JP2018006001A - 誘導加熱装置、及び発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】現地組み立てが可能で、磁束発生部と加熱部との間のギャップを精度よく維持・管理することができる誘導加熱装置、及びそれを備える発電システムを提供する。
【解決手段】熱媒体を加熱する誘導加熱装置であって、回転軸に連結され、前記回転軸を中心に周方向に回転する少なくとも１つの台車と、前記台車に対面する対向面を有し、周方向に分割された複数の分割片を環状に組み合わせた加熱部と、前記台車に搭載され、前記加熱部に対して磁束を発生する磁束発生部と、前記加熱部に設けられ、前記熱媒体が流通する流通路と、を備え、前記台車は、前記磁束発生部と前記加熱部との間にギャップを維持しつつ、前記加熱部の対向面に沿って走行する誘導加熱装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、誘導加熱装置、及び発電システムに関する。

特許文献１〜３には、風車の回転エネルギーを熱エネルギーに変換する誘導加熱装置を利用して、誘導加熱装置により加熱した熱媒体の熱を電気エネルギーに変換する発電システムが開示されている。

特開２０１１−１０２５７６号公報 特開２０１１−２３３４８８号公報 特開２０１２−２５６５０７号公報

誘導加熱装置としては、例えば特許文献３に記載されるように、回転体（磁束発生部）と加熱部とが径方向に間隔をあけて対向して配置された、所謂ラジアルギャップ型の構造とすることが知られている。また、回転体（磁束発生部）と加熱部とが軸方向に間隔をあけて対向して配置された、所謂アキシャルギャップ型の構造とすることも可能である。

誘導加熱装置において、誘導加熱（渦電流）による加熱部の発熱量は、磁場強度、磁場の変化速度（周波数）の大きさに比例して増加することが知られており、加熱部に対する磁束発生部の周速を速くすることで、加熱部の発熱量を増やすことが可能である。発電システムに利用する誘導加熱装置の場合は、加熱部（熱媒体）を発電に適した温度（例えば、１００℃以上、更に２００℃以上）まで加熱するため、大径化（例えば、直径４ｍ以上）することにより周速を速くすることが考えられる。しかし、この場合、陸上輸送限界を超える問題があるため、大径化には限界がある。

そこで、加熱部を複数に分割して現地で組み立てることが考えられるが、その場合、精度よく組み立てることが難しい問題がある。誘導加熱装置では、加熱部を通過する磁束量を増やすため、磁束発生部と加熱部との間のギャップを小さく（例えば５ｍｍ程度）する必要がある。しかしながら、加熱部を複数の分割片で構成し、これを現地で組み立てた場合、分割片の製作誤差や組立誤差などにより、加熱部に波打ちが生じたり、隣接する分割片間に段差が生じるなどの問題が起こり得る。そのため、例えば、アキシャルギャップ型の場合は、板状の加熱部において、回転体に対向する面が平面にならず、他方、ラジアルギャップ型の場合は、筒状の加熱部が真円にならず、回転体に対向する周面が円弧面にならないなど、ギャップを精度よく維持・管理することが困難である。

本開示は、現地組み立てが可能で、磁束発生部と加熱部との間のギャップを精度よく維持・管理することができる誘導加熱装置を提供することを目的の１つとする。また、上記誘導加熱装置を備える発電システムを提供することを別の目的の１つとする。

本開示に係る誘導加熱装置は、熱媒体を加熱する誘導加熱装置であって、
回転軸に連結され、前記回転軸を中心に周方向に回転する少なくとも１つの台車と、
前記台車に対面する対向面を有し、周方向に分割された複数の分割片を環状に組み合わせた加熱部と、
前記台車に搭載され、前記加熱部に対して磁束を発生する磁束発生部と、
前記加熱部に設けられ、前記熱媒体が流通する流通路と、を備え、
前記台車は、前記磁束発生部と前記加熱部との間にギャップを維持しつつ、前記加熱部の対向面に沿って走行する。

本開示に係る発電システムは、
上記本開示に係る誘導加熱装置と、
前記誘導加熱装置により加熱した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。

上記誘導加熱装置は、現地組み立てが可能で、磁束発生部と加熱部との間のギャップを精度よく維持・管理することができる。上記発電システムは、上記誘導加熱装置により加熱した熱媒体の熱を利用して発電することができる。

実施形態１に係る誘導加熱装置の構成を示す概略縦断面図である。 図１のＩＩ線で囲む部分を拡大して示す部分拡大概略縦断面図である。 実施形態１に係る誘導加熱装置における台車の構成を示す概略平面図である。 実施形態１に係る誘導加熱装置における磁束発生部の構成を示す概略平面図である。 実施形態１に係る誘導加熱装置における加熱部の構成を示す概略平面図である。 図２のＶＩ−ＶＩ線で切断した断面を示す部分概略断面図である。 実施形態１に係る誘導加熱装置における流通路の構成を示す概略平面図である。 実施形態２に係る誘導加熱装置の構成を示す概略縦断面図である。 図８のＩＸ線で囲む部分を拡大して示す部分拡大概略縦断面図である。 実施形態２に係る誘導加熱装置における台車、磁束発生部及び加熱部の構成を示す概略断面図である。 実施形態２に係る誘導加熱装置の変形例の一例を示す部分拡大概略縦断面図である。 実施形態２に係る誘導加熱装置の変形例の別の一例示す部分拡大概略縦断面図である。 変形例２−２に係る誘導加熱装置における加熱部の構成を示す概略断面図である。 本発明の実施形態に係る発電システムの全体構成の一例を示す概略図である。

［本発明の実施形態の説明］
最初に、本発明の実施態様を列記して説明する。

（１）本発明の一態様に係る誘導加熱装置は、熱媒体を加熱する誘導加熱装置であって、回転軸に連結され、前記回転軸を中心に周方向に回転する少なくとも１つの台車と、前記台車に対面する対向面を有し、周方向に分割された複数の分割片を環状に組み合わせた加熱部と、前記台車に搭載され、前記加熱部に対して磁束を発生する磁束発生部と、前記加熱部に設けられ、前記熱媒体が流通する流通路と、を備え、前記台車は、前記磁束発生部と前記加熱部との間にギャップを維持しつつ、前記加熱部の対向面に沿って走行する。

上記誘導加熱装置は、加熱部の対向面に台車が対向して、磁束発生部と加熱部とが互いに間隔をあけて対向配置される。上記誘導加熱装置によれば、加熱部が周方向に分割された複数の分割片を組み合わせた構成であることから、加熱部を分割して輸送することが可能である。そのため、分割片を陸上輸送限界以下のサイズとし、陸上輸送を可能にして、現地組み立てが可能である。また、台車に磁束発生部が搭載され、台車が加熱部の対向面に沿って走行するように構成されている。そのため、複数の分割片を組み合わせて加熱部を現地で組み立てた場合に、たとえ加熱部の対向面に波打ちや段差などがあっても、台車が加熱部の対向面に沿って走行することで、磁束発生部と加熱部との間のギャップが維持される。したがって、上記誘導加熱装置は、現地組み立てが可能で、磁束発生部と加熱部との間のギャップを精度よく維持・管理することができる。

（２）上記誘導加熱装置の一態様として、前記台車を前記加熱部の対向面に沿って案内するレールが設けられていることが挙げられる。

加熱部の対向面に沿ってレールが設けられていることで、レールの高さを調整することにより、磁束発生部と加熱部との間のギャップを容易に調整することができる。

（３）上記誘導加熱装置の一態様として、前記加熱部が板状体であり、前記加熱部の対向面が前記台車に対して軸方向に対面することが挙げられる。

上記一態様の誘導加熱装置によれば、加熱部の対向面に台車が軸方向に対向し、磁束発生部と加熱部とが軸方向に互いに間隔をあけて対向配置された、所謂アキシャルギャップ型の誘導加熱装置となる。

（４）上記誘導加熱装置の一態様として、前記加熱部が筒状体であり、前記加熱部の対向面が前記台車に対して径方向に対面することが挙げられる。

上記一態様の誘導加熱装置によれば、径方向に対向し、磁束発生部と加熱部とが軸方向に互いに間隔をあけて対向配置された、所謂ラジアルギャップ型の誘導加熱装置となる。

（５）上記誘導加熱装置の一態様として、前記加熱部の少なくとも一部を覆う断熱材を備えることが挙げられる。

加熱部の少なくとも一部を断熱材で覆うことで、加熱部から熱が逃げることを抑制でき、加熱部（熱媒体）の加熱効率を向上できる。特に、台車（磁束発生部）に対向する加熱部の対向面を断熱材で覆った場合は、断熱材によって、加熱部からの熱による磁束発生部の温度上昇を低減して、温度上昇に起因する磁気特性の低下を効果的に抑制できる。

（６）上記誘導加熱装置の一態様として、前記回転軸が風車に接続されていることが挙げられる。

回転軸を回転させる動力源には、電動機やエンジンなどの内燃機関を用いることも可能であるが、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好ましい。再生可能エネルギーを利用すれば、ＣＯ_２の発生を抑制できる。回転軸を風車に接続することで、誘導加熱装置の動力源として風力を利用することができる。

（７）本発明の一態様に係る発電システムは、上記（１）から（６）のいずれか１つに記載の誘導加熱装置と、前記誘導加熱装置により加熱した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。

上記発電システムは、上記誘導加熱装置により加熱した熱媒体の熱を利用して発電するものである。例えば誘導加熱装置の回転軸に風車を接続し、動力源に風力を利用すれば、風のエネルギーを回転エネルギー→熱エネルギーに変換して、電気エネルギーとして取り出すことができる。一例としては、熱媒体の水を加熱して高温高圧蒸気を生成し、その蒸気を利用して蒸気タービンにより発電機を回転させて発電することが挙げられる。また、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、安定した発電システムを実現できる。

［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る誘導加熱装置、及び発電システムの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。図中の同一符号は同一又は相当部分を示す。図面のスケールは、特徴を分かり易くするために各部を強調して示しており、実際のスケールとは異なる。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

〈誘導加熱装置〉
［実施形態１］
図１〜図６を参照して、実施形態１に係る誘導加熱装置１０１について説明する。誘導加熱装置１０１は、台車１１と、加熱部１３と、磁束発生部１５と、流通路１７とを備える。誘導加熱装置１０１は、磁束発生部１５と加熱部１３とが軸方向に間隔をあけて対向して配置された、所謂アキシャルギャップ型の構造である。図面のスケールは、特徴を分かり易くするために各部を強調しており、実際のスケールとは異なる。以下、誘導加熱装置１０１の構成を詳しく説明する。

（台車）
台車１１は、図１に示すように、回転軸２１の一端側から径方向に延びる連結棒１２を介して回転軸２１に連結され、回転軸２１を中心に周方向に回転する。台車１１は、図２に示すように、内外に一対の車輪１１ａ、１１ｂと、後述する磁束発生部１５（磁石１５ｍ）を搭載する台車枠１１ｃとを有し、車輪１１ａ、１１ｂ側が軸方向に向くように配置される。車輪１１ａ、１１ｂは、後述する加熱部１３の対向面１３１（レール１３ｒ）に接し、対向面１３１上を転動しながら走行する。また、台車枠１１ｃは、磁束発生部１５と加熱部１３との間に所定のギャップが形成されるように、車輪１１ａ、１１ｂの車軸１１ｓに支持されている。これにより、台車１１は、磁束発生部１５と加熱部１３との間にギャップを維持しつつ、加熱部１３の対向面１３１に沿って走行することができる。

この例では、図３に示すように、台車枠１１ｃの前後に一対の車輪１１ａ、１１ｂが配置されており、台車枠１１ｃが前後の車輪１１ａ、１１ｂの各車軸１１ｓに支持されている。また、図４に示すように、複数の台車１１を備えており、複数の台車１１が周方向に環状に配置され、台車枠１１ｃに設けられた連結部１１ｊによって一連に連結されている。図３では、分かり易くするため、磁束発生部１５（磁石１５ｍ）にハッチングを付している。図４では、台車１１を加熱部１３側から見ている。

回転軸２１は、図１に示すように、軸受２２により回転可能に支持されている。回転軸２１の動力源には、例えば回転軸２１に風車（図示せず）を接続し、風力を利用することが挙げられる。

（加熱部）
加熱部１３は、図５に示すように、周方向に分割された複数の分割片１３ｐを環状に組み合わせた板状体である。この例では、各分割片１３ｐは円弧形状の平面を有する板片であり、これら分割片１３ｐを溶接や固定具などによって周方向に円環状に連結することで加熱部１３が組み立てられる。組み立て前の状態では、分割片１３ｐは独立した部材であるため、分割片１３ｐを輸送して、加熱部を現地で組み立てることが可能である。加熱部１３の分割数は、分割片１３ｐの陸上輸送を可能にするため、分割片１３ｐが陸上輸送限界以下のサイズとなるように適宜決めればよく、例えば、２以上、更に３以上とすることが挙げられる。この例では、円環板状の加熱部１３が周方向に３分割されており、３つの分割片１３ｐからなる。

加熱部１３（分割片１３ｐ）は、回転しないようにケーシング（図示せず）に固定されている。加熱部１３には、磁束発生部１５による磁束が通過し、後述するように渦電流が生じ、誘導加熱によって加熱部１３が発熱する。加熱部１３は、導電材料からなり、例えば、鉄やアルミニウム、銅などの金属又はそれらの合金で形成されている。

加熱部１３の直径（外径）φは、例えば５ｍ以上１５ｍ以下、加熱部１３の径方向の幅ｗは、例えば０．５ｍ以上１ｍ以下、加熱部１３の軸方向の厚さｔは、例えば０．５ｃｍ以上５ｃｍ以下とすることが挙げられる。この例では、加熱部１３の直径Φが１０ｍ、幅ｗが０．６ｍ、厚さｔが１ｃｍである。直径が１０ｍの加熱部は、陸上輸送は不可能であるが、３分割することで、分割片の高さが４ｍ以内に収まり、陸上輸送が可能となる。この場合、４分割以上としてもよい。

ここで、加熱部１３は発熱することで熱膨張するが、加熱部１３は板状であり、その厚さｔが薄い（例えば５ｃｍ以下）ため、軸方向の熱膨張は僅かである。また、加熱部１３の幅ｗは１ｍ以下であり、距離が短いため、熱膨張により径方向に歪が生じることも少ない。

（レール）
加熱部１３は、図２に示すように、台車１１に対して軸方向に対面する対向面１３１を有し、加熱部１３の対向面１３１上を台車１１が走行する。この例では、加熱部１３の対向面１３１に沿って台車１１を案内するレール１３ｒが設けられており、レール１３ｒ上を台車１１が走行するように構成されている。レール１３ｒは、図３、図５に示すように、加熱部１３の周方向に沿って並列に一対設けられており、内外の各レール１３ｒに台車１１の車輪１１ａ、１１ｂがそれぞれ接する。この例では、加熱部１３を構成する各分割片１３ｐにレール１３ｒがそれぞれ設置されており、各分割片１３ｐを円環状に組み合わせることで、レール１３ｒが円環状に形成される。図３、図５では、分かり易くするため、レール１３ｒにハッチングを付している。

また、この例では、図１、図３に示すように、各車輪１１ａ、１１ｂの幅が各レール１３ｒの幅よりも大きく形成されている。そのため、分割片１３ｐの組立誤差やレールの取付誤差、或いは、加熱部１３の熱膨張などに起因して、レール１３ｒが径方向に多少歪んでも、車輪１１ａ、１１ｂがレール１３ｒから外れることがない。更に、各車輪１１ａ、１１ｂの互いに対向する側にはそれぞれ、車輪より径が大きいフランジ部１１ｆが形成されている。

（磁束発生部）
磁束発生部１５は、台車１１（台車枠１１ｃ）に搭載され、加熱部１３に対して磁束を発生する。つまり、磁束発生部１５は、軸方向（加熱部１３の方向）に磁束を発生する。この例では、磁束発生部１５が永久磁石１５ｍで構成されており、図３、図６に示すように、複数の磁石１５ｍが台車１１の前後方向に間隔をあけて並べて配置されている。また、図４に示すように、磁石１５ｍの極性が交互に異なっている。そして、各台車１１に複数の磁石１５ｍが搭載され、複数の台車１１が周方向に環状に配置されることで環状の磁石群が形成され、環状の磁石群によって磁束発生部１５が構成されている。

磁束発生部１５は、図２、図６に示すように、台車１１に搭載されることによって、加熱部１３との間に所定のギャップが設けられている。

（断熱材）
この例では、図２、図６に示すように、加熱部１３の対向面１３１が断熱材１９で覆われている。加熱部１３の少なくとも一部を断熱材１９で覆うことで、加熱部１３から熱が逃げることを抑制でき、加熱部１３の加熱効率を向上できる。また、この例に示すように、加熱部１３の対向面１３１を断熱材１９で覆った場合は、断熱材１９によって、加熱部１３からの熱による磁束発生部１５（磁石１５ｍ）の温度上昇を低減して、温度上昇に起因する磁石１５ｍの磁気特性の低下を効果的に抑制できる。この例では、レール１３ｒの下面も含めて、加熱部１３の対向面１３１の全面を断熱材１９で覆っているが、磁束発生部１５に対向する部分にのみ断熱材を配置してもよいし、対向面１３１だけでなく、加熱部１３の周面や対向面とは反対側の面に断熱材を配置してもよい。磁束発生部１５の加熱部１３に対向する対向面に断熱材を配置することも可能である。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。

（流通路）
加熱部１３には、図１、図７に示すように、熱媒体が流通する流通路１７が設けられている。この例では、流通路１７は、配管１７ｐによって構成され、図７に示すように、加熱部１３の対向面１３１とは反対側の反対面に、加熱部１３の周方向に沿って設けられている（図中の白抜き矢印は熱媒体の供給・排出方向を示す）。加熱部１３と流通路１７（配管１７ｐ）とは熱的に接続されている。配管１７ｐは、例えば、鉄やアルミニウム、銅などの金属又はそれらの合金で形成されている。熱媒体としては、例えば、水、水蒸気、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。

次に、誘導加熱装置１０１における熱媒体が加熱されるメカニズムについて説明する。

誘導加熱装置１０１では、回転軸２１が回転することで、台車１１が回転軸２１を中心に周方向に回転しながら、磁束発生部１５（磁石１５ｍ）から発生した磁束が加熱部１３を通過する。具体的には、加熱部１３におけるＮ極の磁石１５ｍに対向する部分では、磁束（磁場）が加熱部１３の対向面側から反対面側の方向に通過し、Ｓ極の磁石１５ｍに対向する部分では、磁束（磁場）が加熱部１３の反対面側から対向面側の方向に通過する。そして、台車１１の回転に伴い磁束発生部１５が回転することで、加熱部１３に対して磁石１５ｍが相対的に移動することにより、加熱部１３を通過する磁束が変化し、印加される磁場が周期的に変化する。その結果、加熱部１３に渦電流が発生することで、加熱部１３が発熱し、その熱が流通路１７（配管１７ｐ）に流れる熱媒体に伝熱され、熱媒体が加熱される。

また、誘導加熱装置１０１では、磁石１５ｍの極性が交互に異なることから、磁束（磁場）の方向が周期的に逆転しながら変化する。そのため、加熱部１３に印加される磁場の振幅（変化）が大きくなるため、より大きな渦電流を発生させることができ、発熱量を増やすことができる。

磁石１５ｍの数は、適宜設定することができる。磁石１５ｍの数をある程度増やすことで、磁場の周期を短くすることができ、磁場の変化速度が大きくなる。誘導加熱による発熱量は磁場の変化速度に比例することから、磁場の周期を短くすることで、発熱量の向上が期待できる。

［変形例１］
実施形態１では、加熱部１３の対向面１３１にレール１３ｒが設けられ、レール１３ｒ上を台車１１が走行する場合を例に挙げて説明した（図２参照）。これに限らず、レール１３ｒを設けずに、加熱部１３の対向面１３１に台車１１の車輪１１ａ、１１ｂが直接接しながら走行するように構成してもよい。また、レール１３ｒに変えて、加熱部１３の対向面１３１に台車１１の車輪１１ａ、１１ｂが嵌る一対の溝を形成し、この溝に沿って台車１１が走行するように構成してもよい。

｛作用効果｝
実施形態１の誘導加熱装置１０１は、加熱部１３が周方向に分割された複数の分割片１３ｐにより構成されていることで、加熱部１３を分割して輸送することが可能である。そのため、分割片１３ｐを陸上輸送限界以下のサイズとし、陸上輸送を可能にして、現地組み立てが可能である。また、台車１１に磁束発生部１５が搭載され、台車１１が加熱部１３の対向面１３１に接しながら走行する。そのため、分割片１３ｐの製作誤差や組立誤差、或いは、加熱部１３の熱膨張などに起因して、板状の加熱部１３に波打ちや段差が生じ、加熱部１３の対向面１３１が平面になっていなくても、台車１１が加熱部１３の対向面１３１に沿って走行することで、磁束発生部１５と加熱部１３との間のギャップが維持される。したがって、磁束発生部１５と加熱部１３との間のギャップを精度よく維持することができる。また、実施形態１では、加熱部１３の対向面１３１にレール１３ｒが設けられていることから、レール１３ｒの高さを調整することにより、磁束発生部１５と加熱部１３との間のギャップを容易に調整することができる。

［実施形態２］
上述した実施形態１では、磁束発生部１５と加熱部１３とが回転軸２１の軸方向に間隔をあけて対向して配置された、所謂アキシャルギャップ型の構成例を説明した。実施形態２では、磁束発生部１５と加熱部１３とが回転軸２１の径方向に間隔をあけて対向して配置された、所謂ラジアルギャップ型の構成例を説明する。以下、図８〜図１２を参照して、実施形態２に係る誘導加熱装置１０２について、実施形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項はその詳細な説明を省略する。

（台車）
台車１１は、図８〜図１０に示すように、回転軸２１から径方向に延びる連結棒１２を介して回転軸２１に連結され、回転軸２１を中心に周方向に回転する。台車１１は、車輪１１ａ、１１ｂ側が径方向外方に向くように配置され、図９に示すように、車輪１１ａ、１１ｂが加熱部１３の対向面１３１（レール１３ｒ）に接して対向面１３１上を走行する。これにより、台車１１は、磁束発生部１５と加熱部１３との間にギャップを維持しつつ、加熱部１３の対向面（内周面）１３１に沿って走行することができる。また、図１０に示すように、複数の台車１１が連結部１１ｊによって一連に連結されており、複数の台車１１が周方向に環状に配置されている。図１０は、回転軸２１の軸方向に直交する断面（図９のＸ−Ｘ線で切断した断面）を示す。

（加熱部）
加熱部１３は、図１０に示すように、周方向に分割された複数の分割片１３ｐを環状に組み合わせた筒状体である。この例では、各分割片１３ｐは内周面及び外周面が円弧面に形成された円弧片であり、これら分割片１３ｐを溶接や固定具などによって周方向に円環状に連結することで加熱部１３が組み立てられる。この例では、円筒状の加熱部１３が周方向に３分割されており、３つの分割片１３ｐからなる。加熱部１３の対向面１３１には、断熱材１９が配置され、断熱材１９で覆われている。

加熱部１３の直径（外径）φは、例えば５ｍ以上１５ｍ以下、加熱部１３の径方向の厚さは例えば０．５ｃｍ以上５ｃｍ以下、加熱部１３の軸方向に沿った長さは、例えば０．５ｍ以上１ｍ以下とすることが挙げられる。

（レール）
加熱部１３は、図９に示すように、台車１１に対して径方向に対面する対向面１３１を有し、加熱部１３の対向面１３１上を台車１１が走行する。この例では、加熱部１３の対向面１３１に沿って台車１１を案内するレール１３ｒが設けられており、レール１３ｒ上を台車１１が走行するように構成されている。レール１３ｒは、図１０に示すように、加熱部１３の内周面に、周方向に沿って並列に一対設けられており、各レール１３ｒに台車１１の車輪１１ａ、１１ｂがそれぞれ接する。この例では、加熱部１３を構成する各分割片１３ｐにレール１３ｒがそれぞれ設置されており、各分割片１３ｐを円環状に組み合わせることで、レール１３ｒが円環状に形成される。

また、図９に示すように、各車輪１１ａ、１１ｂの幅が各レール１３ｒの幅よりも大きく形成されているため、分割片１３ｐの組立誤差やレールの取付誤差などに起因して、レール１３ｒが軸方向に多少歪んでも、車輪１１ａ、１１ｂがレール１３ｒから外れることがない。

（磁束発生部）
磁束発生部１５は、台車１１（台車枠１１ｃ）に搭載され、加熱部１３に対して磁束を発生する。この例では、磁束発生部１５は、径方向（加熱部１３の方向）に磁束を発生する。磁束発生部１５は、例えば永久磁石１５ｍで構成されており、図１０に示すように、複数の磁石１５ｍが台車１１の前後方向に間隔をあけ、磁石１５ｍの極性が交互に異なるように並んで配置されている。磁束発生部１５は、図９に示すように、台車１１に搭載されることによって、加熱部１３との間に所定のギャップが設けられている。

（流通路）
加熱部１３には、図８に示すように、熱媒体が流通する流通路１７が設けられている。この例では、流通路１７は、配管１７ｐによって構成され、図８に示すように、加熱部１３の外周面に、軸方向に螺旋状に設けられている。

実施形態２に係るラジアルギャップ型の誘導加熱装置１０２の場合も、実施形態１に係るアキシャルギャップ型の誘導加熱装置１０１と同様に、加熱部１３が周方向に分割された複数の分割片１３ｐにより構成されている。そのため、加熱部１３を分割して輸送することが可能であり、分割片１３ｐを陸上輸送して、加熱部１３を現地で組み立てることが可能である。また、分割片１３ｐの製作誤差や組立誤差などに起因して、筒状の加熱部１３に波打ちや段差が生じ、加熱部１３の対向面１３１が真円になっていなくても、台車１１が加熱部１３の対向面１３１に沿って走行することで、磁束発生部１５と加熱部１３との間のギャップが維持される。よって、磁束発生部１５と加熱部１３との間のギャップを精度よく維持することができる。

ラジアルギャップ型の場合は、アキシャルギャップ型に比較して、加熱部１３の発熱による熱膨張の影響を受け易い。具体的には、加熱部１３が径方向に熱膨張して径が大きくなり、台車１１と加熱部１３との距離が広がることによって、加熱部１３の熱膨張に起因する磁束発生部１５と加熱部１３との間のギャップの変化が大きい。したがって、ラジアルギャップ型の場合は特に、加熱部１３の熱膨張による影響を低減できる構成を備えることが好ましい。以下、実施形態２に係るラジアルギャップ型の誘導加熱装置１０２において、加熱部１３の熱膨張による影響を低減する構成を付加した形態を説明する。

［変形例２−１］
加熱部１３の熱膨張による影響を低減する構成の一例としては、図１１に示すように、台車１１を加熱部１３側（即ち、径方向外方）に付勢する弾性部材１４を備える構成が挙げられる。この例では、弾性部材１４が回転軸２１（図８参照）と台車１１との間を連結する連結棒１２に設けられている。弾性部材１４としては、例えば、圧縮ばねやゴムなどが挙げられる。弾性部材１４が台車１１を加熱部１３側に付勢することによって、加熱部１３が径方向に熱膨張して径が大きくなっても、加熱部１３に追従するように台車１１の径方向の位置を変化させることができる。これにより、台車１１と加熱部１３との距離が一定に保たれることから、加熱部１３の熱膨張に起因する磁束発生部１５と加熱部１３との間のギャップの変化を小さくできる。

［変形例２−２］
加熱部１３の熱膨張による影響を低減する構成の別の一例としては、図１２、図１３に示すように、レール１３ｒが加熱部１３とは独立して設けられると共に、加熱部１３を構成する分割片１３ｐが周方向に間隔をあけて配置される構成が挙げられる。この例では、図１２に示すように、加熱部１３の両側に一対の環状のレール支持部１３ｓが配置され、各レール支持部１３ｓの内周面に周方向に沿ってレール１３ｒが設けられている。レール支持部１３ｓ及びレール１３ｒは周方向に連続しており、レール支持部１３ｓと分割片１３ｐとが回転軸２１（図８参照）の軸方向に並列されている。この構成によれば、図１３に示すように、分割片１３ｐ間に隙間が形成されているため、分割片１３ｐが熱膨張して周方向に伸びた分を隙間で吸収することができる。つまり、加熱部１３の周方向に設けられた隙間によって、加熱部１３の熱膨張を吸収することができるため、加熱部１３が径方向に熱膨張することが抑制される。したがって、台車１１と加熱部１３との距離が維持されることから、加熱部１３の熱膨張に起因する磁束発生部１５と加熱部１３との間のギャップの変化を小さくできる。

〈発電システム〉
図１４を参照して、本発明の実施形態に係る発電システムの一例を説明する。図１４に示す発電システムＰは、誘導加熱装置１０と、風車２０と、蓄熱器５０と、発電部６０とを備える。塔９１の上部に設置されたナセル９２に風車２０が取り付けられ、ナセル９２内に誘導加熱装置１０が格納されている。また、塔９１の下部（土台）に建てられた建屋９３に蓄熱器５０及び発電部６０が設置されている。以下、発電システムＰの構成を詳しく説明する。

誘導加熱装置１０は、本発明の実施形態に係る誘導加熱装置であり、例えば、上述した実施形態１、２に係る誘導加熱装置１０１、１０２を利用することができる。また、回転軸２１の他端側が後述する風車２０に直結され、誘導加熱装置の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。

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。

誘導加熱装置１０の流通路（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とが接続されている。そして、誘導加熱装置１０は、回転軸に連結された台車が回転し、磁場発生部から磁束が発生することにより、加熱部を通過する磁束が変化することで、加熱部に渦電流が発生し、加熱部が発熱して流通路内の水を加熱する。誘導加熱装置１０は、熱媒体である水を例えば１００℃〜６００℃といった高温に加熱する。また、誘導加熱装置１０は、加熱部（流通路）が回転しない構造であるので、流通路と輸送管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。

この発電システムＰは、誘導加熱装置１０により水を発電に適した温度（例えば２００℃〜６００℃）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。

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。

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。

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。

発電システムＰは、回転軸２１に風車を接続し、動力源に風力を利用して、風のエネルギーを誘導加熱装置１０により回転エネルギーを熱エネルギーに変換し、その熱エネルギー（熱媒体の熱）を発電部６０により電気エネルギーに変換する。発電システムＰによれば、誘導加熱装置１０により加熱した熱媒体の熱を蓄熱器５０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、風車２０と誘導加熱装置１０の回転軸２１とを直結することにより、増速機（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５１により例えば塔９１の下部（土台）に設置された発電部６０に供給することで、ナセル９２に発電部６０を格納する必要がなく、塔９１の上部に設置されるナセル９２を小型・軽量化することができる。

上記した発電システムＰ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、加熱部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。

また、常圧で１００℃超の沸点を有する例えば油、液体金属、溶融塩などを熱媒体に用いた場合は、水に比較して、所定の温度まで加熱したときに、流通路内の熱媒体の気化による内圧上昇を抑制し易い。

１０１、１０２ 誘導加熱装置
１１ 台車
１１ａ、１１ｂ 車輪
１１ｃ 台車枠
１１ｓ 車軸
１１ｊ 連結部
１１ｆ フランジ部
１２ 連結棒
１３ 加熱部
１３ｐ 分割片
１３１ 対向面
１３ｒ レール
１３ｓ レール支持部
１４ 弾性部材
１５ 磁束発生部
１５ｍ 永久磁石
１７ 流通路
１７ｐ 配管
１９ 断熱材
２１ 回転軸
２２ 軸受
Ｐ 発電システム
１０ 誘導加熱装置
２０ 風車
２０１ 翼
５０ 蓄熱器
５１ 輸送管
６０ 発電部
６１ 蒸気タービン
６２ 発電機
７１ 復水器
７２ ポンプ
７３ 給水管
９１ 塔
９２ ナセル
９３ 建屋

Claims (7)

1. 熱媒体を加熱する誘導加熱装置であって、
   回転軸に連結され、前記回転軸を中心に周方向に回転する少なくとも１つの台車と、
   前記台車に対面する対向面を有し、周方向に分割された複数の分割片を環状に組み合わせた加熱部と、
   前記台車に搭載され、前記加熱部に対して磁束を発生する磁束発生部と、
   前記加熱部に設けられ、前記熱媒体が流通する流通路と、を備え、
   前記台車は、前記磁束発生部と前記加熱部との間にギャップを維持しつつ、前記加熱部の対向面に沿って走行する誘導加熱装置。
2. 前記台車を前記加熱部の対向面に沿って案内するレールが設けられている請求項１に記載の誘導加熱装置。
3. 前記加熱部が板状体であり、
   前記加熱部の対向面が前記台車に対して軸方向に対面する請求項１又は請求項２に記載の誘導加熱装置。
4. 前記加熱部が筒状体であり、
   前記加熱部の対向面が前記台車に対して径方向に対面する請求項１又は請求項２に記載の誘導加熱装置。
5. 前記加熱部の少なくとも一部を覆う断熱材を備える請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
6. 前記回転軸が風車に接続されている請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の誘導加熱装置と、
   前記誘導加熱装置により加熱した前記熱媒体の熱を電気エネルギーに変換する発電部と、を備える発電システム。

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