JP2009519427A

JP2009519427A - 電磁熱作用による冷熱生成装置

Info

Publication number: JP2009519427A
Application number: JP2008544731A
Authority: JP
Inventors: サリ，オズマン; エゴルフ，ピーター，ダブリュー．; ボッチーニ，シュテファノ
Original assignee: エイチイーアイジー−ヴィーディー
Priority date: 2005-12-13
Filing date: 2006-12-12
Publication date: 2009-05-14
Also published as: CA2632429A1; WO2007068134A2; WO2007068134A3; EP1969294A2; US8191375B2; US20090151363A1; CH699375B1

Abstract

磁気作用による連続冷気および暖気生成用の本装置（１０）には少なくとも１つの冠状扇状部により配置されると同時に、放射状空洞部が設置されるかつ少なくとも１つの電磁熱材料が含まれる円状同軸部品（１１）が横断する環状空間を定める磁場生成装置（１３）が含まれる。また、これには放射状空洞部（３１）内に軸方向により冷媒体を取り込むための循環器（２７）が含まれる。第１回収器（３３）は磁場生成装置（１３）が含まれる区域内の放射状空洞部（３１）を横断した冷媒体を回収するとともに、第２回収器（３４）は磁場生成装置（１３）の外部に位置する区域内で横断放射状空洞部（３１）を横断した冷媒体を回収する。
【選択図】図１

Description

本発明は少なくとも１個の冠状扇形要素が配置されると同時に円状同軸部品が横断する環状空間を定める少なくとも１台の磁場生成装置が含まれる磁気作用による冷熱生成装置に関するもので、この部品には放射方向横断空洞部が備えられると同時に少なくとも１個の電磁熱材料が含まれ、前記放射方向横断空洞部は冷媒体を前記電磁熱材料と接触させるため設置されるものである。

従来の冷気生成装置には決まってその温度を上げるために冷却液を圧縮するコンプレッサーとこの冷却液をその冷却のために減圧するための膨張手段とが含まれる。広く使われる冷媒は非常に有害であると同時に、その使用には大きな大気汚染公害の危険をはらんでいることが判明している。このため、これらの冷媒は環境保護の点で現実のニーズにはもはやそぐわない。

冷気を生成させるための電磁熱作用を利用する装置は既に知られている。特に、米国特許ＵＳ４６７４２８８ではコイルにより生成される磁場内を移動する磁性物質が含まれるヘリウム液化装置ならびに前記コイルを利用した熱伝導状態にあるヘリウムが含まれるタンクが説明されている。磁性物質の平行移動により伝導要素を介してヘリウムに伝達される冷熱が発生する。

仏国公開特許ＦＲ２５２５７４８は磁性材料、変動磁場生成装置、ならびに飽和冷却液で満たされた室を含む熱および冷気の伝達装置が含まれる磁気冷却装置を目的としている。該磁性材料は冷気伝達手段が冷媒の凝結により磁性材料から冷気を抽出する位置において冷気を生成させるとともに、該磁性材料は熱伝達手段が別の冷媒の沸騰により磁性材料から熱を抽出する別の位置において熱を発生させる。

仏国公開特許ＦＲ２５８６７９３は、磁気を帯びる場合の熱生成と同時に脱磁される場合の冷気生成を目的とした物質と変動磁場の生成手段が含まれる装置に関するもので、前記磁場生成手段には超電導コイルと冷却要素が含まれるタンクからなる。

米国特許ＵＳ５２３１８３４には磁性流体が装置を通じて汲みあげられる前記変動磁場生成手段の磁気作用による暖冷房装置が説明されている。該流体は超伝導磁石等による生成磁場を通過する。該流体が磁場を突き抜ける場合に磁化が原因で加熱される。

このような装置はその効率が極めて低いと同時に、家庭用には応用不可能である。このため、これらは実際の冷却装置とは競合になりそうにない。

国際公開特許ＷＯ２００４/０５９２２１およびＷＯ２００４/０５９２２２は電磁熱作用による冷熱生成の方法と装置に関する。前者の公開内容では冷媒体がその回転軸と平行な方向に通過する回転部品が含まれる装置が説明されている。この構造ではその厄介さが露呈されるだけでなく、単純な構造でかつ経済的で尚かつメンテナンスを容易にできる小型装置の工業生産は困難となるだけである。

仏国公開特許ＦＲ２５１７４１５は常磁性物質を支える支持体が機械/磁気機構により面状円環の低温保持装置内に持ち込まれる方法と装置を対象としている。この支持体は、磁気支持体の両側に位置する電磁石や永久磁石により誘導磁場を受ける。この設計では、磁気回路は開放されていると同時に磁場線は全体装置外部で再び閉じる、これにより電磁石の利用の場合には大量のエネルギー消費を必要とする大量の磁気誘導が必要ということになる。また、これらの電磁石の利用によりガドリニウムのキューリー温度における良好な機能の保証のため消散を絶対に必要とするジュール効果による損失が引き起こされる。永久磁石の利用ではその磁石が有しなくてはならない性能が実際には市場で入手できないためこの機構の機能は実現不可能である。さらに、磁気回路自身が閉じないという点により大きな磁化漏出を引き起こす可能性がある上に、磁気絶縁を備える必要があり装置の製作コストを顕著に上昇させよう。このことは本発明の装置の場合にはなく、磁気回路自身を閉じるのでいかなる磁場漏出もないだけでなく、磁場が電磁熱材料内に集中される。

仏国特許公開ＦＲ２８６１４５４に説明される装置はその軸に関して交互に回転する磁気手段を放射方向に支持する円環が含まれる磁気流生成装置である。この構成は磁石の回転の理由でさらに高まった質量を移動させなくてはならないので系全体により吸収されるエネルギーを増やす。そのような不都合は磁石質量が固定されている本発明の装置では認められない。

国際特許公開ＷＯ０３/０５０４５６には、連続回転運動で動かされる２つの永久磁石を利用して、粉末形態のガドリニウムが含まれる単一区間の環状区域の別々の区画をこれらに非無磁場および無磁場を連続的に受けさせながら掃引する磁気冷却装置が説明されている。この装置を機能させるためには磁石の極めて正確な同期回転を必要とする。これは製作が技術的に困難であると同時にコストのかかる機構であり、前出の公開内容で説明された装置のように、ガドリニウム質量よりも大きな磁石質量の回転によって増えるエネルギー消費が要求される。

米国特許ＵＳ４７２７７２１により提案される機構では、１つまたは２つの対で対向して配置される磁石により交互に突き動かされる力が生み出され機構の回転の確保のためにエネルギー消費の増大を生ずる。これらの交互の力は振動、つまりはより急速な損耗と騒音を生じさせ得る。また、２種の冷媒体を循環させる点により機構の複雑性、つまりは接合部の摩耗が原因の万一の破損による故障の危険だけでなく製作とランニングのコストも増す。本発明の装置では溝が脇に並んで配置され、これにより応力が実用上連続するので振動の少ない運動が生まれる。このため、エネルギー消費が減少し、損耗も減少し騒音もほぼ存在しなくなる。また、冷媒体が１種類だけであることにより複雑な密閉機構の存在は無くて済む。
仏国公開特許ＦＲ２５２５７４８仏国公開特許ＦＲ２５８６７９３米国特許ＵＳ５２３１８３４国際公開特許ＷＯ２００４/０５９２２１国際公開特許ＷＯ２００４/０５９２２２仏国公開特許ＦＲ２５１７４１５仏国特許公開ＦＲ２８６１４５４国際特許公開ＷＯ０３/０５０４５６米国特許ＵＳ４７２７７２１

本発明は有害な冷媒体を利用しないと同時にこのため先行機構の欠点を呈しない冷却装置を提案して既知の機構の欠点の解消を提案する。また、本発明の装置は工業化可能であると同時に、最終的に殆ど厄介のない、効率もよくかつ経済的な装置となる単純かつ経済的な構造により実現できる。

この目的は序文に定められると同時にさらに、
-前記冷媒体の軸方向による前記円状同軸部品における引き込み手段
-前記冷媒体の放射方向による前記放射方向横断空洞部への導入手段、
-前記磁場生成器が含まれる区域において前記放射方向横断空洞部を横断した前記冷媒体の回収のために設置される少なくとも１台の第１回収器、
-前記磁場生成器の外部に位置する区域における前記放射方向横断空洞部を横断した前記冷媒体の回収のために設置される少なくとも１台の第２回収器
が含まれると同時に、前記冷媒体の軸方向による前記円状同軸部品への前記導入手段と前記冷媒体の放射方向による前記放射方向横断空洞部への前記導入手段に前記冷媒体を循環させるために設置される少なくとも１台の液体循環器が含まれることを特徴とする装置により達せられる。

本装置には同一装置に直列に連結されてより性能の高い装置を形成するために設置される装置の形成のために設置される手段が含まれると便利である。

前記冷媒体はガスでありうると同時にこの場合には前記冷媒体循環器は換気扇である。

前記冷媒体は液体であっても良くこの場合には前記冷媒体の循環器はポンプである。

ある好ましい実施形態によると、前記磁場生成器は固定されており、放射方向横断空洞部が含まれる前記円状同軸部品は前記円状同軸回転部品に同軸で取り付けされる駆動モーターを介してその軸周りに回転可能である。

前記磁場生成器は冠状半円形形態を有すると同時に、永久磁石がはめ込まれたＵ字状の横断面のスチール製コアが含まれて閉じられた磁場が形成されるのが有利である。

装置には駆動モーターと連結された外側回転袴状カバーの内部に同軸に配置される内側固定袴状カバーが含まれる力学支持集合体が含まれ、同軸回転部品は前記外側回転袴状カバーと一体固定されるのが好ましい。

内側固定袴状カバーと外側回転袴状カバーは玉軸受けを介して連結されるのが便利である。

この好ましい実施形態例では内側固定袴状カバーと外側回転袴状カバーは２つの装置の連結要素を形成する。

すべての実施形態例では力学支持集合体には主として板、ベルト、固定皿および内側固定袴状カバーが含まれる。

本装置にはベルトを利用して定められる下部円筒が含まれると同時に固定皿により下部空間が設定されるのが好ましい。

下部空間は主としてほぼ放射状の３つの仕切り壁によって分割されると同時に、前記円状同軸部品の軸方向による前記冷媒体の前記導入手段が形成されると都合が良い。

前記磁場生成器は１定数の対の冠状扇形の磁気要素から構成可能であるとともに、前記各対の冠状扇形要素は磁場生成器の軸に関して対称に配置される。

同一対の冠状扇形形状の要素はそれぞれ逆極性の磁場を発生させることが好ましい。

本発明は付録の図面により例示される様々な実施形態によりより良く理解されると同時により良い説明が浮かび上がろう。

本発明による装置の第１実施形態に対応する図１から図３を参照すると、この装置１０には力学支持集合体１２に取り付けられると同時に、固定磁場生成装置１３により生成される磁場を横断するその軸周りに回転駆動される電磁熱材料が含まれた円状同軸部品１１が含まれる。示される構造例では、固定磁場生成装置１３は磁石１５、好ましくは高性能永久磁石にはめ込まれる全体がＵ字形状をした磁化性スチールブロックから構成されるコア１４が含まれる半円冠状形態を有する。この構造は半冠状の磁化性スチールブロックが４分の１円の扇形に対応すると同時に２つずつ対称に配置されるか、あるいは大きさからみて６分の１あるいは８分の１の円に対応すると同時に、同様に２つずつで対称に配置される２つの磁化性スチールブロックに置き換えられる対称構造に変更されてもよい。この実施例は図８Ａと図８Ｂにより例として示されるものである。コア１４にはこの実施例では回転する円状同軸部品１１が噛合される磁極間隙１６が含まれる。円状同軸部品１１周辺とコア１４の隣接する仕切り壁との間の空間は極めて狭くかつほぼ一定である。これは原則として０.５ミリを越えてはならず、このことは同軸回転部品１１と力学支持集合体１２が非常に精密かつ剛性のある構造であることを意味する。磁場生成装置１３は、この場合、力学支持集合体１２の剛性板１７に取り付けられると同時に固定される

同軸回転部品１１は、駆動モーターＭに連結された回転外側袴状カバー２１の内側に同軸で配置される固定内側袴状カバー２０の基部に位置する固定皿１９上に取付けられたベルト１８の外側で回転する。固定内側袴状カバー２０と外側回転袴状カバー２１は２つの玉軸受け２２および２３を介して結合される。力学支持集合体１２には主として板１７、ベルト１８、固定皿１９、そして内側固定袴状カバー２０が含まれる。駆動モーターＭは固定皿１９と外側回転袴状カバー２１の頂点間に取り付けられる。内側円筒２４は図３によりさらに詳しく示されるベルト１８と固定皿１９が図３によりさらに詳細に示される下部空間２５を区切ると同時に、循環器２７が取り付けられる中央開口部２６を横断して外部環境と連絡する。内側空間２５は力学支持集合体１２の板１７を越えてほぼ固定板１９まで拡がり、かつ図２でさらに正確に示されるように、円筒の横方向仕切り壁２８が同軸回転部品１１の近傍でこの空間を区切ると同時に、ベルト１８内に設置される通路３０に向かい合う複数の孔２９が穿孔される。

図３は円筒横仕切り壁２８により区切られる下部空間２５の内側をさらに詳細に示している。この空間は主に、循環器２７により発生した空気の流れ方向を決定づけるほぼ放射状の３つの隔壁４１、４２および４３により分割される。示された例では、本発明の電磁熱装置により発生する熱量および冷気量を伝達するのに必要な冷媒体を構成するガスである空気は、循環器を構成する換気扇により移動状態に置かれる点が注目される。この冷媒体もまたこの場合には循環器を形成するポンプにより移動状態におかれる液体であってもよい。

同軸回転部品１１には、例えば、球の堆積形態の電磁熱材料で部分的あるいは全体的に満たされる横断する複数の放射状空洞部３１が設置され、これらの空洞部は周辺孔３２を通って、一方で磁場生成装置１３の半円冠状体を取り囲む加熱流体３３の回収器内に、他方で、同軸回転部品１１が磁場生成装置１３のコア１４の磁極間隙１６の外部で回転する区域に配置される冷媒体３４の回収器内に通じる。加熱流体回収器はこの板１７内に設置される開口部３６を通じて力学支持集合体１２の板１７に固定される加熱流体３５の導管と通じる。

図４はそれぞれ図１および図２と同様な２台の装置４０と５０を示し、これらの装置はいわば２段で装置効率を増やすよう直列に取り付けられる。図１に説明かつ示された構成部品と同様の本装置の構成部品には同一の参照番号が振られている。装置４０と５０のそれぞれには主として力学支持集合体１２に取り付けられると同時に、磁場生成装置１３により発生する磁場を横断してその軸周りに回転駆動される、電磁熱材料が含まれた同軸回転部品１１が含まれる。磁場生成装置１３は、示された構造の例では、好ましくは高性能の永久磁石の一連の磁石１５がはめ込まれた全体がＵ字形状を有するスチールブロックから構成されるコア１４が含まれる半円冠状形状を有する。コア１４には同軸回転部品１１と噛合する磁極間隙１６が含まれる。

装置５０は内側回転袴状カバー２０を含む外側固定袴状カバー２１のような内側回転袴状カバー２０が２台の装置で共通となるように装置４０が反転される点が注目される。

本発明は２段装置に限定されない。追加の別の装置が２台の装置４０および５０に直列に取り付けられても良く、この構成は装置の効率と性能を上げることを目的とする。

図１、図２および図３により示される本装置の機能は、冷気生成装置としての第１利用形態の本装置の機能の全体原理を説明づける図５Ａと図５Ｂとを参照して以下に説明される。換気扇２７により吹き込まれる空気は、吹き込まれた容積の３分の２の割合で隔壁４１と隔壁４２により仕切られた空間Ａ内、また、吹き込まれた容積の３分の１の割合で隔壁４２および隔壁４３により区切られた空間Ｂ内へと隔壁を吹き抜ける。入側空間Ａの空気容積は、例えば、空気を通過させるように電磁熱材料の堆積された球が含まれる円状同軸部品１１の横断する放射状空洞部３１内に注入されると同時に、室内空気中に戻される。これは円状同軸部品１１を横断した空気の問題であると同時に電磁熱材料の電磁熱効果で加熱された空気の問題である。空間Ｂからくる円状同軸部品１１内に吹き込まれた空気は、出口に回収されるとともに空間Ｃに吹き込まれる。区域Ｄ内の空間Ｃの第１区域からくる円状同軸部品１１から出る空気は、換気扇２７により吹き込まれる空気と混合される空間Ｂに吸入される。区域Ｄに近接する区域内の空間Ｃの第２区域からくる円状同軸部品１１からの空気は、冷気生成装置として機能する装置により利用される冷却空気の流れＦｘを構成する。

図６Ａと図６Ｂにより示される第２利用形態では換気扇２７は空気だけを空間Ｂ内に吹き込む。円状同軸部品１１から横断する放射状空洞部を横断した空気は空間Ａと空間Ｃ内に等分に吸入される。扇状部Ｃから出る冷却された空気の流れＦｘは回収されると同時に冷却空間（図示されず）内に吹き込まれる。この冷却空間（図示されず）から出る冷却済空気の流れはこの冷却空間内に入る空気の流れＦｘに相当し、取り出されると同時に空間Ｂと空間Ｄ内に等分に吸入される。この空気の半分は換気扇２７により空間Ｂ内に吹き込まれる屋内空気と混合される。この空気の残りの半分は空間Ａの空気と混合される。１部分、この場合には空間Ａからくる空気の半分が空間Ｄ内に吹き込まれる

図７Ａと図７Ｂは装置に４本の管Ｅ、Ｆ、ＧおよびＨといった２台の換気扇２７ａおよび２７ｂが設置された第３利用形態を示す。第１換気扇２７ａは屋内空気あるいは扇状部Ａの空気を吸いこむと同時にこれを管Ｅ内に送り出す。別の換気扇２７ｂは冷却空間（図示されず）からくる空気を吸い込むと同時に管Ｇ内にこれを送り出す。４本の管Ｅ、Ｆ、Ｇ、およびＨから出る空気は４つの空間Ａ、Ｂ、Ｃ、そしてＤ内に均等に分割される。管Ｆと管Ｈは扇状部Ｄおよび扇状部Ｂからそれぞれくる空気により供給される。扇状部Ｃから出る空気は冷却空間内に吸入される。空間Ｂおよび空間Ｄは接続されると同時に、温度はこれらの空間内で同一であるのが理想的である。扇状部Ａから空気を回収しながら全体装置は全体的に閉じられるようになる。

図８Ａおよび図８Ｂは磁場生成手段が全く配置されていないそれぞれ４つの要素１４１、１４２、１４３、および１４４によりそれぞれ分離される４つの扇状冠状部品１３１、１３２、１３３、そして１３４が含まれる磁場生成装置１３０の実施形態を例示している。円状回転部品１１０が交互に磁場区域および脱磁場区域を横断するように取り付けられる。磁場の南北方向がこれらの要素により２つの生成磁場に関して向かい合う、例えば扇状部品１３１と１３３の２つの扇状部品の磁極を反転させることできると便利である。この構造の利点は円状回転部品１１０に作用する引力効果が常時バランスを保ち、これにより装置の構造が単純となると同時に移動部品の応力が低減する。

本発明による電磁熱作用による冷熱生成装置の第１実施形態の概要斜視図図１の装置の軸方向断面図冷媒体の引き込み手段の構造の下部斜視部分図全体装置の効率を上げるために直列に取り付けられる図１と同様の２台の装置が含まれる本発明による電磁熱効果による冷熱生成装置の第２実施形態の斜視図本発明による装置の第１利用形態を例示した概要図本発明による装置の第１利用形態を例示した概要図本発明による装置の第２利用形態を例示した概要図本発明による装置の第２利用形態を例示した概要図本発明による装置の第３利用形態を例示した概要図本発明による装置の第３利用形態を例示した概要図本発明による装置の磁場生成器の有利な利用形態を例示した概要図本発明による装置の磁場生成器の有利な利用形態を例示した概要図、図８ＡのＡ−Ａラインによる断面図

Claims

少なくとも１つの冠状扇形部分により配置されると同時に同心円状部品(１１)が横断する環状空間を定め、この部品に放射方向横断空洞部（３１）が設置されるとともに少なくとも１個の電磁熱材料が含まれ、前記放射方向横断空洞部は冷媒体が前記電磁熱材料に接触するよう設置される、少なくとも１台の磁場生成装置(１３，１３０)が含まれ電磁熱作用による冷熱生成装置(１０)であって、さらに前記冷媒体の軸方向による前記円状同軸部品(１１)内への引き込み手段、前記冷媒体の放射方向による前記放射方向横断空洞部(３１)内への導入手段、前記磁場生成装置(１３)が含まれる区域において前記放射方向横断空洞部(３１)を横断した前記冷媒体の回収のために設置される少なくとも１台の第１回収器(３３)、ならびに、前記磁場生成装置(１３)の外部に位置する区域において前記放射方向横断空洞部(３１)を横断した前記冷媒体の回収のため設置される少なくとも１台の第２回収器（３４)が含まれると同時に、前記冷媒体の軸方向による前記円状同軸部品(１１)内への前記導入手段と前記冷媒体の放射方向による前記放射方向横断空洞部(３１)内への導入手段に、前記冷媒体の循環用に設置される少なくとも１台の流体循環器(２７,２７ａ,２７ｂ)が含まれることを特徴とする冷熱生成装置。
さらに能力の高い装置を形成するために少なくとも１台の同じ装置(５０)に直列に連結されて設置される装置(４０)の形成用の設置手段が含まれることを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記冷媒体がガスであることならびに前記冷媒循環器が換気扇であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記冷媒体が液体であることならびに冷媒体の循環器がポンプであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記磁場生成装置(１３，１３０)が固定されていることならびに放射方向横断空洞部(３１)が含まれる前記円状同軸部品(１１)が前記同軸回転円状部品(１１)と同軸に取り付けられる駆動モーター(Ｍ)を介してその軸廻りに回転可能であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記磁場生成装置(１３)が半円冠状形状であると同時に、永久磁石(１５)がはめこまれて閉鎖磁場を形成するＣ字またはＵ字形状横断面のスチール製コア(１４)が含まれることを特徴とする請求項１に記載の装置。
駆動モーター(Ｍ)と連結される外側回転袴状カバー(２１)の内側に同軸で配置される内側固定袴状カバー(２０)が含まれる力学支持集合体(１２)が含まれ、同軸回転部品(１１)が前記外側回転袴状カバー(２１)と一体固定されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
固定内側袴状カバー(２０)および回転外側袴状カバー(２１)が玉軸受け(２２,２３)を介して結合されることを特徴とする請求項７に記載の装置。
固定内側袴状カバー(２０)および回転外側袴状カバー(２１)により２つの装置(４０,５０)の連結部品が形成されることを特徴とする請求項２および請求項７に記載の装置。
力学支持集合体(１２)に主として、板(１７)、ベルト状環(１８)、固定台(１９)および固定内側袴状カバー(２０)が含まれることを特徴とする請求項７に記載の装置。
ベルト状環(１８)と固定台(１９)により下部空間(２５)が区切られる下部円筒(２４)が含まれることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
内側空間(２５)が主にほぼ放射方向の３つの仕切り壁(４１４２,４３) により分割されると同時に、前記円状同軸部品(１１)の軸方向に従った前記冷媒体の前記導入手段を形成することを特徴とする請求項１１に記載の装置。
前記磁場生成装置(１３０)がある数の対の冠状扇形形状の磁気要素から構成され、これらの要素により２つずつ対が形成されると同時に同一対の要素が前記磁場の生成装置の軸に関して直径方向に向かい合うことを特徴とする請求項１に記載の装置。
同一対の冠状扇形形状の要素（１３１，１３３，１３２,１３４）によりそれぞれ逆極性の磁場が生成されることを特徴とする請求項１３に記載の装置。