JP2011216421A

JP2011216421A - Induction heating device and power generation system including the same

Info

Publication number: JP2011216421A
Application number: JP2010085544A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Sawa; 剛佐波; Kozo Fujino; 剛三藤野; Toru Okazaki; 徹岡崎; Toshihiro Hayashi; 敏広林; Koji Hisada; 孝治久田
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2010-04-01
Filing date: 2010-04-01
Publication date: 2011-10-27

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an induction heating device which can heat a heating medium in a simple structure and reducing torque required for rotation of a rotary body.SOLUTION: The induction heating device 10 includes rotary core parts 115, fixed core parts 120, magnetic field generation parts 130, partition parts 113, a heating part 140, and a piping 150. The rotary core parts 115 constitute a rotary body. The fixed core parts 120 are arranged with a space each left from the rotary core parts 115. The magnetic field generation parts 130 generate a magnetic flux passing through both core parts by being prepared on one core part. The partition parts 113 makes one end side and the other end side of the magnetic flux of the rotary core parts 115 partitioned to a plurality of ranges arrayed in a circumferential direction. The heating part 140 is induction-heated by being chain-linked with the magnetic flux between both core parts. The piping 150 is arranged at the heating part 140, and the heating medium is circulated in the piping part 150. When one end side of the magnetic flux on the rotary core part 115 and one end side of the magnetic flux on the fixed core part 120 are opposed to each other, the other end side of the magnetic flux on the rotary core part 115 and the other end side of the magnetic flux on the fixed core part 120 are shifted in a circumferential direction of the rotary body.

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22年1月29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], Nuclear Encyclopedia ATOMICA, [Searched on January 29, 2010], 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22年1月29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 January 29, 2010], 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22年1月29日検索]、インターネット<URL：http://www.mhi.co.jp/products/expand/wind_kouza.html>“Wind Lecture”, [online], Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. [searched on January 29, 2010], Internet <URL: http://www.mhi.co.jp/products/expand/wind_kouza.html>

しかし、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、ロータを回転するのに大きなトルクが必要になる場合がある。この加熱装置では、ロータの周方向に並列された各永久磁石は、ロータの外周側に現れる磁極が交互にN極とS極が並ぶように配置されている。この構成により渦電流による加熱を効率的に行うことができるが、ロータの回転を阻害しないように磁力を作用させることができない。そのため、特にロータが大型化した場合、ロータの回転には大きなトルクが必要とされる。 However, in the conventional induction heating apparatus described in Patent Document 1, a large torque may be required to rotate the rotor. In this heating apparatus, the permanent magnets arranged in parallel in the circumferential direction of the rotor are arranged so that the magnetic poles appearing on the outer circumferential side of the rotor are alternately arranged in N and S poles. With this configuration, heating by eddy current can be performed efficiently, but magnetic force cannot be applied so as not to inhibit the rotation of the rotor. Therefore, especially when the rotor is enlarged, a large torque is required for the rotation of the rotor.

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 dealt with by exchanging the gearbox. However, if a nacelle is installed at the top of the tower, it takes a lot of time and labor to install 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、熱媒体を加熱することに適し、回転体（ロータ）の回転に要するトルクを低減できる誘導加熱装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and one of its purposes is suitable for heating a heat medium while having a simple configuration, and provides torque required for rotation of a rotating body (rotor). An object of the present invention is to provide an induction heating device that can be reduced.

また、本発明の別の目的は、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。 Another object of the present invention is to provide a power generation system including the induction heating device.

本発明の誘導加熱装置は、回転コア部、固定コア部、磁場発生部、仕切部、加熱部、及び配管を備える。回転コア部は、磁性材料からなって、回転体を構成する。固定コア部は、磁性材料からなって、回転コア部と間隔をあけて配される。磁場発生部は、前記回転コア部又は固定コア部に設けられて、両コア部を通る磁束を発生させる。仕切部は、非磁性材料からなり、回転コア部における磁束の一端側と他端側の各々を周方向に並ぶ複数の領域に区画し、かつその一端側の各領域と他端側の各領域とが周方向にずれるように区画する。加熱部は、導電性材料からなり、前記回転コア部と固定コア部との間に配置され、前記磁束に鎖交されることで誘導加熱される。配管は、この加熱部に設けられ、熱媒体が流通される。そして、この加熱装置において、前記回転コア部における磁束の一端側と固定コア部における磁束の一端側とを対向したとき、回転コア部における磁束の他端側と固定コア部における磁束の他端側とが前記回転体の周方向にずれていることを特徴とする。 The induction heating device of the present invention includes a rotating core part, a fixed core part, a magnetic field generating part, a partitioning part, a heating part, and piping. The rotating core portion is made of a magnetic material and constitutes a rotating body. The fixed core portion is made of a magnetic material and is disposed with a space from the rotating core portion. The magnetic field generation unit is provided in the rotating core unit or the fixed core unit, and generates a magnetic flux passing through both core units. The partition portion is made of a non-magnetic material, partitions one end side and the other end side of the magnetic flux in the rotating core portion into a plurality of regions arranged in the circumferential direction, and each region on the one end side and each region on the other end side And so as to be displaced in the circumferential direction. A heating part consists of an electroconductive material, is arrange | positioned between the said rotation core part and a fixed core part, and is induction-heated by being linked with the said magnetic flux. Piping is provided in this heating part, and a heat medium is distribute | circulated. And in this heating device, when one end side of the magnetic flux in the rotating core portion and one end side of the magnetic flux in the fixed core portion are opposed to each other, the other end side of the magnetic flux in the rotating core portion and the other end side of the magnetic flux in the fixed core portion Are shifted in the circumferential direction of the rotating body.

この構成によれば、回転コア部及び固定コア部における磁束の一端側と他端側との配置を上記規定のように構成することで、回転体の回転を阻害しない方向に磁力を作用させることができ、回転体のトルクを軽減することができる。また、所定の仕切部を設けることで、固定コア部における磁束の一端側、回転コア部における磁束の一端側、回転コア部における磁束の他端側、固定コア部における磁束の他端側とつながる環状の閉磁路を容易に形成することができる。そして、固定コア部又は回転コア部の一方の突端の極性を切り替える装置を用いることなく、この突端の極性を回転体の回転に伴って切り替えることができる。さらに、回転しない加熱部を用いることで、加熱部に対して熱媒体を容易に供給・排出することができる。 According to this configuration, the magnetic force acts in a direction that does not hinder the rotation of the rotating body by configuring the arrangement of the magnetic flux at one end side and the other end side of the rotating core portion and the fixed core portion as defined above. And the torque of the rotating body can be reduced. In addition, by providing a predetermined partition portion, it is connected to one end side of the magnetic flux in the fixed core portion, one end side of the magnetic flux in the rotating core portion, the other end side of the magnetic flux in the rotating core portion, and the other end side of the magnetic flux in the fixed core portion. An annular closed magnetic circuit can be easily formed. And the polarity of this protrusion can be switched with rotation of a rotary body, without using the apparatus which switches the polarity of one protrusion of a fixed core part or a rotation core part. Furthermore, by using a heating unit that does not rotate, the heat medium can be easily supplied to and discharged from the heating unit.

本発明の誘導加熱装置の一形態として、前記磁場発生部は、固定コア部に巻回される超電導コイルを備えることが挙げられる。 As one form of the induction heating device of the present invention, the magnetic field generator may include a superconducting coil wound around a fixed core.

この構成によれば、磁場発生部に超電導コイルを用いることで、同コイルを励磁した際、常電導コイルのようにコイル自体が発熱することがなく、かつ強力な磁場を発生することができる。 According to this configuration, by using the superconducting coil in the magnetic field generating unit, when the coil is excited, the coil itself does not generate heat unlike the normal conducting coil, and a strong magnetic field can be generated.

本発明の誘導加熱装置の一形態として、前記磁場発生部は、回転コア部を構成する永久磁石であることが挙げられる。 As one form of the induction heating apparatus of this invention, it is mentioned that the said magnetic field generation | occurrence | production part is a permanent magnet which comprises a rotation core part.

この構成によれば、磁場発生部に永久磁石を用いることで、コイルのように電流の供給を必要とせず、その電流の給電線も不要である。そのため、磁場発生部の構成を簡易にすることができる。 According to this configuration, since a permanent magnet is used for the magnetic field generation unit, it is not necessary to supply a current unlike a coil, and the current supply line is also unnecessary. Therefore, the configuration of the magnetic field generator can be simplified.

本発明の誘導加熱装置の一形態として、前記回転コア部と固定コア部との間に形成される間隔は、回転体の径方向に形成されていることが挙げられる。 As one form of the induction heating apparatus of this invention, it is mentioned that the space | interval formed between the said rotation core part and a fixed core part is formed in the radial direction of a rotary body.

この構成によれば、いわゆるラジアルギャップタイプの誘導加熱装置を構成することができる。特に、次述するアキシャルギャップタイプの加熱装置に比べて回転体を小型化しやすく、回転体を低トルクで回転できる点で好ましい構成といえる。 According to this configuration, a so-called radial gap type induction heating device can be configured. In particular, it can be said that this is a preferable configuration in that the rotating body can be easily miniaturized and the rotating body can be rotated with a low torque as compared with the axial gap type heating device described below.

本発明の誘導加熱装置の一形態として、前記回転コア部と固定コア部との間に形成される間隔は、回転体の軸方向に形成されていることが挙げられる。 As one form of the induction heating device of the present invention, the interval formed between the rotating core portion and the fixed core portion may be formed in the axial direction of the rotating body.

この構成よれば、いわゆるアキシャルギャップタイプの誘導加熱装置を構成することができ、誘導加熱装置の設置状況に応じた装置構成の選択肢を増加することができる。 According to this configuration, a so-called axial gap type induction heating device can be configured, and the options of the device configuration according to the installation status of the induction heating device can be increased.

本発明の誘導加熱装置の一形態として、前記回転体は風車の回転軸を備え、前記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, the said rotary body is equipped with the rotating shaft of a windmill, and using wind power for the motive power which rotates the said rotary body is mentioned.

この構成によれば、風力を利用するため、自然エネルギーの有効利用を図ることができる。特に、風力は昼夜に関係なく風が吹く限り利用でき、熱媒体の加熱に利用することが。 According to this configuration, since wind power is used, effective use of natural energy can be achieved. In particular, wind power can be used as long as the wind blows regardless of day or night, and can be used to heat the heat medium.

一方、本発明の発電システムは、上述した本発明に係る誘導加熱装置と、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。 On the other hand, a power generation system according to the present invention includes the above-described induction heating device according to the present invention and a power generation unit that converts heat of the heat medium into electric energy.

この構成によれば、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から熱エネルギーに変換して、さらに電気エネルギーとして取り出すことができる。また、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。さらに、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。そして、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。 According to this configuration, the heat of the heat medium heated by using the above-described induction heating device is used for power generation, and this is a novel power generation system that has not existed before. 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 further extracted as electric energy. In addition, according to the power generation system of the present invention, efficient and stable power generation can be realized by storing energy as heat using a heat accumulator by converting heat into electrical energy. Furthermore, a heat storage system that can store heat in a regenerator and extract heat necessary for power generation is simpler than a power storage system, and a heat accumulator is also cheaper than a storage battery. And it is not necessary to provide a gearbox like the conventional wind power generation system, and it is possible to avoid the trouble of a gear box.

本発明の誘導加熱装置は、回転体の回転に必要なトルクを低減することが比較的容易である。また、本発明の発電システムは、上記の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。 In the induction heating device of the present invention, it is relatively easy to reduce the torque required for the rotation of the rotating body. In addition, 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 induction heating device described above for power generation.

実施形態１に係る加熱装置の模式斜視図である。1 is a schematic perspective view of a heating device according to Embodiment 1. FIG. 実施形態１に係る加熱装置の模式側面図である。1 is a schematic side view of a heating device according to Embodiment 1. FIG. 図１の加熱装置から加熱体を取り外した状態を示す模式斜視図である。It is a model perspective view which shows the state which removed the heating body from the heating apparatus of FIG. 図１の加熱装置を構成する回転体を示し、（A）は回転体の組立斜視図、（B）は回転体の分解斜視図である。The rotating body which comprises the heating apparatus of FIG. 1 is shown, (A) is an assembly perspective view of a rotating body, (B) is an exploded perspective view of a rotating body. 図１の加熱装置における回転体の回転状態を示す説明図で、（A）は回転体が所定の回転位置にある状態を示し、（B）は（A）図から回転体が時計回りに回転した状態を示す。It is explanatory drawing which shows the rotation state of the rotary body in the heating apparatus of FIG. 1, (A) shows the state in which a rotary body exists in a predetermined rotation position, (B) rotates a rotary body clockwise from (A) figure. Shows the state. 実施形態２に係る加熱装置の模式部分断面図である。6 is a schematic partial cross-sectional view of a heating apparatus according to Embodiment 2. FIG. 実施形態３に係る発電システムの模式説明図である。6 is a schematic explanatory diagram of a power generation system according to Embodiment 3. FIG.

以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。実施形態１、２では誘導加熱装置を、実施形態３では発電システムを説明する。各図において、同じ部材又は対応する部材には同一符号を付している。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the first and second embodiments, an induction heating apparatus will be described, and in the third embodiment, a power generation system will be described. In each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the same member or a corresponding member.

〔実施形態１：ラジアルギャップ型誘導加熱装置〕
＜構成の概要＞
この誘導加熱装置10は、図１〜図３に示すように、回転体110、固定コア部120、磁場発生部130、加熱部140（図１、図２）、及び配管150（図１、図２）を備える。回転体110は回転コア部115を備え、回転体110を回転すると共に磁場発生部130で磁束を発生することで、固定コア部120と回転コア部115の双方を通る閉磁路が形成される。この閉磁路を構成する磁束は加熱部140を通過するため、回転体110の回転により磁束を変化させれば、加熱部140は渦電流が生じて誘導加熱される。そして、加熱部140の加熱に伴って、配管150を流通する熱媒体が加熱される。以下、各部の構成をより詳しく説明する。 [Embodiment 1: Radial gap type induction heating apparatus]
<Outline of configuration>
As shown in FIGS. 1 to 3, the induction heating apparatus 10 includes a rotating body 110, a fixed core 120, a magnetic field generator 130, a heating unit 140 (FIGS. 1 and 2), and a pipe 150 (FIGS. 1 and 2). 2). The rotating body 110 includes a rotating core unit 115, and rotates the rotating body 110 and generates a magnetic flux in the magnetic field generating unit 130, thereby forming a closed magnetic path that passes through both the fixed core unit 120 and the rotating core unit 115. Since the magnetic flux constituting the closed magnetic path passes through the heating unit 140, if the magnetic flux is changed by the rotation of the rotating body 110, the heating unit 140 is inductively heated by generating an eddy current. As the heating unit 140 is heated, the heat medium flowing through the pipe 150 is heated. Hereinafter, the configuration of each unit will be described in more detail.

（回転体）
回転体110は、図４に示すように、回転軸111と、その回転軸111の外周に嵌め込まれる一対の放射状の仕切部113と、回転軸111に貫通されると共に、仕切部113の区画領域に配されて回転軸111と共に回転される回転コア部115とを備える。回転体110の各端部側の外形は、回転体110が１回転する間に回転コア部115と固定コア部120と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110における回転軸111と直交断面の外形としては、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。 (Rotating body)
As shown in FIG. 4, the rotating body 110 includes a rotating shaft 111, a pair of radial partition portions 113 fitted on the outer periphery of the rotating shaft 111, and a partition region of the partition portion 113 while penetrating the rotating shaft 111. And a rotating core portion 115 that is rotated together with the rotating shaft 111. The outer shape of each end side of the rotating body 110 is not particularly limited as long as the distance between the rotating core portion 115 and the fixed core portion 120 changes while the rotating body 110 rotates once. Examples of the outer shape orthogonal to the rotation axis 111 of the rotating body 110 include a rectangular shape, an elliptical shape, a polygonal shape, a cross shape, an arc shape (bow shape), and a gear shape.

《回転軸》
回転軸111は、図示しない回転駆動源により回転される。回転駆動源には、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、中でも自然エネルギーの一つである風力を利用することが好適である。例えば、風力で回転する翼の回転軸を、この回転軸111として利用することができる。本例では、非磁性材料で回転軸111を構成している。 "Axis of rotation"
The rotation shaft 111 is rotated by a rotation drive source (not shown). As the rotational drive source, 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, which is one of natural energy. For example, the rotating shaft of a blade rotating with wind power can be used as the rotating shaft 111. In this example, the rotating shaft 111 is made of a nonmagnetic material.

《仕切部》
仕切部113（113F、113B）は、回転コア部115の軸方向における一端側と他端側の各々における軸方向の所定長さ分にわたって、周方向に複数の領域に区画する部材で、非磁性材料から構成されている。つまり、仕切部113は回転コア部115の両端部のみを周方向に区画し、中間部は区画していない。本例では、回転軸111の外側に嵌められる筒部と、筒部の外周に等間隔で突出される複数の板部とを有する歯車状の仕切部113を一対用いている。板部の形状とサイズは、隣り合う分割片115P同士を区画できるように適宜選択すればよい。本例では6枚の矩形板を板部としている。この仕切部113の材料としては、プラスチックの他、銅、アルミニウム、それらの合金、ステンレスなどの非磁性金属材料などが利用できる。このような各仕切部113F、113Bは、次述する回転コア部115の一端側と他端側の各々に設けられた切欠に嵌め込まれる。 <Partition section>
The partition 113 (113F, 113B) is a member that is divided into a plurality of regions in the circumferential direction over a predetermined length in the axial direction on each of the one end side and the other end side in the axial direction of the rotating core 115. Consists of materials. That is, the partition part 113 partitions only both ends of the rotating core part 115 in the circumferential direction, and does not partition the intermediate part. In this example, a pair of gear-shaped partition portions 113 having a cylindrical portion fitted on the outer side of the rotating shaft 111 and a plurality of plate portions protruding at equal intervals on the outer periphery of the cylindrical portion are used. The shape and size of the plate portion may be appropriately selected so that adjacent divided pieces 115P can be partitioned. In this example, six rectangular plates are used as the plate portion. As a material for the partition 113, non-magnetic metal materials such as copper, aluminum, alloys thereof, and stainless steel can be used in addition to plastic. Each of such partition portions 113F and 113B is fitted into a notch provided on one end side and the other end side of the rotary core portion 115 described below.

《回転コア部》
回転コア部115は、磁性材料からなって上述した閉磁路の一部を構成する概略円筒状の部材である。本例では、回転コア部115の各端部が放射状の切欠115Nにより周方向に6つの分割片115Pに分けられ、中間部は両端部の分割片115Pをつなぐ中空円筒片から構成されている。つまり、回転コア部115の一端側の各分割片115Pと他端側の各分割片115Pとは中空円筒片を介して一体に構成されている。この切欠115Nは、上述した仕切部113（113F、113B）に対応した形状であり、各仕切部113F、113Bは回転コア部115の端部から軸方向にスライドして切欠115Nに嵌め込むことができる。各分割片115Pは、断面が扇形で、回転コア部115の軸方向の所定長さ分にわたって周方向に分割される基部の外周面に突端115H（115T）を備える。即ち、各分割片115Pを用いて回転体110を構成した際、回転体110の各端部からは外周に向かって合計6つの突端115H（115T）が延びるように構成される。但し、回転コア部115の各端部では、6つの突端115H、115T同士の位置が互いに周方向にずれるように構成されている。本例では、図２に示すように、回転コア部115の一端側に計6つの突端115Hが並び、他端側の突端115Tは一端側の突端115Hの間に位置するように設けられている。つまり、回転コア部115の一端側の突端115Hと他端側の突端115Tは、互いに30°ずつ周方向にずれて配置されている。分割片115Pの数は適宜選択することができる。これら突端のうち、回転コア部の一端側のある突端115Hと、他端側の突端115Tで回転コア部115を軸方向からみた場合に、当該一端側の突端115Hに隣接する一方の突端115Tとは、回転コア部115を通る磁束における一端側と他端側とを構成する。基部の形状や突端115H、115Tの形状は適宜選択すればよい。本例では基部を断面が扇状の棒状片とし、突端115H、115Tを円柱片としている。そして、これら一対の突端115H、115Tは、基部の長手方向（回転軸方向）に離れているのみならず、基部における回転軸111の周方向にもずれた位置に設けられている。この突端115H、115Tのペア数と後述する固定コア部120の突端120H、120Tのペア数は、本例のように同じでもよいが、異なってもよい。このペア数が異なることにより、一部の回転コア部の突端115H、115Tが固定コア部の突端120H、120Tに対向したとき、他の回転コア部の突端115H、115Tが固定コア部の突端120H、120Tからずれた位置としやすく、磁場発生部130（図１〜図３）の励磁に伴う磁力を回転体110の回転を阻害しないように利用しやすい。この回転コア部115を構成す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。 <Rotating core>
The rotating core 115 is a substantially cylindrical member made of a magnetic material and constituting a part of the above-described closed magnetic path. In this example, each end portion of the rotating core portion 115 is divided into six divided pieces 115P in the circumferential direction by radial notches 115N, and the intermediate portion is constituted by a hollow cylindrical piece connecting the divided pieces 115P at both end portions. That is, each of the divided pieces 115P on one end side and each of the divided pieces 115P on the other end side of the rotary core portion 115 are integrally configured via the hollow cylindrical piece. This notch 115N has a shape corresponding to the partition 113 (113F, 113B) described above, and each partition 113F, 113B can slide in the axial direction from the end of the rotary core 115 and fit into the notch 115N. it can. Each divided piece 115P has a fan-shaped cross section, and includes a protruding end 115H (115T) on the outer peripheral surface of the base portion that is divided in the circumferential direction over a predetermined length in the axial direction of the rotating core portion 115. That is, when the rotating body 110 is configured using each of the divided pieces 115P, a total of six projecting ends 115H (115T) are extended from each end of the rotating body 110 toward the outer periphery. However, at each end portion of the rotating core portion 115, the positions of the six projecting ends 115H and 115T are shifted from each other in the circumferential direction. In this example, as shown in FIG. 2, a total of six projecting ends 115H are arranged on one end side of the rotating core portion 115, and the projecting end 115T on the other end side is provided between the projecting ends 115H on the one end side. . That is, the protruding end 115H on one end side and the protruding end 115T on the other end side of the rotary core portion 115 are arranged so as to be shifted from each other by 30 ° in the circumferential direction. The number of division pieces 115P can be selected as appropriate. Among these protrusions, a protrusion 115H on one end side of the rotating core portion and one protrusion 115T adjacent to the protrusion 115H on one end side when the rotation core portion 115 is viewed from the axial direction at the protrusion 115T on the other end side Constitutes one end side and the other end side of the magnetic flux passing through the rotating core portion 115. The shape of the base and the shapes of the protrusions 115H and 115T may be appropriately selected. In this example, the base is a bar-shaped piece having a fan-like cross section, and the protrusions 115H and 115T are columnar pieces. The pair of protrusions 115H and 115T are provided not only in the longitudinal direction (rotation axis direction) of the base portion but also in a position shifted in the circumferential direction of the rotation shaft 111 in the base portion. The number of pairs of protrusions 115H and 115T and the number of pairs of protrusions 120H and 120T of the fixed core 120 described later may be the same as in this example, but may be different. Due to the difference in the number of pairs, when the protrusions 115H and 115T of some rotating core parts face the protrusions 120H and 120T of the fixed core part, the protrusions 115H and 115T of other rotating core parts are the protrusions 120H of the fixed core part. It is easy to make the position shifted from 120T, and it is easy to use the magnetic force accompanying the excitation of the magnetic field generator 130 (FIGS. 1 to 3) so as not to impede the rotation of the rotating body 110. Examples of the magnetic material constituting the rotating core portion 115 include iron, nickel, cobalt, silicon steel, permalloy, and ferrite.

（固定コア部）
一方、固定コア部120は、回転体110の外周に間隔をあけて配されて、上記閉磁路の一部を構成する（図１〜図３）。本例では、［型の棒状片を合計６つ用いて固定コア部120としている。この固定コア部110は、図示しない支持部材に支持されて、回転体110の周方向に等間隔に固定されている。その固定状態において、固定コア部の両突端120H、120Tは、互いに回転体110の軸方向に沿って離隔されるが、回転体110の周方向には、ずれないように配置されている。そして、これら両突端120H、120Tが、固定コア部120を通る磁束の一端側と他端側を構成する。この固定コア部120の構成材料も回転コア部115と同様の磁性材料が利用できる。 (Fixed core part)
On the other hand, the fixed core part 120 is arranged on the outer periphery of the rotating body 110 with a space therebetween, and constitutes a part of the closed magnetic circuit (FIGS. 1 to 3). In this example, the fixed core portion 120 is formed using a total of six rod-shaped pieces. The fixed core portion 110 is supported by a support member (not shown) and fixed at equal intervals in the circumferential direction of the rotating body 110. In the fixed state, both protruding ends 120H and 120T of the fixed core portion are spaced apart from each other along the axial direction of the rotating body 110, but are arranged so as not to be displaced in the circumferential direction of the rotating body 110. These two projecting ends 120H and 120T constitute one end side and the other end side of the magnetic flux passing through the fixed core portion 120. As the constituent material of the fixed core portion 120, the same magnetic material as that of the rotating core portion 115 can be used.

（磁場発生部）
磁場発生部130は、回転コア部115と固定コア部120を通る磁束を発生する。磁場発生部130は、磁束を発生できるものであれば、永久磁石でもコイルでも構わない。永久磁石は、電力供給が不要で、加熱装置を簡易な構成にすることができる。一方、コイルは、励磁する際の通電電流を上げることで、容易に高い磁場強度を得ることができる。また、このコイルは、回転せず固定された固定コア部120に設けることで、コイルにつながる給電線の取り回しを容易にでき、かつ回転体110を軽量化して回転体110の回転に要するトルクを低減し易くする。さらに、コイルの場合、常電導コイルと超電導コイルのいずれも利用することができる。本例では、各固定コア部120の中間部に巻回された超電導コイルで磁場発生部130を構成している。超電導コイルは、電気抵抗が実質的にゼロであり、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、かつより強い磁場を発生させることができる。この超電導コイルは、図示しない直流電源に接続されている。直流通電を行うことでコイルを励磁する際に交流損失もない。さらに、コイルの周囲を図示しない冷却用ジャケットで覆われて、冷却することによって超電導状態に保持されている。 (Magnetic field generator)
The magnetic field generator 130 generates a magnetic flux that passes through the rotating core unit 115 and the fixed core unit 120. The magnetic field generator 130 may be a permanent magnet or a coil as long as it can generate magnetic flux. The permanent magnet does not require power supply, and the heating device can be configured simply. On the other hand, the coil can easily obtain a high magnetic field strength by increasing the energization current when it is excited. Further, by providing the coil in the fixed core portion 120 that is fixed without rotating, the power supply line connected to the coil can be easily routed, and the weight of the rotating body 110 can be reduced and the torque required for the rotation of the rotating body 110 can be increased. Make it easier to reduce. Furthermore, in the case of a coil, both a normal conducting coil and a superconducting coil can be used. In this example, the magnetic field generation unit 130 is configured by a superconducting coil wound around an intermediate portion of each fixed core unit 120. The superconducting coil has substantially zero electrical resistance, and no heat is generated in the coil even when a large current is passed. Therefore, compared with a normal conducting coil, the heat_generation | fever of a coil by sending a large current can be suppressed, and a stronger magnetic field can be generated. This superconducting coil is connected to a DC power source (not shown). There is no AC loss when the coil is excited by applying DC current. Further, the periphery of the coil is covered with a cooling jacket (not shown) and is kept in a superconducting state by cooling.

このような磁場発生部130は、回転体110の周方向に隣り合う固定コア部120の突端120H（120T）が互いに逆極性となるように構成することが好ましい。例えば、図２に破線で示すように超電導コイルに電流を流して同コイルを励磁する。それに伴い、ある固定コア部の突端120HがN極なら、それに隣り合う固定コア部の突端120HはS極となるように超電導コイルが励磁される（図５）。この極性配置により、磁場発生部130により生じた磁力を回転体110の回転を阻害しないように利用しやすく、回転体110を回転する際のトルク低減に効果的である。 Such a magnetic field generator 130 is preferably configured such that the protrusions 120H (120T) of the fixed cores 120 adjacent to each other in the circumferential direction of the rotating body 110 have opposite polarities. For example, as shown by a broken line in FIG. 2, a current is passed through the superconducting coil to excite the coil. Accordingly, if the protruding end 120H of a certain fixed core part is an N pole, the superconducting coil is excited so that the protruding end 120H of the fixed core part adjacent thereto becomes an S pole (FIG. 5). This polarity arrangement makes it easy to use the magnetic force generated by the magnetic field generator 130 so as not to hinder the rotation of the rotating body 110, and is effective in reducing torque when rotating the rotating body 110.

（加熱部）
加熱部140は、磁場発生部130で発生された磁束の変化に伴って誘導加熱される導電性の部材で、図示しない支持部材により回転しないよう支持されている。本例では、回転体110の外周を覆う中空円筒状の金属管を加熱部としている。金属管の構成材としては、例えば、アルミニウムや銅、鉄などが挙げられる。この加熱部140は、回転コア部115と固定コア部120との間に両コア部115、120と非接触に配置される。この配置により、両コア部115、120を通る磁束は加熱部140を通過するため、その磁束を回転体110の回転により変化させることで加熱部140を誘導加熱することができる。 (Heating part)
The heating unit 140 is a conductive member that is induction-heated in accordance with a change in magnetic flux generated by the magnetic field generation unit 130, and is supported by a support member (not shown) so as not to rotate. In this example, a hollow cylindrical metal tube covering the outer periphery of the rotating body 110 is used as the heating unit. Examples of the constituent material of the metal tube include aluminum, copper, and iron. The heating unit 140 is disposed between the rotating core unit 115 and the fixed core unit 120 so as not to contact the core units 115 and 120. With this arrangement, the magnetic flux passing through both the core portions 115 and 120 passes through the heating unit 140, so that the heating unit 140 can be induction-heated by changing the magnetic flux by the rotation of the rotating body 110.

また、この加熱部140の周囲には、断熱材（図示略）を配置してもよい。例えば、円筒状の加熱部140の内外周面、及び加熱部140の端面のうち配管150の配置箇所を除く箇所に断熱材を設ける。断熱材には、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 (not shown) may be disposed around the heating unit 140. For example, a heat insulating material is provided on the inner and outer peripheral surfaces of the cylindrical heating unit 140 and the end surface of the heating unit 140 except for the location where the pipe 150 is disposed. As the heat insulating material, for example, rock wool, glass wool, foamed plastic, brick, ceramics, or the like can be used.

（配管）
配管150は、熱媒体の流路を構成する。熱媒体の流路は、加熱部140と熱的に接続されていればよく、加熱部140と接触する距離を極力長く確保できれば、効率的に熱媒体を加熱することができる。例えば、筒状の加熱部140に、その軸方向に延びる配管150を配し、加熱部140の一端から他端に向けて抜ける熱媒体の流路を構成してもよいし（図１）、加熱部の軸方向又は周方向に蛇行する配管を配して、より加熱効率に優れた熱媒体の流路を構成してもよい。また、配管150は、加熱部140に接触状態で外装してもよいし、加熱部140に内装してもよい。加熱部140に配管150を内装する場合、加熱部140に貫通孔を形成しておき、その貫通孔に加熱部140とは別材料の管路を挿通して配管150としてもよいし、単にその貫通孔自体を配管150としてもよい。その他、配管自体で加熱部を構成することもできる。例えば、導電性材料でらせん状に構成された配管であれば、図１の筒状の加熱体140の代わりに回転体110と同軸に配することで、加熱部140の機能も兼用することができる。 (Piping)
The pipe 150 constitutes a heat medium flow path. The flow path of the heat medium only needs to be thermally connected to the heating unit 140. If the distance in contact with the heating unit 140 can be ensured as long as possible, the heat medium can be efficiently heated. For example, a pipe 150 that extends in the axial direction may be disposed in the cylindrical heating unit 140, and a flow path of the heat medium that passes from one end of the heating unit 140 toward the other end may be configured (FIG. 1). A pipe that meanders in the axial direction or the circumferential direction of the heating unit may be provided to configure a heat medium flow path with higher heating efficiency. Further, the pipe 150 may be packaged in contact with the heating unit 140 or may be packaged in the heating unit 140. When the heating unit 140 includes the pipe 150, a through hole may be formed in the heating unit 140, and a pipe made of a material different from the heating unit 140 may be inserted into the through hole to form the pipe 150. The through hole itself may be the pipe 150. In addition, a heating part can also be comprised with piping itself. For example, in the case of a pipe made of a conductive material in a spiral shape, the function of the heating unit 140 can be shared by arranging it coaxially with the rotating body 110 instead of the cylindrical heating body 140 of FIG. it can.

また、回転せず固定された加熱部140に配管150を設けることで、配管150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150との接続に、配管150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140（配管150）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150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 addition, by providing the piping 150 in the heating unit 140 that is fixed without rotating, the piping 150 can be rotated to connect the piping 150 with the supply / exhaust pipe that communicates with the piping 150 and supplies and discharges the heat medium from the outside. Therefore, it is not necessary to use a rotary joint that allows for a strong connection with a simple configuration. 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 unit 140 (pipe 150) rotates, a special rotary joint that can withstand the pressure is required. When the heating unit 140 does not rotate, there is no need for a rotary joint. For example, the supply / discharge pipe and the pipe 150 are welded. By adopting such a simple method, a sufficiently robust structure can be realized.

この配管で流通される熱媒体としては、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。 Examples of the heat medium distributed through the pipe include water, oil, liquid metals (Na, Pb, etc.), liquids such as molten salts, and gases.

＜作用効果＞
以上の構成の加熱装置において、熱媒体は次のようにして加熱される。磁場発生部130の超電導コイルに直流通電することにより磁束が発生し、例えば、固定コア部の突端120H→回転コア部の突端115H→回転コア部の突端115T→固定コア部の突端120Tとつながる閉磁路が形成される。その際、回転コア部115と固定コア部120との間に加熱部140が配置されているため、この閉磁路を構成する磁束は加熱部140を通ることになる。ここで、回転体110が回転すると、固定コア部の突端120Hと回転コア部の突端115Hが対向したとき（図２参照）、両コア部115、120の距離は近くなり、この両突端120H、115Hが対向しないときは両コア部115、120の距離が遠くなる。この距離が近い場合は、磁束が固定コア部120から回転コア部115に流れやすく、この距離が遠い場合は磁束が固定コア部120から回転コア部115に流れ難くなる。その結果、回転コア部115と固定コア部120との間に配置された加熱部140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140が誘導加熱され、熱媒体が加熱される。 <Effect>
In the heating apparatus having the above configuration, the heat medium is heated as follows. Magnetic flux is generated by applying direct current to the superconducting coil of the magnetic field generating unit 130. A path is formed. At that time, since the heating unit 140 is disposed between the rotating core unit 115 and the fixed core unit 120, the magnetic flux constituting the closed magnetic path passes through the heating unit 140. Here, when the rotating body 110 rotates, when the protruding end 120H of the fixed core portion and the protruding end 115H of the rotating core portion face each other (see FIG. 2), the distance between both the core portions 115 and 120 becomes short. When 115H is not opposed, the distance between both core portions 115 and 120 is increased. When this distance is short, the magnetic flux easily flows from the fixed core portion 120 to the rotating core portion 115, and when this distance is long, the magnetic flux hardly flows from the fixed core portion 120 to the rotating core portion 115. As a result, the magnetic flux (magnetic field) passing through at least a part of the heating unit 140 disposed between the rotating core unit 115 and the fixed core unit 120 changes, whereby the heating unit 140 is induction-heated and the heat medium is Heated.

そして、この回転体110の回転時、回転コア部の両突端115H、115Tが回転体110の周方向にずれて配置されていることで、超電導コイルの励磁に伴う磁力は、回転体110の回転を阻害しないように作用する。その動作原理を図５に基づいて説明する。図５において、図の最上に位置する固定コア部を固定コア部121とし、順次時計回りに固定コア部122〜126とする。同様に回転体110の突端も、図の前方の最上のものを突端115-1とし、順次時計回りに突端115-2〜115-6とする。そして、図の前方の突端を「H」で、後方の突端を「T」で表す。 When the rotating body 110 is rotated, both projecting ends 115H and 115T of the rotating core portion are arranged so as to be shifted in the circumferential direction of the rotating body 110, so that the magnetic force accompanying the excitation of the superconducting coil is Acts so as not to inhibit. The operation principle will be described with reference to FIG. In FIG. 5, the fixed core portion positioned at the top of the figure is a fixed core portion 121, and the fixed core portions 122 to 126 are sequentially turned clockwise. Similarly, the projecting end of the rotating body 110 is the projecting end 115-1 at the uppermost portion in the front of the figure, and is sequentially formed as projecting ends 115-2 to 115-6 in the clockwise direction. In the figure, the front protrusion is represented by “H”, and the rear protrusion is represented by “T”.

ここで、例えば、図５（A）に示すように、固定コア部の突端121Hが回転コア部の突端115-1Hと対向しているとき、その固定コア部の突端121Tは回転コア部の突端115-1Tと対向していない。一方で、周方向に隣り合う固定コア部の突端121H〜126H（121T〜126T）同士は互いに逆極性となるように励磁されている。そして、回転体110の前端側と後端側は、それぞれ仕切部113F、113Bにより複数の分割片に区画され、かつその分割片の周方向の配列が前端側と後端側とで周方向にずれている。そのため、互いに対向する固定コア部の突端121Hと回転コア部の突端115-1Hとが引き合おうとするとき、回転コア部115では、図に破線矢印で示すように磁路が形成され、回転コア部の突端115-1Tは、固定コア部の突端121Tに吸引され、突端126Tからは反発される。 Here, for example, as shown in FIG. 5A, when the protruding end 121H of the fixed core portion faces the protruding end 115-1H of the rotating core portion, the protruding end 121T of the fixed core portion is the protruding end of the rotating core portion. It does not face 115-1T. On the other hand, the protrusions 121H to 126H (121T to 126T) of the fixed core portions adjacent to each other in the circumferential direction are excited so as to have opposite polarities. The front end side and the rear end side of the rotating body 110 are partitioned into a plurality of divided pieces by the partition portions 113F and 113B, respectively, and the circumferential arrangement of the divided pieces is the circumferential direction between the front end side and the rear end side. It's off. Therefore, when the protruding end 121H of the fixed core portion and the protruding end 115-1H of the rotating core portion that are opposed to each other are to be attracted, a magnetic path is formed in the rotating core portion 115 as indicated by a broken line arrow in the drawing, The protrusion 115-1T of the part is sucked by the protrusion 121T of the fixed core part and is repelled from the protrusion 126T.

一方、図５（B）に示すように、さらに回転体110が時計回りに回転すると、図に破線矢印で示すように磁路が形成され、回転コア部の突端115-1Hは固定コア部の突端122Hに接近して突端122Hとは逆極性に磁化されることで突端122Hに吸引される。同時に、回転コア部の突端115-6Hは固定コア部の突端121Hに吸引され、さらに回転コア部の突端115-1Tは固定コア部の突端121Tに吸引される。つまり、回転コア部115の一方の突端の極性を切り替える装置を用いることなく、この突端の極性を回転体100の回転に伴って切り替えることができる。その結果、磁場発生部130の励磁に伴う磁力を回転体110の回転を阻害しないことに利用でき、回転体110の回転に要するトルクを低減することができる。その他、この極性の細かい切り替えにより、コギングを抑制して回転体を円滑に回転するという作用効果も期待できる。 On the other hand, as shown in FIG. 5 (B), when the rotating body 110 further rotates clockwise, a magnetic path is formed as indicated by a broken-line arrow in the figure, and the protruding end 115-1H of the rotating core portion is fixed to the fixed core portion. The tip 122H is attracted to the tip 122H by being magnetized in the opposite polarity to the tip 122H by approaching the tip 122H. At the same time, the protruding end 115-6H of the rotating core portion is sucked by the protruding end 121H of the fixed core portion, and further, the protruding end 115-1T of the rotating core portion is sucked by the protruding end 121T of the fixed core portion. In other words, the polarity of the protruding end can be switched with the rotation of the rotating body 100 without using a device for switching the polarity of one protruding end of the rotating core portion 115. As a result, the magnetic force accompanying the excitation of the magnetic field generator 130 can be used to prevent the rotation of the rotating body 110, and the torque required for the rotation of the rotating body 110 can be reduced. In addition, by this fine switching of the polarity, the effect of suppressing the cogging and smoothly rotating the rotating body can be expected.

＜変形例１＞
実施形態１の変形例としては、次の構成が考えられる。いずれの構成においても、加熱部を発熱させて熱媒体の加熱ができる。
（Ａ）回転コア部の突端を永久磁石で構成し、固定コア部にはコイルを設けない。
（Ｂ）固定コア部の突端を永久磁石で構成し、回転コア部にはコイルや永久磁石を設けない。
（Ｃ）図３の構成において、回転コア部における軸方向の一端側の突端と他端側の突端とを回転体の周方向にずらさずに軸方向に沿って並列し、固定コア部を屈曲形状として、その突端を回転体の周方向にずらす。 <Modification 1>
As a modification of the first embodiment, the following configuration is conceivable. In any configuration, the heating medium can be heated to heat the heating medium.
(A) The protruding end of the rotating core portion is formed of a permanent magnet, and no coil is provided on the fixed core portion.
(B) The protruding end of the fixed core portion is made of a permanent magnet, and no coil or permanent magnet is provided on the rotating core portion.
(C) In the configuration of FIG. 3, the protruding end on the one end side in the axial direction and the protruding end on the other end side in the rotating core portion are arranged in parallel along the axial direction without shifting in the circumferential direction of the rotating body, and the fixed core portion is bent. As the shape, the tip is shifted in the circumferential direction of the rotating body.

〔実施形態２：アキシャルギャップ型誘導加熱装置〕
次に、図６に基づいて、アキシャルギャップ型の誘導加熱装置を説明する。この装置も、固定コア部120に超電導コイルからなる磁場発生部130を有し、そのコイルにより発生された磁束が回転コア部115をも通る閉磁路を形成する点、及びその磁束が加熱部140と鎖交することで加熱部140を誘導加熱する点で、基本的な構成や加熱原理は実施形態１と共通する。但し、本例の装置は、回転コア部115と固定コア部120との間に形成される間隔の形成方向、各コア部115,120の形状及び加熱部140の形状が実施形態１の装置とは相違している。以下、この相違点を中心に説明する。 [Embodiment 2: Axial gap type induction heating apparatus]
Next, an axial gap type induction heating apparatus will be described with reference to FIG. This apparatus also has a magnetic field generation unit 130 formed of a superconducting coil in the fixed core unit 120, and the magnetic flux generated by the coil forms a closed magnetic path that also passes through the rotating core unit 115, and the magnetic flux is the heating unit 140. The basic configuration and the heating principle are the same as those in the first embodiment in that the heating unit 140 is induction-heated by interlinking with the first embodiment. However, the apparatus of this example is different from the apparatus of the first embodiment in the forming direction of the gap formed between the rotating core part 115 and the fixed core part 120, the shape of each core part 115, 120, and the shape of the heating part 140. is doing. Hereinafter, this difference will be mainly described.

＜構成の概要＞
本例の回転コア部115は、複数の分割片を、仕切部を介して回転軸111の周りに並列することで回転体110を構成する点で実施形態１と共通しているが、回転体110に設けられた一対の突端115H、115Tの形状が異なる。具体的には、各突端115H、115Tが短片と長片からなるL字型であり、その短片同士が回転体110の軸方向に向けられて、回転コア部115を通る磁束の一端部と他端部とを構成する。この各突端115H、115Tは、回転体110の周方向にずれた位置にある。この回転コア部115に設けられた仕切部（図示略）は、実施形態1と同様の構成である。 <Outline of configuration>
The rotating core portion 115 of this example is common to the first embodiment in that the rotating body 110 is configured by arranging a plurality of divided pieces around the rotating shaft 111 via a partitioning portion. The shape of the pair of protrusions 115H and 115T provided on 110 is different. Specifically, each of the protruding ends 115H and 115T is an L-shape consisting of a short piece and a long piece, and the short pieces are directed in the axial direction of the rotating body 110, and one end of the magnetic flux passing through the rotating core portion 115 and the other. And the end. Each of the protrusions 115H and 115T is located at a position shifted in the circumferential direction of the rotating body 110. A partition (not shown) provided in the rotary core 115 has the same configuration as that of the first embodiment.

一方、固定コア部120は直棒状で、回転軸111の周方向に間隔をあけて複数並列され、前記L字型突端の短片同士の間に配されている。そのため、回転コア部115と固定コア部120との間に形成される間隔は、固定コア部120の一端側と他端側の二箇所において、回転体110の軸方向に形成されることになる。 On the other hand, the fixed core portion 120 has a straight bar shape, and a plurality of the fixed core portions 120 are juxtaposed at intervals in the circumferential direction of the rotating shaft 111, and are arranged between the short pieces of the L-shaped protruding ends. Therefore, the interval formed between the rotating core portion 115 and the fixed core portion 120 is formed in the axial direction of the rotating body 110 at two locations on one end side and the other end side of the fixed core portion 120. .

さらに、加熱部140は、これら間隔の間に両コア部115,120とは非接触で配される平板材である。本例では、各間隔ごとに平板材を介在しているが、両平板材が連結された構造の加熱部としてもよい。もちろん、この加熱部140には熱媒体が流通される配管（図示略）が形成されている。 Furthermore, the heating unit 140 is a flat plate material arranged in a non-contact manner with the cores 115 and 120 between these intervals. In this example, a flat plate material is interposed for each interval, but a heating unit having a structure in which both flat plate materials are connected may be used. Of course, the heating unit 140 is formed with a pipe (not shown) through which the heat medium flows.

＜作用効果＞
本例の加熱装置においても、磁場発生部130のコイルを励磁することで、固定コア部の突端120H→回転コア部の突端115H→回転コア部の突端115T→固定コア部の突端120Tとつながる閉磁路を形成することができる。そして、回転体110を回転することで、この閉磁路に交差する加熱部140を誘導加熱し、その加熱部140と熱的に接続される熱媒体を加熱することができる。その際、回転コア部115の一端部の突端115Hと他端部の突端115Tが回転体110の周方向にずれているため、実施形態１と同様に、回転体110の回転を阻害しないように磁力を作用させることができ、回転体110の回転に要するトルクを低減できる。 <Effect>
Also in the heating device of this example, by exciting the coil of the magnetic field generation unit 130, the closed magnetic core connected to the fixed core portion protruding end 120H → the rotating core portion protruding end 115H → the rotating core portion protruding end 115T → the fixed core portion protruding end 120T. A path can be formed. Then, by rotating the rotating body 110, the heating unit 140 that intersects with the closed magnetic path is induction-heated, and the heat medium that is thermally connected to the heating unit 140 can be heated. At that time, the protrusion 115H at one end of the rotating core 115 and the protrusion 115T at the other end are displaced in the circumferential direction of the rotating body 110, so that the rotation of the rotating body 110 is not hindered as in the first embodiment. Magnetic force can be applied, and torque required for rotation of the rotating body 110 can be reduced.

このアキシャルギャップ型の加熱装置によれば、実施形態１の装置に比べて回転体110が大きくなる傾向にあるが、特に加熱部140の形状自由度が実施形態１のそれよりも広い。そのため、配管で加熱部140に供給・排出される熱媒体の循環経路も配置形態の自由度が広く、加熱装置の設置箇所の制約によっては、実施形態１の装置よりも利用しやすいことが期待される。 According to this axial gap type heating apparatus, the rotating body 110 tends to be larger than the apparatus of the first embodiment, but in particular, the shape freedom of the heating unit 140 is wider than that of the first embodiment. For this reason, the circulation path of the heat medium supplied to and discharged from the heating unit 140 by piping is also wide in the degree of arrangement, and is expected to be easier to use than the apparatus of the first embodiment depending on the restrictions on the installation location of the heating apparatus. Is done.

＜変形例２＞
実施形態２の変形例としては、固定コア部を直棒状とせず、同コア部の両端部の位置が回転体の周方向にずれた折り曲げ棒状（略Z状）とし、回転コア部の各分割片における一対のL型突端を回転体の周方向に揃うように構成してもよい。この構成によっても、実施形態２の装置と同様の作用効果が得られる。 <Modification 2>
As a modification of the second embodiment, the fixed core portion is not formed into a straight rod shape, but is formed into a bent rod shape (substantially Z shape) in which the positions of both ends of the core portion are shifted in the circumferential direction of the rotating body. You may comprise so that a pair of L-shaped protrusion in a piece may align in the circumferential direction of a rotary body. Also with this configuration, the same effect as that of the apparatus of the second embodiment can be obtained.

〔実施形態３：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G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Gの構成を詳しく説明する。 [Embodiment 3: 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. A power generation system G 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 G 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、２に係る誘導加熱装置10を利用することができる。また、誘導加熱装置10の回転軸111（図１〜図６）につながる回転軸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 device 10 according to the first and second embodiments can be used. Moreover, the rotating shaft 21 connected to the rotating shaft 111 (FIGS. 1 to 6) of the induction heating apparatus 10 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、固定コア部と回転体（回転コア部）とで磁気回路が形成され、回転体の回転により、固定コア部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. The induction heating device 10 is arranged between the fixed core portion and the rotating body by the rotation of the rotating body by forming a magnetic circuit between the fixed core portion and the rotating body (rotating core portion) by direct current energization of the coil. By changing the magnetic flux passing through the heating unit, the heating unit is induction-heated to heat the water in the pipe. 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G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 G, the induction heating device 10 heats water to, for example, 200 ° C. to 350 ° C. 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G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 G, by generating rotational energy using renewable energy (eg, wind power) as power, heat is generated, and the heat is stored in a heat accumulator, 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、回転コア部の形状、固定コア部の形状及び各コア部の突端の形や数を適宜変更したり、各コア部の構成材料を適宜変更してもよい。 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 core part, the shape of the fixed core part, and the shape and number of protrusions of each core part may be changed as appropriate, or the constituent materials of each core part may 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 誘導加熱装置
110 回転体
111 回転軸 113（113F、113B）仕切部 115 回転コア部
115H（115-1H〜115-6H）突端 115T（115-1T〜115-6T）突端
115P 分割片 115N 切欠
120（121〜126）固定コア部
120H（121H〜126H）突端 120T（121T〜126T）突端
130 磁場発生部
140 加熱部
150 配管
20 風車 21 回転軸 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
G 発電システム 10 Induction heating device
110 Rotating body
111 Rotating shaft 113 (113F, 113B) Partition 115 Rotating core
115H (115-1H to 115-6H) Tip 115T (115-1T to 115-6T) Tip
115P Dividing piece 115N Notch
120 (121 to 126) Fixed core
120H (121H to 126H) Tip 120T (121T to 126T) Tip
130 Magnetic field generator
140 Heating section
150 piping
20 Windmill 21 Rotating shaft 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
G power generation system

Claims

A rotating core part made of a magnetic material and constituting a rotating body;
A fixed core portion made of a magnetic material and spaced apart from the rotating core portion;
A magnetic field generator provided in the rotating core portion or the fixed core portion to generate a magnetic flux passing through both core portions;
Partition one end side and the other end side of the magnetic flux in the rotating core portion into a plurality of regions arranged in the circumferential direction, and partition each region on the one end side and each region on the other end side in the circumferential direction. A non-magnetic material partition,
A conductive heating part that is disposed between the rotating core part and the fixed core part and is induction-heated by being linked to the magnetic flux;
It is provided in this heating unit and includes a pipe through which a heat medium is circulated,
When one end side of the magnetic flux in the rotating core portion and one end side of the magnetic flux in the fixed core portion face each other, the other end side of the magnetic flux in the rotating core portion and the other end side of the magnetic flux in the fixed core portion are the circumference of the rotating body. An induction heating device characterized by being displaced in a direction.

The induction heating apparatus according to claim 1, wherein the magnetic field generation unit includes a superconducting coil wound around a fixed core unit.

The induction heating apparatus according to claim 1, wherein the magnetic field generation unit is a permanent magnet that forms a rotating core unit.

The induction heating device according to any one of claims 1 to 3, wherein an interval formed between the rotating core portion and the fixed core portion is formed in a radial direction of the rotating body.

The induction heating device according to any one of claims 1 to 3, wherein an interval formed between the rotating core portion and the fixed core portion is formed in an axial direction of the rotating body.

The induction heating device according to any one of claims 1 to 5, wherein the rotating body includes a rotating shaft of a windmill, and wind power is used as power for rotating the rotating body.

The induction heating device according to any one of claims 1 to 6,
A power generation system comprising: a power generation unit that converts heat of the heat medium into electric energy.