多个扇形永磁体15m在转子11的相对表面上布置成圆形，并且相邻的永磁体15m的极性彼此不同。虽然图11通过图示示出6个磁通生成部15(永磁体15m)，但磁通生成部15(永磁体15m)的数目不限于此，并且能够适当地设定。磁通生成部15的数目例如优选是4个以上，更优选是8个以上，进一步更优选是10个以上。线圈15c可以用作磁通生成部15。

(磁通引导部)

在与磁通生成部15相对的加热部13的相对表面上，设置磁通引导部12，以将来自磁通生成部15的磁通引导到加热部13。在该示例中，如图10和图12中所示，磁性体部121和绝缘体部122被径向布置于加热部13的相对表面上并且在加热部13的周向方向上交替层叠。

(流路)

流路17沿加热部13的径向方向设置。在该示例中，如图10和图13中所示，通过在与转子11相对的相对表面的相反侧上的加热部13的相反表面上径向布置管道，设置多个流路17。在每个流路17中，热介质在加热部13的径向方向上从一侧向另一侧(在图10中从外侧向内侧)流通(在图10中的白色箭头示出热介质的供应/离开方向)。

{操作效果}

在第三实施例的感应加热装置103中，以与第一实施例的感应加热装置101相同的方式，磁通引导部12设置于与磁通生成部15相对的加热部13的相对表面上。因此，来自磁通生成部15的磁通能够在不扩散的情况下被传导到加热部13。因此，由于磁通生成部15和加热部13彼此相距一定距离，所以能够减轻热量对磁通生成部15的影响。此外，来自磁通生成部15的磁通能够在不扩散的情况下通过磁通引导部12被传导到加热部13。因此，以与径向间隙型的第一实施例相同的方式，第三实施例能够抑制磁通生成部的温度升高，并且能够增大加热部中的发热量。

如第一实施例的变型1-1中所述，也在第三实施例的轴向间隙型感应加热装置103中，流路17不仅可以被设置于加热部13中，而且可以被设置于磁通引导部12中。在这种情况下，设置于磁通引导部12中的流路可以充当离开路径，设置于加热部13中的流路可以充当返回路径，使得那些流路形成往返流路。此外，如第一实施例的变型1-2中所述，在磁通引导部12中，磁性体部121可以被布置成相对于加热部13的径向方向倾斜。此外，如第二实施例中所述，多个磁通引导部12可以在加热部13的相对表面上沿着周向方向以间隔设置。在这种情况下，绝热材料可以被布置于磁通引导部12之间的间隔中。

<发电系统>

参照图14，将描述根据本发明的实施例的发电系统的示例。图14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被附接到安装于塔架91的顶部上的机舱92，感应加热装置10被存储在机舱92中。蓄热器50和发电部60被安装于建造在塔架91的底部(基座)上的建筑物93中。下面将详细描述发电系统P的构造。

感应加热装置10是根据本发明的实施例的感应加热装置，并且例如，能够使用根据前述第一至第三实施例的感应加热装置101至103。旋转轴21的另一端侧与下文所述的风力涡轮机20直接联接，并且使用风力作为用于使转子旋转的动力。这里，通过示例，热介质是水。

风力涡轮机20具有以下结构：在中央处设定在水平方向上延伸的旋转轴21，并且三个叶片201沿径向附接到旋转轴21。在具有超过5MW的输出的风力发电系统的情况下，直径是120m以上，且转数约是10至20rpm。

感应加热装置10的流路(管道)与用于向感应加热装置10供应水的供水管73以及用于将由感应加热装置10加热的水递送到蓄热器50的输送管51连接。在感应加热装置10中，从设置于转子处的磁通生成部产生磁通，并且当转子旋转时，穿过以与转子一定距离布置的加热部的磁通变化，由此在加热部中产生涡流，以使加热部生热，并且加热流路中的水。感应加热装置10将充当热介质的水例如加热到诸如100℃至600℃的高温。由于感应加热装置10被构造成使得加热部(流路)不旋转，因此不必使用旋转接头来将流路与输送管51和供水管73连接。利用简单的构造，例如使用焊接，实现牢固连接。

该发电系统P利用感应加热装置10将水加热到适于发电的温度(例如200℃至350℃)，并且生成高温和高压水。高温和高压水通过将感应加热装置10联接到蓄热器50的输送管51递送到蓄热器50。蓄热器50储存通过输送管51递送的高温和高压水的热量，并且使用热交换器将发电所需的蒸汽供应到发电部60。替选地，可以通过感应加热装置10生成蒸汽。

作为蓄热器50，例如，能够使用蒸汽蓄热器、使用熔盐、油等的感热型存储装置或者利用高熔点熔盐的相变的潜热型存储装置。感热型存储方法在储热材料的相变温度下存储热，因而一般具有与潜热型存储方法相比较窄的储热温度带，并且呈现高的热存储密度。

发电部60是包括蒸汽涡轮机61与发电机62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来发电。

递送到蓄热器50的高温和高压水或蒸汽被冷凝器71冷却回水。然后，水被递送到泵72，该泵72生成高压水，并且通过供水管73将高压水递送到感应加热装置10，由此使水循环。

由于该发电系统P包括根据本发明的实施例的感应加热装置10，因此在感应加热装置10中，能够增加加热部中的发热量，同时能够抑制磁通生成部的温度升高。因而，能够改善在感应加热装置10中将热介质加热的效率，并且能够改善发电效率。此外，由感应加热装置10加热的热介质的热量能够被存储在蓄热器50中，以进行发电，由此在不使用昂贵蓄电池的情况下，能够实现稳定的发电来满足需求。此外，风力涡轮机20被直接联接到感应加热装置10的旋转轴21，由此避免增速器(齿轮箱)出现故障。而且，由于热介质的热量通过输送管51供应到例如安装于塔架91的底部(基座)上的发电部60，因此不必将发电部60存储在机舱92中，使得安装于塔架91的顶部上的机舱92能够在尺寸和重量上减小。

在以上安装的发电系统P中，使用水作为热介质。替选地，可以使用具有高于水的热导率的液态金属作为热介质。这种液态金属的示例是液态金属钠。当使用液态金属作为热介质时，例如，可以使用液态金属作为从加热部接收热的主要热介质，并且可以通过热交换器由通过输送管递送的液态金属的热来加热第二热介质(水)以生成蒸汽。

例如，当使用具有常压下超过100℃的沸点的油、液态金属、熔盐等作为热介质时，与水相比，当将其加热到预定温度时能够更容易抑制由流路内的热介质的汽化所引起的内部压力升高。

发电系统P可以具有图15中所示的构造。蓄热器50可以包括热交换器52和蓄热单元53。存储在蓄热器50中的热能够被用于生成使用热交换器52发电所需的蒸汽。如在图15中所示，热交换器52和蓄热单元53被包括在蓄热器50中。发电系统P具有第一回路和第二回路。第一回路允许热介质循环并且包括输送管51、蓄热器50和供水管73。第二回路将蒸汽供应到蒸汽涡轮机61并且包括蒸汽涡轮机61、蒸汽冷凝器71和热交换器52。

为与图14一致，将用于使热介质从泵72返回到感应加热装置10的管道称为“供水管”。然而，在图15中所示的构造中，通过第一回路循环的热介质不限于水或水蒸汽。如上所述，热介质可以是油、液态金属或熔盐。

根据本发明的实施例的感应加热装置能够被用于使用可再生能源的发电系统(例如，风力发电)，并且也能够被用于例如热水供应系统或空气加热系统。根据本发明的实施例的发电系统适用于使用可再生能源的发电领域。

附图标记的说明

10、101-103 感应加热装置

P 发电系统

11 转子

111 凸部

12 磁通引导部

121 磁性体部

122 绝缘体部

13 加热部

15 磁通生成部

15c 线圈

15m 永磁体

17 流路

171 流路(离开路径)

172 流路(返回路径)

175 连接管

19 绝热材料

21 旋转轴

20 风力涡轮机

201 叶片

50 蓄热器

51 输送管

52 热交换器

53 蓄热单元

60 发电部

61 蒸汽涡轮机

62 发电机

71 蒸汽冷凝器

72 泵

73 供水管

91 塔架

92 机舱

93 建筑物

Claims (8)

1.一种对热介质进行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距离与所述转子相对；

磁通生成部，所述磁通生成部被设置于所述转子处，以生成用于所述加热部的磁通；

流路，所述流路被设置于所述加热部中，以允许所述热介质流通，

其特征在于，所述感应加热装置还包括磁通引导部，所述磁通引导部被设置于所述加热部的、与所述磁通生成部相对的相对表面侧上，以将来自所述磁通生成部的磁通引导到所述加热部；

其中，

所述磁通引导部包括磁性体部以及绝缘体部，所述磁性体部由磁性材料形成，所述绝缘体部由非磁性和电绝缘材料形成，并且

所述磁通引导部包具有这样的结构：所述磁性体部和所述绝缘体部沿着从所述磁通生成部到所述加热部的方向延伸，并且沿着所述加热部的周向方向交替层叠。

2.根据权利要求1所述的感应加热装置，其中，所述磁通引导部包括层叠体，所述层叠体包括多个电工钢板，所述电工钢板被层叠，并且每个所述电工钢板具有绝缘涂层。

3.根据权利要求1或2所述的感应加热装置，其中，所述磁通引导部被设置于所述加热部的整个所述相对表面上。

4.根据权利要求1或2所述的感应加热装置，其中，多个所述磁通引导部以在所述加热部的周向方向上具有间隔的方式设置于所述加热部的所述相对表面上。

5.根据权利要求4所述的感应加热装置，其中，所述磁通引导部之间的所述间隔中设置有绝热材料。

6.根据权利要求1所述的感应加热装置，其中，

所述流路以如下方式形成：所述加热部和所述磁通引导部设置有相应的流路，并且所述流路的一端彼此连接，使得所述流路形成往返流路，并且

在所述流路中，设置于所述磁通引导部中的一个流路充当所述热介质的离开路径，设置于所述加热部中的另一个流路充当所述热介质的返回路径。

7.根据权利要求1所述的感应加热装置，其中，所述旋转轴被连接到风力涡轮机。

8.一种发电系统，包括：

根据权利要求1所述的感应加热装置；以及

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热介质的热量转换成电能。

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