JP2011129433A - Induction heating device and power generation system equipped with the same - Google Patents

Induction heating device and power generation system equipped with the same Download PDF

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徹 岡崎
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    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an induction heating device and a power generating system using the same which is of a simple structure, but has good performance suitable for heating a heating medium and is practical enough. <P>SOLUTION: The induction heating device 101 includes: a rotor 11 fixed to a rotating shaft 21 and formed by a magnetic material of a noncircular outline; fixed magnetic poles 121-124 (a fixed magnetic pole group 12) arranged in opposition to the rotor on an outer periphery of the same and with alternate polarities; coil elements 131-134 (coils 13) arranged on the fixed magnetic poles and generating direct current magnetic fields; a heating part 14, arranged between the fixed magnetic poles and the rotor which is made of a conductive material; and a piping 15 arranged at the heating part, through which the heating medium circulates. And a magnetic field is formed by the fixed magnetic pole group 12 and the rotor 11 through DC current flow of the coils 13, and the heating part 14 is heated by induction by changes of magnetic flux passing through the heating part 14 by rotation of the rotor 11, and the heating medium inside of the piping 15 is heated. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、誘導加熱を利用して熱媒体を加熱する誘導加熱装置およびそれを備える発電システムに関する。   The present invention relates to an induction heating apparatus that heats a heat medium using induction heating and a power generation system including the induction heating apparatus.

水を加熱する装置として、誘導加熱(渦電流)を利用した加熱装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の渦電流加熱装置では、外周に永久磁石が配置された回転可能なロータと、このロータの外周に固定して設けられ、内部に水を流通させる流通路が形成された導電材料の加熱部とを備える。そして、ロータが回転することより、ロータ外周の永久磁石による磁力線が加熱部を貫通して移動することで、加熱部に渦電流が発生して、加熱部自体が発熱する。その結果、加熱部で発生した熱が内部の流通路を流通する水に伝達され、水が加熱される。   As a device for heating water, a heating device using induction heating (eddy current) has been proposed (for example, see Patent Document 1). In the eddy current heating device described in Patent Document 1, a rotatable rotor having a permanent magnet disposed on the outer periphery, and a conductive passage provided in a fixed manner on the outer periphery of the rotor and having a flow passage through which water flows. A heating part for the material. As the rotor rotates, the magnetic lines of force generated by the permanent magnets on the outer periphery of the rotor move through the heating unit, so that an eddy current is generated in the heating unit and the heating unit itself generates heat. As a result, the heat generated in the heating unit is transmitted to the water flowing through the internal flow passage, and the water is heated.

上記の技術は風力などのエネルギーを利用して給湯を行うことを主目的としたものであるが、近年、同じく風力、水力、波力などの再生可能エネルギーを利用した発電システムが注目されている。   The above-mentioned technology is mainly intended to supply hot water using energy such as wind power, but in recent years, power generation systems using renewable energy such as wind power, hydraulic power, and wave power are also attracting attention. .

例えば非特許文献1〜3には、風力発電に関する技術が記載されている。風力発電は、風で風車を回転させ、発電機を駆動して発電するものであり、風のエネルギーを回転エネルギーに変換して、電気エネルギーとして取り出すものである。風力発電システムは、塔の上部にナセルを設置し、このナセルに水平軸風車(風の方向に対して回転軸がほぼ平行な風車)を取り付けた構造が一般的である。ナセルには、風車の回転軸の回転数を増速して出力する増速機と、増速機の出力によって駆動される発電機とが格納されている。増速機は、風車の回転数を発電機の回転数まで高める(例えば1:100)ものであり、ギアボックスが組み込まれている。   For example, Non-Patent Documents 1 to 3 describe technologies relating to wind power generation. In wind power generation, a windmill is rotated by wind and a generator is driven to generate electric power. Wind energy is converted into rotational energy and extracted as electric energy. A wind power generation system generally has a structure in which a nacelle is installed at the top of a tower, and a horizontal axis wind turbine (a wind turbine whose rotation axis is substantially parallel to the wind direction) is attached to the nacelle. The nacelle stores a speed increaser that speeds up and outputs the rotational speed of the rotating shaft of the windmill, and a generator that is driven by the output of the speed increaser. The speed increaser increases the number of rotations of the wind turbine to the number of rotations of the generator (for example, 1: 100), and a gear box is incorporated.

最近では、発電コストを下げるため、風車(風力発電システム)を大型化する傾向があり、風車の直径が120m以上、5MWの風力発電システムが実用化されている。このような大型の風力発電システムは、巨大かつ重量物であるため建設上の理由から、洋上に建設されるケースが多い。   Recently, there is a tendency to increase the size of wind turbines (wind power generation systems) in order to reduce power generation costs, and wind turbines with a diameter of 120 m or more and 5 MW have been put into practical use. Such large-scale wind power generation systems are huge and heavy, and are often constructed offshore for construction reasons.

また、風力発電では、風力の変動に伴い発電出力(発電量)が変動するため、風力発電システムに蓄電システムを併設し、不安定な電力を蓄電池に蓄えて、出力を平滑化することが行われている。   In wind power generation, the power generation output (power generation amount) fluctuates with the fluctuation of wind power. Therefore, a power storage system is added to the wind power generation system, unstable power is stored in the storage battery, and the output is smoothed. It has been broken.

特開2005‐174801号公報JP 2005-174801 A

“風力発電(01‐05‐01‐05)”、[online]、原子力百科辞典ATOMICA、[平成21年12月18日検索]、インターネット<URL:http://www.rist.or.jp/atomica/>“Wind Power Generation (01-05-01-05)”, [online], Atomic Encyclopedia ATOMICA, [Searched on December 18, 2009], Internet <URL: http://www.rist.or.jp/ atomica /> “2000kW大型風力発電システム SUBARU80/2.0 PROTOTYPE”、[online]、富士重工業株式会社、[平成21年12月18日検索]、インターネット<URL:http://www.subaru-windturbine.jp/home/index.html>“2000kW large wind power generation system SUBARU80 / 2.0 PROTOTYPE”, [online], Fuji Heavy Industries, Ltd. [searched on December 18, 2009], Internet <URL: http://www.subaru-windturbine.jp/home/ index.html> “風力講座”、[online]、三菱重工業株式会社、[平成21年12月18日検索]、インターネット<URL:http://www.mhi.co.jp/products/expand/wind_kouza.html>“Wind Course”, [online], Mitsubishi Heavy Industries, Ltd., [Searched on December 18, 2009], Internet <URL: http://www.mhi.co.jp/products/expand/wind_kouza.html>

しかし、上記した特許文献1に記載されるような従来の誘導加熱装置では、磁場(磁力線)を発生させる手段に永久磁石を用いているため、次のような不具合が起こり得る。   However, in the conventional induction heating apparatus as described in Patent Document 1 described above, since a permanent magnet is used as a means for generating a magnetic field (lines of magnetic force), the following problems may occur.

誘導加熱エネルギーは、磁場の強さ(H)の二乗に比例することが知られているが、永久磁石では一般的に発生できる磁場が弱いため、十分な誘導加熱エネルギーが得られず、所望の温度まで熱媒体(例えば、水などの液体)を加熱できない虞がある。   Induction heating energy is known to be proportional to the square of the magnetic field strength (H). However, a permanent magnet generally has a weak magnetic field that can be generated, so that sufficient induction heating energy cannot be obtained. There is a possibility that a heat medium (for example, a liquid such as water) cannot be heated to a temperature.

また、強力な磁場を得るためにネオジウム磁石を用いることが考えられるが、ネオジウム磁石は熱に弱く、温度が上昇すると、磁気特性が低下する(これは、一般的なフェライト磁石も同じ)。そのため、加熱部の近い位置に永久磁石が配置されるような従来の誘導加熱装置では、永久磁石の温度が上昇し易く、結果的に所望の温度まで熱媒体を加熱できない虞がある。さらに、永久磁石は、時間の経過とともに磁気特性が劣化することから、長時間の使用に耐えられない虞がある。ところで、熱による磁気特性の劣化を防止するために永久磁石の周囲に断熱材を設けることも考えられるが、断熱材は通常非磁性体であるため、結果的に磁場の低下を招いてしまう欠点がある。   In addition, it is conceivable to use a neodymium magnet to obtain a strong magnetic field, but the neodymium magnet is weak against heat, and when the temperature rises, the magnetic properties deteriorate (this is the same as a general ferrite magnet). Therefore, in the conventional induction heating apparatus in which the permanent magnet is disposed near the heating unit, the temperature of the permanent magnet is likely to rise, and as a result, the heat medium may not be heated to a desired temperature. Furthermore, since permanent magnets deteriorate in magnetic characteristics over time, there is a possibility that they cannot be used for a long time. By the way, in order to prevent the deterioration of the magnetic properties due to heat, it is conceivable to provide a heat insulating material around the permanent magnet. However, since the heat insulating material is usually a non-magnetic material, it results in a decrease in the magnetic field. There is.

一方、一般に広く知られている風力発電システムでは、出力平滑化のため蓄電システムが設置されているが、蓄電システムには電力を蓄電池に蓄えるためにコンバータなどの部品が必要であるため、システムの複雑化、電力損失の増大を招く。また、大型の風力発電システムの場合では、発電量に応じた大容量の蓄電池が必要であり、システム全体としてのコスト増大を招く。   On the other hand, in a generally well-known wind power generation system, a power storage system is installed for smoothing the output. However, since the power storage system requires components such as a converter to store power in the storage battery, This increases complexity and power loss. Further, in the case of a large-scale wind power generation system, a large-capacity storage battery corresponding to the amount of power generation is required, which increases the cost of the entire system.

また、風力発電システムの故障原因の多くは、増速機、より具体的にはギアボックスのトラブルによるものである。ギアボックスが故障すると、通常はギアボックスを交換することで対処しているが、塔の上部にナセルが設置されている場合は、ギアボックスの取り付け・取り外しに多大な時間と労力を要する。そこで最近では、増速機を必要としないギアレスの可変速式風力発電機もある。   Moreover, many of the causes of failure of the wind power generation system are due to problems with the gearbox, more specifically, the gear box. When a gearbox breaks down, it is usually handled by replacing the gearbox. However, if a nacelle is installed at the top of the tower, it takes a lot of time and effort to attach and remove the gearbox. Therefore, recently, there is a gearless variable-speed wind generator that does not require a gear box.

しかし、ギアレスの場合、具体的には発電機の極数を増やすこと(多極発電機)で対応するが、増速機を使用する場合と比較して、発電機が大型・重量化する。特に、5MWクラスの大型の風力発電システムでは、発電機の重量が300トン(300000kg)を超えるものと考えられ、ナセル内に配置することが困難である。   However, the gearless case can be dealt with by specifically increasing the number of poles of the generator (multipolar generator), but the generator becomes larger and heavier than when using a speed increaser. In particular, in a large-scale wind power generation system of 5 MW class, the weight of the generator is considered to exceed 300 tons (300000 kg), and it is difficult to arrange in the nacelle.

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、簡易な構成でありながら、熱媒体を加熱するのに適した良好な性能を有し、十分に実用的な誘導加熱装置を提供することにある。また、別の目的は、上記の誘導加熱装置を備える発電システムを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and one of its purposes is a simple configuration, but has good performance suitable for heating a heat medium and is sufficiently practical. Is to provide a simple induction heating apparatus. Another object is to provide a power generation system including the induction heating device.

本発明の誘導加熱装置は、回転体と、少なくとも一対の固定磁極と、コイルと、加熱部と、配管とを備える。回転体は、回転軸に固定され、外形が非円形の磁性材料からなる。固定磁極は、回転体に対向するように回転体の外周に配置され、各磁極の極性が異なる。コイルは、固定磁極に設けられ、直流磁場を発生させる。加熱部は、固定磁極と回転体との間に配置され、導電材料からなる。配管は、加熱部に設けられ、熱媒体が流通する。この装置は、コイルの直流通電により、一方の固定磁極、回転体、他方の固定磁極を通る磁気回路が形成される。そして、回転体の回転により、固定磁極と回転体との間に配置された加熱部の少なくとも一部を通過する磁束が変化することで、加熱部が誘導加熱され、熱媒体を加熱することを特徴とする。   The induction heating device of the present invention includes a rotating body, at least a pair of fixed magnetic poles, a coil, a heating unit, and piping. The rotating body is made of a magnetic material that is fixed to the rotating shaft and has a non-circular outer shape. The fixed magnetic pole is disposed on the outer periphery of the rotating body so as to face the rotating body, and the polarity of each magnetic pole is different. The coil is provided on the fixed magnetic pole and generates a DC magnetic field. The heating unit is disposed between the fixed magnetic pole and the rotating body and is made of a conductive material. Piping is provided in a heating part and a heat carrier distribute | circulates. In this apparatus, a magnetic circuit passing through one fixed magnetic pole, the rotating body, and the other fixed magnetic pole is formed by direct current application of the coil. The rotation of the rotating body changes the magnetic flux passing through at least a part of the heating unit disposed between the fixed magnetic pole and the rotating body, so that the heating unit is induction-heated and heats the heating medium. Features.

本発明の誘導加熱装置によれば、磁場発生手段にコイル(電磁石)を用いているため、従来の永久磁石を用いた装置に比較して、強い磁場を発生させることができる。具体的には、コイルに通電する直流電流を大きくすることで、強い磁場を発生させることができ、通電電流を制御することで磁場の強さを調整することも可能である。また、コイルであれば、永久磁石と比較して、温度上昇による磁気特性の低下や、経時的な磁気特性の劣化が起こり難い。さらに、コイルの温度上昇を防止するために断熱材を設ける場合、その断熱材を磁気回路の途中(具体的には固定磁極と加熱部との間)に配置する必要は必ずしもなく、断熱材をコイルの加熱部に対向する側にのみ設ければ、磁場の低下を招くこともない。例え断熱材を磁気回路の途中に配置する場合であっても、通電電流をより大きくすることで、十分な磁場強度を維持することができる。つまり、磁場発生手段としての機能を十分に発揮することができる。その結果、十分な誘導加熱エネルギーを得ることができるので、熱媒体を所定の温度(例えば、100℃〜600℃)まで加熱できる。したがって、熱媒体を効率良く加熱することができ、熱媒体を加熱するのに適した良好な性能を得ることができる。   According to the induction heating apparatus of the present invention, since a coil (electromagnet) is used as the magnetic field generating means, a stronger magnetic field can be generated as compared with a conventional apparatus using a permanent magnet. Specifically, it is possible to generate a strong magnetic field by increasing the direct current that flows through the coil, and it is also possible to adjust the strength of the magnetic field by controlling the energizing current. In addition, in the case of a coil, compared to a permanent magnet, the magnetic characteristics are less likely to deteriorate due to a temperature rise, and the magnetic characteristics are less likely to deteriorate over time. Furthermore, when providing a heat insulating material to prevent the temperature of the coil from rising, it is not always necessary to arrange the heat insulating material in the middle of the magnetic circuit (specifically, between the fixed magnetic pole and the heating part). If it is provided only on the side of the coil facing the heating part, the magnetic field will not be lowered. Even when the heat insulating material is disposed in the middle of the magnetic circuit, a sufficient magnetic field strength can be maintained by increasing the energization current. That is, the function as the magnetic field generating means can be sufficiently exhibited. As a result, sufficient induction heating energy can be obtained, so that the heat medium can be heated to a predetermined temperature (for example, 100 ° C. to 600 ° C.). Therefore, the heat medium can be efficiently heated, and good performance suitable for heating the heat medium can be obtained.

本発明の誘導加熱装置では、回転する回転体を磁性材料で形成し、回転せず固定された固定磁極にコイルが装着されていることで、コイルに接続する直流電源の取り回しが容易である。磁性材料としては、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、ケイ素鋼、パーマロイ、及びフェライトなどが挙げられる。また、回転せず固定された加熱部に配管を設けることで、配管に連通して外部から熱媒体を供給・排出する給排管と配管との接続に、配管の回動を許容する回転継手を用いる必要がなく、簡易な構成で、堅牢な接続を実現できる。具体的には、熱媒体を加熱すると配管内の圧力が上昇し、例えば熱媒体が水(蒸気)の場合では600℃で約25MPa(250気圧)に達する。加熱部(配管)が回転する場合は、その圧力に耐えられる特殊な回転継手が必要であるところ、回転しない場合は、回転継手の必要がなく、例えば給排管と配管とを溶接するといった単純な方法を採用することで、十分に堅牢な構造を実現できる。   In the induction heating apparatus of the present invention, the rotating rotating body is made of a magnetic material, and the coil is mounted on the fixed magnetic pole fixed without rotating, so that the direct current power source connected to the coil can be easily routed. Examples of the magnetic material include iron, nickel, cobalt, silicon steel, permalloy, and ferrite. In addition, by providing a pipe in the heating section that is fixed without rotating, a rotary joint that allows the pipe to rotate in the connection between the pipe and the supply / discharge pipe that communicates with the pipe and supplies and discharges the heat medium from the outside There is no need to use a simple connection, and a robust connection can be realized. Specifically, when the heat medium is heated, the pressure in the pipe increases. For example, when the heat medium is water (steam), the pressure reaches about 25 MPa (250 atm) at 600 ° C. When the heating part (pipe) rotates, a special rotary joint that can withstand the pressure is required. When it does not rotate, there is no need for a rotary joint. For example, a simple connection such as welding the supply / discharge pipe and the pipe By adopting this method, a sufficiently robust structure can be realized.

本発明の誘導加熱装置における熱媒体が加熱されるメカニズムについて説明する。本発明の誘導加熱装置では、コイルに直流通電することにより、回転体に対向する固定磁極に磁束が流れ、一方の固定磁極から回転体を通って他方の固定磁極に至る磁気回路が形成される。そして、非円形の回転体が回転することにより、固定磁極と回転体との間の一部において、固定磁極‐回転体間のギャップ(距離)が変化する。具体的には、固定磁極と回転体とが対向し、固定磁極‐回転体間の距離が狭小になり固定磁極と回転体とが連続状態になるとき、固定磁極から回転体に磁束が流れ易くなる。一方、回転体の回転により、固定磁極‐回転体間の距離が広大になり固定磁極と回転体とが非連続状態になるとき、固定磁極から回転体に磁束が流れ難くなる。その結果、固定磁極と回転体との間に配置された加熱部の少なくとも一部を通過する磁束(磁場)が変化することで、加熱部が誘導加熱され、熱媒体が加熱される。   The mechanism by which the heat medium in the induction heating apparatus of the present invention is heated will be described. In the induction heating apparatus of the present invention, a magnetic circuit is formed by flowing a direct current through the coil to the fixed magnetic pole facing the rotating body and from one fixed magnetic pole through the rotating body to the other fixed magnetic pole. . When the non-circular rotating body rotates, a gap (distance) between the fixed magnetic pole and the rotating body changes in a part between the fixed magnetic pole and the rotating body. Specifically, when the fixed magnetic pole and the rotating body face each other, the distance between the fixed magnetic pole and the rotating body becomes narrow, and the fixed magnetic pole and the rotating body become continuous, the magnetic flux easily flows from the fixed magnetic pole to the rotating body. Become. On the other hand, when the distance between the fixed magnetic pole and the rotating body becomes large due to the rotation of the rotating body and the fixed magnetic pole and the rotating body become discontinuous, the magnetic flux hardly flows from the fixed magnetic pole to the rotating body. As a result, the magnetic flux (magnetic field) that passes through at least a part of the heating unit disposed between the fixed magnetic pole and the rotating body changes, whereby the heating unit is induction-heated and the heat medium is heated.

本発明の誘導加熱装置において、回転体の外形は、非円形であり、回転体が1回転する間に加熱部が配置される固定磁極と回転体との間の距離が変化する形状であれば、特に限定されない。回転体の外形形状としては、例えば、矩形状、楕円形状、多角形状、十字形状、円弧形状(弓形状)、歯車形状などが挙げられる。また、熱媒体としては、例えば、水、油、液体金属(Na、Pbなど)、溶融塩などの液体並びに気体が挙げられる。   In the induction heating apparatus of the present invention, the outer shape of the rotating body is non-circular, and if the distance between the fixed magnetic pole where the heating unit is disposed and the rotating body changes while the rotating body makes one rotation, There is no particular limitation. Examples of the outer shape of the rotating body include a rectangular shape, an elliptical shape, a polygonal shape, a cross shape, an arc shape (bow shape), and a gear shape. In addition, examples of the heat medium include water, oil, liquid metals (Na, Pb, etc.), liquids such as molten salts, and gases.

本発明の誘導加熱装置の一形態としては、回転体が1回転する間、一方の固定磁極と回転体、並びに、回転体と他方の固定磁極が実質的に常に対向し、回転体が回転しても、固定磁極と回転体とで形成される磁気回路に流れる総磁束が実質的に一定であることが挙げられる。   As one form of the induction heating device of the present invention, during one rotation of the rotating body, one fixed magnetic pole and the rotating body, and the rotating body and the other fixed magnetic pole are substantially opposed to each other, and the rotating body rotates. However, it is mentioned that the total magnetic flux flowing through the magnetic circuit formed by the fixed magnetic pole and the rotating body is substantially constant.

この構成によれば、固定磁極と回転体とで形成される磁気回路に流れる総磁束が実質的に一定であり、即ち、固定磁極に流れる磁束が実質的に変化しない。その結果、固定磁極に配置されたコイルに誘導起電力(逆起電力)が生じることが実質的になく、電力損失を抑制できる。また、固定磁極に渦電流が発生することが実質的になく、渦電流損を低減できる。さらに、コギングトルクの発生を抑制することができ、回転体の滑らかな回転を実現できる。   According to this configuration, the total magnetic flux flowing through the magnetic circuit formed by the fixed magnetic pole and the rotating body is substantially constant, that is, the magnetic flux flowing through the fixed magnetic pole does not change substantially. As a result, an induced electromotive force (back electromotive force) is not substantially generated in the coil disposed on the fixed magnetic pole, and power loss can be suppressed. Further, eddy currents are not substantially generated in the fixed magnetic pole, and eddy current loss can be reduced. Furthermore, generation of cogging torque can be suppressed, and smooth rotation of the rotating body can be realized.

本発明の誘導加熱装置の一形態としては、固定磁極と回転体とが対向するとき、固定磁極に対して回転体の面積が小さいことが挙げられる。   As one form of the induction heating apparatus of this invention, when a fixed magnetic pole and a rotary body oppose, it is mentioned that the area of a rotary body is small with respect to a fixed magnetic pole.

この構成によれば、固定磁極と回転体とが対向し、固定磁極‐回転体間の距離が狭小になるとき、固定磁極に対して回転体の面積が小さいことで、固定磁極かから回転体に流れる磁束が集中し、加熱部を通過する磁束(磁場)を大きくすることができる。その結果、加熱部での磁場の変化を大きくとることができ、加熱効率を向上できる。   According to this configuration, when the fixed magnetic pole and the rotating body face each other and the distance between the fixed magnetic pole and the rotating body is narrow, the rotating body is smaller than the fixed magnetic pole so that the rotating body can be moved from the fixed magnetic pole to the rotating body. Thus, the magnetic flux flowing through the heating portion concentrates and the magnetic flux (magnetic field) passing through the heating unit can be increased. As a result, it is possible to greatly change the magnetic field in the heating unit and improve the heating efficiency.

本発明の誘導加熱装置の一形態としては、コイルが超電導コイルであることが挙げられる。   One form of the induction heating device of the present invention is that the coil is a superconducting coil.

本発明の誘導加熱装置に用いるコイルとしては、銅線などの常電導コイル、超電導コイルが挙げられる。本発明の誘導加熱装置では、コイルが直流電源に接続され、直流磁場を発生させるので、超電導コイルであれば、電気抵抗がゼロであり、大電流を流してもコイルに発熱が生じない。そのため、常電導コイルに比較して、大電流を流すことによるコイルの発熱を抑制することができ、また、より強い磁場を発生させることができる。   Examples of the coil used in the induction heating device of the present invention include a normal conducting coil such as a copper wire and a superconducting coil. In the induction heating apparatus of the present invention, since the coil is connected to a DC power source and generates a DC magnetic field, if it is a superconducting coil, the electrical resistance is zero, and no heat is generated in the coil even when a large current is passed. Therefore, compared to a normal conducting coil, heat generation of the coil due to flowing a large current can be suppressed, and a stronger magnetic field can be generated.

本発明の誘導加熱装置の一形態としては、回転軸が風車に接続され、回転体を回転させる動力に風力を利用することが挙げられる。   As one form of the induction heating apparatus of this invention, a rotating shaft is connected to a windmill and using wind power for the motive power which rotates a rotary body is mentioned.

本発明の誘導加熱装置において、回転体(回転軸)の動力には、電動機やエンジンなどの内燃機関を用いることができる他、風力、水力、波力などの再生可能エネルギーを利用することができる。再生可能エネルギーを利用すれば、CO2の増加を抑制でき、中でも風力を利用することが好適である。 In the induction heating apparatus of the present invention, as the power of the rotating body (rotating shaft), an internal combustion engine such as an electric motor or an engine can be used, and renewable energy such as wind power, hydraulic power, and wave power can be used. . If renewable energy is used, an increase in CO 2 can be suppressed, and it is particularly preferable to use wind power.

本発明の発電システムは、上記した本発明の誘導加熱装置と、熱媒体の熱を電気エネルギーに変換する発電部とを備えることを特徴とする。   The power generation system of the present invention includes the above-described induction heating device of the present invention and a power generation unit that converts heat of the heat medium into electric energy.

本発明の発電システムは、上記した誘導加熱装置を利用して加熱した熱媒体の熱を発電に利用するものであり、従来にない新規な発電システムである。例えば、誘導加熱装置の回転軸に風車を接続し、回転体の動力に風力を利用すれば、風のエネルギーを回転エネルギー→熱エネルギーに変換して、電気エネルギーとして取り出すことができる。そして、本発明の発電システムによれば、熱を電気エネルギーに変換する構成としたことで、蓄熱器を用いて熱としてエネルギーを蓄えることにより、効率の良い安定した発電を実現できる。また、熱を蓄熱器に蓄え、発電に必要な熱を取り出すことができる蓄熱システムは、蓄電システムに比べて簡易であり、蓄熱器も蓄電池に比べれば安価である。さらに、従来の風力発電システムのように増速機を設ける必要がなく、ギアボックスのトラブルを回避することが可能である。   The power generation system of the present invention is a novel power generation system that does not use the heat of the heat medium heated by using the above-described induction heating device for power generation. For example, if a windmill is connected to the rotating shaft of the induction heating device and wind power is used as the power of the rotating body, the wind energy can be converted from rotational energy to thermal energy and extracted as electrical energy. And according to the electric power generation system of this invention, it was set as the structure which converts heat into an electrical energy, By storing energy as heat using a thermal accumulator, efficient and stable electric power generation is realizable. In addition, a heat storage system that can store heat in a heat accumulator and extract heat necessary for power generation is simpler than a power storage system, and the heat accumulator is less expensive than a storage battery. Furthermore, it is not necessary to provide a speed increaser as in the conventional wind power generation system, and it is possible to avoid a gearbox trouble.

本発明の誘導加熱装置は、非円形の磁性材料からなる回転体と、回転体に対向する少なくとも一対の固定磁極と、固定磁極に設けられたコイルとを備えることで、簡易な構成でありながら、熱媒体を加熱するのに適した良好な性能を有する。また、本発明の発電システムは、上記した誘導加熱装置を利用して加熱した熱媒体の熱を発電に利用するものであり、従来にない新規な発電システムである。   The induction heating device of the present invention includes a rotating body made of a non-circular magnetic material, at least a pair of fixed magnetic poles facing the rotating body, and a coil provided on the fixed magnetic poles, but has a simple configuration. It has good performance suitable for heating the heat medium. Further, the power generation system of the present invention is a novel power generation system that does not use the heat of the heat medium heated by using the above-described induction heating device for power generation.

実施の形態1に係る誘導加熱装置の構成を示す概略図であり、(A)は、固定磁極と回転体の突部とが対向して、固定磁極‐回転体間の距離が狭い状態を示し、(B)は、(A)の状態から回転体が回転して、固定磁極‐回転体間の距離が広い状態を示す。It is the schematic which shows the structure of the induction heating apparatus which concerns on Embodiment 1, (A) shows the state where the fixed magnetic pole and the protrusion of a rotary body oppose, and the distance between a fixed magnetic pole and a rotary body is narrow , (B) shows a state in which the rotating body rotates from the state of (A) and the distance between the fixed magnetic pole and the rotating body is wide. 図1のC点における磁場の時間的変化を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the time change of the magnetic field in the C point of FIG. 実施の形態2に係る誘導加熱装置の構成を示す概略図であり、(A)は、回転体が回転中の一状態を示し、(B)は、回転体が回転中の別の状態を示す。It is the schematic which shows the structure of the induction heating apparatus which concerns on Embodiment 2, (A) shows one state in which a rotary body is rotating, (B) shows another state in which a rotary body is rotating. . 実施の形態3に係る誘導加熱層装置の構成を示す概略図であり、(A)は、回転体が回転中の一状態を示し、(B)は、回転体が回転中の別の状態を示す。It is the schematic which shows the structure of the induction heating layer apparatus which concerns on Embodiment 3, (A) shows one state in which a rotary body is rotating, (B) shows another state in which a rotary body is rotating. Show. 実施の形態4に係る誘導加熱層装置の構成を示す概略図であり、(A)は、回転体が回転中の一状態を示し、(B)は、回転体が回転中の別の状態を示し、(C)は、回転体が回転中のさらに別の状態を示す。It is the schematic which shows the structure of the induction heating layer apparatus which concerns on Embodiment 4, (A) shows one state in which a rotary body is rotating, (B) shows another state in which a rotary body is rotating. (C) shows still another state in which the rotating body is rotating. 実施の形態5に係る誘導加熱装置の構成を示す概略図である。FIG. 9 is a schematic diagram showing a configuration of an induction heating device according to a fifth embodiment. 本発明に係る発電システムの全体構成の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the whole structure of the electric power generation system which concerns on this invention.

本発明の実施の形態を、図を用いて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

<誘導加熱装置>
(実施の形態1)
図1に示す実施の形態1の誘導加熱装置101は、回転体11と、固定磁極群12と、コイル13と、加熱部14と、配管15とを備える。以下、誘導加熱装置101の構成を詳しく説明する。
<Induction heating device>
(Embodiment 1)
An induction heating apparatus 101 according to Embodiment 1 shown in FIG. 1 includes a rotating body 11, a fixed magnetic pole group 12, a coil 13, a heating unit 14, and a pipe 15. Hereinafter, the configuration of the induction heating apparatus 101 will be described in detail.

回転体11は、回転可能に支持された回転軸21に固定されており、軸方向から見た外形形状が、4つの突部111〜114を有する略十字形状に形成されている。また、この回転体11は、磁性材料からなり、この例では、回転軸方向にケイ素鋼板を積層した積層鋼板で形成されている。その他、鉄粉等の磁性粉末の表面に絶縁被覆を施し、この粉末を加圧成形した圧粉磁心を用いてもよい。なお、ここでは、回転体11が反時計方向に回転するものとする(図3〜6も同じ)。   The rotating body 11 is fixed to a rotating shaft 21 that is rotatably supported, and an outer shape viewed from the axial direction is formed in a substantially cross shape having four protrusions 111 to 114. The rotating body 11 is made of a magnetic material. In this example, the rotating body 11 is formed of a laminated steel plate in which silicon steel plates are laminated in the rotation axis direction. In addition, a dust core obtained by applying an insulating coating to the surface of a magnetic powder such as iron powder and press-molding the powder may be used. Here, it is assumed that the rotating body 11 rotates counterclockwise (the same applies to FIGS. 3 to 6).

固定磁極群12は、回転体11の外周を覆うように、回転体11との間に所定の空間をあけて配置されており、筒状のヨーク部120と、このヨーク部120から求心状に延出する4つの固定磁極121〜124とからなる。各固定磁極121〜124は、回転軸方向から見て、十字の位置に配置されており、この例では、固定磁極121〜124の幅が回転体11の突部111〜114の幅と略同じであり、固定磁極と回転体の突部とが対向したときの固定磁極と回転体の突部との対向面積が略等しい。この固定磁極群12は、磁性材料からなり、この例では、軸方向にケイ素鋼板を積層した積層鋼板で形成されている。また、固定磁極群12は、回転しないように固定されている。   The fixed magnetic pole group 12 is arranged with a predetermined space between the rotating body 11 so as to cover the outer periphery of the rotating body 11, and a cylindrical yoke portion 120, and a centripetal shape from the yoke portion 120. It consists of four fixed magnetic poles 121 to 124 extending. The fixed magnetic poles 121 to 124 are arranged at cross positions as viewed from the rotation axis direction. In this example, the width of the fixed magnetic poles 121 to 124 is substantially the same as the width of the protrusions 111 to 114 of the rotating body 11. And the opposed areas of the fixed magnetic pole and the protrusion of the rotating body when the fixed magnetic pole and the protrusion of the rotating body face each other are substantially equal. The fixed magnetic pole group 12 is made of a magnetic material, and in this example, is formed of a laminated steel plate in which silicon steel plates are laminated in the axial direction. The fixed magnetic pole group 12 is fixed so as not to rotate.

固定磁極群12には、直流磁場を発生させるコイル13が設けられており、各固定磁極121〜124のそれぞれにコイル素子131〜134が装着されている。また、各コイル素子131〜134には、図示しない直流電源が接続されている。この例では、各コイル素子131〜134に通電する直流電流の向きを制御して、各固定磁極121〜124に流れる磁束の方向を決定しており、各固定磁極121〜124の極性がN極とS極の交互になるように着磁している。具体的には、各固定磁極121〜124に流れる磁束の方向が、固定磁極121及び123では、ヨーク部120側から回転体11側に向かって流れ、固定磁極122及び124では、回転体11側からヨーク120部側に向かって流れる。また、各コイル素子は、超電導コイルであり、周囲を図示しない冷却用ジャケットで覆い、冷却することによって超電導状態に保持している。   The fixed magnetic pole group 12 is provided with a coil 13 for generating a DC magnetic field, and coil elements 131 to 134 are attached to the fixed magnetic poles 121 to 124, respectively. In addition, a DC power source (not shown) is connected to each of the coil elements 131 to 134. In this example, the direction of the direct current supplied to each coil element 131 to 134 is controlled to determine the direction of the magnetic flux flowing through each fixed magnetic pole 121 to 124, and the polarity of each fixed magnetic pole 121 to 124 is N pole. And S poles are alternately magnetized. Specifically, the direction of the magnetic flux flowing through each of the fixed magnetic poles 121 to 124 flows from the yoke part 120 side to the rotating body 11 side in the fixed magnetic poles 121 and 123, and in the fixed magnetic poles 122 and 124, the rotating body 11 side. Flows from the side toward the yoke 120 side. Each coil element is a superconducting coil, and the surroundings are covered with a cooling jacket (not shown) and cooled to maintain the superconducting state.

加熱部14は、固定磁極群12と回転体11との間に配置され、回転体11の周囲を覆うように円筒状に形成されている。加熱部14は、導電材料からなり、例えば、アルミニウムや銅、鉄などの金属で形成されている。また、加熱部14は、回転しないように固定されている。   The heating unit 14 is disposed between the fixed magnetic pole group 12 and the rotating body 11 and is formed in a cylindrical shape so as to cover the periphery of the rotating body 11. The heating unit 14 is made of a conductive material, and is formed of a metal such as aluminum, copper, or iron, for example. The heating unit 14 is fixed so as not to rotate.

加熱部14には、熱媒体が流通する配管15が設けられている。この例では、加熱部14の内部に軸方向に沿って延びる複数の流通路を形成し、これらを熱媒体が流通する配管15に利用している。そして、加熱部14と配管15とは熱的に接続されている。この例では、加熱部14の周方向において、固定磁極121〜124に対応する位置に、配管15を集中的に設けている。   The heating unit 14 is provided with a pipe 15 through which a heat medium flows. In this example, a plurality of flow passages extending in the axial direction are formed inside the heating unit 14, and these are used for the pipe 15 through which the heat medium flows. The heating unit 14 and the pipe 15 are thermally connected. In this example, the pipes 15 are intensively provided at positions corresponding to the fixed magnetic poles 121 to 124 in the circumferential direction of the heating unit 14.

また、加熱部14の周囲には、断熱材16を配置してもよい。この例では、加熱部14の内外周面、及び加熱部14の端面のうち配管15の配置箇所を除く箇所に断熱材16を設けている。断熱材16には、例えば、ロックウール、グラスウール、発砲プラスチック、レンガ、セラミックスなどを用いることができる。   Further, a heat insulating material 16 may be disposed around the heating unit 14. In this example, the heat insulating material 16 is provided at locations on the inner and outer peripheral surfaces of the heating unit 14 and the end surface of the heating unit 14 excluding the location where the pipe 15 is disposed. As the heat insulating material 16, for example, rock wool, glass wool, foamed plastic, brick, ceramics or the like can be used.

次に、誘導加熱装置101における熱媒体が加熱されるメカニズムについて詳しく説明する。   Next, the mechanism by which the heat medium in the induction heating device 101 is heated will be described in detail.

誘導加熱装置101では、各コイル素子131〜134に直流通電することにより、各固定磁極121〜124に磁束が流れ、一方の固定磁極121及び123から回転体11を通って他方の固定磁極122及び124に至る磁気回路が形成される。また、他方の固定磁極122及び124に流れる磁束が、ヨーク部120を通って一方の固定磁極121及び123に至る。つまり、固定磁極群12と回転体11とで、閉じた磁気回路が形成される(図1中の点線矢印は磁束の流れのイメージを示す。図3〜6も同じ)。ここで、図1(A)の状態、即ち固定磁極121〜124と回転体11の突部111〜114とが各々対向し、固定磁極‐回転体間の距離が狭小になり固定磁極121〜124と回転体11とが連続状態になるとき、磁気抵抗が小さくなり、固定磁極121,123から回転体11、或いは回転体11から固定磁極122,124に磁束が流れ易くなる。一方、回転体11が回転し、図1(B)の状態、即ち固定磁極‐回転体間の距離が広大になり固定磁極121〜124と回転体11とが非連続状態になるとき、磁気抵抗が大きくなり、固定磁極121,123から回転体11、或いは回転体11から固定磁極122,124に磁束が流れ難くなる。その結果、回転体11の回転により、加熱部14の固定磁極121〜124に対応する位置を通過する磁束が変化し、この部分での磁場の強さが周期的に変化することで、加熱部14が誘導加熱され、配管15内の熱媒体が加熱される。   In the induction heating device 101, by applying direct current to the coil elements 131 to 134, magnetic flux flows to the fixed magnetic poles 121 to 124, and from the one fixed magnetic pole 121 and 123 through the rotating body 11, the other fixed magnetic pole 122 and A magnetic circuit leading to 124 is formed. Further, the magnetic flux flowing through the other fixed magnetic poles 122 and 124 passes through the yoke portion 120 and reaches the one fixed magnetic pole 121 and 123. That is, a closed magnetic circuit is formed by the fixed magnetic pole group 12 and the rotating body 11 (dotted line arrows in FIG. 1 show an image of the flow of magnetic flux, and the same applies to FIGS. 3 to 6). Here, the state of FIG. 1A, that is, the fixed magnetic poles 121 to 124 and the protrusions 111 to 114 of the rotating body 11 face each other, and the distance between the fixed magnetic pole and the rotating body becomes narrow, and the fixed magnetic poles 121 to 124 become smaller. When the rotating body 11 and the rotating body 11 are in a continuous state, the magnetic resistance decreases, and the magnetic flux easily flows from the fixed magnetic poles 121 and 123 to the rotating body 11 or from the rotating body 11 to the fixed magnetic poles 122 and 124. On the other hand, when the rotating body 11 rotates and the state shown in FIG. 1B, that is, when the distance between the fixed magnetic pole and the rotating body becomes large and the fixed magnetic poles 121 to 124 and the rotating body 11 become discontinuous, And the magnetic flux hardly flows from the fixed magnetic poles 121 and 123 to the rotating body 11 or from the rotating body 11 to the fixed magnetic poles 122 and 124. As a result, the rotation of the rotating body 11 changes the magnetic flux that passes through the positions corresponding to the fixed magnetic poles 121 to 124 of the heating unit 14, and the strength of the magnetic field in this part periodically changes, so that the heating unit 14 is induction-heated, and the heat medium in the pipe 15 is heated.

図2は、図1のC点における磁場の時間的変化を模式的に示す図である。図1(A)の状態のとき、点Cの磁場は強くなり、固定磁極‐回転体間の距離が最も狭小になるとき、極大かつ最大となる。一方、図1(B)の状態のとき、点Cの磁場は弱くなり、固定磁極‐回転体間の距離が最も広大になるとき、極小かつ最小となる。   FIG. 2 is a diagram schematically showing the temporal change of the magnetic field at point C in FIG. In the state of FIG. 1 (A), the magnetic field at point C becomes strong, and becomes maximum and maximum when the distance between the fixed magnetic pole and the rotating body becomes the narrowest. On the other hand, in the state of FIG. 1B, the magnetic field at the point C becomes weak, and becomes minimum and minimum when the distance between the fixed magnetic pole and the rotating body becomes the widest.

また、誘導加熱装置101において、固定磁極121〜124に対して回転体11の突部111〜114の幅を小さくし、固定磁極と回転体の突部とが対向したときの固定磁極に対する回転体の突部の対向面積を小さくしてもよい。これにより、固定磁極から回転体に流れる磁束が集中し、固定磁極‐回転体間の距離が狭小になる箇所に対応する加熱部14を通過する磁束が増加する。その結果、加熱部14に印加される磁場の振幅が大きくなり、加熱効率を向上できる。例えば、固定磁極に対して回転体の突部の対向面積を半分以下にすることが挙げられる。   Further, in the induction heating apparatus 101, the width of the protrusions 111 to 114 of the rotating body 11 is reduced with respect to the fixed magnetic poles 121 to 124, and the rotating body with respect to the fixed magnetic pole when the fixed magnetic pole and the protrusion of the rotating body face each other. The opposing area of the protrusions may be reduced. As a result, the magnetic flux flowing from the fixed magnetic pole to the rotating body is concentrated, and the magnetic flux passing through the heating unit 14 corresponding to the portion where the distance between the fixed magnetic pole and the rotating body is reduced increases. As a result, the amplitude of the magnetic field applied to the heating unit 14 is increased, and the heating efficiency can be improved. For example, the opposing area of the protrusion of the rotating body with respect to the fixed magnetic pole can be reduced to half or less.

また、誘導加熱装置101では、固定磁極121〜124のそれぞれにコイル素子131〜134を装着する場合を例に説明したが、コイルは、例えば一方の固定磁極121及び123、又は、他方の固定磁極122及び124のいずれかにのみ設けてもよい。一方の固定磁極121及び123にのみコイル素子が装着されている場合であっても、図1に示すのと同様の磁気回路が形成される。   In addition, in the induction heating apparatus 101, the case where the coil elements 131 to 134 are mounted on the fixed magnetic poles 121 to 124 has been described as an example. However, the coil is, for example, one of the fixed magnetic poles 121 and 123 or the other fixed magnetic pole. You may provide only in either 122 and 124. Even when a coil element is attached only to one of the fixed magnetic poles 121 and 123, a magnetic circuit similar to that shown in FIG. 1 is formed.

上記した実施の形態1の誘導加熱装置では、回転体11が1回転する間に、固定磁極121〜124が回転体11の突部と対向しない状態が生じる(図1(B)参照)。そのため、固定磁極群12と回転体11とで形成される磁気回路全体の磁気抵抗が変化することから、磁気回路に流れる総磁束も変化する。その結果、固定磁極121〜124に配置されたコイル素子131〜134に誘導起電力(逆起電力)が生じて電力損失が発生したり、また、固定磁極121〜124やヨーク部120に渦電流が発生して渦電流損が生じるなど、効率の低下が懸念される。ここで、例えば、回転体11及び固定磁極群12を形成する積層鋼板の1枚あたりのケイ素鋼板の厚みを薄く(例えば0.1mm以下)することで、渦電流損を低減できるが、高価になる。さらに、磁束変化によりコギングトルクが発生し、回転体11が滑らかに回転しない虞もある。   In the induction heating apparatus of the first embodiment described above, the fixed magnetic poles 121 to 124 do not face the protrusions of the rotating body 11 while the rotating body 11 rotates once (see FIG. 1B). Therefore, since the magnetic resistance of the entire magnetic circuit formed by the fixed magnetic pole group 12 and the rotating body 11 changes, the total magnetic flux flowing through the magnetic circuit also changes. As a result, an induced electromotive force (back electromotive force) is generated in the coil elements 131 to 134 disposed in the fixed magnetic poles 121 to 124, and power loss is generated, and eddy currents are generated in the fixed magnetic poles 121 to 124 and the yoke portion 120. There is a concern that the efficiency will decrease, such as eddy current loss due to the occurrence of eddy current. Here, for example, by reducing the thickness (for example, 0.1 mm or less) of the silicon steel plate per laminated steel plate forming the rotating body 11 and the fixed magnetic pole group 12, eddy current loss can be reduced, but it becomes expensive. . Furthermore, cogging torque is generated due to a change in magnetic flux, and the rotating body 11 may not rotate smoothly.

(実施の形態2)
実施の形態2では、実施の形態1では解決できない上記課題をできる構成を説明する。なお、以下の説明において、図1に示す実施の形態1の誘導加熱装置と同一である点は説明を省略し、相違点を中心に説明する。
(Embodiment 2)
In the second embodiment, a configuration capable of solving the above-described problem that cannot be solved by the first embodiment will be described. In addition, in the following description, the point which is the same as the induction heating apparatus of Embodiment 1 shown in FIG. 1 is abbreviate | omitted description, and it demonstrates centering around difference.

図3に示す実施の形態2の誘導加熱装置102では、固定磁極121〜124における回転体11の突部111〜114に対向する対向面が実質的に回転軸21を中心とする円筒面を形成している。具体的には、隣接する固定磁極同士の対向面側での間隔が、回転体の突部の幅よりも狭く、例えば回転体の突部の幅の半分以下である。   In the induction heating device 102 according to the second embodiment shown in FIG. 3, the opposed surfaces of the fixed magnetic poles 121 to 124 facing the protrusions 111 to 114 of the rotating body 11 substantially form a cylindrical surface centered on the rotating shaft 21. is doing. Specifically, the distance between the adjacent fixed magnetic poles on the facing surface side is narrower than the width of the protrusion of the rotating body, for example, less than half the width of the protrusion of the rotating body.

図3の誘導加熱装置102では、回転体11が1回転する間、一方の固定磁極121及び123と回転体11の突部、並びに、回転体11の突部と他方の固定磁極122及び124が実質的に常に対向することになる。そのため、回転体11が回転しても、固定磁極群12と回転体11とで形成される磁気回路に流れる総磁束が実質的に一定である。つまり、固定磁極と回転体とが実質的に常に対向することで、磁気回路全体で見れば実質的に磁気抵抗が変化しない。   In the induction heating device 102 of FIG. 3, during one rotation of the rotating body 11, one fixed magnetic pole 121 and 123 and the protrusion of the rotating body 11, and the protrusion of the rotating body 11 and the other fixed magnetic pole 122 and 124 They will always face each other. Therefore, even if the rotating body 11 rotates, the total magnetic flux flowing through the magnetic circuit formed by the fixed magnetic pole group 12 and the rotating body 11 is substantially constant. That is, since the fixed magnetic pole and the rotating body are substantially opposed to each other, the magnetic resistance does not substantially change when viewed in the entire magnetic circuit.

誘導加熱装置102における熱媒体が加熱されるメカニズムについて説明する。回転体11の回転に応じて、固定磁極121〜124における回転体11の突部111〜114と対向する箇所が回転方向に移動し、固定磁極‐回転体間の距離が狭小になる箇所では、固定磁極121,123から回転体11、或いは回転体11から固定磁極122,124に磁束が流れ易くなる。一方、固定磁極‐回転体間の距離が広大になる箇所では、固定磁極121,123から回転体11、或いは回転体11から固定磁極122,124に磁束が流れ難くなる。そして、固定磁極‐回転体間の距離が狭小になる箇所では、その間に位置する加熱部14を通過する磁束が増加し、一方で、固定磁極‐回転体間の距離が広大になる箇所では、その間に位置する加熱部14を通過する磁束が減少する。その結果、回転体11の回転により、加熱部14の全周にわたって磁場の強さが周期的に変化することで、加熱部14が誘導加熱され、配管15内の熱媒体が加熱される。なお、誘導加熱装置102では、加熱部14が周方向に均一に加熱されるため、配管15を加熱部14の周方向に等間隔に設けている。また、図示していないが、加熱部14を断熱材で覆うようにしてもよい。   A mechanism by which the heat medium in the induction heating apparatus 102 is heated will be described. In accordance with the rotation of the rotating body 11, the portion of the fixed magnetic poles 121 to 124 facing the protrusions 111 to 114 of the rotating body 11 moves in the rotation direction, and the distance between the fixed magnetic pole and the rotating body is narrowed. Magnetic flux easily flows from the fixed magnetic poles 121 and 123 to the rotating body 11 or from the rotating body 11 to the fixed magnetic poles 122 and 124. On the other hand, at locations where the distance between the fixed magnetic pole and the rotating body is large, the magnetic flux hardly flows from the fixed magnetic poles 121 and 123 to the rotating body 11 or from the rotating body 11 to the fixed magnetic poles 122 and 124. And in the place where the distance between the fixed magnetic pole and the rotating body becomes narrow, the magnetic flux passing through the heating unit 14 located therebetween increases, while on the other hand, in the place where the distance between the fixed magnetic pole and the rotating body becomes large, The magnetic flux passing through the heating unit 14 positioned therebetween decreases. As a result, the rotation of the rotating body 11 causes the strength of the magnetic field to periodically change over the entire circumference of the heating unit 14, whereby the heating unit 14 is induction-heated and the heat medium in the pipe 15 is heated. In the induction heating device 102, since the heating unit 14 is uniformly heated in the circumferential direction, the pipes 15 are provided at equal intervals in the circumferential direction of the heating unit 14. Although not shown, the heating unit 14 may be covered with a heat insulating material.

誘導加熱装置102では、例えば図3(A)の状態のとき、図中点Dの磁場は、固定磁極‐回転体間の距離が狭小になることから強くなり、また、図中点Eの磁場は、固定磁極‐回転体間の距離が広大になることから弱くなる。一方、回転体11が回転し、例えば図3(B)の状態のとき、図中点Dの磁場は、固定磁極‐回転体間の距離が広大になることから弱くなり、また、図中点Eの磁場は、固定磁極‐回転体間の距離が狭小になることから強くなる。   In the induction heating apparatus 102, for example, in the state of FIG. 3A, the magnetic field at the point D in the figure becomes strong because the distance between the fixed magnetic pole and the rotating body becomes narrow, and the magnetic field at the point E in the figure. Becomes weak because the distance between the fixed magnetic pole and the rotating body becomes large. On the other hand, when the rotator 11 rotates, for example, in the state of FIG. 3B, the magnetic field at the point D in the figure becomes weak because the distance between the fixed magnetic pole and the rotator becomes large. The magnetic field of E becomes stronger because the distance between the fixed magnetic pole and the rotating body becomes narrower.

(実施の形態3)
図4に示す実施の形態3の誘導加熱装置103は、回転体の形状、固定磁極の形状及び数が図3に示す実施の形態2の誘導加熱装置102と相違し、以下ではその相違点を中心に説明する。
(Embodiment 3)
The induction heating device 103 according to the third embodiment shown in FIG. 4 is different from the induction heating device 102 according to the second embodiment shown in FIG. 3 in the shape of the rotating body and the shape and number of the fixed magnetic poles. The explanation is centered.

図4の誘導加熱装置103では、回転体11の形状が略矩形状であり、固定磁極を一対の固定磁極121,122としている。各固定磁極121,122にはコイル素子131,132が装着されており、各コイル素子131,132に通電する直流電流の向きを制御して、固定磁極121の極性がN極、固定磁極122の極性がS極となるように着磁している。そして、各コイル素子131,132に直流通電することにより、一方の固定磁極121から回転体11、他方の固定磁極122、ヨーク部120を通って再び一方の固定磁極121に至る閉磁気回路が形成される。   In the induction heating device 103 of FIG. 4, the shape of the rotating body 11 is substantially rectangular, and the fixed magnetic poles are a pair of fixed magnetic poles 121 and 122. Coil elements 131 and 132 are mounted on the fixed magnetic poles 121 and 122, respectively, and the direction of the direct current flowing through the coil elements 131 and 132 is controlled so that the polarity of the fixed magnetic pole 121 is N and the polarity of the fixed magnetic pole 122 is S. Is so magnetized. Then, by applying DC current to the coil elements 131 and 132, a closed magnetic circuit is formed from one fixed magnetic pole 121 to the one fixed magnetic pole 121 again through the rotating body 11, the other fixed magnetic pole 122, and the yoke portion 120. .

また、固定磁極121,122における回転体11に対向する対向面が実質的に回転軸21を中心とする円筒面を形成しており、一方と他方の固定磁極の対向面側の角部の間隔が、回転体の突部の幅よりも狭い。そのため、回転体11が1回転する間、一方の固定磁極121と回転体11の長手方向端部、並びに、回転体11の長手方向端部と他方の固定磁極122が実質的に常に対向することになる。そして、回転体11が回転しても、固定磁極群12と回転体11とで形成される磁気回路に流れる総磁束が実質的に一定である。   Further, the opposed surface of the fixed magnetic poles 121 and 122 facing the rotating body 11 substantially forms a cylindrical surface centered on the rotation shaft 21, and the interval between the corners on the opposed surface side of one and the other fixed magnetic pole is It is narrower than the width of the protrusion of the rotating body. Therefore, during one rotation of the rotating body 11, the one fixed magnetic pole 121 and the longitudinal end of the rotating body 11, and the longitudinal end of the rotating body 11 and the other fixed magnetic pole 122 are substantially opposed to each other. become. Even if the rotating body 11 rotates, the total magnetic flux flowing in the magnetic circuit formed by the fixed magnetic pole group 12 and the rotating body 11 is substantially constant.

誘導加熱装置103における熱媒体が加熱されるメカニズムも図3の誘導加熱装置102と同様である。回転体11の回転に応じて、固定磁極121,122における回転体11の長手方向端部と対向する箇所が回転方向に移動し、固定磁極‐回転体間の距離が狭小になる箇所では、固定磁極121から回転体11、或いは回転体11から固定磁極122に磁束が流れ易くなる。一方、固定磁極‐回転体間の距離が広大になる箇所では、固定磁極121から回転体11、或いは回転体11から固定磁極122に磁束が流れ難くなる。その結果、回転体11の回転により、加熱部14の周方向の全周にわたって磁場の強さが周期的に変化することで、加熱部14が誘導加熱され、配管15内の熱媒体が加熱される。   The mechanism by which the heat medium in the induction heating device 103 is heated is the same as that of the induction heating device 102 in FIG. In accordance with the rotation of the rotating body 11, the portion of the fixed magnetic poles 121 and 122 facing the longitudinal end of the rotating body 11 moves in the rotating direction, and the fixed magnetic pole 121 is moved at a position where the distance between the fixed magnetic pole and the rotating body becomes narrow. The magnetic flux easily flows from the rotating body 11 to the rotating body 11 or from the rotating body 11 to the fixed magnetic pole 122. On the other hand, the magnetic flux hardly flows from the fixed magnetic pole 121 to the rotating body 11 or from the rotating body 11 to the fixed magnetic pole 122 where the distance between the fixed magnetic pole and the rotating body is large. As a result, the rotation of the rotating body 11 causes the strength of the magnetic field to periodically change over the entire circumference in the circumferential direction of the heating unit 14, whereby the heating unit 14 is induction-heated and the heat medium in the pipe 15 is heated. The

誘導加熱装置103では、例えば図4(A)の状態のとき、図中点Fの磁場は、固定磁極‐回転体間の距離が狭小になることから強くなり、また、図中点Gの磁場は、固定磁極‐回転体間の距離が広大になることから弱くなる。一方、回転体11が回転し、例えば図4(B)の状態のとき、図中点Fの磁場は、固定磁極‐回転体間の距離が広大になることから弱くなり、また、図中点Gの磁場は、固定磁極‐回転体間の距離が狭小になることから強くなる。   In the induction heating device 103, for example, in the state of FIG. 4A, the magnetic field at the point F in the figure becomes strong because the distance between the fixed magnetic pole and the rotating body becomes narrow, and the magnetic field at the point G in the figure. Becomes weak because the distance between the fixed magnetic pole and the rotating body becomes large. On the other hand, when the rotating body 11 rotates, for example, in the state of FIG. 4B, the magnetic field at the point F in the figure becomes weak because the distance between the fixed magnetic pole and the rotating body becomes large, and the point in the figure The magnetic field of G becomes stronger because the distance between the fixed magnetic pole and the rotating body becomes narrower.

(実施の形態4)
図5に示す実施の形態4の誘導加熱装置104は、回転体の形状が図3に示す実施の形態2の誘導加熱装置102と相違し、以下ではその相違点を中心に説明する。
(Embodiment 4)
The induction heating device 104 of the fourth embodiment shown in FIG. 5 is different from the induction heating device 102 of the second embodiment shown in FIG. 3 in the shape of the rotating body, and the difference will be mainly described below.

図5の誘導加熱装置104では、回転体11の形状が弓形状であり、一対の対向する弓形状の磁性材料片115,116を支持部材117により支持し、この支持部材117を回転軸21に固定して回転体11を構成している。磁性材料片115,116はそれぞれ、磁性材料からなり、この例では、回転軸方向にケイ素鋼板を積層した積層鋼板で形成されている。また、支持部材117は、例えば棒状や平板状であり、非磁性材料からなる。非磁性材料としては、例えば、アルミニウム、銅、SUS301、SUS302などのステンレス、プラスチックなどが挙げられる。   In the induction heating device 104 of FIG. 5, the rotating body 11 has a bow shape, and a pair of opposing arc-shaped magnetic material pieces 115 and 116 are supported by a support member 117, and the support member 117 is fixed to the rotation shaft 21. The rotating body 11 is configured. Each of the magnetic material pieces 115 and 116 is made of a magnetic material. In this example, the magnetic material pieces 115 and 116 are formed of laminated steel plates in which silicon steel plates are laminated in the rotation axis direction. Further, the support member 117 has, for example, a rod shape or a flat plate shape, and is made of a nonmagnetic material. Examples of the nonmagnetic material include aluminum, copper, stainless steel such as SUS301 and SUS302, and plastic.

この場合も図3の誘導加熱装置102と同様、回転体11が1回転する間、一方の固定磁極121及び123と回転体11の磁性材料片、並びに、回転体11の磁性材料片と他方の固定磁極122及び124が実質的に常に対向することになる。そのため、回転体11が回転しても、固定磁極群12と回転体11とで形成される磁気回路に流れる総磁束が実質的に一定である。   In this case as well, as with the induction heating device 102 of FIG. 3, during one rotation of the rotating body 11, one of the fixed magnetic poles 121 and 123 and the magnetic material piece of the rotating body 11, and the magnetic material piece of the rotating body 11 and the other The fixed magnetic poles 122 and 124 will substantially always face each other. Therefore, even if the rotating body 11 rotates, the total magnetic flux flowing through the magnetic circuit formed by the fixed magnetic pole group 12 and the rotating body 11 is substantially constant.

誘導加熱装置104における熱媒体が加熱されるメカニズムも図3の誘導加熱装置102と同様である。回転体11の回転に応じて、固定磁極121〜124における回転体11の磁性材料片と対向する箇所が回転方向に移動し、固定磁極‐回転体間の距離が狭小になる箇所では、固定磁極121,123から回転体11、或いは回転体11から固定磁極122,124に磁束が流れ易くなる。一方、固定磁極‐回転体間の距離が広大になる箇所では、固定磁極121,123から回転体11、或いは回転体11から固定磁極122,124に磁束が流れ難くなる。その結果、回転体11の回転により、加熱部14の周方向の全周にわたって磁場の強さが周期的に変化することで、加熱部14が誘導加熱され、配管15内の熱媒体が加熱される。   The mechanism by which the heat medium in the induction heating device 104 is heated is the same as that of the induction heating device 102 in FIG. According to the rotation of the rotating body 11, the portion of the fixed magnetic poles 121 to 124 facing the magnetic material piece of the rotating body 11 moves in the rotating direction, and the fixed magnetic pole Magnetic flux easily flows from 121 and 123 to the rotating body 11 or from the rotating body 11 to the fixed magnetic poles 122 and 124. On the other hand, at locations where the distance between the fixed magnetic pole and the rotating body is large, the magnetic flux hardly flows from the fixed magnetic poles 121 and 123 to the rotating body 11 or from the rotating body 11 to the fixed magnetic poles 122 and 124. As a result, the rotation of the rotating body 11 causes the strength of the magnetic field to periodically change over the entire circumference in the circumferential direction of the heating unit 14, whereby the heating unit 14 is induction-heated and the heat medium in the pipe 15 is heated. The

誘導加熱装置104では、例えば図5(A)の状態のとき、一方の固定磁極121と回転体11の磁性材料片115の一部とが対向し、磁性材料片115の残部と他方の固定磁極122及び124とが対向して、固定磁極121から磁性材料片115を通って固定磁極122及び124に至る磁気回路が形成される。次に、回転体11が回転し、例えば図5(B)の状態のとき、一方の固定磁極121と回転体11の磁性材料片115の一部とが対向し、磁性材料片115の残部と他方の固定磁極124とが対向して、固定磁極121から磁性材料片115を通って固定磁極124に至る磁気回路が形成される。次に、回転体11がさらに回転し、例えば図5(C)の状態のとき、一方の固定磁極121と回転体11の磁性材料片115及び116の一部とが対向し、磁性材料片115及び116の残部と他方の固定磁極122及び124とが対向して、固定磁極121から磁性材料片115を通って固定磁極122及び124に至る磁気回路が形成される。ここでは主に固定磁極121に注目して説明したが、もう一方の固定磁極123においても同様に磁気回路が形成される。   In the induction heating device 104, for example, in the state of FIG. 5A, one fixed magnetic pole 121 and a part of the magnetic material piece 115 of the rotating body 11 face each other, and the remaining part of the magnetic material piece 115 and the other fixed magnetic pole A magnetic circuit extending from the fixed magnetic pole 121 through the magnetic material piece 115 to the fixed magnetic poles 122 and 124 is formed so that 122 and 124 face each other. Next, when the rotating body 11 rotates, for example, in the state of FIG. 5B, one fixed magnetic pole 121 and a part of the magnetic material piece 115 of the rotating body 11 face each other, and the remaining part of the magnetic material piece 115 A magnetic circuit from the fixed magnetic pole 121 through the magnetic material piece 115 to the fixed magnetic pole 124 is formed facing the other fixed magnetic pole 124. Next, when the rotating body 11 further rotates and, for example, in the state of FIG. 5C, one fixed magnetic pole 121 and a part of the magnetic material pieces 115 and 116 of the rotating body 11 face each other, and the magnetic material piece 115 And the other fixed magnetic poles 122 and 124 face each other, and a magnetic circuit is formed from the fixed magnetic pole 121 through the magnetic material piece 115 to the fixed magnetic poles 122 and 124. Although the description has been made mainly focusing on the fixed magnetic pole 121 here, a magnetic circuit is similarly formed in the other fixed magnetic pole 123.

(実施の形態5)
図6に示す実施の形態5の誘導加熱装置105は、回転体の形状が図3に示す実施の形態2の誘導加熱装置102と相違し、以下ではその相違点を中心に説明する。
(Embodiment 5)
The induction heating device 105 of the fifth embodiment shown in FIG. 6 is different from the induction heating device 102 of the second embodiment shown in FIG. 3 in the shape of the rotating body, and the difference will be mainly described below.

図6の誘導加熱装置105では、回転体11の形状が、複数の突部を有する歯車形状であり、磁束の流れを阻害しない範囲で中央部に穴が形成されている。そして、図5の誘導加熱装置104と同じように支持部材117により回転体11を支持して、この支持部材117を回転軸21に固定している。このように、回転体11に穴開け加工を施すことで回転体11の軽量化を図ることができる。また、例えば図5の誘導加熱装置104のように、回転体11に磁性材料片115,116を利用する場合も、磁束の流れを阻害しない範囲で磁性材料片の中央部を薄肉化することで軽量化が可能である。   In the induction heating device 105 of FIG. 6, the shape of the rotating body 11 is a gear shape having a plurality of protrusions, and a hole is formed in the central portion as long as the flow of magnetic flux is not hindered. Then, as in the induction heating device 104 of FIG. 5, the rotating body 11 is supported by the support member 117, and the support member 117 is fixed to the rotating shaft 21. In this way, the rotator 11 can be reduced in weight by drilling the rotator 11. Further, for example, when the magnetic material pieces 115 and 116 are used for the rotating body 11 as in the induction heating device 104 of FIG. 5, the weight of the magnetic material pieces is reduced by reducing the thickness of the central portion of the magnetic material pieces within the range not inhibiting the flow of magnetic flux. Is possible.

この場合も図3の誘導加熱装置102と同様、回転体11が1回転する間、一方の固定磁極121及び123と回転体11の突部、並びに、回転体11の突部と他方の固定磁極122及び124が実質的に常に対向することになる。そのため、回転体11が回転しても、固定磁極群12と回転体11とで形成される磁気回路に流れる総磁束が実質的に一定である。   Also in this case, as in the induction heating device 102 of FIG. 3, while the rotating body 11 makes one rotation, one of the fixed magnetic poles 121 and 123 and the protrusion of the rotating body 11, and the protrusion of the rotating body 11 and the other fixed magnetic pole 122 and 124 are substantially always opposite. Therefore, even if the rotating body 11 rotates, the total magnetic flux flowing through the magnetic circuit formed by the fixed magnetic pole group 12 and the rotating body 11 is substantially constant.

誘導加熱装置105における熱媒体が加熱されるメカニズムも図3の誘導加熱装置102と同様である。回転体11の回転に応じて、固定磁極121〜124における回転体11の突部と対向する箇所が回転方向に移動し、固定磁極‐回転体間の距離が狭小になる箇所では、固定磁極121,123から回転体11、或いは回転体11から固定磁極122,124に磁束が流れ易くなる。一方、固定磁極‐回転体間の距離が広大になる箇所では、固定磁極121,123から回転体11、或いは回転体11から固定磁極122,124に磁束が流れ難くなる。その結果、回転体11の回転により、加熱部14の全周にわたって磁場の強さが周期的に変化することで、加熱部14が誘導加熱され、配管15内の熱媒体が加熱される。   The mechanism by which the heat medium in the induction heating device 105 is heated is the same as that of the induction heating device 102 in FIG. In accordance with the rotation of the rotating body 11, the portions of the fixed magnetic poles 121 to 124 that face the protrusions of the rotating body 11 move in the rotation direction, and the fixed magnetic poles 121 and 123 are fixed at locations where the distance between the fixed magnetic pole and the rotating body is narrow. The magnetic flux easily flows from the rotating body 11 to the rotating body 11 or from the rotating body 11 to the fixed magnetic poles 122 and 124. On the other hand, at locations where the distance between the fixed magnetic pole and the rotating body is large, the magnetic flux hardly flows from the fixed magnetic poles 121 and 123 to the rotating body 11 or from the rotating body 11 to the fixed magnetic poles 122 and 124. As a result, the rotation of the rotating body 11 causes the strength of the magnetic field to periodically change over the entire circumference of the heating unit 14, whereby the heating unit 14 is induction-heated and the heat medium in the pipe 15 is heated.

また、誘導加熱装置105では、回転体11の形状を歯車形状としたことにより、磁場の周期を短くすることができる。   In addition, in the induction heating device 105, the cycle of the magnetic field can be shortened by making the shape of the rotating body 11 into a gear shape.

上記した実施の形態1〜5の誘導加熱装置101〜105では、加熱部14の内部に流通路を形成し、加熱部14と配管15とを一体に形成した場合を例に説明したが、加熱部14と配管15とを別体で形成してもよい。その場合、配管も導電材料で形成することが好ましい。配管を導電材料で形成することで、配管を加熱部として兼用することができる。また、加熱部と配管とを別体とし、配管を加熱部の表面に設けてもよい。ここで、配管を導電材料で形成し、配管を加熱部として兼用する場合は、例えば、配管のみを配置する他、円筒状の支持台の表面に配管を取り付けるようにしてもよい。このとき、円筒状の支持台を導電材料以外の材料で形成してもよい。   In the induction heating devices 101 to 105 according to the first to fifth embodiments described above, the flow path is formed in the heating unit 14 and the heating unit 14 and the pipe 15 are integrally formed. The part 14 and the pipe 15 may be formed separately. In that case, it is preferable that the pipe is also formed of a conductive material. By forming the pipe with a conductive material, the pipe can also be used as a heating unit. Moreover, a heating part and piping may be made into a different body, and piping may be provided in the surface of a heating part. Here, when the pipe is formed of a conductive material and the pipe is also used as a heating unit, for example, the pipe may be attached to the surface of a cylindrical support base in addition to the pipe. At this time, the cylindrical support base may be formed of a material other than the conductive material.

以上説明した本発明の実施の形態に係る誘導加熱装置は、磁場発生手段にコイルを用いているため、従来の永久磁石を用いた装置に比較して、強い磁場を発生させることができる。特に、超電導コイルを採用したことで、大電流を流すことによるコイルの発熱を抑制することができ、また、より強い磁場を発生させることができる。また、加熱部(配管)が回転しない構造としたことで、例えば配管に連通して外部から熱媒体を供給・排出する給排管と配管との接続に、配管の回動を許容する回転継手を用いる必要がなく、簡易な構成で、堅牢な接続を実現できる。   Since the induction heating apparatus according to the embodiment of the present invention described above uses a coil as the magnetic field generating means, it can generate a stronger magnetic field as compared with a conventional apparatus using a permanent magnet. In particular, by adopting a superconducting coil, it is possible to suppress the heat generation of the coil caused by flowing a large current, and it is possible to generate a stronger magnetic field. In addition, since the heating part (pipe) does not rotate, for example, a rotary joint that allows rotation of the pipe to connect the pipe to the supply / discharge pipe that communicates with the pipe and supplies and discharges the heat medium from the outside. There is no need to use a simple connection, and a robust connection can be realized.

<発電システム>
次に、図7を用いて、本発明に係る発電システムの全体構成の一例を説明する。図7に示す発電システムPは、誘導加熱装置10と、風車20と、蓄熱器50と、発電部60とを備える。塔91の上部に設置されたナセル92に風車20が取り付けられ、ナセル92内に誘導加熱装置10が格納されている。また、塔91の下部(土台)に建てられた建屋93に蓄熱器50及び発電部60が設置されている。以下、発電システムPの構成を詳しく説明する。
<Power generation system>
Next, an example of the overall configuration of the power generation system according to the present invention will be described with reference to FIG. The power generation system P shown in FIG. 7 includes an induction heating device 10, a windmill 20, a heat accumulator 50, and a power generation unit 60. The wind turbine 20 is attached to a nacelle 92 installed at the upper part of the tower 91, and the induction heating device 10 is stored in the nacelle 92. Further, the heat accumulator 50 and the power generation unit 60 are installed in a building 93 built at the lower part (base) of the tower 91. Hereinafter, the configuration of the power generation system P will be described in detail.

誘導加熱装置10は、本発明の誘導加熱装置であり、例えば、上記した実施の形態1〜5に係る誘導加熱装置101〜105を利用することができる。また、回転軸21が後述する風車20に直結され、回転体を回転させる動力に風力を利用している。なお、ここでは、熱媒体が水である場合を例に説明する。   The induction heating device 10 is the induction heating device of the present invention, and for example, the induction heating devices 101 to 105 according to the first to fifth embodiments described above can be used. Further, the rotating shaft 21 is directly connected to a windmill 20 described later, and wind power is used as power for rotating the rotating body. Here, a case where the heat medium is water will be described as an example.

風車20は、水平方向に延びる回転軸21を中心に、3枚の翼201を回転軸21に放射状に取り付けた構造である。出力が5MWを超える風力発電システムの場合、直径が120m以上、回転数が10〜20rpm程度である。   The windmill 20 has a structure in which three blades 201 are radially attached to the rotary shaft 21 around a rotary shaft 21 extending in the horizontal direction. In the case of a wind power generation system with an output exceeding 5 MW, the diameter is 120 m or more and the rotation speed is about 10 to 20 rpm.

誘導加熱装置10の配管には、誘導加熱装置10に水を供給する給水管73と、誘導加熱装置10により加熱した水を蓄熱器50に送る輸送管51が接続されている。そして、誘導加熱装置10は、コイルの直流通電により、固定磁極群と回転体とで磁気回路が形成され、回転体の回転により、固定磁極と回転体との間に配置された加熱部を通過する磁束を変化させることで、加熱部を誘導加熱し、配管内の水を加熱する。誘導加熱装置10は、磁場発生手段にコイルを用いているため、強い磁場を発生させることができ、熱媒体である水を例えば100℃〜600℃といった高温に加熱することができる。また、誘導加熱装置10は、加熱部(配管)が回転しない構造であるので、配管と輸送管51及び給水管73との接続に回転継手を用いる必要がなく、例えば溶接などを用いて、簡易な構成で、堅牢な接続を実現できる。   Connected to the piping of the induction heating apparatus 10 are a water supply pipe 73 that supplies water to the induction heating apparatus 10 and a transport pipe 51 that sends the water heated by the induction heating apparatus 10 to the regenerator 50. Then, the induction heating device 10 forms a magnetic circuit between the fixed magnetic pole group and the rotating body by direct current energization of the coil, and passes through a heating unit disposed between the fixed magnetic pole and the rotating body by the rotation of the rotating body. The heating part is induction-heated by changing the magnetic flux to be heated, and the water in the pipe is heated. Since the induction heating apparatus 10 uses a coil as the magnetic field generating means, it can generate a strong magnetic field and can heat water as a heat medium to a high temperature such as 100 ° C. to 600 ° C. In addition, since the induction heating device 10 has a structure in which the heating unit (pipe) does not rotate, it is not necessary to use a rotary joint for connecting the pipe to the transport pipe 51 and the water supply pipe 73. With a simple configuration, a robust connection can be realized.

この発電システムPは、誘導加熱装置10により水を例えば200℃〜350℃まで加熱し、高温高圧水を発生させる。高温高圧水は、誘導加熱装置10と蓄熱器50とを連結する輸送管51を通って蓄熱器50に送られる。蓄熱器50は、輸送管51を通って送られてきた高温高圧水の熱を蓄え、また、熱交換器を用いて発電に必要な蒸気を発電部60に供給する。なお、誘導加熱装置10により蒸気を発生させてもよい。   In the power generation system P, water is heated to, for example, 200 ° C. to 350 ° C. by the induction heating device 10 to generate high-temperature and high-pressure water. The high-temperature high-pressure water is sent to the regenerator 50 through a transport pipe 51 that connects the induction heating device 10 and the regenerator 50. The heat accumulator 50 stores the heat of the high-temperature and high-pressure water sent through the transport pipe 51, and supplies steam necessary for power generation to the power generation unit 60 using a heat exchanger. Note that steam may be generated by the induction heating device 10.

蓄熱器50としては、例えば、蒸気アキュムレーターや、溶融塩や油などを用いた顕熱型、或いは、融点の高い溶融塩の相変化を利用した潜熱型の蓄熱器を利用することができる。潜熱型の蓄熱方式は蓄熱材の相変化温度で蓄熱を行うため、一般に、顕熱型の蓄熱方式に比べて蓄熱温度域が狭帯域であり、蓄熱密度が高い。   As the heat accumulator 50, for example, a steam accumulator, a sensible heat type using a molten salt or oil, or a latent heat type heat accumulator using a phase change of a molten salt having a high melting point can be used. Since the latent heat type heat storage method stores heat at the phase change temperature of the heat storage material, the heat storage temperature range is generally narrower than that of the sensible heat type heat storage method, and the heat storage density is high.

発電部60は、蒸気タービン61と発電機62とを組み合わせた構造であり、蓄熱器50から供給された蒸気によって蒸気タービン61が回転し、発電機62を駆動して発電する。   The power generation unit 60 has a structure in which a steam turbine 61 and a generator 62 are combined. The steam turbine 61 is rotated by the steam supplied from the heat accumulator 50, and the generator 62 is driven to generate power.

蓄熱器50に送られた高温高圧水又は蒸気は、復水器71で冷却され水に戻される。その後、ポンプ72に送られ、高圧水にして給水管73を通って誘導加熱装置10に送られることで循環する。   The high-temperature high-pressure water or steam sent to the regenerator 50 is cooled by the condenser 71 and returned to the water. After that, it is sent to the pump 72 and is circulated by being made into high-pressure water and sent to the induction heating device 10 through the water supply pipe 73.

この発電システムPによれば、再生可能エネルギー(例、風力)を動力として回転エネルギーを得て熱を発生させ、その熱を蓄熱器に蓄熱して発電することで、高価な蓄電池を用いなくても、需要に応じた安定的な発電を実現できる。また、従来の風力発電システムのように増速機を設ける必要がなく、ギアボックスのトラブルを回避することが可能である。さらに、熱媒体の熱を輸送管により例えば塔の下部(土台)に設置された発電部に供給することで、ナセルに発電部を格納する必要がなく、塔の上部に設置されるナセルを小型・軽量化することができる。   According to this power generation system P, it is possible to generate rotational energy by using renewable energy (eg, wind power) as power, generate heat, and store the heat in a heat accumulator to generate electricity, so that an expensive storage battery is not used. However, stable power generation according to demand can be realized. Further, it is not necessary to provide a speed increaser unlike the conventional wind power generation system, and it is possible to avoid a gearbox trouble. Furthermore, by supplying the heat of the heat medium to the power generation unit installed in the lower part (base) of the tower, for example, by a transport pipe, there is no need to store the power generation part in the nacelle, and the nacelle installed in the upper part of the tower is made small -It can be reduced in weight.

上記した発電システムでは、熱媒体に水を用いた場合を例に説明したが、水よりも熱伝導率の高い液体金属を熱媒体に用いてもよい。このような液体金属としては、例えば液体金属ナトリウムが挙げられる。液体金属を熱媒体に用いる場合は、例えば、導電体から熱を受け取る一次熱媒体に液体金属を用い、輸送管を通って送られてきた液体金属の熱で熱交換器を介して二次熱媒体(水)を加熱し、蒸気を発生させることが考えられる。   In the power generation system described above, the case where water is used as the heat medium has been described as an example. However, a liquid metal having a higher thermal conductivity than water may be used as the heat medium. An example of such a liquid metal is liquid metal sodium. When using a liquid metal as a heat medium, for example, the liquid metal is used as a primary heat medium that receives heat from a conductor, and the heat of the liquid metal sent through the transport pipe is used as a secondary heat via a heat exchanger. It is conceivable that the medium (water) is heated to generate steam.

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、回転体の形状、固定磁極の形状及び数を適宜変更したり、回転体及び固定磁極を形成する材料を適宜変更したりすることも可能である。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified as appropriate without departing from the gist of the present invention. For example, the shape of the rotating body and the shape and number of the fixed magnetic poles can be changed as appropriate, and the material forming the rotating body and the fixed magnetic poles can be changed as appropriate.

本発明の誘導加熱装置は、再生可能エネルギーを利用した発電システムに利用する他、例えば給湯システムに利用することも可能である。また、本発明の発電システムは、再生可能エネルギーを利用した発電の分野に好適に利用可能である。   The induction heating apparatus of the present invention can be used for a hot water supply system, for example, in addition to being used for a power generation system using renewable energy. Moreover, the power generation system of the present invention can be suitably used in the field of power generation using renewable energy.

10、101〜105 誘導加熱装置 P 発電システム
11 回転体 111〜114 突部 115,116 磁性材料片 117 支持部材
12 固定磁極群 120 ヨーク部 121〜124 固定磁極
13 コイル 131,132,133,134 コイル素子
14 加熱部 15 配管 16 断熱材
21 回転軸
20 風車 201 翼
50 蓄熱器 51 輸送管
60 発電部 61 蒸気タービン 62 発電機
71 復水器 72 ポンプ 73 給水管
91 塔 92 ナセル 93 建屋
10, 101-105 Induction heating device P Power generation system
11 Rotating body 111-114 Projection 115,116 Magnetic material piece 117 Support member
12 Fixed magnetic pole group 120 Yoke part 121-124 Fixed magnetic pole
13 Coil 131,132,133,134 Coil element
14 Heating part 15 Piping 16 Heat insulation
21 Rotation axis
20 Windmill 201 Wings
50 Heat storage unit 51 Transport pipe
60 Power generation section 61 Steam turbine 62 Generator
71 Condenser 72 Pump 73 Water supply pipe
91 Tower 92 Nasser 93 Building

Claims (6)

回転軸に固定され、外形が非円形の磁性材料からなる回転体と、
前記回転体に対向するように前記回転体の外周に配置され、極性が異なる少なくとも一対の固定磁極と、
前記固定磁極に設けられ、直流磁場を発生させるコイルと、
前記固定磁極と前記回転体との間に配置され、導電材料からなる加熱部と、
前記加熱部に設けられ、熱媒体が流通する配管と、を備え、
前記コイルの直流通電により、一方の前記固定磁極、前記回転体、他方の前記固定磁極を通る磁気回路が形成され、
前記回転体の回転により、前記固定磁極と前記回転体との間に配置された前記加熱部の少なくとも一部を通過する磁束が変化することで、前記加熱部が誘導加熱され、前記熱媒体を加熱することを特徴とする誘導加熱装置。
A rotating body made of a magnetic material fixed to the rotating shaft and having a non-circular outer shape;
At least a pair of fixed magnetic poles disposed on the outer periphery of the rotating body so as to face the rotating body and having different polarities;
A coil provided on the fixed magnetic pole for generating a DC magnetic field;
A heating unit disposed between the fixed magnetic pole and the rotating body and made of a conductive material;
A pipe provided in the heating unit and through which a heat medium flows,
A magnetic circuit that passes through one of the fixed magnetic poles, the rotating body, and the other fixed magnetic poles is formed by direct current energization of the coil,
Due to the rotation of the rotating body, the magnetic flux passing through at least a part of the heating unit disposed between the fixed magnetic pole and the rotating body changes, whereby the heating unit is induction-heated, and the heating medium is An induction heating device characterized by heating.
前記回転体が1回転する間、一方の前記固定磁極と前記回転体、並びに、前記回転体と他方の前記固定磁極が実質的に常に対向し、
前記回転体が回転しても、前記固定磁極と前記回転体とで形成される磁気回路に流れる総磁束が実質的に一定であることを特徴とする請求項1に記載の誘導加熱装置。
While the rotating body makes one rotation, the one fixed magnetic pole and the rotating body, and the rotating body and the other fixed magnetic pole are substantially always opposed to each other.
2. The induction heating apparatus according to claim 1, wherein even if the rotating body rotates, a total magnetic flux flowing in a magnetic circuit formed by the fixed magnetic pole and the rotating body is substantially constant.
前記固定磁極と前記回転体とが対向するとき、前記固定磁極に対して前記回転体の面積が小さいことを特徴とする請求項1又は2に記載の誘導加熱装置。   The induction heating device according to claim 1 or 2, wherein when the fixed magnetic pole and the rotating body face each other, the area of the rotating body is smaller than the fixed magnetic pole. 前記コイルが、超電導コイルであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の誘導加熱装置。   The induction heating apparatus according to claim 1, wherein the coil is a superconducting coil. 前記回転軸が、風車に接続され、
前記回転体を回転させる動力に風力を利用することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の誘導加熱装置。
The rotating shaft is connected to a windmill;
The induction heating apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein wind power is used as power for rotating the rotating body.
請求項1〜5のいずれか一項に記載の誘導加熱装置と、
前記熱媒体の熱を電気エネルギーに変換する発電部と、を備えることを特徴とする発電システム。
Induction heating apparatus according to any one of claims 1 to 5,
And a power generation unit that converts heat of the heat medium into electrical energy.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107559141A (en) * 2016-06-30 2018-01-09 上海交通大学 Electromagnetic actuator device based on fan blade vortex generator active control
WO2018139004A1 (en) * 2017-01-24 2018-08-02 住友電気工業株式会社 Energy storage system and system for stably using fluctuating power
CN111093299A (en) * 2018-10-23 2020-05-01 法雷奥电机设备公司 Inductor for heating active components of a rotating electrical machine
WO2022264450A1 (en) * 2021-06-17 2022-12-22 株式会社 東芝 Heat storage power generation system and power generation control system

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107559141A (en) * 2016-06-30 2018-01-09 上海交通大学 Electromagnetic actuator device based on fan blade vortex generator active control
CN107559141B (en) * 2016-06-30 2019-06-21 上海交通大学 Electromagnetic actuator device based on fan blade vortex generator active control
WO2018139004A1 (en) * 2017-01-24 2018-08-02 住友電気工業株式会社 Energy storage system and system for stably using fluctuating power
CN110199450A (en) * 2017-01-24 2019-09-03 住友电气工业株式会社 Energy storage system and system using variable power can be stablized
JPWO2018139004A1 (en) * 2017-01-24 2019-11-14 住友電気工業株式会社 Energy storage system and variable power stable utilization system
US11336150B2 (en) 2017-01-24 2022-05-17 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Energy storage system and system enabling stable utilization of variable electric power
JP2022097523A (en) * 2017-01-24 2022-06-30 住友電気工業株式会社 Energy storage system and stable utilization system for variable power
JP7228126B2 (en) 2017-01-24 2023-02-24 住友電気工業株式会社 Energy storage system and variable power stable utilization system
JP7304010B2 (en) 2017-01-24 2023-07-06 住友電気工業株式会社 Energy storage system and variable power stable utilization system
CN110199450B (en) * 2017-01-24 2024-01-02 住友电气工业株式会社 Energy storage system and system capable of stably utilizing variable power
CN111093299A (en) * 2018-10-23 2020-05-01 法雷奥电机设备公司 Inductor for heating active components of a rotating electrical machine
WO2022264450A1 (en) * 2021-06-17 2022-12-22 株式会社 東芝 Heat storage power generation system and power generation control system

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