JP3211556U - 永久磁石を利用した発熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石を利用して熱を生成し、生成した熱を利用して流体を加熱することにより、経済的で熱効率の高い永久磁石を利用した発熱装置を提供する。【解決手段】発熱装置は、回転軸に取り付けられて固定されて回転し、所定間隔で永久磁石１３０が複数配置される回転子１２０と、回転子と所定距離空隙を有するように回転子が内部に備えられ、永久磁石が回転時に発生する磁力線によって発熱する発熱部５００と、回転軸の回転動力源となるモーター２００と、モーターの回転力を回転軸に伝達する動力伝達手段と、を含み、回転子は、外周面に形成された複数の隔壁によって挿入溝が複数形成されて永久磁石が円周方向に嵌め込まれ、永久磁石は、Ｎ極はＮ極同士、Ｓ極はＳ極同士同一方向に配置され、互いに斥力が作用するように挿入溝に嵌め込まれる。発熱部は、蓄熱部４００の内部に備えられ、蓄熱部内部の流体４１０と熱交換する。【選択図】図１

Description

本考案は、永久磁石を利用した発熱装置に関し、より詳細には、永久磁石を利用して熱を生成し、生成した熱を利用して流体を加熱することにより、経済的で熱効率の高い永久磁石を利用した発熱装置に関する。

温水を得るためのボイラーのエネルギー源として従来から石炭、重油、液化ガスなどが使用されているが、これらは有毒ガスの排出によって大気汚染の原因となっている。

また、従来には温水暖房のためにガス、石油、電気などを使用したが、ガスと石油は高価で、熱効率が悪く、電気は電気料金が高い問題点があった。

例えば、深夜電気ボイラーを政府から積極的に勧奨している途中に、電気供給量に比べて電気需要が多すぎて、深夜電気ボイラーは、競争力を失ってしまうことになった。

従って、有毒ガスの排出による環境問題を起こさずに、高効率の温水暖房を行うことができる発熱装置が必要になった。

韓国公開特許第１０−２００４−００４０４３５号公報 韓国公開特許第１０−２０１２−０１０９２１０号公報

本考案は、前述した必要性によって案出されたものであって、回転する永久磁石の磁場による誘導発熱の原理を適用するが、電流伝導率は高く、電気抵抗は低い金属を加熱して熱交換器として直接使用するので、熱効率が非常に高く、有毒ガスを排出しないため環境にやさしい永久磁石を利用した発熱装置を提供することにその目的がある。

前述した目的を達成するための本考案の実施例による永久磁石を利用した発熱装置は、回転軸に取り付けられて固定されて回転し、所定の間隔で永久磁石が複数配置される回転子と、
前記回転子と所定の距離空隙を有するように回転子が内部に備えられ、永久磁石が回転時に発生する磁力線によって発熱する発熱部と、
前記回転軸の回転動力源となるモーターと、
前記モーターの回転力を前記回転軸に伝達する動力伝達手段と、を含み、
前記回転子は、外周面に形成された複数の隔壁によって挿入溝が複数形成されて永久磁石が円周方向に嵌め込まれるが、前記永久磁石は、Ｎ極はＮ極同士、Ｓ極はＳ極同士同一方向に配置され、互いに斥力が作用するように挿入溝に嵌め込まれることを特徴とする。

また、前記発熱部は、蓄熱部の内部に備えられて蓄熱部内部の流体と熱交換するが、熱交換面積を広げることができるように、発熱部の表面に複数の突起が形成されることを特徴とする。

また、前記発熱部と回転子は、アルミニウム材質からなり、回転子と発熱部との間の空隙間隔は、０．１〜０．５ｍｍであることを特徴とする。

また、前記回転軸の一つに２〜１６個の回転子が所定の間隔で取り付けられるが、隣接した回転子との間には磁力線が通過しない素材で壁を作って、各回転子が独立した状態で形成されることを特徴とする。

また、前記永久磁石は、ネオジム材質からなり、長さは３５〜４５ｍｍ、高さは１５〜２５ｍｍ、幅は５〜１５ｍｍであることを特徴とする。

また、前記動力伝達手段は、モーターの軸が軸挿固定される第１プーリと、前記回転軸が軸挿固定される第２プーリと、前記第１プーリと第２プーリとを連結して第１プーリの回転力を第２プーリに伝達するタイミングベルトからなることを特徴とする。

そして、前記第２プーリと回転子との間の回転軸には、回転軸がスムーズに回転できるように支持するベアリングが一つ以上備えられ、前記第１プーリと第２プーリとの回転比は、１：３であり、この時、回転軸の回転速度は、発熱部の発熱量とベアリングの摩耗とを勘案して、９、０００〜１１、０００ＲＰＭであることを特徴とする。

前述した課題の解決手段によれば、回転する永久磁石の磁場による誘導発熱の原理を適用するが、電流伝導率は高く、電気抵抗は低い金属を加熱して熱交換器として直接使用するので、熱効率が非常に高く、有毒ガスを排出しないため環境にやさしい。

本考案の実施例による永久磁石を利用した発熱装置の構成図である。 図１に示した回転子の分解図である。 本考案の実施例による発熱装置の熱効率を一般の電気ヒーターの熱効率と比較したグラフである。

以下、本考案の実施例について添付された図面を参考して、その構成及び作用を説明することにする。

図面などのうち、同一の構成要素などに対しては、たとえ他の図面上に表示されても、できるだけ同一の参照番号及び符号などで示していることに留意すべきである。

下記で本考案を説明することにおいて、関連した公知機能または構成に対する具体的な説明が本考案の要旨を不必要に曖昧にすることができると判断される場合には、その詳細な説明を省略するだろう。

また、ある部分がある構成要素を“含む”とするとき、これは特別に反対される記載がない限り、他の構成要素を除外するのではなく、他の構成要素を更に含むことができることを意味する。

先ず、本考案の理解を助けるために、磁場による誘導発熱の原理について説明する。

導体に磁場（あるいは磁石）が接近すると、導体には、ヒステリシス損失と渦電流損失が発生して、ジュール（Ｊｏｕｌｅ）熱が発生することになる。

特に、磁石によく付く強磁性体ほど抵抗が高くジュール熱は大きくなるが、発展機、電動機、変圧器などから発生する鉄損が磁場による誘導発熱の代表的な事例である。

前記構造における鉄損は、ジュール熱を基本とするため、電流の二乗と抵抗に比例するが、抵抗が高い金属、すなわち、鉄鋼や、ニッケル、ニクロム線などの金属と、抵抗が低くて電流が多く流れる金属、すなわち、銅、アルミニウム、銀などの金属でも熱が発生する。

一般的に、鉄損は、ヒステリシス損と渦電流損を合わせたものであって、ヒステリシス損が全体鉄損の７０％を担当しており、渦電流損が全体鉄損の３０％を担当していることが知られている。

従って、鉄損は、基本的に回転子の磁石密度の二乗と周波数の二乗に比例するようになって回転子の大きさが大きくなるほど、回転子のＲＰＭが高いほど、回転子を構成する磁極数の多いほど、発熱量は４倍ずつ増加することになる。

図１は、本考案の実施例による永久磁石を利用した発熱装置の構成図である。

図１に示されたように、本考案の実施例による発熱装置は、回転子１２０と、モーター２００と、動力伝達手段３００と、蓄熱部４００と、発熱部５００と、を含んで構成される。

図２に示されたように、前記回転子１２０は、円形の回転本体１２２と、前記回転本体１２２に外挿されて結合する円形のケース１２１からなるが、前記回転本体１２２とケース１２１には、回転軸８００ｂが貫通できるように長手方向に貫通孔１２２ａ、１２１ａが形成される。

前記回転本体１２２は、外周面に形成された複数の隔壁１２３によって永久磁石１３０が一定の間隔で円周方向に嵌め込まれることができるように挿入溝１２４が複数形成される。

この時、前記永久磁石１３０は、Ｎ極はＮ極同士、Ｓ極はＳ極同士同一方向に配置され、互いに斥力が作用するように挿入溝１２４に一定の間隔で挿入される。

これと逆に、永久磁石１３０のＮ極とＳ極を交互に配置して発熱装置を具現する場合、発熱装置の作動時の負荷が多くかかってモーター２００がこれを耐えられずに破損され、負荷が多くかかっただけの電力使用量が増える問題点を確認することができるところ、同じ極は同じ方向を向くように配置するのが好ましい。

前記永久磁石１３０の長さは５〜１００ｍｍが可能であるが、好ましくは３５〜４５ｍｍであり、高さは５〜４０ｍｍが可能であるが、好ましくは１５〜２５ｍｍであり、幅は３〜２０ｍｍが可能であるが、好ましくは５〜１５ｍｍである。

前記永久磁石１３０の大きさを前記の仕様よりもより大きくすると熱効率がより悪くなる。

前記永久磁石１３０の材質は、高熱に強くて２５０℃まで耐久性を持つネオジム（Ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ）であるのが好ましい。

フェライト（Ｆｅｒｒｉｔｅ）磁石は、高温に適合するが、本考案では、ネオジム磁石が好ましい。

また、前記回転本体１２２は、ケース１２１の結合反対側に固定突部１２５が突出形成され、前記固定突部１２５の垂直方向に固定ボルト１４０がねじ結合されて回転軸８００ｂに堅固に取り付けられて固定される。

これにより、前記回転軸８００ｂが回転すると回転子１２０も共に回転する。

続いて、図１に示されたように、一つの回転軸８００ｂに２個〜１６個の回転子１２０が所定の間隔で固定されるように直列に配置され得る。

ここで、各回転子１２０の前方や後方には、磁力が通過しない材質（例えば、鉄板など）を利用して、隣接した回転子１２０との間に壁（図示せず）を作って、隣接した回転子との間に磁力線などの干渉のない各回転子１２０を独立した状態で形成するのが好ましい。

また、複数の回転子１２０は、永久磁石のＮ極とＳ極が一方向を向くように直列に複数個配置され得る。

このような一つ以上の回転子１２０が一つの回転軸８００ｂに固定されるように取り付けられた状態で円形の発熱部５００の内部に回転可能に内挿される。

この時、回転子１２０と発熱部５００との間の空隙間隔は０．００５〜８ｍｍが可能であるが、０．１〜０．５ｍｍであるのが好ましい。

すなわち、０．５ｍｍ以上であれば、熱が発熱部５００にきちんと伝達されないので、発熱効果が低下し、０．１ｍｍ以下であれば、回転子１２０の回転に妨害を与えるおそれがある。

一方、前記発熱部５００の表面に永久磁石を取り付けるが、回転子１２０の永久磁石１３０の極性と同一方向に配列して熱エネルギーを発生することができるが、この場合、発熱部５００に取り付けられた永久磁石の温度が急上昇して回転子１２０の永久磁石１３０が高温で磁力を失ってしまうことができる。

従って、本考案では、永久磁石を発熱部５００の表面に取り付けないのが好ましい。

前記発熱部５００と回転子１２０は、アルミニウムなどの非鉄金属からなる。

また、前記発熱部５００は、蓄熱部４００の内部に配置されて蓄熱部４００の内部にある所定の流体（例えば、水）４１０と熱交換して流体を加熱し、前記蓄熱部４００は、例えば、貯湯タンクであり得る。

この時、発熱部５００と流体４１０との熱交換面積を広げるために、発熱部５００の表面に複数の突起５１０が突出形成されるのが好ましい。

前記発熱部５００は、回転軸が嵌め込まれる方向にフランジ７００が形成されてベアリングハウジング６００のフランジ７００と結合される。

この時、前記回転軸８００ｂは、ベアリングハウジング６００の内部に一つ以上備えられたベアリング６１０によってスムーズに回転できるように支持されたままベアリングハウジング６００の外部に突出して、動力伝達手段である第２プーリ（ｐｕｌｌｅｙ）３１０ｂに軸挿固定される。

前記回転軸８００ｂの回転動力源となるモーター２００の回転力は、動力伝達手段によって前記回転軸８００ｂに伝達される。

すなわち、前記動力伝達手段は、モーター軸８００ａが軸挿固定される第１プーリ３１０ａと、前記回転軸８００ｂが軸挿固定される第２プーリ３１０ｂと、前記第１プーリ３１０ａと第２プーリ３１０ｂとを連結して、第１プーリ３１０ａの回転力を第２プーリ３１０ｂに伝達するタイミングベルト３２０からなる。

この時、第１プーリ３１０ａの回転比と第２プーリ３１０ｂの回転比は１：３とし、モーター２００の回転速度に比べて回転子１２０が３倍増加した速度で回転させることができる。

例えば、モーター軸８００ａが１回転するときに回転軸８００ｂが３回転するので、モーター軸８００ａが３、４５０ＲＰＭの速度で回転する場合には、回転軸８００ｂと回転子１２０は、３，４５０×３＝１０，３５０ＲＰＭで高速回転することができる。

回転軸８００ｂがこれより速い１１，０００ＲＰＭ以上の速度で回転すると、ベアリング６１０の摩耗が大きくなるので、回転子１２０の回転速度は、発熱量を勘案して９，０００〜１１，０００ＲＰＭが好ましい。

以上のような構成の本考案は、回転子に永久磁石を搭載して固定部（発熱部）との間に狭い空隙を維持したまま回転させる際に、発熱部で発生する熱を効率的に利用するための装置である。

本考案の実施例では、この時に発生する熱エネルギーを温水暖房装置に適用することを例として挙げた。

このような構成において、モーター２００の回転力が動力伝達手段を介して伝達されて回転子１２０が回転するが、第１プーリ３１０ａと第２プーリ３１０ｂとの回転比によって回転軸８００ｂが約１０，０００ＲＰＭの速度で回転する。

これにより、前記回転子１２０に備えられた複数の永久磁石１３０などは、磁力線を発生させ、この磁力線によって発熱部から熱を発生することになる。

この時、発熱部５００と回転子１２０との空隙間隔を最小化し、熱効率を高めて、本考案によれば、内部回転子１２０の温度は５５℃であり、外部発熱部５００の温度は１００℃ 以上である。

本考案では、この１００℃以上の外部温度を水と熱交換して温水暖房に使用する。

図３は、本考案の実施例による発熱装置の熱効率を一般の電気ヒーターの熱効率と比較したグラフである。

図３に示されたように、２５℃の水４１０を稼働消費電力５５０ｗ（２２０Ｖ×２．５Ａ）で１時間稼働して（加熱して）、５０．３℃の水を得て２５．３℃の温度上昇をすることができた。

この時、熱効率は、１．０１２ｋｃａｌ／ｈで熱効率を表示するＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）数値が一般の電気ヒーターに対比２．１４で、２倍以上の効率を有することが分かる。

以上で本考案に対する技術思想を添付図面と共に詳述したが、これは本考案の好ましい実施例を例示的に説明したものであって、本考案を限定するのではない。

また、この技術分野の通常の知識を有する者ならば、誰でも本考案の技術思想のカテゴリーを逸脱しない範囲内で様々な変形及び模倣が可能であることは明らかな事実である。

１２０ 回転子
１３０ 永久磁石
２００ モーター軸
３１０ａ、３１０ｂ プーリ
３２０ タイミングベルト
４００ 蓄熱部
５００ 発熱部
５１０ 突起
６１０ ベアリング
８００ａ モーター軸
８００ｂ 回転軸

Claims (6)

1. 回転軸に取り付けられて固定されて回転し、所定の間隔で永久磁石が複数配置される回転子と、
   前記回転子と所定の距離空隙を有するように回転子が内部に備えられ、永久磁石が回転時に発生する磁力線によって発熱する発熱部と、
   前記回転軸の回転動力源となるモーターと、
   前記モーターの回転力を前記回転軸に伝達する動力伝達手段と、を含み、
   前記回転子は、外周面に形成された複数の隔壁によって挿入溝が複数形成されて永久磁石が円周方向に嵌め込まれ、前記永久磁石は、Ｎ極はＮ極同士、Ｓ極はＳ極同士同一方向に配置され、互いに斥力が作用するように挿入溝に嵌め込まれており、
   前記回転軸の一つに２〜１６個の回転子が所定の間隔で取り付けられ、隣接した回転子の間には磁力線が通過しない素材で壁が設けられ、各回転子が独立した状態であることを特徴とする、永久磁石を利用した発熱装置。
2. 前記発熱部は、蓄熱部の内部に備えられ、蓄熱部内部の流体と熱交換するが、熱交換面積を広げることができるように、発熱部の表面に複数の突起が形成されることを特徴とする、請求項１に記載の永久磁石を利用した発熱装置。
3. 前記発熱部と回転子は、アルミニウム材質からなり、回転子と発熱部との間の空隙間隔は、０．１〜０．５ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の永久磁石を利用した発熱装置。
4. 前記永久磁石は、ネオジム材質からなり、長さは３５〜４５ｍｍ、高さは１５〜２５ｍｍ、幅は５〜１５ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の永久磁石を利用した発熱装置。
5. 前記動力伝達手段は、モーターの軸が軸挿固定される第１プーリと、前記回転軸が軸挿固定される第２プーリと、前記第１プーリと第２プーリとを連結して第１プーリの回転力を第２プーリに伝達するタイミングベルトからなることを特徴とする、請求項１に記載の永久磁石を利用した発熱装置。
6. 前記第２プーリと回転子との間の回転軸には、回転軸がスムーズに回転できるように支持するベアリングが一つ以上備えられ、前記第１プーリと第２プーリとの回転比は、１：３であり、この時、回転軸の回転速度は、発熱部の発熱量とベアリングの摩耗とを勘案して、９、０００〜１１、０００ＲＰＭであることを特徴とする、請求項５に記載の永久磁石を利用した発熱装置。