JP2016188712A - Fluid type heat generating device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fluid type heat generating device capable of recovering kinetic energy of a rotary shaft by effectively converting the same into thermal energy.SOLUTION: A heat generating device 1 comprises: inlet side piping 11; outlet side piping 12; a heat storage device; an inlet side thermometer 13; an outlet side thermometer 14; an inlet side valve 15; an outlet side valve 16; and a rotation speed sensor 17. The inlet side piping 11 supplies a heating medium to a sealed container. The outlet side piping 12 discharges the heating medium from the sealed container. The heat storage device is connected to the inlet side piping 11 and the outlet side piping 12. The inlet side thermometer 13 detects a temperature of the heating medium inside the inlet side piping 11. The outlet side thermometer 14 detects the temperature of the heating medium inside the outlet side piping 12. The inlet side valve 15 adjusts a supply flow rate of the heating medium supplied to the sealed container. The outlet side valve 16 adjusts a discharge flow rate of the heating medium discharged from the sealed container. The rotation speed sensor 17 detects a rotation speed of a rotation shaft 3. The inlet side valve 15 and the outlet side valve 16 are respectively controlled on the basis of output values of the rotation speed sensor 17, the inlet side thermometer 13 and the outlet side thermometer 14.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、回転軸の運動エネルギ（回転動力）を熱エネルギに変換して回収するための流体式発熱装置に関する。   The present invention relates to a fluid heating device for converting kinetic energy (rotational power) of a rotating shaft into heat energy and recovering it.

近年、化石燃料の燃焼に伴う二酸化炭素の発生が問題視される。このため、太陽熱エネルギ、風力エネルギ、水力エネルギ等のような自然エネルギの活用が推進される。自然エネルギの中でも、風力エネルギ、水力エネルギ等は流体の運動エネルギである。従来、流体運動エネルギを活用して発電が行われる。   In recent years, the generation of carbon dioxide accompanying the combustion of fossil fuels has been regarded as a problem. For this reason, utilization of natural energy such as solar thermal energy, wind energy, and hydraulic energy is promoted. Among natural energies, wind energy, hydraulic energy, etc. are kinetic energy of fluid. Conventionally, power generation is performed using fluid kinetic energy.

例えば、一般的な風力発電設備では、風車が風力を受けて回転する。風車の回転軸は発電機の入力軸に連結されており、風車の回転に伴って発電機の入力軸が回転する。これにより、発電機で電気が発生する。つまり、一般的な風力発電設備では、風力エネルギが風車の回転軸の運動エネルギに変換され、この回転軸の運動エネルギが電気エネルギに変換される。   For example, in a general wind power generation facility, a windmill receives wind power and rotates. The rotating shaft of the windmill is connected to the input shaft of the generator, and the input shaft of the generator rotates as the windmill rotates. Thereby, electricity is generated by the generator. That is, in a general wind power generation facility, wind energy is converted into kinetic energy of the rotating shaft of the windmill, and kinetic energy of the rotating shaft is converted into electric energy.

特開２０１１−８９４９２号公報（特許文献１）は、エネルギの利用効率の向上を図った風力発電設備を開示する。特許文献１の発電設備は流体式減速装置を備え、風力エネルギから電気エネルギへの変換過程で熱エネルギを発生する。   Japanese Patent Laying-Open No. 2011-89492 (Patent Document 1) discloses a wind power generation facility in which energy use efficiency is improved. The power generation facility of Patent Document 1 includes a fluid-type speed reducer, and generates thermal energy in the process of converting wind energy into electrical energy.

特許文献１の発電設備においては、風力エネルギが羽根車の回転軸の運動エネルギに変換され、この回転軸の運動エネルギが油圧ポンプの油圧エネルギに変換される。油圧エネルギによって油圧モータが回転する。油圧モータの主軸は流体式減速装置の回転軸に連結され、この減速装置の回転軸は発電機の入力軸に連結される。油圧モータの回転に伴って減速装置の回転軸が回転するとともに、発電機の入力軸が回転する。これにより、発電機で電気が発生する。   In the power generation facility of Patent Document 1, wind energy is converted into kinetic energy of the rotating shaft of the impeller, and the kinetic energy of the rotating shaft is converted into hydraulic energy of the hydraulic pump. The hydraulic motor is rotated by the hydraulic energy. The main shaft of the hydraulic motor is connected to the rotating shaft of the fluid type speed reducer, and the rotating shaft of the speed reducer is connected to the input shaft of the generator. Along with the rotation of the hydraulic motor, the rotation shaft of the speed reducer rotates and the input shaft of the generator rotates. Thereby, electricity is generated by the generator.

流体式減速装置は、回転軸と一体で回転するロータ羽根車と、固定のステータ羽根車と、を備える。これらの間に存在する作動流体の抵抗を利用し、減速装置の回転軸の回転速度を減速する。これにより、油圧モータの主軸の回転速度が減速し、これに伴い油圧ポンプを介して風車の回転速度が調整される。   The fluid type speed reducer includes a rotor impeller that rotates integrally with a rotating shaft, and a fixed stator impeller. The rotational speed of the rotating shaft of the speed reducer is reduced using the resistance of the working fluid existing between them. Thereby, the rotational speed of the main shaft of the hydraulic motor is decelerated, and accordingly, the rotational speed of the windmill is adjusted via the hydraulic pump.

また、流体式減速装置においては、回転軸の回転速度を減速させる制動力が発生すると同時に熱が発生し、ロータ羽根車とステータ羽根車との間に存在する作動流体が昇温する。つまり、風力エネルギの一部が熱エネルギに変換される。作動流体が保有する熱（熱エネルギ）は蓄熱装置に回収され、回収された熱エネルギによって原動機が駆動する。原動機の駆動によって発電機が駆動し、その結果として発電機で電気が発生する、と特許文献１には記載される。このことから、特許文献１の流体式減速装置は、風車の回転軸の運動エネルギを熱エネルギに変換して回収するための発熱装置ともいえる。そして、作動流体は熱媒体ともいえる。   Further, in the fluid type speed reducer, heat is generated at the same time as the braking force for reducing the rotation speed of the rotating shaft is generated, and the working fluid existing between the rotor impeller and the stator impeller is heated. That is, a part of wind energy is converted into heat energy. The heat (heat energy) possessed by the working fluid is recovered by the heat storage device, and the prime mover is driven by the recovered heat energy. Patent Document 1 describes that a generator is driven by driving a prime mover, and as a result, electricity is generated by the generator. From this, it can be said that the fluid type speed reducer of Patent Document 1 is a heat generating device for converting the kinetic energy of the rotating shaft of the windmill into heat energy and recovering it. The working fluid can be said to be a heat medium.

また、流体式減速装置は、トラック、バス等の車両に補助ブレーキとして搭載される場合がある。この場合の減速装置は、プロペラシャフト、ドライブシャフト等のような回転軸の回転速度を減速する。これにより、車両の走行速度が調整される。その際、回転軸の回転速度を減速させる制動力が発生すると同時に、熱が発生する。したがって、車両に搭載された流体式減速装置においても、回転軸の運動エネルギが熱エネルギに変換されることから、この熱エネルギを回収して活用することが望まれる。   Further, the fluid type speed reducer may be mounted as an auxiliary brake on vehicles such as trucks and buses. In this case, the speed reducer decelerates the rotational speed of a rotating shaft such as a propeller shaft or a drive shaft. Thereby, the running speed of the vehicle is adjusted. At that time, a braking force for reducing the rotational speed of the rotating shaft is generated and at the same time, heat is generated. Therefore, also in the fluid type speed reducer mounted on the vehicle, the kinetic energy of the rotating shaft is converted into thermal energy, so it is desired to recover and use this thermal energy.

特開２０１１−８９４９２号公報JP 2011-89492 A

特許文献１の風力発電設備は、回転軸である風車と流体式減速装置（発熱装置）との間に油圧ポンプ及び油圧モータを備える。このため、設備の構造が複雑になる。また、多段階のエネルギ変換が必要であるから、エネルギの変換ロスが著しい。これに伴って、発熱装置としての流体式減速装置で得られる熱エネルギも小さくなる。   The wind power generation facility of Patent Document 1 includes a hydraulic pump and a hydraulic motor between a windmill that is a rotating shaft and a fluid-type speed reducer (heat generating device). This complicates the equipment structure. In addition, energy conversion loss is significant because multi-stage energy conversion is required. Along with this, the heat energy obtained by the fluid type speed reducer as the heat generating device is also reduced.

また、特許文献１の流体式減速装置の場合、ロータ羽根車とステータ羽根車との間に存在する熱媒体（作動流体）の量を逐次変化させる制御が行われる。これにより、風車の回転速度が一定にされる。更に、羽根車同士の間で昇温した熱媒体は、タンクに導かれ、このタンクから出側配管を経由し、蓄熱装置に導かれる。この熱媒体は、蓄熱装置から汲み上げられ、入側配管を経由してタンクに戻り、タンクから羽根車同士の間に導かれる。このように熱媒体の主たる循環経路が形成される。ここで、出側配管と入側配管にはバイパス管が接続されている。出側配管に設置された温度計により、出側配管内の熱媒体の温度が検出される。その温度計の出力値に基づき、蓄熱装置から入側配管に戻す熱媒体の量と、蓄熱装置を通じることなく出側配管からパイパス管を通じて入側配管に戻す熱媒体の量と、の比率を調整する制御が行われる。これにより、タンク内の熱媒体の温度が調整される。   Further, in the case of the fluid type speed reducer of Patent Document 1, control is performed to sequentially change the amount of the heat medium (working fluid) existing between the rotor impeller and the stator impeller. Thereby, the rotational speed of a windmill is made constant. Furthermore, the heat medium heated between the impellers is guided to a tank, and is guided from the tank to the heat storage device via the outlet side pipe. This heat medium is pumped up from the heat storage device, returns to the tank via the inlet pipe, and is guided between the impellers from the tank. Thus, the main circulation path of the heat medium is formed. Here, a bypass pipe is connected to the outlet side pipe and the inlet side pipe. The temperature of the heat medium in the outlet side pipe is detected by a thermometer installed in the outlet side pipe. Based on the output value of the thermometer, the ratio of the amount of heat medium returned from the heat storage device to the inlet side pipe and the amount of heat medium returned from the outlet side pipe to the inlet side pipe through the bypass pipe without passing through the heat storage device Control to adjust is performed. Thereby, the temperature of the heat medium in the tank is adjusted.

このような特許文献１の流体式減速装置では、ロータ羽根車とステータ羽根車との間に導かれた熱媒体の温度を高い応答性で正確に制御することはできない。そのため、熱媒体が過剰に昇温する可能性がある。近年、高温の蓄熱が指向されるが、熱媒体として硝酸塩系の溶融塩を使用した場合、その使用限界温度は約６００℃である。熱媒体の温度が使用限界温度を超えると、熱媒体は分解反応により変質する。変質した熱媒体は、循環経路を構成する金属材の腐食を助長する。したがって、熱媒体の過剰な昇温（以下、「過昇温」ともいう）は、熱媒体の変質を引き起こすばかりか、減速装置そのものの耐久性の低下を招く。更に、羽根車同士の間で昇温した熱媒体の温度が低いときは、熱回収に寄与しないバイパス管による循環経路が主体とされる。そのため、昇温した熱媒体の熱損失が大きくなる可能性がある。   In such a fluid type speed reducer of Patent Document 1, the temperature of the heat medium guided between the rotor impeller and the stator impeller cannot be accurately controlled with high responsiveness. Therefore, there is a possibility that the temperature of the heat medium will rise excessively. In recent years, high-temperature heat storage is directed, but when a nitrate-based molten salt is used as a heat medium, its use limit temperature is about 600 ° C. When the temperature of the heat medium exceeds the use limit temperature, the heat medium is denatured by a decomposition reaction. The altered heat medium promotes corrosion of the metal material constituting the circulation path. Therefore, excessive heating of the heat medium (hereinafter also referred to as “overheating”) not only causes the heat medium to deteriorate, but also causes a decrease in durability of the reduction gear itself. Further, when the temperature of the heat medium raised between the impellers is low, a circulation path by a bypass pipe that does not contribute to heat recovery is mainly used. Therefore, the heat loss of the heated heat medium may increase.

本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、回転軸の運動エネルギ（回転動力）を熱エネルギに有効に変換して回収することができる流体式発熱装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the above circumstances. An object of the present invention is to provide a fluid heating device that can effectively convert kinetic energy (rotational power) of a rotating shaft into thermal energy and recover it.

本発明の実施形態による流体式発熱装置は、
非回転部に回転可能に支持された回転軸と、
前記回転軸に固定されたロータ羽根車と、
前記ロータ羽根車と対向するように配置されて前記ロータ羽根車と対を成し、前記非回転部に固定されたステータ羽根車と、
前記ステータ羽根車と一体で前記ロータ羽根車を包囲し、内部に熱媒体を充満する密閉容器と、
前記密閉容器内の前記熱媒体に生じた熱を回収する熱回収機構と、を備える。
前記熱回収機構は、
前記密閉容器に前記熱媒体を供給する入側配管と、
前記密閉容器から前記熱媒体を排出する出側配管と、
前記入側配管及び出側配管に接続された蓄熱装置と、
前記入側配管の経路に設けられ、前記熱媒体の温度を検出する入側温度計と、
前記出側配管の経路に設けられ、前記熱媒体の温度を検出する出側温度計と、
前記入側配管の経路に設けられ、前記密閉容器への前記熱媒体の供給流量を調整する入側バルブと、
前記出側配管の経路に設けられ、前記密閉容器からの前記熱媒体の排出流量を調整する出側バルブと、
前記回転軸の回転速度を検出する回転速度センサと、を含む。
前記回転速度センサ、前記入側温度計及び前記出側温度計の各出力値に基づき、前記入側バルブ及び前記出側バルブがそれぞれ調節される。 The fluid heating device according to the embodiment of the present invention is:
A rotating shaft rotatably supported by the non-rotating part;
A rotor impeller fixed to the rotating shaft;
A stator impeller disposed to face the rotor impeller and paired with the rotor impeller, and fixed to the non-rotating portion;
An airtight container that surrounds the rotor impeller integrally with the stator impeller, and is filled with a heat medium;
A heat recovery mechanism that recovers heat generated in the heat medium in the sealed container.
The heat recovery mechanism is
An inlet pipe for supplying the heat medium to the sealed container;
An outlet pipe for discharging the heat medium from the sealed container;
A heat storage device connected to the inlet and outlet pipes;
An inlet-side thermometer that is provided in a path of the inlet-side piping and detects the temperature of the heat medium;
An exit-side thermometer that is provided in a path of the exit-side piping and detects the temperature of the heat medium;
An inlet side valve provided in a path of the inlet side pipe for adjusting a supply flow rate of the heat medium to the sealed container;
An outlet valve provided in a path of the outlet pipe, for adjusting a discharge flow rate of the heat medium from the sealed container;
A rotation speed sensor for detecting a rotation speed of the rotation shaft.
Based on the output values of the rotational speed sensor, the inlet side thermometer, and the outlet side thermometer, the inlet side valve and the outlet side valve are respectively adjusted.

本発明の流体式発熱装置によれば、回転軸の運動エネルギを熱エネルギに有効に変換して回収することができる。   According to the fluid heating device of the present invention, the kinetic energy of the rotating shaft can be effectively converted into heat energy and recovered.

図１は、第１実施形態の発熱装置の構成を模式的に示す縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing the configuration of the heat generating device of the first embodiment. 図２Ａは、第１実施形態の発熱装置におけるステータ羽根車を回転軸に沿って見たときの平面図である。FIG. 2A is a plan view of the stator impeller in the heat generating device according to the first embodiment when viewed along the rotation axis. 図２Ｂは、第１実施形態の発熱装置におけるロータ羽根車を回転軸に沿って見たときの平面図である。FIG. 2B is a plan view of the rotor impeller in the heat generating device according to the first embodiment when viewed along the rotation axis. 図３は、第２実施形態の発熱装置の構成を模式的に示す縦断面図である。FIG. 3 is a longitudinal sectional view schematically showing the configuration of the heat generating device of the second embodiment.

本発明の実施形態による流体式発熱装置は、回転軸と、ロータ羽根車と、ステータ羽根車と、密閉容器と、熱回収機構と、を備える。回転軸は、非回転部に回転可能に支持される。ロータ羽根車は、前記回転軸に固定される。ステータ羽根車は、前記ロータ羽根車と対向するように配置されて前記ロータ羽根車と対を成し、前記非回転部に固定される。密閉容器は、前記ステータ羽根車と一体で前記ロータ羽根車を包囲し、内部に熱媒体を充満する。熱回収機構は、前記密閉容器内の前記熱媒体に生じた熱を回収する。   A fluid heating device according to an embodiment of the present invention includes a rotating shaft, a rotor impeller, a stator impeller, a sealed container, and a heat recovery mechanism. The rotating shaft is rotatably supported by the non-rotating portion. The rotor impeller is fixed to the rotating shaft. The stator impeller is disposed so as to face the rotor impeller, forms a pair with the rotor impeller, and is fixed to the non-rotating portion. The hermetic container surrounds the rotor impeller integrally with the stator impeller and fills the inside with a heat medium. The heat recovery mechanism recovers heat generated in the heat medium in the sealed container.

前記熱回収機構は、入側配管と、出側配管と、蓄熱装置と、入側温度計と、出側温度計と、入側バルブと、出側バルブと、回転速度センサと、を含む。入側配管は、前記密閉容器に前記熱媒体を供給する。出側配管は、前記密閉容器から前記熱媒体を排出する。蓄熱装置は、前記入側配管及び出側配管に接続される。入側温度計は、前記入側配管の経路に設けられ、前記熱媒体の温度を検出する。出側温度計は、前記出側配管の経路に設けられ、前記熱媒体の温度を検出する。入側バルブは、前記入側配管の経路に設けられ、前記密閉容器への前記熱媒体の供給流量を調整する。出側バルブは、前記出側配管の経路に設けられ、前記密閉容器からの前記熱媒体の排出流量を調整する。回転速度センサは、前記回転軸の回転速度を検出する。前記回転速度センサ、前記入側温度計及び前記出側温度計の各出力値に基づき、前記入側バルブ及び前記出側バルブがそれぞれ調節される。   The heat recovery mechanism includes an inlet side pipe, an outlet side pipe, a heat storage device, an inlet side thermometer, an outlet side thermometer, an inlet side valve, an outlet side valve, and a rotation speed sensor. The inlet side pipe supplies the heat medium to the sealed container. The outlet side pipe discharges the heat medium from the sealed container. The heat storage device is connected to the inlet side piping and the outlet side piping. The inlet side thermometer is provided in the path of the inlet side pipe, and detects the temperature of the heat medium. The delivery side thermometer is provided in the route of the delivery side piping, and detects the temperature of the heat medium. The inlet side valve is provided in the path of the inlet side piping, and adjusts the supply flow rate of the heat medium to the sealed container. The outlet valve is provided in the path of the outlet pipe and adjusts the discharge flow rate of the heat medium from the sealed container. The rotation speed sensor detects the rotation speed of the rotation shaft. Based on the output values of the rotational speed sensor, the inlet side thermometer, and the outlet side thermometer, the inlet side valve and the outlet side valve are respectively adjusted.

本実施形態の流体式発熱装置によれば、密閉容器によってロータ羽根車とステータ羽根車が包囲され、この密閉容器内に熱媒体が充満する。そして、密閉容器に供給される熱媒体の温度、密閉容器から排出される熱媒体の温度、及び回転軸の回転速度に基づき、密閉容器への熱媒体の供給流量及び密閉容器からの熱媒体の排出流量が調整される。これにより、密閉容器に導かれた熱媒体の温度を高い応答性で正確に制御することができる。したがって、回転軸の運動エネルギを熱エネルギに有効に変換して回収することができる。   According to the fluid heating device of the present embodiment, the rotor impeller and the stator impeller are surrounded by the sealed container, and the heat medium is filled in the sealed container. Based on the temperature of the heat medium supplied to the closed container, the temperature of the heat medium discharged from the closed container, and the rotation speed of the rotating shaft, the supply flow rate of the heat medium to the closed container and the heat medium from the closed container The discharge flow rate is adjusted. Thereby, the temperature of the heat medium guided to the sealed container can be accurately controlled with high responsiveness. Therefore, the kinetic energy of the rotating shaft can be effectively converted into heat energy and recovered.

上記の発熱装置において、前記熱回収機構は、前記密閉容器内の圧力を検出する圧力センサを備え、前記圧力センサの出力値に基づき、前記出側バルブが調節されることが好ましい。   In the above heat generating device, it is preferable that the heat recovery mechanism includes a pressure sensor that detects a pressure in the sealed container, and the outlet valve is adjusted based on an output value of the pressure sensor.

更に、上記の発熱装置は、前記ロータ羽根車及び前記ステータ羽根車の対を２つ以上備えることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the heating device includes two or more pairs of the rotor impeller and the stator impeller.

上記の発熱装置は、風力発電設備、水力発電設備等のように流体運動エネルギを利用した発電設備に搭載することができる。また、上記の発熱装置は、車両に搭載することができる。いずれの場合でも、発熱装置は回転軸の運動エネルギを熱エネルギに変換して回収する。回収した熱エネルギは、例えば電気エネルギの生成に利用される。   The heat generating device can be mounted on a power generation facility using fluid kinetic energy such as a wind power generation facility or a hydropower generation facility. Moreover, said heat generating apparatus can be mounted in a vehicle. In any case, the heat generating device converts the kinetic energy of the rotating shaft into heat energy and recovers it. The recovered thermal energy is used for generating electric energy, for example.

以下に、本発明の渦電流式発熱装置の実施形態について詳述する。   Hereinafter, embodiments of the eddy current heating device of the present invention will be described in detail.

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の発熱装置の構成を模式的に示す縦断面図である。図２Ａは、その発熱装置におけるステータ羽根車を回転軸に沿って見たときの平面図である。図２Ｂは、その発熱装置におけるロータ羽根車を回転軸に沿って見たときの平面図である。図２Ａ及び図２Ｂ中の実線矢印は、ロータ羽根車の回転方向を示す。図１、図２Ａ及び図２Ｂには、風力発電設備に搭載した発熱装置１を例示する。 [First Embodiment]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing the configuration of the heat generating device of the first embodiment. FIG. 2A is a plan view when the stator impeller in the heat generating device is viewed along the rotation axis. FIG. 2B is a plan view of the rotor impeller in the heat generating device when viewed along the rotation axis. 2A and 2B indicate the rotation direction of the rotor impeller. FIG. 1, FIG. 2A and FIG. 2B illustrate a heat generating device 1 mounted on a wind power generation facility.

図１に示すように、第１実施形態の発熱装置１は、回転軸３と、ロータ羽根車４と、ステータ羽根車５と、を備える。回転軸３は、非回転部である固定の本体２に対し、軸受７を介して回転可能に支持される。   As shown in FIG. 1, the heat generating device 1 of the first embodiment includes a rotating shaft 3, a rotor impeller 4, and a stator impeller 5. The rotating shaft 3 is rotatably supported via a bearing 7 with respect to the fixed main body 2 that is a non-rotating portion.

ロータ羽根車４は、回転軸３に固定される。ステータ羽根車５は、ロータ羽根車４と対向するように配置され、ロータ羽根車４と対を成す。ステータ羽根車５は、回転軸３に対し軸受８を介して回転可能に支持されるとともに、非回転部である本体２に固定される。図１には、ロータ羽根車４及びステータ羽根車５の対を回転軸３に沿って２つ備えた態様を示す。   The rotor impeller 4 is fixed to the rotating shaft 3. The stator impeller 5 is disposed so as to face the rotor impeller 4 and forms a pair with the rotor impeller 4. The stator impeller 5 is rotatably supported with respect to the rotating shaft 3 via a bearing 8 and is fixed to the main body 2 that is a non-rotating portion. FIG. 1 shows an aspect in which two pairs of a rotor impeller 4 and a stator impeller 5 are provided along the rotation axis 3.

ロータ羽根車４は、回転軸３に固定される円板部４ａと、この円板部４ａの外周に設けられた環状部４ｂとから構成される。この環状部４ｂは半トーラス状の内部空間を有する。ステータ羽根車５は、回転軸３に対して回転可能に支持される円板部５ａと、この円板部５ａの外周に設けられた環状部５ｂとから構成される。この環状部５ｂは半トーラス状の内部空間を有する。ロータ羽根車４及びステータ羽根車５それぞれの環状部４ｂ及び５ｂの開口が互いに向き合う。これらの環状部４ｂ及び５ｂを組み合わせた内部空間によって、トーラス状の作動室が形成される。   The rotor impeller 4 includes a disc portion 4a fixed to the rotating shaft 3 and an annular portion 4b provided on the outer periphery of the disc portion 4a. The annular portion 4b has a semi-torus-like internal space. The stator impeller 5 includes a disc portion 5a that is rotatably supported with respect to the rotary shaft 3, and an annular portion 5b provided on the outer periphery of the disc portion 5a. The annular portion 5b has a semi-torus-like internal space. The openings of the annular portions 4b and 5b of the rotor impeller 4 and the stator impeller 5 face each other. A torus-like working chamber is formed by an internal space in which these annular portions 4b and 5b are combined.

図１及び図２Ｂに示すように、ロータ羽根車４の環状部４ｂの内部には、放射状に延び出す多数の羽根（以下「ロータ羽根」ともいう）４ｃが設けられる。同様に、図１及び図２Ａに示すように、ステータ羽根車５の環状部５ｂの内部には、放射状に延び出す多数の羽根（以下「ステータ羽根」ともいう）５ｃが設けられる。いずれの羽根４ｃ及び５ｃも、回転軸３に対し傾斜して設置される。ロータ羽根４ｃは環状部４ｂと一体成形される。ただし、ロータ羽根４ｃは個別に成形され、各々が環状部４ｂに取り付けられても構わない。ステータ羽根５ｃの成形態様も同様である。   As shown in FIGS. 1 and 2B, a large number of blades (hereinafter also referred to as “rotor blades”) 4 c extending radially are provided inside the annular portion 4 b of the rotor impeller 4. Similarly, as shown in FIGS. 1 and 2A, a plurality of blades (hereinafter also referred to as “stator blades”) 5 c extending radially are provided inside the annular portion 5 b of the stator impeller 5. Both blades 4 c and 5 c are installed inclined with respect to the rotating shaft 3. The rotor blade 4c is integrally formed with the annular portion 4b. However, the rotor blades 4c may be formed individually and each may be attached to the annular portion 4b. The molding mode of the stator blade 5c is the same.

図１に示すように、ロータ羽根車４の背後には、隔壁６Ａが配置される。この隔壁６Ａは、ステータ羽根車５の環状部５ｂの外周に接合され、ステータ羽根車５と一体化される。更に、隔壁６Ａは、回転軸３に対し軸受９を介して回転可能に支持される。ステータ羽根車５及びこれと一体の隔壁６Ａは、ロータ羽根車４を包囲し、密閉容器を形成する。この密閉容器の内部に熱媒体を充満する。熱媒体は硝酸塩系の溶融塩である。ただし、熱媒体は、圧力による密度変化の小さい液体であれば特に限定しない。熱媒体は、水、油等であってもよい。   As shown in FIG. 1, a partition wall 6 </ b> A is disposed behind the rotor impeller 4. The partition wall 6 </ b> A is joined to the outer periphery of the annular portion 5 b of the stator impeller 5 and integrated with the stator impeller 5. Further, the partition wall 6 </ b> A is rotatably supported via the bearing 9 with respect to the rotating shaft 3. The stator impeller 5 and the partition wall 6A integrated with the stator impeller 5 surround the rotor impeller 4 and form a sealed container. The inside of the sealed container is filled with a heat medium. The heat medium is a nitrate-based molten salt. However, the heat medium is not particularly limited as long as it has a small density change due to pressure. The heat medium may be water, oil, or the like.

ステータ羽根車５を支持する軸受８、及び隔壁６Ａを支持する軸受９のそれぞれに隣接して、リング状のシール部材（図示省略）が配置される。これらのシール部材により、密閉容器内の熱媒体の不用意な漏出が防止される。このようにして、密閉容器内は、ロータ羽根車４とステータ羽根車５との間の作動室を含め、熱媒体で常に満たされる。   A ring-shaped seal member (not shown) is disposed adjacent to the bearing 8 that supports the stator impeller 5 and the bearing 9 that supports the partition wall 6A. These sealing members prevent inadvertent leakage of the heat medium in the sealed container. In this way, the sealed container is always filled with the heat medium including the working chamber between the rotor impeller 4 and the stator impeller 5.

ロータ羽根車４及びステータ羽根車５の材質は、金属材料（例：炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金、銅合金、鋳鉄等）である。   The material of the rotor impeller 4 and the stator impeller 5 is a metal material (eg, carbon steel, stainless steel, aluminum alloy, copper alloy, cast iron, etc.).

ロータ羽根車４及びステータ羽根車５の外側には、全体を包囲するように円筒状のカバー１０が配置される。このカバー１０は本体２に固定される。カバー１０の内部は密封される。   A cylindrical cover 10 is disposed outside the rotor impeller 4 and the stator impeller 5 so as to surround the whole. This cover 10 is fixed to the main body 2. The inside of the cover 10 is sealed.

回転軸３が回転すると、ロータ羽根車４が回転軸３と一体で回転する（図１中の白抜き矢印参照）。これにより、ロータ羽根車４とステータ羽根車５との間に相対的な回転速度差が生じる。すると、作動室では、ロータ羽根４ｃとステータ羽根５ｃとの間を熱媒体が循環し、熱媒体の循環流が起こる。このとき、熱媒体がロータ羽根４ｃに衝突し、ロータ羽根車４の回転を妨げる抵抗となる。これにより、ロータ羽根車４と一体で回転する回転軸３に、回転方向と逆向きの制動力（制動トルク）が発生する。   When the rotating shaft 3 rotates, the rotor impeller 4 rotates integrally with the rotating shaft 3 (see the white arrow in FIG. 1). Thereby, a relative rotational speed difference is generated between the rotor impeller 4 and the stator impeller 5. Then, in the working chamber, the heat medium circulates between the rotor blade 4c and the stator blade 5c, and a circulation flow of the heat medium occurs. At this time, the heat medium collides with the rotor blade 4c and becomes a resistance that prevents the rotor impeller 4 from rotating. As a result, a braking force (braking torque) opposite to the rotational direction is generated on the rotating shaft 3 that rotates integrally with the rotor impeller 4.

更に、制動力が発生すると同時に、熱媒体が発熱する。この発熱は、循環しながら流れる熱媒体自身に生じる粘性応力の仕事によるものと、ロータ羽根から受ける圧力仕事によるものである。作動室内では、流れの速さ及び方向が激しく変化するため、粘性応力が大きくなり、熱媒体が有効に昇温する。   Furthermore, the heating medium generates heat at the same time as the braking force is generated. This heat generation is caused by work of viscous stress generated in the circulating heat medium itself and by pressure work received from the rotor blades. In the working chamber, since the flow speed and direction change drastically, the viscous stress increases, and the temperature of the heat medium increases effectively.

発熱装置１は、熱媒体に生じた熱を回収して活用するために、熱回収機構を備える。図１に示すように、第１実施形態では、熱回収機構として、密閉容器を構成するステータ羽根車５（厳密には、環状部５ｂ）に、密閉容器の内部空間（厳密には、作動室）に繋がる入側配管１１及び出側配管１２が設けられる。入側配管１１及び出側配管１２のいずれも、カバー１０を貫通して本体２の外部に導き出され、蓄熱装置（図示省略）に接続される。密閉容器の内部空間（作動室）、入側配管、出側配管、及び蓄熱装置は一連の経路を形成し、この経路を熱媒体が流通して循環する（図１中の実線矢印参照）。   The heat generating device 1 includes a heat recovery mechanism in order to recover and use the heat generated in the heat medium. As shown in FIG. 1, in the first embodiment, as a heat recovery mechanism, the stator impeller 5 (strictly, the annular portion 5 b) that constitutes the sealed container has an internal space (strictly, a working chamber) of the sealed container. ) Are connected to the inlet side pipe 11 and the outlet side pipe 12. Both the inlet side piping 11 and the outlet side piping 12 are led out of the main body 2 through the cover 10 and connected to a heat storage device (not shown). The internal space (working chamber), the inlet side piping, the outlet side piping, and the heat storage device of the hermetic container form a series of paths through which the heat medium circulates (see solid arrows in FIG. 1).

作動室で昇温した熱媒体は、出側配管１２を通じて密閉容器から排出され、蓄熱装置に導かれる。蓄熱装置は、熱交換によって熱媒体から熱を受け取って回収し、その熱を蓄える。蓄熱装置を経た熱媒体は、入側配管１１を通じて密閉容器に供給される。このように熱媒体の循環経路が形成され、熱媒体に生じた熱が回収される。   The heat medium raised in temperature in the working chamber is discharged from the sealed container through the outlet pipe 12 and led to the heat storage device. The heat storage device receives and recovers heat from the heat medium by heat exchange and stores the heat. The heat medium that has passed through the heat storage device is supplied to the sealed container through the inlet pipe 11. Thus, the circulation path of the heat medium is formed, and the heat generated in the heat medium is recovered.

ここで、入側配管１１の経路には、作動室に近い位置に、入側温度計１３が設けられる。入側温度計１３は、入側配管１１を流通する熱媒体の温度を検出する。すなわち、入側温度計１３により、作動室に供給される熱媒体の温度が検出される。ただし、入側温度計１３の設置位置は、入側配管１１の経路である限り特に限定しない。   Here, an inlet-side thermometer 13 is provided in the path of the inlet-side piping 11 at a position close to the working chamber. The inlet side thermometer 13 detects the temperature of the heat medium flowing through the inlet side pipe 11. That is, the inlet side thermometer 13 detects the temperature of the heat medium supplied to the working chamber. However, the installation position of the entry side thermometer 13 is not particularly limited as long as it is the path of the entry side pipe 11.

一方、出側配管１２の経路には、作動室に近い位置に、出側温度計１４が設けられる。出側温度計１４は、出側配管１２を流通する熱媒体の温度を検出する。すなわち、出側温度計１４により、作動室から排出される熱媒体の温度が検出される。ただし、出側温度計１４の設置位置は、出側配管１２の経路である限り特に限定しない。   On the other hand, an outlet-side thermometer 14 is provided in the path of the outlet-side pipe 12 at a position close to the working chamber. The exit side thermometer 14 detects the temperature of the heat medium flowing through the exit side pipe 12. That is, the temperature of the heat medium discharged from the working chamber is detected by the outlet side thermometer 14. However, the installation position of the outlet side thermometer 14 is not particularly limited as long as it is the path of the outlet side pipe 12.

入側配管１１の経路には、入側温度計１３の上流側に、入側バルブ１５が設けられる。入側バルブ１５は、入側配管１１を流通する熱媒体の流量を調整する。つまり、入側バルブ１５の開閉度合いの調節により、作動室への熱媒体の供給流量が調整される。ただし、入側バルブ１５の設置位置は、入側配管１１の経路である限り特に限定しない。   In the path of the inlet side pipe 11, an inlet side valve 15 is provided on the upstream side of the inlet side thermometer 13. The inlet side valve 15 adjusts the flow rate of the heat medium flowing through the inlet side pipe 11. That is, the supply flow rate of the heat medium to the working chamber is adjusted by adjusting the opening / closing degree of the inlet valve 15. However, the installation position of the inlet side valve 15 is not particularly limited as long as it is the path of the inlet side pipe 11.

一方、出側配管１２の経路には、出側温度計１４の下流側に、出側バルブ１６が設けられる。出側バルブ１６は、出側配管１２を流通する熱媒体の流量を調整する。つまり、出側バルブ１６の開閉度合いの調節により、作動室からの熱媒体の排出流量が調整される。ただし、出側バルブ１６の設置位置は、出側配管１２の経路である限り特に限定しない。   On the other hand, an outlet valve 16 is provided in the path of the outlet pipe 12 on the downstream side of the outlet thermometer 14. The outlet side valve 16 adjusts the flow rate of the heat medium flowing through the outlet side pipe 12. That is, the discharge flow rate of the heat medium from the working chamber is adjusted by adjusting the opening / closing degree of the outlet valve 16. However, the installation position of the outlet side valve 16 is not particularly limited as long as it is the path of the outlet side pipe 12.

回転軸３には、回転速度センサ１７が設置される。回転速度センサ１７は、例えばロータリーエンコーダであり、回転軸３の回転速度を検出する。密閉容器を構成するステータ羽根車５（厳密には、環状部５ｂ）には、圧力センサ１８が設置される。圧力センサ１８は、密閉容器の内部空間（厳密には、作動室）の圧力を検出する。   A rotation speed sensor 17 is installed on the rotation shaft 3. The rotational speed sensor 17 is a rotary encoder, for example, and detects the rotational speed of the rotary shaft 3. A pressure sensor 18 is installed on the stator impeller 5 (strictly speaking, the annular portion 5b) constituting the hermetic container. The pressure sensor 18 detects the pressure in the internal space (strictly speaking, the working chamber) of the sealed container.

回転速度センサ１７、入側温度計１３、出側温度計１４、入側バルブ１５、出側バルブ１６及び圧力センサ１８は、制御装置（図示省略）に接続される。制御装置には、回転軸３の回転速度と制動トルクとの既知の相関を示すデータが格納されている。   The rotation speed sensor 17, the inlet side thermometer 13, the outlet side thermometer 14, the inlet side valve 15, the outlet side valve 16, and the pressure sensor 18 are connected to a control device (not shown). The control device stores data indicating a known correlation between the rotational speed of the rotary shaft 3 and the braking torque.

発熱装置１の運転時、制御装置は、回転速度センサ１７、入側温度計１３、出側温度計１４及び圧力センサ１８の各出力を都度取得する。制御装置は、各出力値に基づき、入側バルブ１５及び出側バルブ１６に都度指令を送出し、各バルブ１５及び１６の開閉度合いを調節する。これにより、作動室で昇温する熱媒体の温度を適正に制御する。以下に、制御装置による制御の一例を示す。   During the operation of the heat generating device 1, the control device acquires the outputs of the rotation speed sensor 17, the inlet side thermometer 13, the outlet side thermometer 14 and the pressure sensor 18 each time. Based on each output value, the control device sends a command to the inlet side valve 15 and the outlet side valve 16 each time to adjust the degree of opening and closing of the valves 15 and 16. Thereby, the temperature of the heat medium heated in the working chamber is appropriately controlled. An example of control by the control device is shown below.

入側温度計１３及び回転速度センサ１７によって、熱媒体の供給温度Ｔin［Ｋ］及び回転軸３の回転速度ω［ｒａｄ／ｓ］を検出する。これらの各出力値と、回転軸３の回転速度と制動トルクとの既知の相関を用い、下記の式（１）に従って、熱媒体の供給流量の基準値ＭV,*［ｋｇ／ｓ］を算出する。なおここでの流量は、体積流量ではなく、質量流量を表すものとする。 The inlet side thermometer 13 and the rotation speed sensor 17 detect the supply temperature T in [K] of the heat medium and the rotation speed ω [rad / s] of the rotating shaft 3. Using each of these output values and the known correlation between the rotational speed of the rotating shaft 3 and the braking torque, the reference value M V, * [kg / s] of the supply flow rate of the heat medium is calculated according to the following equation (1) calculate. Here, the flow rate represents not a volume flow rate but a mass flow rate.

式（１）中のその他の記号の意味は以下のとおりである。
・Ｔ1：作動室で昇温する熱媒体の温度の目標値（例：熱媒体が硝酸塩系溶融塩の場合は約８７３Ｋ（＝６００℃））［Ｋ］
・Ｎ（ω）：回転速度ωでの制動トルク［Ｎｍ］
・ＣP（Ｔ）：温度Ｔにおける熱媒体の比熱［Ｊ／ｋｇ−Ｋ］
・上付き添え字のｎ：検出器におけるｎ回目のサンプリング The meanings of other symbols in the formula (1) are as follows.
T 1 : Target value of the temperature of the heat medium raised in the working chamber (eg, about 873 K (= 600 ° C. when the heat medium is a nitrate-based molten salt)) [K]
N (ω): braking torque at rotational speed ω [Nm]
C P (T): specific heat of heat medium at temperature T [J / kg-K]
-Superscript n: nth sampling at the detector

次に、出側温度計１４によって、熱媒体の排出温度Ｔout［Ｋ］を検出する。この出力値と、上記の基準値ＭV,*［ｋｇ／ｓ］を用い、下記の式（２）に従って、熱媒体の供給流量の指示値ＭVを算出する。式（２）は、ＰＩＤ制御（比例制御、積分制御及び微分制御を組み合わせて制御する手法）を用いた式である。この指示値ＭVに応じて入側バルブ１５の開閉度合いを調節し、作動室への熱媒体の供給流量を調整する。 Next, the discharge temperature T out [K] of the heat medium is detected by the outlet side thermometer 14. Using this output value and the above-mentioned reference value M V, * [kg / s], an instruction value M V of the supply flow rate of the heat medium is calculated according to the following equation (2). Expression (2) is an expression using PID control (a method of controlling by combining proportional control, integral control, and derivative control). Adjusting the opening degree of the inlet-side valve 15 in response to this instruction value M V, to adjust the supply flow rate of the heat medium into the working chamber.

式（２）中のその他の記号の意味は以下のとおりである。
・Δｔ：検出器におけるサンプリング間隔［ｓ］
・ＫP：比例ゲイン［ｋｇ／ｓ−Ｋ］
・ＴI：積分時間［ｓ］
・ＴD：微分時間［ｓ］
なお、ＫP、ＴI及びＴDはＰＩＤ制御で用いられる制御パラメータであり、限界感度法等により決定される。 The meanings of other symbols in the formula (2) are as follows.
Δt: sampling interval [s] at the detector
・ K P : Proportional gain [kg / s-K]
T I : Integration time [s]
T D : derivative time [s]
Note that K P , T I, and T D are control parameters used in PID control, and are determined by a limit sensitivity method or the like.

圧力センサ１８によって、作動室に存在する熱媒体の静圧を検出する。この出力値が、事前に定められた圧力の基準値（例：熱媒体が静止状態で完全に満たされている時の静圧の値）を下回る場合、熱媒体の充満が不十分な状態にあると判断し、出側バルブ１６を閉じる。一方、圧力センサ１８の出力値が基準値を上回る場合、上記の指示値ＭVに応じて出側バルブ１６の開閉度合いを調節し、作動室からの熱媒体の排出流量を調整する。 A static pressure of the heat medium existing in the working chamber is detected by the pressure sensor 18. If this output value falls below a predetermined pressure reference value (eg, the static pressure value when the heat medium is fully filled in a stationary state), the heat medium is not sufficiently filled. It is determined that there is, and the outlet valve 16 is closed. On the other hand, when the output value of the pressure sensor 18 exceeds the reference value, to adjust the opening and closing degree of the outlet-side valve 16 in response to the indicated value M V, to adjust the discharge flow rate of the heat medium from the working chamber.

第１実施形態の発熱装置１においては、上記のとおり、作動室（密閉容器）で熱媒体が有効に昇温する。また、作動室への熱媒体の供給温度、作動室からの熱媒体の排出温度、及び回転軸の回転速度に基づき、熱媒体の供給流量及び排出流量が調整される。これにより、作動室に導かれた熱媒体の温度を高い応答性で正確に制御することができる。このため、回転軸の運動エネルギを熱エネルギに有効に変換して回収することができる。   In the heat generating apparatus 1 of the first embodiment, as described above, the temperature of the heat medium is effectively increased in the working chamber (sealed container). Further, the supply flow rate and the discharge flow rate of the heat medium are adjusted based on the supply temperature of the heat medium to the working chamber, the discharge temperature of the heat medium from the working chamber, and the rotation speed of the rotating shaft. Thereby, the temperature of the heat medium led to the working chamber can be accurately controlled with high responsiveness. For this reason, the kinetic energy of the rotating shaft can be effectively converted into heat energy and recovered.

しかも、熱媒体の温度を高い応答性で正確に制御できるので、熱媒体の過昇温を防止できる。その結果、熱媒体の変質、及び発熱装置そのものの耐久性の低下を防止できる。また、作動室が熱媒体で常に満たされるため、作動室に大気（酸化源の酸素）が進入し難い。これにより、作動室及び各種の配管を構成する金属材の腐食を抑制できる。更に、特許文献１の技術のようなバイパス管による循環経路がないため、昇温した熱媒体の熱損失を低減できる。   In addition, since the temperature of the heat medium can be accurately controlled with high responsiveness, it is possible to prevent an excessive increase in the temperature of the heat medium. As a result, it is possible to prevent deterioration of the heat medium and deterioration of the durability of the heat generating device itself. Further, since the working chamber is always filled with the heat medium, it is difficult for the atmosphere (oxygen from the oxidation source) to enter the working chamber. Thereby, corrosion of the metal material which comprises a working chamber and various piping can be suppressed. Furthermore, since there is no circulation path by a bypass pipe like the technique of patent document 1, the heat loss of the heated heat medium can be reduced.

第１実施形態の発熱装置１は、ロータ羽根車４及びステータ羽根車５の対を２つ備える。この構成によれば、より高い応答性で熱媒体の温度を制御することができる。その理由を以下に示す。   The heat generating apparatus 1 according to the first embodiment includes two pairs of the rotor impeller 4 and the stator impeller 5. According to this configuration, the temperature of the heat medium can be controlled with higher responsiveness. The reason is as follows.

作動室において、熱媒体はロータ羽根車４によって十分に撹拌されるため、熱媒体の温度は均一であると仮定できる。熱媒体の流量制御を開始してからｔ［ｓ］経過した時点での作動室の熱媒体温度をＴ（ｔ）［Ｋ］とし、更に、制御開始時刻ｔ＝０における、作動室の熱媒体温度をＴ0［Ｋ］、熱媒体の供給温度をＴin［Ｋ］とする。作動室内の熱収支は下記の式（Ａ１）で表わされる。 Since the heat medium is sufficiently stirred by the rotor impeller 4 in the working chamber, it can be assumed that the temperature of the heat medium is uniform. The heat medium temperature in the working chamber at the time when t [s] has elapsed since the start of the flow control of the heat medium is T (t) [K], and the heat medium in the working chamber at the control start time t = 0. The temperature is T 0 [K] and the supply temperature of the heat medium is T in [K]. The heat balance in the working chamber is expressed by the following formula (A1).

式（Ａ１）中のその他の記号の意味は以下のとおりである。
・Ｎ：制動トルク［Ｎｍ］
・ω：回転軸の回転速度［ｒａｄ／ｓ］
・Ｍ：作動室の熱媒体の質量［ｋｇ］
・ＭV：作動室への熱媒体の供給流量［ｋｇ／ｓ］
・ＣP：熱媒体の比熱［Ｊ／ｋｇ−Ｋ］ The meanings of other symbols in the formula (A1) are as follows.
・ N: Braking torque [Nm]
・ Ω: Rotational speed of the rotating shaft [rad / s]
・ M: Mass of heat medium in working chamber [kg]
M V : Heat medium supply flow rate to the working chamber [kg / s]
・ C P : Specific heat of heat medium [J / kg-K]

式（Ａ１）において、簡単化のために、熱媒体の比熱ＣP、制動トルクＮ、及び回転数ωは一定とし、更に作動室の表面から外部への熱損失は無視できるものとする。また、作動室からの熱媒体の排出温度は作動室の熱媒体温度と等しいものとする。 In formula (A1), for the sake of simplicity, it is assumed that the specific heat C P of the heat medium, the braking torque N, and the rotational speed ω are constant, and that heat loss from the surface of the working chamber to the outside can be ignored. In addition, the discharge temperature of the heat medium from the working chamber is assumed to be equal to the heat medium temperature of the working chamber.

次に、式（Ａ１）について定常状態（ｄＴ（ｔ）／ｄｔ＝０）における解をＴ∞［Ｋ］とおくと、Ｔ∞及び式（Ａ１）の解は、下記の式（Ａ２）及び式（Ａ３）で表わされる。 Next, assuming that the solution in the steady state (dT (t) / dt = 0) for the equation (A1) is T ∞ [K], the solution of T ∞ and the equation (A1) is the following equation (A2) and It is represented by the formula (A3).

ここで、熱媒体の排出温度の目標温度をＴ1［Ｋ］とし、この目標温度Ｔ1を式（Ａ２）における定常状態での温度Ｔ∞と一致させるものとする。すると、その際に必要な熱媒体の供給流量ＭVは、式（Ａ２）を変形することにより、下記の（Ａ４）で表わされる。 Here, the target temperature of the discharge temperature of the heat medium is T 1 [K], and this target temperature T 1 is made to coincide with the temperature T ∞ in the steady state in the equation (A2). Then, the supply flow rate M V of the heat medium necessary for this, by modifying Equation (A2), represented by the following (A4).

また、式（Ａ４）より、熱媒体の供給流量をＭVに設定する。設定してからの作動室の熱媒体温度（すなわち、作動室からの熱媒体の排出温度）の経時変化は、式（Ａ３）を書き改めることにより、下記の式（Ａ５）で表わされる。 Also, set the equation (A4), the supply flow rate of the heat medium M V. The change over time in the temperature of the heat medium in the working chamber after setting (that is, the discharge temperature of the heat medium from the working chamber) is expressed by the following formula (A5) by rewriting the formula (A3).

式（Ａ５）より、作動室の熱媒体の質量Ｍが小さいほど、熱媒体の排出温度は目標温度Ｔ1に速やかに漸近し、制御の応答性が高まることを理解できる。作動室の熱媒体質量は、作動室の容積に依存する。このため、作動室の容積が小さいほど、制御の応答性が高まる。したがって、容積の小さい作動室を複数備えれば、より高い応答性で熱媒体の温度を制御することができる。これは、作動室を形成するロータ羽根車４及びステータ羽根車５の対を複数備えることにより、実現される。 From formula (A5), it can be understood that as the mass M of the heat medium in the working chamber is smaller, the discharge temperature of the heat medium gradually approaches the target temperature T 1 and the control responsiveness increases. The mass of the heat medium in the working chamber depends on the volume of the working chamber. For this reason, the control responsiveness increases as the volume of the working chamber decreases. Therefore, if a plurality of working chambers having a small volume are provided, the temperature of the heat medium can be controlled with higher responsiveness. This is realized by providing a plurality of pairs of the rotor impeller 4 and the stator impeller 5 forming the working chamber.

第１実施形態の発熱装置１の場合、ロータ羽根車４及びステータ羽根車５を包囲するカバー１０の外表面が断熱材で覆われることが好ましい。また、カバー１０の内部が大気圧よりも低い圧力状態にされることが好ましい。いずれも、作動室で昇温した熱媒体からの放熱を防止できるからである。   In the case of the heating device 1 of the first embodiment, it is preferable that the outer surface of the cover 10 surrounding the rotor impeller 4 and the stator impeller 5 is covered with a heat insulating material. Moreover, it is preferable that the inside of the cover 10 is in a pressure state lower than the atmospheric pressure. This is because both can prevent heat dissipation from the heat medium whose temperature is increased in the working chamber.

第１実施形態の発熱装置１は、風力発電設備に搭載される。つまり、図１に示すように、発熱装置１の回転軸３の延長線上に、風車２０が設けられる。風車２０の回転軸２１は、固定の本体２に対し、軸受２５を介して回転可能に支持される。風車２０の回転軸２１は、クラッチ装置２３及び増速装置２４を介して、発熱装置１の回転軸３に連結される。風車２０の回転軸２１の回転に伴って発熱装置１の回転軸３が回転する。このとき、発熱装置１の回転軸３の回転速度は、増速装置２４によって、風車２０の回転軸２１の回転速度よりも増加する。増速装置２４には、例えば遊星歯車機構を適用できる。   The heat generating apparatus 1 according to the first embodiment is mounted on a wind power generation facility. That is, as shown in FIG. 1, the windmill 20 is provided on the extension line of the rotating shaft 3 of the heat generating device 1. The rotating shaft 21 of the windmill 20 is rotatably supported via a bearing 25 with respect to the fixed main body 2. The rotating shaft 21 of the windmill 20 is connected to the rotating shaft 3 of the heat generating device 1 through the clutch device 23 and the speed increasing device 24. As the rotary shaft 21 of the windmill 20 rotates, the rotary shaft 3 of the heat generating device 1 rotates. At this time, the rotational speed of the rotating shaft 3 of the heat generating device 1 is increased by the speed increasing device 24 more than the rotational speed of the rotating shaft 21 of the windmill 20. For example, a planetary gear mechanism can be applied to the speed increasing device 24.

このような風力発電設備では、風車２０が風力を受けて回転する（図１の白抜き矢印参照）。風車２０の回転に伴って発熱装置１の回転軸３が回転する。これにより、熱が発生し、発生した熱は蓄熱装置に回収される。すなわち、風車２０の回転に基づく発熱装置１の回転軸３の運動エネルギの一部が熱エネルギに変換されて回収される。その際、風車２０と発熱装置１との間には、特許文献１の風力発電設備のような油圧ポンプ及び油圧モータが無いため、エネルギの変換ロスが少ない。蓄熱装置に回収された熱は、例えば、熱素子、スターリングエンジン等による発電に利用される。   In such a wind power generation facility, the windmill 20 rotates by receiving wind force (see the white arrow in FIG. 1). As the windmill 20 rotates, the rotating shaft 3 of the heat generating device 1 rotates. Thereby, heat is generated and the generated heat is recovered by the heat storage device. That is, a part of the kinetic energy of the rotating shaft 3 of the heat generating device 1 based on the rotation of the windmill 20 is converted into heat energy and recovered. At that time, since there is no hydraulic pump and hydraulic motor as in the wind power generation facility of Patent Document 1 between the windmill 20 and the heat generating device 1, there is little energy conversion loss. The heat recovered by the heat storage device is used for power generation by a heat element, a Stirling engine or the like, for example.

更に、発熱装置１の回転軸３が回転することにより、熱が発生すると同時に、回転軸３には、回転を減速させる制動力が発生する。これにより、増速装置２４及びクラッチ装置２３を介し風車２０の回転速度が調整される。ここで、クラッチ装置２３は以下の機能を有する。発熱装置１で発熱が必要な場合には、クラッチ装置２３は、風車２０の回転軸２１と発熱装置１の回転軸３とを接続する。これにより、風車２０の回転動力が発熱装置１に伝達される。蓄熱装置に蓄積された熱量が許容量に達し、発熱装置１で発熱の必要が無くなった場合、メンテナンスのために発熱装置１を停機する場合等には、クラッチ装置２３は、風車２０の回転軸２１と発熱装置１の回転軸３との接続を切る。これにより、風車２０の回転動力が発熱装置１に伝達されない。このときに風車２０が風力で自由に回転することのないように、風車２０とクラッチ装置２３との間に、風車２０の回転を止める摩擦式、電磁式等のブレーキ装置２２を設置するのが好ましい。   Furthermore, when the rotating shaft 3 of the heat generating device 1 rotates, heat is generated, and at the same time, a braking force that reduces the rotation is generated on the rotating shaft 3. Thereby, the rotational speed of the windmill 20 is adjusted via the speed increasing device 24 and the clutch device 23. Here, the clutch device 23 has the following functions. When the heat generating device 1 needs to generate heat, the clutch device 23 connects the rotating shaft 21 of the windmill 20 and the rotating shaft 3 of the heat generating device 1. Thereby, the rotational power of the windmill 20 is transmitted to the heat generating device 1. When the amount of heat stored in the heat storage device reaches an allowable amount and the heat generation device 1 no longer needs to generate heat, or when the heat generation device 1 is stopped for maintenance, the clutch device 23 is configured to rotate the rotating shaft of the windmill 20. 21 and the rotating shaft 3 of the heat generating device 1 are disconnected. Thereby, the rotational power of the windmill 20 is not transmitted to the heat generating device 1. At this time, a frictional or electromagnetic brake device 22 that stops the rotation of the windmill 20 is installed between the windmill 20 and the clutch device 23 so that the windmill 20 is not freely rotated by wind power. preferable.

［第２実施形態］
図３は、第２実施形態の発熱装置の構成を模式的に示す縦断面図である。図３に示す第２実施形態の発熱装置は、前記第１実施形態の発熱装置の構成を基本とする。第２実施形態の発熱装置は、前記第１実施形態と比較し、主にロータ羽根車４及びステータ羽根車５の構成を変形したものである。 [Second Embodiment]
FIG. 3 is a longitudinal sectional view schematically showing the configuration of the heat generating device of the second embodiment. The heating device of the second embodiment shown in FIG. 3 is based on the configuration of the heating device of the first embodiment. The heat generating device of the second embodiment is mainly obtained by modifying the configuration of the rotor impeller 4 and the stator impeller 5 as compared with the first embodiment.

図３に示すように、２つのロータ羽根車４の環状部４ｂが回転軸３に直接固定される。これらの環状部４ｂは、互いの開口が反対向きになるように、背中合わせに配置される。各ロータ羽根車４の環状部４ｂとそれぞれ対向するように、ステータ羽根車５の環状部５ｂが配置される。それぞれの環状部４ｂ及び５ｂの開口が互いに向き合う。各ステータ羽根車５の環状部５ｂは、本体２に直接固定される。   As shown in FIG. 3, the annular portions 4 b of the two rotor impellers 4 are directly fixed to the rotating shaft 3. These annular portions 4b are arranged back to back so that their openings are in opposite directions. The annular portion 5b of the stator impeller 5 is disposed so as to face the annular portion 4b of each rotor impeller 4 respectively. The openings of the respective annular portions 4b and 5b face each other. The annular portion 5 b of each stator impeller 5 is directly fixed to the main body 2.

ロータ羽根車４及びステータ羽根車５の外側には、全体を包囲するように円筒状の隔壁６Ｂが配置される。この隔壁６Ｂは本体２に固定される。隔壁６Ｂの内部は密封される。ステータ羽根車５の環状部５ｂの外周は隔壁６Ｂの内周に接合され、これにより、ステータ羽根車５と隔壁６Ｂが一体化される。ステータ羽根車５及びこれと一体の隔壁６Ｂ（厳密には本体２も含む）は、ロータ羽根車４を包囲し、密閉容器を形成する。密閉容器の内部空間（厳密には、作動室）に繋がる入側配管１１及び出側配管１２は、隔壁６Ｂを貫通して本体２の外部に導き出される。   A cylindrical partition wall 6B is disposed outside the rotor impeller 4 and the stator impeller 5 so as to surround the whole. The partition wall 6B is fixed to the main body 2. The inside of the partition wall 6B is sealed. The outer periphery of the annular portion 5b of the stator impeller 5 is joined to the inner periphery of the partition wall 6B, whereby the stator impeller 5 and the partition wall 6B are integrated. The stator impeller 5 and the partition wall 6B integrated with the stator impeller 5 (strictly including the main body 2) surround the rotor impeller 4 and form a sealed container. The inlet-side piping 11 and the outlet-side piping 12 connected to the internal space (strictly speaking, the working chamber) of the sealed container are led out of the main body 2 through the partition wall 6B.

その他の構成は、上記した第１実施形態の構成と同じである。したがって、第２実施形態の発熱装置でも、前記第１実施形態と同様の効果を奏する。   Other configurations are the same as those of the first embodiment described above. Therefore, the heat generating device of the second embodiment also has the same effect as that of the first embodiment.

特に、第２実施形態では、作動室を形成するロータ羽根車４及びステータ羽根車５の対が２つ設けられ、この２つの対のロータ羽根車４及びステータ羽根車５が回転軸３に沿って正反対に配置される。各ロータ羽根車４には、各作動室の熱媒体の循環流によって回転軸３方向の荷重が負荷されるところ、両者の荷重の向きは互いに反対向きになる。このため、回転軸３に作用する回転軸３方向の負荷が均衡し、発熱装置の耐久性が高まる。   In particular, in the second embodiment, two pairs of the rotor impeller 4 and the stator impeller 5 forming the working chamber are provided, and the two pairs of the rotor impeller 4 and the stator impeller 5 are arranged along the rotation shaft 3. Arranged in the opposite direction. When each rotor impeller 4 is loaded with a load in the direction of the rotating shaft 3 by the circulating flow of the heat medium in each working chamber, the directions of the loads are opposite to each other. For this reason, the load in the direction of the rotating shaft 3 acting on the rotating shaft 3 is balanced, and the durability of the heat generating device is increased.

第２実施形態の発熱装置１の場合、ロータ羽根車４及びステータ羽根車５を包囲する隔壁６Ｂの外表面が断熱材で覆われることが好ましい。作動室で昇温した熱媒体からの放熱を防止できるからである。   In the case of the heating device 1 of the second embodiment, it is preferable that the outer surface of the partition wall 6B surrounding the rotor impeller 4 and the stator impeller 5 is covered with a heat insulating material. This is because it is possible to prevent heat dissipation from the heat medium heated in the working chamber.

その他本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。ロータ羽根車及びステータ羽根車の対は、２つに限らず、３つ以上であっても構わない。もちろん、その対が１つであっても構わない。   In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. The number of rotor impeller and stator impeller pairs is not limited to two, and may be three or more. Of course, the pair may be one.

また、上記の発熱装置は、風力発電設備のみならず、水力発電設備等のように流体運動エネルギを利用した発電設備に搭載することができる。   The heat generating device can be mounted not only on wind power generation equipment but also on power generation equipment using fluid kinetic energy such as hydroelectric power generation equipment.

更に、上記の発熱装置は、車両に搭載することができる。この場合、上記の発熱装置は、補助ブレーキとしての流体式減速装置とは別個に設けられてもよいし、補助ブレーキとして兼用されてもよい。補助ブレーキとして兼用される場合、制動と非制動を切り替えるスイッチ機構を設置すればよい。例えば、制動時には作動室に熱媒体を充満し、非制動時には作動室から熱媒体を排出して作動室を空にすれば足りる。車両に搭載した発熱装置によって回収された熱は、例えば、車体内を暖めるための暖房機の熱源に利用されたり、コンテナ内を冷却するための冷凍機の熱源に利用されたりする。   Further, the heat generating device can be mounted on a vehicle. In this case, the heat generating device described above may be provided separately from the fluid type speed reducer as an auxiliary brake, or may be used as an auxiliary brake. When used also as an auxiliary brake, a switch mechanism for switching between braking and non-braking may be installed. For example, it is sufficient that the working chamber is filled with a heat medium during braking, and the working medium is emptied by discharging the heat medium from the working chamber during non-braking. The heat recovered by the heat generating device mounted on the vehicle is used, for example, as a heat source of a heater for heating the inside of the vehicle body or as a heat source of a refrigerator for cooling the inside of the container.

本発明の流体式発熱装置は、風力発電設備、水力発電設備等のように流体運動エネルギを利用した発電設備、及びトラック、バス等の車両に有用である。   The fluid heating device of the present invention is useful for power generation equipment using fluid kinetic energy, such as wind power generation equipment and hydroelectric power generation equipment, and vehicles such as trucks and buses.

１：流体式発熱装置、 ２：本体、 ３：回転軸、
４：ロータ羽根車、 ４ａ：円板部、 ４ｂ：環状部、
４ｃ：ロータ羽根、
５：ステータ羽根車、 ５ａ：円板部、 ５ｂ：環状部、
５ｃ：ステータ羽根、
６Ａ：隔壁、 ６Ｂ：隔壁、
７：軸受、 ８：軸受、 ９：軸受、
１０：カバー、
１１：入側配管、 １２：出側配管、
１３：入側温度計、 １４：出側温度計、
１５：入側バルブ、 １６：出側バルブ、
１７：回転速度センサ、 １８：圧力センサ、
２０：風車、 ２１：回転軸、 ２２：ブレーキ装置、
２３：クラッチ装置、 ２４：増速装置、 ２５：軸受 1: fluid heating device, 2: body, 3: rotating shaft,
4: rotor impeller, 4a: disc part, 4b: annular part,
4c: rotor blade,
5: Stator impeller, 5a: disc part, 5b: annular part,
5c: stator blade,
6A: partition wall, 6B: partition wall,
7: bearing, 8: bearing, 9: bearing,
10: Cover,
11: Inlet piping, 12: Outlet piping,
13: Incoming thermometer, 14: Outgoing thermometer,
15: Inlet valve, 16: Outlet valve,
17: Rotational speed sensor, 18: Pressure sensor,
20: windmill, 21: rotating shaft, 22: brake device,
23: Clutch device, 24: Speed increasing device, 25: Bearing

Claims (3)

非回転部に回転可能に支持された回転軸と、
前記回転軸に固定されたロータ羽根車と、
前記ロータ羽根車と対向するように配置されて前記ロータ羽根車と対を成し、前記非回転部に固定されたステータ羽根車と、
前記ステータ羽根車と一体で前記ロータ羽根車を包囲し、内部に熱媒体を充満する密閉容器と、
前記密閉容器内の前記熱媒体に生じた熱を回収する熱回収機構と、を備え、
前記熱回収機構は、
前記密閉容器に前記熱媒体を供給する入側配管と、
前記密閉容器から前記熱媒体を排出する出側配管と、
前記入側配管及び出側配管に接続された蓄熱装置と、
前記入側配管の経路に設けられ、前記熱媒体の温度を検出する入側温度計と、
前記出側配管の経路に設けられ、前記熱媒体の温度を検出する出側温度計と、
前記入側配管の経路に設けられ、前記密閉容器への前記熱媒体の供給流量を調整する入側バルブと、
前記出側配管の経路に設けられ、前記密閉容器からの前記熱媒体の排出流量を調整する出側バルブと、
前記回転軸の回転速度を検出する回転速度センサと、を含み、
前記回転速度センサ、前記入側温度計及び前記出側温度計の各出力値に基づき、前記入側バルブ及び前記出側バルブがそれぞれ調節される、流体式発熱装置。 A rotating shaft rotatably supported by the non-rotating part;
A rotor impeller fixed to the rotating shaft;
A stator impeller disposed to face the rotor impeller and paired with the rotor impeller, and fixed to the non-rotating portion;
An airtight container that surrounds the rotor impeller integrally with the stator impeller, and is filled with a heat medium;
A heat recovery mechanism for recovering heat generated in the heat medium in the sealed container,
The heat recovery mechanism is
An inlet pipe for supplying the heat medium to the sealed container;
An outlet pipe for discharging the heat medium from the sealed container;
A heat storage device connected to the inlet and outlet pipes;
An inlet-side thermometer that is provided in a path of the inlet-side piping and detects the temperature of the heat medium;
An exit-side thermometer that is provided in a path of the exit-side piping and detects the temperature of the heat medium;
An inlet side valve provided in a path of the inlet side pipe for adjusting a supply flow rate of the heat medium to the sealed container;
An outlet valve provided in a path of the outlet pipe, for adjusting a discharge flow rate of the heat medium from the sealed container;
A rotation speed sensor for detecting a rotation speed of the rotation shaft,
A fluid heating device in which the inlet valve and the outlet valve are respectively adjusted based on output values of the rotation speed sensor, the inlet side thermometer, and the outlet side thermometer. 請求項１に記載の流体式発熱装置において、
前記熱回収機構は、前記密閉容器内の圧力を検出する圧力センサを備え、
前記圧力センサの出力値に基づき、前記出側バルブが調節される、流体式発熱装置。 The fluid heating device according to claim 1,
The heat recovery mechanism includes a pressure sensor that detects a pressure in the sealed container,
A fluid heating device in which the outlet valve is adjusted based on an output value of the pressure sensor. 請求項１又は２に記載の流体式発熱装置であって、
前記ロータ羽根車及び前記ステータ羽根車の対を２つ以上備える、流体式発熱装置。
The fluid heating device according to claim 1 or 2,
A fluid heating device comprising two or more pairs of the rotor impeller and the stator impeller.
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