JP2007278546A - 発熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低入力で高出力を出すことのできる発熱装置を提供する。
【解決手段】外側ケーシング１１０内に小間隙（２〜７ｍｍ）を配して同形の内側ケーシング１１１を収納し、両ケーシング１１０、１１１の間隙の底部に潤滑油のような粘性流体を収納し、前記内側ケーシング１１１をその周速が５００ｃｍ／ｓ以上となるような高速で回転させて量子力学的作用により潤滑油を高温とさせる。
【選択図】図３

Description

本発明は、流体運動を利用した発熱装置に関する。

灯油等の化石燃料又はニクロム線等の電気抵抗体を用いることなく、粘性流体を利用し
て発熱させる装置として米国特許第４１４３６３９号に開示されたものがある。この発熱装置は、固定された外側ケーシング内に回転する内側ケーシングを設け、両ケーシングの底部間隙に潤滑油を注入したものであり、内側ケーシングを高速で回転させて摩擦熱により発熱させている。
米国特許第４１４３６３９号

しかしながら、前記先行文献には摩擦熱により発熱させるとの記載があるのみで、発熱する原理の解明が無いばかりでなく、どの程度の高速で内側ケーシングを回転させたらよいかの分析も無く、内側ケーシングと外側ケーシング間の間隙と粘性流体の粘性との関係についても何ら解析しておらず、当業者が実施できる程度に発明を開示してはいない。

そこで本発明は、外側ケーシングと、この外側ケーシングに所定の間隔で対向する内側ケーシングと、これら両ケーシング間に保持された粘性流体とを有し、
前記外側ケーシングおよび内側ケーシングのうち、少なくとも一方を高速で移動して前記粘性流体をケーシングの対向壁に沿って連続的に流動せしめ、前記両ケーシング間の間隔を粘性流体の全体が粘性により引っ張られケーシングに沿って流動して、粘性流体中に発熱作用が誘起され始める値とした。このための前記両ケーシングの対向壁の相対速度は５００ｃｍ／秒以上である。

更にまた、前記両ケーシングは円筒体からなり、両ケーシングの回転する側に複数個の永久磁石を取り付けて、対向するケーシングの壁面に渦電流を生ぜしめてもよい。

本発明によれば、簡単な構造で粘性流体の量子力学的作用による高カロリーを発生させることができる。

本発明の発熱装置は、図１において円錐状の外側ケーシング１００と、この外側ケーシング１００の内側で回転する円錐状の内側ケーシング１０１からなり、これら両ケーシング１００、１０１間の対向壁は微小間隔で対向し、その間隙は２〜７ｍｍ程度である。そして、両ケーシングの底部には、粘性流体１０２が収納され、前記内側ケーシング１０１の上面には回転軸１０３が設けられ、この回転軸１０３は支持フレーム１０４上のモータＭに接続されている。

この状態でモータＭを高速で駆動させると、前記粘性流体は前記両ケーシング間の間隙内を図２に示すような渦動運動１０６にしたがって流動する。この運動により粘性流体内の分子は互いに引張や衝突による振動を繰り返し、この結果による量子力学的作用により粘性流体は両ケーシング間の底部から発熱作用を開始して、徐々に両ケーシング間の側面にその作用が進行して行く。このような発熱が起こるためには、実験によれば内側ケーシング１０１の上面近傍の側壁１０１ａの周速を５００ｃｍ／秒以上とする必要がある。

なお、内側ケーシング１０１と外側ケーシング１００とを互いに逆方向に回転せしめることも可能であり、そのときの前記内側ケーシング１０１の側壁１０１aとこれに対向する外側ケーシング１００の側壁１００aの相対速度を５００ｃｍ／秒以上としてもよい。上述のように、粘性流体の量子力学的作用が起こるには、秒速５００ｃｍ以上で粘性流体を引張る必要があり、秒速１５００ｃｍ以上になると、急速に温度が上昇し、発生する熱エネルギーも大きくなる。

粘性流体は、例えば自動車用エンジンオイルが適切であり、水のように粘度が小さいものは適切でなく、粘度の極端に高いものはモータＭの負荷が大きくなり、高速回転には大きな駆動力を要する。具体的にはエンジンオイルＩＳＯＶＧ１０が好ましい。

また、両ケーシングの間隙は粘性流体の粘度とも関係するが、内側ケーシング１０１を高速回転したときに収納流体の全体が間隙内を高速に渦動流動することが必要で、一般的には、この間隙は前述のように２〜７ｍｍ程度である。間隙はこれより狭くとも広くとも、発熱作用は全く起こらないか又は緩慢にしか進行しない。

図３においては、円筒形の外側ケーシング１１０の内側に円筒形の内側ケーシング１１１が設けられ、内側ケーシング１１０の上面と下面には支持軸１１３（下）、１１４（上）が突出形成され、支持軸１１４はモータ１０５に接続されており、両ケーシング１１０、１１１の間隙の下部には粘性流体１１２が収納されている。両ケーシングの間隙は側壁面で２〜７ｍｍ、底部面で５〜１２ｍｍ程度である。内側ケーシング（ドラム）１１１の側壁の周速は５００ｃｍ／秒以上となるように高速で回転され、このときの粘性流体の運動は図４に示すような螺旋運動１１５となる。なお前記下部支持軸１１３を設けると、内側ケーシング１１１は安定して回転する。

図５においては、円筒形の外側ケーシング１２０の中に円筒形の内側ケーシング１２１が設けられ、これら両ケーシングの底部に丸底１２０a、１２１aが形成されている。このような丸底（又はカップ形状の底でもよい）を設ければ、その間に設けた粘性流体１２２は図６に示すような渦動運動１２３から螺旋運動１２４にスムーズに移行できて、発熱作用はより増進される。ちなみに図１、図３、又は図５以外の形状のケーシングでは、粘性流体中にキャビテーションやショックウェーブが発生して発熱作用は増進されない。

図７は容器（内側ケーシング）８の底部に液体運動に周期的な脈動を加えるための複数の同心円状の緩慢な凹凸部（図８）を設けたものであり、上部及び底部を容器の内部を貫通しない回転軸１０によって固定し、且つ固定子（外側ケーシング）である円筒形の密封容器７の底部を少し底上げして成形したものである。

回転軸１０に固定された銅、またはアルミニューム等の非磁性体の円板１６は容器７の底辺に近接して設置され、且つこの円板１６の容器７の底辺に向かい合う面には、回転軸１０を中心として周辺部に複数の永久磁石１７が極性の向きを交互に異なるようにして放射状に均等に配置されている。

このようにした装置では、回転軸１０の回転に伴って容器７および容器８の間隙に封入された液体９の粘性により渦動運動と共に周期的な脈動運動が誘起されて、液体９の分子間の衝突による発熱が起こる。
同時に回転軸10に固定した回転板１６の回転によって容器７の底部を貫通する上記の複数個の永久磁石１７の磁束密度が周期的に変化して容器７の底部に渦電流による発熱も誘起される。渦電流による発熱は即時的であり、この発熱は容器７および容器８の間隙に封入された液体９の膨張を促し且つ回転板１６による磁界の変化は渦動運動中の液体分子に脈動運動を加える結果、液体分子間の衝突運動は加速されて液体９の発熱量はさらに増大され、また温度上昇の立ち上がり時間も短縮することができる。

実験では、回転軸の回転速度に合わせて調整された適当な個数、サイズ、および磁束密度の永久磁石１７を配置した円板１６を用いることにより、容器の底部に誘起された渦電流による発熱は軽く数百度に達する。従って本発明の発熱装置は空気だけでなく、水等を加熱するボイラーの熱源としても十分に機能し得る。

上記の発熱は単に容器８および回転板１６を回転するだけ済み、また回転に使用する電動機１４の負荷も殆ど掛からない利点がある。
なお、図７の装置全体を水平に（従って回転軸１０も水平に）したものでは、上記の液体９の温度上昇は全く機能しない。また図１９のような容器８を貫通する回転軸１０の使用は、容器７及び容器８に電気的な短絡現象を起こして本発明での熱発生の効率を低下させる原因となる。

図９は、図７の円筒形の容器７及び８をカップ形状にする事によって、高速運動する液体中に発生するキャビテーションを抑止すると共に液体の脈動運動を向上させたものである。カップ形状の容器では円筒形の容器とは異なり、液体の発熱量がより増大し且つ攪拌に必要な容器８の回転数をも低減できる。

図１０に実施例として本発明の熱源を応用した暖房装置の断面図を掲げる。装置５０には、固定子である中空で底上げされた円筒形の密封容器７と、同じく回転子である中空で円筒形の密封容器８が両者の中心を貫通する垂直の回転軸１０を介して入れ子状に且つ双方の間隙が３ｍｍ前後を保つようにして設置されており、これらは収納容器４３に収納されている。

なお、容器７は熱伝導率の高いアルミニュームで構成され、容器８は鉄で構成されている。また銅の円板１６は、回転軸１０を介して容器７の底部に近接して固定されている。容器７の底部と向かい合う円板１６の面には、図１１のように回転軸１０を中心として放射状に複数個の棒状の永久磁石１７がN極、S極と交互に異なる極性の向きを持つようにして均等に設置されている。容器７と容器８の間隙には、自動車用オイル等の耐熱性で且つ適当な粘性を持つ適量の液体９が封入されている。電動機１４は回転軸１０に連結されており、容器８、円板１６、および同じく回転軸１０に固定された送風扇１８を回転させる。装置４３の底部と上部付近には空気取り込み口１９と空気排出口２０が設けられている。

また、装置４３の内部には温度計２６が設置されており、装置内の温度を検出して自動的に電動機１４のオン／オフを行う。本実施様態では、容器７は直径１５．５ｃｍ、高さ２５ｃｍ、厚さ１．５ｍｍのアルミニュームの円筒、また円板１６は直径１５ｃｍ、厚さ５ｍｍの銅板を用い、使用した液体９は市販の自動車オイルである。

なお、本実施例での電動機の回転数は２５００回転／分で、永久磁石１７には市販の熱減磁率の小さいアルコニ、又はサマコバ系の棒磁石１８個を用いている。また使用する電動機の回転数や磁石の磁束密度によっては、永久磁石１７の個数は増減する。発熱には電動機１４を回転させるだけでよく、また電動機１４には殆ど負荷が掛からないから、従来の灯油の温風ヒーター等に比べても運転コストで格段の経済性を発揮することができる。
図１２の装置は本実施態様の変形例として、図１３のように回転軸１０を中心として円板１６の周辺部に永久磁石１７を交互に異なる極性の向きを持つようにして放射状に均等に配置したものである。この装置では誘起した渦電流による発熱は容器７の低部の側面に発生する。

なお図７、図１０の円盤１６を使用しないで、永久磁石１７を固定子７の低部（または側面）に直接に配置して、回転子８の容器低部（または側面）の磁束が貫通する面に渦電流による発熱を誘導しても良いが、この場合には固定子の底部（または側面）に熱伝導率の低い材質を使用する等の対策をして、容器７の熱が永久磁石１７に直接に伝わる事により起こる磁化の劣化を防ぐことが必要である。

図１４は、図１０の容器７の回転軸１０にベベルギア４４を設置して容器７を容器８と逆方向に回転する回転子として使用し、液体９と容器７の相対速度を増大したものである。

この装置では図１０の装置に比べて液体９と容器７の接触摩擦による発熱効果はさらに増大する。本発明の適当な大きさのＢＴＵ（熱容量）を持つ装置は、１台で通常家庭の全部屋を暖房することもできる。

図１５は大容量の熱量（ＢＴＵ）を持つ発熱装置の一例であり、４個の異なるサイズの円筒形で中空の密封容器は、その各々を回転子２２、２４、および固定子２1、２３として回転軸１０を介して相互に入れ子状に組み合わして設置され、各々の容器間の間隙には液体９が封入されている。電動機１４は回転軸１０を駆動して容器２２および２４を回転させ、液体９に渦動運動を誘起して容器２１および２３の側面に接触摩擦による発熱が起こる。これらの発熱は隣り合う容器の各々に伝播して装置全体の熱容量を高めると共に、液体９の接触摩擦における発熱の温度上昇の緩慢性を補うことができる。このような装置は、温度上昇は緩慢でも大容量の熱源が必要なハウス栽培等での使用に適する。

図１６は永久磁石１７のみを使用した例である。アルミニュームの円筒３３の内部には周辺部に永久磁石１７を放射状に配置した複数の円板１６が回転軸１０に固定されており、永久磁石１７の磁束密度は円板１６の回転により周期的に変化して、円筒３３の側面に渦電流の発生による発熱が起こる。図１６の装置は熱容量（ＢＴＵ）が低くても即時的な温度上昇が望まれる発熱装置に適する。

図１７は水等を加熱するボイラー型のより高い熱容量（ＢＴＵ）の装置例である。円筒形をした中空の密閉容器３６は鉄製の貯水槽であり、中心部には加熱用に円筒形の空間３７が設けられている。加熱用の空間３７の内部には周辺部に永久磁石１７が放射状に配置された、複数の円板１６が回転軸１０に固定して設置されている。電動機１４の駆動で回転する上記の永久磁石１７の磁束密度は変化して、容器３６の空間３７の側面３８に渦電流による発熱を起こし、容器３６の液体３９を加熱する。容器３６の上部および下部には加熱用の液体３９の取り出し口４１および取り入れ口４０が設けられている。

図１８は上記の複数の円板１６に代えて、円筒４２の表面に複数の永久磁石１７を円筒４２の回転軸１０を中心に放射状に均等配置したもので、大容量の発熱を要する装置の熱源に適する。

なお、回転軸１０を駆動する電動機１４に代えて風車等を用いれば、より省エネルギーの発熱装置が実現できる。

石油等の燃料またはニクロム線等の多大な消費電力を要する電気発熱体を一切必要としない、省エネルギーの経済的で安全且つ無公害な発熱装置が実現できる。 また本発明の装置はボイラ−や屋内農業等への発熱源としても利用できるから、エネルギー問題や公害問題等の解決に広く貢献できる。

本発明の円錐状発熱装置の概略図 図１の装置の粘性流体作動図 本発明の円筒状発熱装置の概略図 図３の装置の粘性流体作動図 本発明の丸底を持つ発熱装置の概略図 図５の装置の粘性流体作動図 図３の装置に磁気円盤を装着した例 容器８の底部に設けた同心円状の凹凸部 図７の装置にカップ形状の容器を用いた例 本発明を暖房機に応用した実施例 図７に示した永久磁石の配置の変形例 図１０の変形例 永久磁石の配置の変形例 双方向の回転子を持つ装置例 複数の固定子および回転子からなる装置例 磁気による発熱のみを用いた装置例 大熱容量を持つボイラー型の装置例 永久磁石の円筒表面への配置例 容器８を貫通する回転軸１０を示す図

符号の説明

７・・・容器（外側ケーシング）
８・・・容器（内側ケーシング）
９・・・液体
１０・・・回転軸
１２・・・回転子の上部の軸止め
１３・・・固定子の上部の軸受け
１４・・・電動機
１５・・・固定子の固定用金具
１６・・・銅の回転板
１７・・・永久磁石
１８・・・送風扇
１９・・・空気取り込み口
２０・・・空気排出口
２１・・・外側の固定子である中空の円筒形密閉容器
２２・・・２１と対の回転子である中空の円筒形密閉容器
２３・・・内側の固定子である中空の円筒形密閉容器
２４・・・２３と対の回転子である中空の円筒形密閉容器
２５・・・送風扇の固定金具
２６・・・温度計（サーモスタット）
２７・・・装置の収納容器
２８・・・２４の底部の回転軸
２９・・・２８、３０の軸止め兼軸受け
３０・・・２２の底部の中空である回転軸
３１・・・２９を設置した装置容器の底部
３２・・・１６と回転軸の軸止め金具
３３・・・アルミニュームの円筒容器
３４・・・装置の収納容器
３５・・・軸受け
３６・・・円筒形の中空の密閉容器（貯水槽）
３７・・・容器３６の中心部に設けられた円筒形の空間
３８・・・３７に向かう容器３６の側面
３９・・・容器３６内の液体
４０・・・容器３６の液体の取り入れ口
４１・・・容器３６の液体の取り込み口
４２・・・円筒形の回転子
４３・・・装置の収納容器
４４・・・回転子８の上部の軸止め
４５・・・螺旋状の緩い凸部
１００、１１０、１２０・・・外側ケーシング
１０１、１１１、１２１・・・内側ケーシング
１０２、１１２、１２２・・・粘性流体

Claims (3)

1. 外側ケーシングと、この外側ケーシングに所定の間隔で対向する内側ケーシングと、これら両ケーシング間に保持された粘性流体とを有し、
   前記外側ケーシングおよび内側ケーシングのうち、少なくとも一方を高速で移動せしめ、
   前記粘性流体をケーシングの対向壁に沿って連続的に流動せしめ、前記両ケーシング間の間隔は粘性流体の全体が粘性により引っ張られケーシングに沿って流動する値である発熱装置。
2. 前記両ケーシングの対向壁の相対速度は５００ｃｍ／秒以上である請求項１に記載の発熱装置。
3. 前記両ケーシングは円筒形または丸底の付いた円筒形からなり、両ケーシングの回転する側に複数個の永久磁石を取り付けて、対向する壁面に渦電流を生ぜしめた請求項１に記載の発熱装置。