JP2010216744A - 渦電流加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自然界やその他の運動エネルギーを高効率かつ低コストで熱エネルギーに変換することができ、さらに、装置自体を小型化および低コスト化できる渦電流加熱装置を提供する。
【解決手段】外部からの駆動力により回転可能に設けられ、回転中心から所定距離以内の内周側が空洞部とされたロータ２と、前記空洞部内に磁界を生じさせるように配置され、前記ロータに固定された複数の永久磁石２２と、前記永久磁石による磁界中に配置され、かつ、前記ロータと接触しないように前記空洞部内に固定された導電材料からなる管状の加熱部３とを有する。そして、前記加熱部内に流体を流通させるとともに前記ロータを回転させ、前記加熱部に発生する渦電流により前記加熱部およびその内部の流体を加熱するものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、運動エネルギーを熱エネルギーに変換して水等の加熱用流体を高効率で加熱する渦電流加熱装置に関するものであり、特に、従来のものよりも小型化および低コスト化の可能な渦電流加熱装置に関するものである。

自然界やその他のエネルギーを利用するために、運動エネルギーを効率よく熱エネルギーに変換するための装置が望まれている。渦電流を利用して、運動エネルギーを熱エネルギーに変換する装置としては、下記の特許文献１に記載されたものがある。特許文献１には、永久磁石を配置した回転体の周りを取り囲むように銅パイプを配置し、その銅パイプを誘導加熱によって加熱して、銅パイプ中に流す水を加熱するようにした湯沸器が記載されている。

特開２００４−３１６９４３号公報

特許文献１に記載されたような湯沸器は、永久磁石を配置した回転体の周りを取り囲むように銅パイプが配置されているため、どうしても装置全体が大型化してしまうという問題点があった。また、銅パイプをコイル状に加工するための加工コストがかかり、コスト低減が難しかった。コイル状の細い銅パイプ中を水が流通するため、銅パイプ中に異物や酸化物等が堆積し、銅パイプの内径減少や詰まりが発生するおそれがあった。このような銅パイプ内の堆積物の除去には専用の大型装置が必要であり、メインテナンスのコスト増大の原因となっていた。

そこで、本発明は、以上のような問題点を解決し、自然界やその他の運動エネルギーを高効率かつ低コストで熱エネルギーに変換することができ、さらに、装置自体を小型化および低コスト化できる渦電流加熱装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の渦電流加熱装置は、外部からの駆動力により回転可能に設けられ、回転中心から所定距離以内の内周側が空洞部とされたロータと、前記空洞部内に磁界を生じさせるように配置され、前記ロータに固定された複数の永久磁石と、前記永久磁石による磁界中に配置され、かつ、前記ロータと接触しないように前記空洞部内に固定された導電材料からなる管状の加熱部とを有し、前記加熱部内に流体を流通させるとともに前記ロータを回転させ、前記加熱部に発生する渦電流により前記加熱部およびその内部の流体を加熱するものである。

また、上記の渦電流加熱装置において、前記加熱部は、金属材料からなる円筒形状の管であることが好ましい。

また、上記の渦電流加熱装置において、前記加熱部内を流通させる流体が水の場合は、前記加熱部は、銅からなる円筒形状の管であることが好ましい。

本発明は、以上のように構成されているので、以下のような効果を奏する。

ロータの中心部に磁束を集中させて磁束密度を増大させているので、効率よく加熱部を発熱させることができる。また、渦電流加熱装置全体の外径を小さくして小型化することができる。そして、渦電流加熱装置の構造を簡素なものとして製造コストを大幅に低減させることができる。さらに、渦電流加熱装置のメインテナンスのコストを大幅に低減させることができる。

図１は、渦電流加熱装置１の構成を示す断面図である。 図２は、図１におけるＡ−Ａ矢視断面図である。 図３は、永久磁石２２の内周側の支持構造を示す拡大断面図である。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の渦電流加熱装置１の構成を示す断面図である。また、図２は図１におけるＡ−Ａ矢視断面図である。渦電流加熱装置１は、回転可能に設けられたロータ２と、ロータ２の中心部に配置され固定された加熱部３とからなる。加熱部３は導電材料（例えば、金属）からなる直線状の円筒形状の管であり、加熱部３の内部を加熱対象の流体（例えば、水）が流通する。加熱部３を構成する導電材料は金属が好ましく、また、水に対する耐腐食性や熱伝導性を考慮すると金属の中でも銅が好ましい。

ロータ２は、加熱部３の周囲を包囲するように設けられており、軸受によって回転可能に支持されている。ロータ２は、回転中心の近傍が空洞とされており、全体が円筒状の形状となっている。ロータ２の外周側は強磁性体（例えば、軟鉄）からなる円筒状の本体であり、ロータ２の本体の内周側には複数の永久磁石２２が固定されている。ロータ２の本体はヨーク（継鉄）として機能し、永久磁石２２の外周側の磁路を形成している。

ロータ２の本体の内周側には中心軸方向に延びる溝が形成されており、その溝に永久磁石２２がはめ込まれて固定されている。溝は円周方向に等間隔に８本設けられている。図１に示すように、１本の溝に複数（ここでは８個）の永久磁石２２が並べて配置されている。１本の溝に配置される永久磁石２２は全て同じ極性に磁化されたものである。

図２に示すように、円周方向に隣接する永久磁石２２は、互いに逆極性となるように配置されている。すなわち、円周方向に隣接する２つの溝には、逆の極性に磁化された永久磁石２２が配置される。永久磁石２２から外方に向けて出る磁束は、ほとんどがロータ２の本体を通って円周方向に隣接する永久磁石２２に向かうため、ロータ２の外側の磁束密度は非常に小さくなる。

図３は、永久磁石２２の内周側の支持構造を示す拡大断面図である。永久磁石２２の内周側には、非磁性体（例えば、合成樹脂）からなる内周パイプ２３が配置されている。なお、内周パイプ２３は材料または構造により断熱性を備えたのものとすることが好ましい。内周パイプ２３の外周面には、中心軸方向に延びる溝が形成されており、その溝に永久磁石２２がはめ込まれて固定されている。内周パイプ２３の内側は空洞部２１となっており、その空洞部２１に加熱部３が配置される。加熱部３は、内周パイプ２３と接触しないように、そして、永久磁石２２による磁界中に位置するように配置される。

ロータ２の端部外周には、ベルト機構などの伝導機構によってロータ２を回転駆動するためのプーリ２４が固定されている。このような渦電流加熱装置１の加熱部３の内部に流体を流通させながら、ロータ２を回転駆動することにより、永久磁石２２からの磁束が回転して磁束と交差する加熱部３に渦電流が発生し、その渦電流によって加熱部３が発熱する。そして、加熱部３内を流れる流体が加熱部３によって加熱される。なお、ロータ２を回転駆動する運動エネルギーとしては、風力等の自然エネルギーが利用できることはもちろん、その他の人や動物が発生する運動エネルギーを利用することもできる。

この渦電流加熱装置１では、ロータ２における永久磁石２２が、中心部である空洞部２１に向けて磁束を発生するように配置されているので、磁束が中心方向に集中して磁束密度が大きくなる。このため、効率よく加熱部３を発熱させることができる。また、加熱部３がロータ２の中心付近に固定される構造のため、渦電流加熱装置１全体の外径を小さくして小型化することができる。

さらに、加熱部３は、曲がりのない直線状の円筒管（パイプ）形状であり、円筒管の直径も比較的大きいため、加熱部３の内面に異物や酸化物等が堆積して詰まりが発生する可能性は大幅に減少する。そして、加熱部３の内面の汚れ等を清浄化する作業も通常の清掃用具により容易に行うことができる。そのため、メインテナンスのコストを大幅に低減させることができる。

以上のように、本発明の渦電流加熱装置１は、ロータ２の中心部に磁束を集中させて磁束密度を増大させ、効率よく加熱部３を発熱させることができる。また、渦電流加熱装置１全体の外径を小さくして小型化することができる。そして、渦電流加熱装置１の構造を簡素なものとして製造コストを大幅に低減させることができる。さらに、渦電流加熱装置１のメインテナンスのコストを大幅に低減させることができる。

本発明の渦電流加熱装置は、自然界やその他の運動エネルギーを高効率かつ低コストで熱エネルギーに変換することができ、有用なエネルギー変換手段を提供するものである。さらに、装置自体を小型化および低コスト化できるため、種々の機器に組み込んでエネルギーを有効利用することが可能である。

１ 渦電流加熱装置
２ ロータ
３ 加熱部
２１ 空洞部
２２ 永久磁石
２３ 内周パイプ
２４ プーリ

Claims (3)

1. 外部からの駆動力により回転可能に設けられ、回転中心から所定距離以内の内周側が空洞部（２１）とされたロータ（２）と、
   前記空洞部（２１）内に磁界を生じさせるように配置され、前記ロータ（２）に固定された複数の永久磁石（２２）と、
   前記永久磁石（２２）による磁界中に配置され、かつ、前記ロータ（２）と接触しないように前記空洞部（２１）内に固定された導電材料からなる管状の加熱部（３）とを有し、
   前記加熱部（３）内に流体を流通させるとともに前記ロータ（２）を回転させ、前記加熱部（３）に発生する渦電流により前記加熱部（３）およびその内部の流体を加熱するものである渦電流加熱装置。
2. 請求項１に記載した渦電流加熱装置であって、
   前記加熱部（３）は、金属材料からなる円筒形状の管である渦電流加熱装置。
3. 請求項２に記載した渦電流加熱装置であって、
   前記加熱部（３）は、銅からなる円筒形状の管であり、
   前記加熱部（３）内を流通させる流体は、水である渦電流加熱装置。

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