JP5637452B2 - Induction heating apparatus and power generation system including the same - Google Patents

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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、及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、このロータの外側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(磁束)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). The eddy current heating device described in Patent Document 1 is a conductive rotor having a rotatable rotor having a permanent magnet arranged on the outer periphery and a fixed passage provided outside the rotor, and a flow passage through which water flows. A heating part for the material. Then, as the rotor rotates, the magnetic lines of force (magnetic flux) 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、1基当たりの出力が5MWクラス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 a windmill (wind power generation system) in order to reduce the power generation cost, and a wind power generation system with a wind turbine diameter of 120 m or more and an output per unit of 5 MW has 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23年2月2日検索]、インターネット<URL:http://www.rist.or.jp/atomica/>“Wind Power Generation (01-05-01-05)”, [online], Atomic Encyclopedia ATOMICA, [Search February 2, 2011], Internet <URL: http://www.rist.or.jp/ atomica /> “スバル風力発電システム SUBARU WIND TURBINE”、[online]、富士重工業株式会社、[平成23年2月2日検索]、インターネット<URL:http://www.subaru-windturbine.jp/windturbine/>“Subaru wind power generation system SUBARU WIND TURBINE”, [online], Fuji Heavy Industries, Ltd., [searched February 2, 2011], Internet <URL: http://www.subaru-windturbine.jp/windturbine/> “風力講座”、[online]、三菱重工業株式会社、[平成23年2月2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. [Search February 2, 2011], Internet <URL: http://www.mhi.co.jp/products/expand/wind_kouza.html>

しかし、上記した特許文献1に記載されるような従来の渦電流加熱装置では、加熱部に磁束が通過することにより発生する渦電流を利用して加熱部を発熱させるように構成されている。そのため、十分な熱エネルギー(発熱量)が得られず、所望の温度まで熱媒体(例えば、水などの液体)を加熱できない虞がある。   However, the conventional eddy current heating apparatus as described in Patent Document 1 is configured to generate heat by using the eddy current generated when magnetic flux passes through the heating unit. Therefore, sufficient thermal energy (a calorific value) cannot be obtained, and there is a possibility that a heat medium (for example, a liquid such as water) cannot be heated to a desired temperature.

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。そのため、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 output smoothing, but the power storage system requires components such as a converter in order to store power in a storage battery. As a result, the system becomes complicated and power loss increases. 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. So recently there are gearless variable-speed wind generators that do not require a gearbox.

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、発熱量を向上でき、熱媒体を加熱するのに適した性能を有する誘導加熱装置を提供することにある。また、別の目的は、上記の誘導加熱装置を備える発電システムを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and one of its purposes is to provide an induction heating apparatus that can improve the amount of heat generation and has performance suitable for heating a heat medium. . Another object is to provide a power generation system including the induction heating device.

本発明の誘導加熱装置は、熱媒体を加熱する装置であり、回転軸を有する回転体と、回転体と間隔をあけて配置され、回転体の方向に突出する磁性材料からなる突起部を有するステータ部と、突起部の外周に配置され、熱媒体の流路となる導電性金属からなるコイル状の配管と、を備える。そして、回転体には、突起部を突出方向に通過する磁束を発生する磁束発生部が設けられている。また、配管の端部同士が接続導体で電気的に接続されていることを特徴とする。   The induction heating device of the present invention is a device that heats a heat medium, and includes a rotating body having a rotating shaft, and a protrusion made of a magnetic material that is arranged at a distance from the rotating body and protrudes toward the rotating body. A stator portion, and a coiled pipe made of a conductive metal that is disposed on the outer periphery of the protrusion and serves as a flow path for the heat medium. The rotating body is provided with a magnetic flux generator that generates a magnetic flux that passes through the protrusion in the protruding direction. In addition, the ends of the pipes are electrically connected by a connection conductor.

まず、本発明の誘導加熱装置における熱媒体が加熱されるメカニズムについて説明する。この誘導加熱装置では、磁束発生部から突起部を通過する磁束が発生し、回転体と共に磁束発生部が回転することにより、磁束発生部とステータ部の突起部との間の距離が狭小→広大、或いは広大→狭小になり、突起部を通過する磁束が周期的に変化する。その結果、突起部の外周に配置されたコイル状の配管に誘導起電力(逆起電力)が発生して、配管の端部同士が接続導体で電気的に接続されていることにより、配管に誘導電流が流れることから、配管が発熱し、配管内の熱媒体が加熱される。また、回転体と共に磁束発生部が回転することにより、配管を通過する磁束も変化することから、配管に渦電流が流れることで配管が発熱し、配管内の熱媒体が加熱される。そして、本発明の誘導加熱装置は、渦電流だけでなく、主として誘導起電力により生じる電流(誘導電流)を利用することから、配管(熱媒体)を効果的に加熱し、従来の渦電流加熱装置に比較して発熱量が向上すると考えられる。   First, the mechanism by which the heat medium in the induction heating apparatus of the present invention is heated will be described. In this induction heating device, a magnetic flux that passes through the protrusion is generated from the magnetic flux generator, and the magnetic flux generator rotates together with the rotating body, so that the distance between the magnetic flux generator and the protrusion of the stator is narrow → wide. Alternatively, the magnetic flux passing through the protrusion changes periodically from wide to narrow. As a result, an induced electromotive force (counterelectromotive force) is generated in the coiled pipe arranged on the outer periphery of the protruding portion, and the ends of the pipes are electrically connected by the connecting conductors. Since the induced current flows, the pipe generates heat, and the heat medium in the pipe is heated. Moreover, since the magnetic flux generation part rotates together with the rotating body, the magnetic flux passing through the pipe also changes. Therefore, the eddy current flows through the pipe, the pipe generates heat, and the heat medium in the pipe is heated. The induction heating apparatus of the present invention uses not only eddy currents but also currents (inductive currents) mainly caused by induced electromotive force, so that the pipe (heat medium) is effectively heated, and conventional eddy current heating is performed. It is considered that the calorific value is improved as compared with the apparatus.

突起部を形成する磁性材料としては、磁束を通し易い材料、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。一方、配管を形成する導電性金属としては、例えば、銅、アルミニウム、鉄、チタンなどの金属及びその合金並びにステンレスなどの合金が挙げられる。また、接続導体は、配管に誘導電流を流すために配管の端部同士を電気的に接続する部材であり、例えば、上記した導電性金属、中でも導電率の高い良導体で形成することが挙げられる。具体的には、銅やアルミニウム又はその合金で形成することが好ましい。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 magnetic material forming the protrusion include materials that can easily pass magnetic flux, such as iron, nickel, cobalt, silicon steel, permalloy, and ferrite. On the other hand, examples of the conductive metal forming the pipe include metals such as copper, aluminum, iron, and titanium, alloys thereof, and alloys such as stainless steel. Further, the connection conductor is a member that electrically connects the ends of the pipe in order to cause an induced current to flow through the pipe. For example, the connection conductor may be formed of the above-described conductive metal, particularly a good conductor having high conductivity. . Specifically, it is preferably formed of copper, aluminum, or an alloy thereof. Examples of the heat medium include water, oil, liquid metals (Na, Pb, etc.), liquids such as molten salts, and gases.

また、回転せず固定されたステータ部の突起部に配管を取り付けることで、配管に連通して外部から熱媒体を供給・排出する給排管と配管との接続に、配管の回動を許容する回転継手を用いる必要がなく、簡易な構成で、堅牢な接続を実現できる。具体的には、熱媒体が加熱されることで、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)に達すると考えられる。配管が回転する場合は、その圧力に耐え得る特殊な回転継手が必要であるところ、回転せず固定されている場合は、回転継手の必要がなく、例えば給排管と配管との接続に溶接といった単純な方法を採用しても、十分に堅牢な接続構造を実現できる。   In addition, by attaching the pipe to the protrusion of the stator part that is fixed without rotating, the pipe can be rotated to connect the pipe to the supply / discharge pipe that communicates with the pipe and supplies and discharges the heat medium from the outside. It is not necessary to use a rotating joint, and a robust connection can be realized 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), it is considered that the pressure reaches about 25 MPa (250 atm) at 600 ° C. When the pipe rotates, a special rotary joint that can withstand the pressure is required. When the pipe is fixed without rotating, there is no need for a rotary joint. For example, welding is used to connect the supply / discharge pipe and the pipe. Even if such a simple method is adopted, a sufficiently robust connection structure can be realized.

本発明の誘導加熱装置の一形態としては、配管全体の抵抗値が接続導体の抵抗値に対して高いことが挙げられる。   As one form of the induction heating apparatus of this invention, it is mentioned that the resistance value of the whole piping is high with respect to the resistance value of a connection conductor.

上述したように、接続導体は、導電率の高い材料で形成し、抵抗値を低くすることが好ましい。これに対し、配管は、誘導電流が流れることにより発熱し易い、即ち誘導加熱され易い材料で形成することが好ましく、ある程度の抵抗値を有することが好ましい。上記構成によれば、配管全体の抵抗値が接続導体の抵抗値に対して高いことで、配管では発熱し易く、接続導体では発熱し難くなるので、配管(熱媒体)を加熱するのに適した構成となる。配管と接続導体はいずれも電流が流れる部材であるが、このように配管と接続導体の抵抗値を異ならせることで、発熱量の向上を図ることができる。例えば、配管及び接続導体に使用する材料の組み合わせとしては、配管には、鉄、チタン及びその合金並びにステンレスからなる群から選択される少なくとも一種を使用し、接続導体には、銅、アルミニウム及びその合金からなる群から選択される少なくとも一種を使用することが好ましい。なお、配管全体の抵抗値とは、配管が複数の材料(部材)で構成されている場合は、全ての配管構成部材の導体抵抗を含めた抵抗値のことをいう。   As described above, it is preferable that the connection conductor is formed of a material having high conductivity and has a low resistance value. On the other hand, the pipe is preferably formed of a material that easily generates heat when an induced current flows, that is, is easily heated by induction, and preferably has a certain resistance value. According to the above configuration, since the resistance value of the entire pipe is higher than the resistance value of the connection conductor, heat is easily generated in the pipe and heat generation is difficult in the connection conductor, so it is suitable for heating the pipe (heat medium). It becomes the composition. Both the pipe and the connection conductor are members through which current flows, but the amount of heat generation can be improved by making the resistance values of the pipe and the connection conductor different in this way. For example, as a combination of materials used for the pipe and the connection conductor, the pipe uses at least one selected from the group consisting of iron, titanium, an alloy thereof, and stainless steel, and the connection conductor includes copper, aluminum, and its It is preferable to use at least one selected from the group consisting of alloys. In addition, the resistance value of the whole piping means the resistance value including the conductor resistance of all the piping structural members, when piping is comprised with several material (member).

本発明の誘導加熱装置の一形態としては、配管が熱媒体の流路となる内層とこの内層の外周に配置された外層とを有する多層管であり、内層の導電率が外層の導電率に対して高いことが挙げられる。   One form of the induction heating device of the present invention is a multilayer tube having an inner layer in which piping serves as a flow path for the heat medium and an outer layer disposed on the outer periphery of the inner layer, and the conductivity of the inner layer becomes the conductivity of the outer layer. In contrast, it is expensive.

誘導電流は、表皮効果によって配管の外側(表面)に流れ易い。上記構成によれば、内層の導電率が外層の導電率に対して高いことで、内層により多くの電流を流すことができ、熱媒体に接触する内層を効果的に発熱させることができる。よって、熱媒体を効率的に加熱することができる。例えば、内層には、銅、アルミニウム及びその合金からなる群から選択される少なくとも一種を使用し、外層には、鉄、チタン及びその合金並びにステンレスからなる群から選択される少なくとも一種を使用することが挙げられる。内層に銅やアルミニウム又はその合金を使用した場合、これら材料は熱伝導性にも優れるので、内層から熱媒体への熱伝導を効率よく行うことができる。また、外層に鉄、チタン又はその合金或いはステンレスを使用した場合、これら材料は機械的強度にも優れるので、外層が配管の強度を高める補強材として機能し、配管の耐久性、耐圧性を高めることができる。   The induced current easily flows to the outside (surface) of the pipe due to the skin effect. According to the above configuration, since the conductivity of the inner layer is higher than the conductivity of the outer layer, a larger amount of current can flow through the inner layer, and the inner layer in contact with the heat medium can be effectively heated. Therefore, the heat medium can be efficiently heated. For example, the inner layer uses at least one selected from the group consisting of copper, aluminum and alloys thereof, and the outer layer uses at least one selected from the group consisting of iron, titanium and alloys thereof and stainless steel. Is mentioned. When copper, aluminum, or an alloy thereof is used for the inner layer, these materials are also excellent in thermal conductivity, so that heat conduction from the inner layer to the heat medium can be performed efficiently. In addition, when iron, titanium, its alloys, or stainless steel is used for the outer layer, these materials are also excellent in mechanical strength. Therefore, the outer layer functions as a reinforcing material that increases the strength of the piping, and increases the durability and pressure resistance of the piping. be able to.

本発明の誘導加熱装置の一形態としては、配管が熱媒体の流路となる管部とこの管部の内周面から内方に突出し長手方向に延びる少なくとも一つの凸部とを有し、凸部の導電率が管部の導電率に対して高いことが挙げられる。   As one form of the induction heating device of the present invention, the pipe has a pipe part serving as a flow path of the heat medium and at least one convex part protruding inward from the inner peripheral surface of the pipe part and extending in the longitudinal direction, It is mentioned that the conductivity of the convex portion is higher than the conductivity of the tube portion.

上述したように、誘導電流は、表皮効果によって配管の外側(表面)に流れ易い。上記構成によれば、凸部の導電率が管部の導電率に対して高いことで、凸部により多くの電流を流すことができ、熱媒体に接触する凸部を効果的に発熱させることができる。よって、熱媒体を効率的に加熱することができる。例えば、凸部には、銅、アルミニウム及びその合金からなる群から選択される少なくとも一種を使用し、管部には、鉄、チタン及びその合金並びにステンレスからなる群から選択される少なくとも一種を使用することが挙げられる。凸部にこのような材料を使用した場合、凸部から熱媒体への熱伝導を効率よく行うことができ、一方、管部にこのような材料を使用した場合、管部の耐久性、耐圧性を高めることができる。また、管部の内周面に複数の凸部を設けることで、凸部と熱媒体との接触面積を増やすことができ、熱媒体をより効率的に加熱することができる。   As described above, the induced current easily flows to the outside (surface) of the pipe due to the skin effect. According to the above configuration, since the conductivity of the convex portion is higher than the conductivity of the tube portion, more current can flow through the convex portion, and the convex portion in contact with the heat medium can effectively generate heat. Can do. Therefore, the heat medium can be efficiently heated. For example, the convex part uses at least one selected from the group consisting of copper, aluminum and alloys thereof, and the pipe part uses at least one selected from the group consisting of iron, titanium and alloys thereof and stainless steel To do. When such a material is used for the convex part, heat conduction from the convex part to the heat medium can be efficiently performed. On the other hand, when such a material is used for the pipe part, the durability and pressure resistance of the pipe part are improved. Can increase the sex. Further, by providing a plurality of convex portions on the inner peripheral surface of the tube portion, the contact area between the convex portions and the heat medium can be increased, and the heat medium can be heated more efficiently.

本発明の誘導加熱装置の一形態としては、配管が熱媒体の流路となる管部と管部内に配置され長手方向に延びる内部導体とを有し、内部導体の導電率が管部の導電率に対して高いことが挙げられる。   As one form of the induction heating device of the present invention, a pipe has a pipe part serving as a flow path for a heat medium and an inner conductor disposed in the pipe part and extending in the longitudinal direction, and the conductivity of the inner conductor is the conductivity of the pipe part. It is mentioned that it is high for the rate.

上述したように、誘導電流は、表皮効果によって配管の外側(表面)に流れ易い。上記構成によれば、内部導体の導電率が管部の導電率に対して高いことで、内部導体により多くの電流を流すことができ、熱媒体に接触する内部導体を効果的に発熱させることができる。よって、熱媒体を効率的に加熱することができる。例えば、内部導体には、銅、アルミニウム及びその合金からなる群から選択される少なくとも一種を使用し、管部には、鉄、チタン及びその合金並びにステンレスからなる群から選択される少なくとも一種を使用することが挙げられる。内部導体にこのような材料を使用した場合、内部導体から熱媒体への熱伝導を効率よく行うことができ、一方、管部にこのような材料を使用した場合、管部の耐久性、耐圧性を高めることができる。なお、内部導体の形態は、特に限定されるものではなく、例えば、線材、棒材、板材、管材など任意の形態とすることができる。また、内部導体の断面(長手方向と直交する方向の断面)外形形状も、特に限定されるものではなく、円形や楕円形、三角形や四角形といった多角形、十字形や星形など任意の形状とすることができる。内部導体の断面外形形状は円形よりも外周の長さが長い形状とした方が、内部導体と熱媒体との接触面積が増え、熱媒体をより効率的に加熱することができる。   As described above, the induced current easily flows to the outside (surface) of the pipe due to the skin effect. According to the above configuration, since the conductivity of the inner conductor is higher than the conductivity of the tube portion, more current can flow through the inner conductor, and the inner conductor in contact with the heat medium can be effectively heated. Can do. Therefore, the heat medium can be efficiently heated. For example, the inner conductor uses at least one selected from the group consisting of copper, aluminum and alloys thereof, and the pipe uses at least one selected from the group consisting of iron, titanium and alloys thereof and stainless steel. To do. When such a material is used for the inner conductor, heat conduction from the inner conductor to the heat medium can be efficiently performed. On the other hand, when such a material is used for the pipe, the durability and pressure resistance of the pipe Can increase the sex. In addition, the form of an internal conductor is not specifically limited, For example, it can be set as arbitrary forms, such as a wire, a bar, a board | plate material, and a pipe material. In addition, the cross-section (cross-section in the direction perpendicular to the longitudinal direction) of the inner conductor is not particularly limited, and may be any shape such as a circle, an ellipse, a polygon such as a triangle or a quadrangle, a cross or a star can do. When the cross-sectional outer shape of the inner conductor has a longer outer circumference than a circle, the contact area between the inner conductor and the heat medium increases, and the heat medium can be heated more efficiently.

本発明の誘導加熱装置の一形態としては、磁束発生部から発生する磁束が、コイルによるもの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 magnetic flux which generate | occur | produces from a magnetic flux generation part is a thing by a coil.

磁束の発生手段としては、永久磁石やコイル(電磁石)を用いることができる。コイルとしては、銅線などの常電導コイルや超電導線材を用いた超電導コイルが挙げられる。コイルを用いる場合、永久磁石を用いる場合と比較して、強い磁場を発生させることができる。具体的には、コイルに通電する電流を大きくすることで、強い磁場を発生させることができ、通電電流を制御することで磁場の強さを調整することも可能である。発熱量は磁場強度の2乗に比例することから、発熱量の更なる向上が期待できる。また、コイルであれば、永久磁石と比較して、温度上昇による磁気特性の低下や、経時的な磁気特性の劣化が起こり難い。したがって、磁束発生部から発生する磁束がコイルによるものである場合、通電電流を大きくして十分な磁場強度を維持し易く、熱媒体を所定の温度(例えば、100℃〜600℃)まで加熱するのに十分な性能(熱エネルギー)を得ることができる。例えば、上記した特許文献1の渦電流加熱装置では、加熱部に対向し、加熱部の近い位置に永久磁石が配置されているため、加熱部からの熱の影響により永久磁石の温度が上昇し易く、磁気特性が低下して、結果的に所望の温度まで熱媒体を加熱できない虞があると考えられる。なお、コイルには直流電流を流し、直流磁場を発生させることが挙げられる。   A permanent magnet or a coil (electromagnet) can be used as the magnetic flux generating means. Examples of the coil include a normal conducting coil such as a copper wire and a superconducting coil using a superconducting wire. When using a coil, compared with the case where a permanent magnet is used, a strong magnetic field can be generated. Specifically, it is possible to generate a strong magnetic field by increasing the current supplied to the coil, and it is also possible to adjust the strength of the magnetic field by controlling the supplied current. Since the calorific value is proportional to the square of the magnetic field intensity, further improvement in the calorific value can be expected. In addition, in the case of a coil, compared to a permanent magnet, the magnetic characteristics are less likely to deteriorate due to a temperature rise, and the magnetic characteristics are less likely to deteriorate over time. Therefore, when the magnetic flux generated from the magnetic flux generator is generated by a coil, it is easy to maintain a sufficient magnetic field intensity by increasing the energization current, and heat the heat medium to a predetermined temperature (for example, 100 ° C. to 600 ° C.). Sufficient performance (thermal energy) can be obtained. For example, in the eddy current heating device disclosed in Patent Document 1 described above, the permanent magnet is disposed at a position close to the heating unit and close to the heating unit. Therefore, the temperature of the permanent magnet increases due to the influence of heat from the heating unit. It is easy and it is thought that there exists a possibility that a magnetic characteristic may fall and a heat medium may not be heated to desired temperature as a result. Note that a direct current is passed through the coil to generate a direct magnetic field.

さらに、コイルに直流電流を流し、直流磁場を発生させる場合、超電導コイルであれば、電気抵抗がゼロであり、大電流を流してもコイルに発熱(損失)が実質的に生じない。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(損失)を抑制することができ、電力損失なしで極めて強い磁場を維持することができる。   Furthermore, when a direct current is passed through the coil to generate a direct current magnetic field, if it is a superconducting coil, the electrical resistance is zero, and even if a large current is passed, heat generation (loss) does not substantially occur in the coil. Therefore, compared to a normal conducting coil, heat generation (loss) of the coil caused by flowing a large current can be suppressed, and an extremely strong magnetic field can be maintained without power loss.

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

回転体(回転軸)の動力には、電動機やエンジンなどの内燃機関を用いることができるが、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、CO2の増加を抑制でき、中でも風力を利用することが好適である。 An internal combustion engine such as an electric motor or an engine can be used for the power of the rotating body (rotating shaft), but it is preferable to use renewable energy such as wind power, hydraulic power, and wave power. If renewable energy is used, an increase in CO 2 can be suppressed, and it is particularly preferable to use wind power.

本発明の発電システムは、上記した本発明の誘導加熱装置と、この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部とを備えることを特徴とする。   The power generation system of the present invention includes the above-described induction heating device of the present invention, and a power generation unit that converts heat of the heat medium heated by the induction heating device into electrical energy.

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

本発明の誘導加熱装置は、ステータ部の突起部に熱媒体の流路となるコイル状の配管を配置し、配管に誘導電流を誘起させ、誘導電流により配管を発熱させることによって配管内の熱媒体を加熱するようにしたことで、発熱量を向上させることができる。また、本発明の発電システムは、上記した誘導加熱装置を利用して加熱した熱媒体の熱を発電部により電気エネルギーに変換して発電することができる。   In the induction heating device of the present invention, a coiled pipe serving as a flow path for a heat medium is disposed on a protrusion of a stator part, an induced current is induced in the pipe, and the pipe is heated by the induced current to generate heat in the pipe. By heating the medium, the amount of heat generated can be improved. Further, the power generation system of the present invention can generate power by converting the heat of the heat medium heated using the above-described induction heating device into electric energy by the power generation unit.

実施の形態1に係る誘導加熱装置の概略図であり、(A)は分解斜視図であり、(B)は組立斜視図である。It is the schematic of the induction heating apparatus which concerns on Embodiment 1, (A) is an exploded perspective view, (B) is an assembly perspective view. 実施の形態1に係る誘導加熱装置の概略図であり、回転体の軸方向と直交方向に切断した正面断面図である。It is the schematic of the induction heating apparatus which concerns on Embodiment 1, and is front sectional drawing cut | disconnected in the direction orthogonal to the axial direction of a rotary body. 実施の形態1に係る誘導加熱装置における配管部分を示す部分概略図である。3 is a partial schematic diagram showing a piping portion in the induction heating apparatus according to Embodiment 1. FIG. 誘導加熱装置における配管の変形例を示す概略断面図であり、(A)は配管が内層と外層とを有する2層管である一例を示し、(B)は配管が管部と管部の内周面から内方に突出する凸部とを有する一例を示し、(C)は配管が管部と管部内に配置された内部導体とを有する一例を示す。It is a schematic sectional drawing which shows the modification of piping in an induction heating apparatus, (A) shows an example in which piping is a 2 layer pipe | tube which has an inner layer and an outer layer, (B) shows piping inside a pipe part and a pipe part. An example which has a convex part which protrudes inward from a surrounding surface is shown, and (C) shows an example in which piping has a pipe part and an internal conductor arranged in the pipe part. 誘導加熱装置における配管と接続導体との接続構造の変形例を示す部分概略図である。It is the partial schematic which shows the modification of the connection structure of piping and a connection conductor in an induction heating apparatus. 誘導加熱装置における突起部の変形例を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the modification of the projection part in an induction heating apparatus. 本発明に係る発電システムの全体構成の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the whole structure of the electric power generation system which concerns on this invention.

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

<誘導加熱装置>
(実施の形態1)
図1〜3に示す実施の形態1に係る誘導加熱装置101は、回転体11と、回転体11の方向に突出する突起部121を有するステータ部12と、熱媒体の流路となるコイル状の配管14と、を備える。以下、誘導加熱装置101の構成を詳しく説明する。
<Induction heating device>
(Embodiment 1)
The induction heating apparatus 101 according to the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3 includes a rotating body 11, a stator section 12 having a protrusion 121 protruding in the direction of the rotating body 11, and a coil shape serving as a heat medium flow path. The piping 14 is provided. Hereinafter, the configuration of the induction heating apparatus 101 will be described in detail.

回転体11は、回転可能に支持された回転軸21を有し、軸方向から見た外形形状が、径方向に突出する複数の凸部111を有する歯車形状に形成されている。この例では、8個の凸部111を有し、各凸部111が周方向に等間隔に形成されている。また、回転体11の外周には、後述する磁束発生部(この例ではコイル15)が設けられている。なお、ここでは、回転体11が反時計方向に回転するものとする(図2中の矢印は回転方向を示す)。   The rotating body 11 has a rotating shaft 21 that is rotatably supported, and an outer shape viewed from the axial direction is formed in a gear shape having a plurality of convex portions 111 protruding in the radial direction. In this example, eight convex portions 111 are provided, and each convex portion 111 is formed at equal intervals in the circumferential direction. Further, on the outer periphery of the rotator 11, a magnetic flux generator (coil 15 in this example) described later is provided. Here, it is assumed that the rotating body 11 rotates counterclockwise (the arrow in FIG. 2 indicates the direction of rotation).

回転体11を形成する材料としては、磁性材料、非磁性材料を問わず、機械的強度を有し、コイル15を支持可能な材料であればよく、構造強度と長期耐久性(耐候性及び耐食性)に優れる材料が好ましい。例えば、構造用材料に使用される鉄、鋼、ステンレス、アルミニウム合金、マグネシウム合金、GFRP(ガラス繊維強化プラスチック)やCFRP(炭素繊維強化プラスチック)などの複合材料が挙げられる。   The material for forming the rotating body 11 may be any material that has mechanical strength and can support the coil 15 regardless of whether it is a magnetic material or a non-magnetic material, and has structural strength and long-term durability (weather resistance and corrosion resistance). ) Is preferred. Examples thereof include composite materials such as iron, steel, stainless steel, aluminum alloy, magnesium alloy, GFRP (glass fiber reinforced plastic) and CFRP (carbon fiber reinforced plastic) used for structural materials.

この例では、回転体11(凸部111を含む)が非磁性材料で形成されている。コイル15に常電導コイルを用いる場合は、回転体11を磁性材料で形成することが好ましい。一方、超電導コイルを用いる場合は、回転体11の磁束飽和のために発生磁場が限定されてしまう虞があることから、回転体11を非磁性材料で形成することが好ましい場合もある。   In this example, the rotating body 11 (including the convex portion 111) is formed of a nonmagnetic material. When a normal conducting coil is used for the coil 15, the rotating body 11 is preferably formed of a magnetic material. On the other hand, when a superconducting coil is used, there is a possibility that the generated magnetic field may be limited due to magnetic flux saturation of the rotator 11, and therefore it may be preferable to form the rotator 11 with a nonmagnetic material.

ステータ部12は、回転体11の径方向外側に回転体11と間隔をあけて配置されており、回転しないように固定されている。このステータ部12は、回転体11の周囲を取り囲むように円筒状に形成された磁性材料からなるヨーク部125と、このヨーク部125の内周面から求心方向(径方向内方)に突出する磁性材料からなる突起部121と、を有する。この例では、ステータ部12が複数(8個)の突起部121を有し、各突起部121が周方向に等間隔に設けられており、各突起部121がヨーク部125に接続されヨーク部125を介して連結されている(図2参照)。つまり、回転体11の凸部111の数とステータ部12の突起部121の数が等しい。また、各突起部121は、ステータ部12の軸方向に対して平行で、突出方向と直交する方向の断面が略矩形の四角柱状である。   The stator portion 12 is arranged on the outer side in the radial direction of the rotating body 11 with a space from the rotating body 11, and is fixed so as not to rotate. This stator portion 12 protrudes in a centripetal direction (inward in the radial direction) from a yoke portion 125 made of a magnetic material formed in a cylindrical shape so as to surround the periphery of the rotating body 11, and from the inner peripheral surface of the yoke portion 125. And a protrusion 121 made of a magnetic material. In this example, the stator portion 12 has a plurality of (eight) protrusion portions 121, each protrusion portion 121 is provided at equal intervals in the circumferential direction, and each protrusion portion 121 is connected to a yoke portion 125 to be connected to the yoke portion. They are connected via 125 (see FIG. 2). That is, the number of convex portions 111 of the rotator 11 is equal to the number of protrusions 121 of the stator portion 12. Each projection 121 is a quadrangular prism that is parallel to the axial direction of the stator 12 and has a substantially rectangular cross section in a direction orthogonal to the protruding direction.

コイル15は、回転体11の各凸部111の外側に嵌め込んで取り付けられており、回転体11の径方向に磁束を発生し、突起部121を突出方向に通過する磁束を発生する磁束発生部である。各コイル15には、図示しない直流電源が接続される。この例では、各コイル15に通電する直流電流の向きを制御して、発生させる磁場(磁束)の方向を決定しており、隣り合うコイル15の極性が互いに異なるようにしている(図2参照)。各コイル15は、超電導コイルであり、周囲を図示しない冷却用ジャケットで覆われ、冷却することによって超電導状態に保持されている。コイル15には常電導コイルを用いてもよく、コイル15に代えて永久磁石を用いてもよい。また、コイル15には、例えばスリップリングを介して外部の電源と接続し、電流を供給すればよい。   The coil 15 is fitted and attached to the outside of each convex portion 111 of the rotating body 11, and generates a magnetic flux in the radial direction of the rotating body 11, and generates a magnetic flux that passes through the protrusion 121 in the protruding direction. Part. A DC power source (not shown) is connected to each coil 15. In this example, the direction of a direct current flowing through each coil 15 is controlled to determine the direction of the magnetic field (magnetic flux) to be generated, so that the polarities of adjacent coils 15 are different from each other (see FIG. 2). ). Each coil 15 is a superconducting coil, and is covered with a cooling jacket (not shown) and kept in a superconducting state by cooling. As the coil 15, a normal conducting coil may be used, and a permanent magnet may be used instead of the coil 15. Further, the coil 15 may be connected to an external power source via, for example, a slip ring and supplied with current.

配管14は、導電性金属からなるコイル状の部材であり、各突起部121の外側に嵌め込んで取り付けられており、各突起部121の外周に配置されている。また、この配管14の端部同士(巻き始め部分と巻き終り部分)が接続導体141で電気的に接続されている(図3参照)。この例では、配管14が単一の導電性金属で形成されており、配管14には、抵抗率の高い(導電率の低い)導電性金属、具体的には、鉄、チタン又はその合金或いはステンレスが使用され、接続導体141には、導電率の高い良導体、具体的には、銅やアルミニウム又はその合金が使用されている。そして、配管14の巻き始めから巻き終りまでの抵抗値が接続導体141の抵抗値に対して高くなるように設計されている。配管14には、一方の端部から熱媒体が供給され、他方の端部から熱媒体が排出されるようになっており、熱媒体が流通する。   The pipe 14 is a coil-shaped member made of a conductive metal, is fitted and attached to the outside of each projection 121, and is disposed on the outer periphery of each projection 121. Further, the ends (the winding start portion and the winding end portion) of the pipe 14 are electrically connected by a connecting conductor 141 (see FIG. 3). In this example, the pipe 14 is formed of a single conductive metal, and the pipe 14 includes a conductive metal having a high resistivity (low conductivity), specifically, iron, titanium or an alloy thereof, or Stainless steel is used, and the connection conductor 141 is a good conductor with high conductivity, specifically, copper, aluminum, or an alloy thereof. The resistance value from the start of winding of the pipe 14 to the end of winding is designed to be higher than the resistance value of the connecting conductor 141. The piping 14 is supplied with a heat medium from one end, and is discharged from the other end, so that the heat medium flows.

また、配管14の外周には、断熱材(図示せず)を配置してもよい。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 arranged on the outer periphery of the pipe 14. As the heat insulating material, for example, rock wool, glass wool, foamed plastic, brick, ceramics, or the like can be used.

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

誘導加熱装置101では、コイル15が通電されることで、回転体11の径方向に磁束が発生し、回転体11と共にコイル15が回転することにより、コイル15と突起部121との間の距離が狭小→広大、或いは広大→狭小になり、突起部121を通過する磁束が周期的に変化する。その結果、突起部121の外周に配置されたコイル状の配管14に誘導起電力(逆起電力)が発生して、配管14に誘導電流が流れることで配管14が発熱し、配管14内の熱媒体が加熱される。また、回転体11と共にコイル15が回転することにより、配管14を通過する磁束も変化することから、配管14に渦電流が流れることで配管14が発熱し、配管14内の熱媒体が加熱される。したがって、この誘導加熱装置101では、従来の渦電流加熱装置と異なり、コイル状の配管14に誘導電流を誘起させ、主としてこの誘導電流により配管14を発熱させることによって配管14内の熱媒体を加熱する。   In the induction heating device 101, when the coil 15 is energized, a magnetic flux is generated in the radial direction of the rotating body 11, and the coil 15 rotates together with the rotating body 11, whereby the distance between the coil 15 and the protrusion 121. Becomes narrow → wide or wide → narrow, and the magnetic flux passing through the protrusion 121 changes periodically. As a result, an induced electromotive force (counterelectromotive force) is generated in the coiled pipe 14 arranged on the outer periphery of the protruding portion 121, and the induced current flows through the pipe 14 to cause the pipe 14 to generate heat. The heat medium is heated. Further, when the coil 15 rotates together with the rotating body 11, the magnetic flux passing through the pipe 14 also changes, so that an eddy current flows through the pipe 14 and the pipe 14 generates heat and the heat medium in the pipe 14 is heated. The Therefore, in this induction heating device 101, unlike the conventional eddy current heating device, an induction current is induced in the coiled piping 14, and the heating medium in the piping 14 is heated mainly by generating heat by the induction current. To do.

ここで、誘導加熱装置101では、配管14の抵抗値が接続導体141の抵抗値に対して高いことで、配管14では発熱し易く、接続導体141では発熱し難くなるので、配管14(熱媒体)を加熱するのに適した構成となり、発熱量の向上を図ることができる。また、各突起部121が同じ磁性材料からなるヨーク部125を介して連結されていることで、各突起部121に流れる磁束を多くすることができ、発熱量の更なる向上が期待できる。   Here, in the induction heating device 101, since the resistance value of the pipe 14 is higher than the resistance value of the connection conductor 141, the pipe 14 easily generates heat and the connection conductor 141 hardly generates heat. ) Is suitable for heating, and the calorific value can be improved. Further, since each projection 121 is connected via a yoke portion 125 made of the same magnetic material, the magnetic flux flowing through each projection 121 can be increased, and further improvement in the amount of heat generation can be expected.

その他、誘導加熱装置101では、隣り合うコイル15の極性が互いに異なることから、突起部121がN極のコイル15に対向する場合とS極のコイル15に対向する場合とでは、磁束(磁場)の向きが異なる。N極のコイル15に対向するときは、突起部121を通過する磁束の向きが回転体11側からヨーク部125側方向(径方向の+方向)となる。一方、S極のコイル15に対向するときは、突起部121を通過する磁束の向きがヨーク部125側から回転体11側方向(径方向の−方向)となる。つまり、回転体11と共にコイル15が回転することにより、磁束(磁場)の方向が周期的に逆転しながら変化する。   In addition, in the induction heating device 101, since the polarities of the adjacent coils 15 are different from each other, a magnetic flux (magnetic field) is generated when the protrusion 121 faces the N-pole coil 15 and when it faces the S-pole coil 15. The direction of is different. When facing the N-pole coil 15, the direction of the magnetic flux passing through the protrusion 121 is the direction from the rotating body 11 to the yoke 125 (the radial + direction). On the other hand, when facing the S-pole coil 15, the direction of the magnetic flux passing through the protrusion 121 is the direction from the yoke 125 to the rotating body 11 (the radial negative direction). That is, as the coil 15 rotates together with the rotating body 11, the direction of the magnetic flux (magnetic field) changes while periodically reversing.

(変形例1)
上記した実施の形態1に係る誘導加熱装置101では、配管14が単一の材料(部材)で構成されている場合を例に説明したが、図4を用いて以下に説明するように、配管14が複数の材料(部材)で構成されてもよい。なお、図4(A)〜(C)はいずれも、配管の長手方向と直交する方向の断面を示す。
(Modification 1)
In the induction heating apparatus 101 according to the first embodiment described above, the case where the pipe 14 is made of a single material (member) has been described as an example. However, as described below with reference to FIG. 14 may be composed of a plurality of materials (members). 4A to 4C all show a cross section in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the pipe.

図4(A)に例示する配管14Aは、熱媒体の流路となる内層14aとこの内層14aの外周に配置された外層14bとを有する2層管である。例えば、内層14aには、銅やアルミニウム又はその合金が使用され、外層14bには、鉄、チタン又はその合金或いはステンレスが使用されており、内層14aの導電率が外層14bの導電率に対して高くなるように設計されている。この配管14Aは、例えば、内層14aを形成する材料の板と外層14bを形成する材料の板とを圧着したクラッド材を管状に加工したり、外層14bを形成する材料の板に内層14aを形成する材料をめっきしたメッキ材を管状に加工したりすることで得ることができる。或いは、内層14aを形成する材料の内管と外層14bを形成する材料の外管とを同心状に配置することでも得ることができる。   A pipe 14A illustrated in FIG. 4A is a two-layer pipe having an inner layer 14a serving as a heat medium flow path and an outer layer 14b disposed on the outer periphery of the inner layer 14a. For example, copper, aluminum, or an alloy thereof is used for the inner layer 14a, and iron, titanium, an alloy thereof, or stainless steel is used for the outer layer 14b. The conductivity of the inner layer 14a is higher than the conductivity of the outer layer 14b. Designed to be high. This pipe 14A is formed, for example, by processing a clad material obtained by pressure-bonding a material plate forming the inner layer 14a and a material plate forming the outer layer 14b into a tubular shape, or forming the inner layer 14a on a material plate forming the outer layer 14b. It can be obtained by processing the plating material plated with the material to be processed into a tubular shape. Alternatively, it can be obtained by concentrically arranging the inner tube made of the material forming the inner layer 14a and the outer tube made of the material forming the outer layer 14b.

この配管14Aでは、内層14aの導電率が外層14bの導電率に対して高いことで、外側(表面)に集中し易い誘導電流を内層14aに多く流すことができ、熱媒体に接触する内層14aを効果的に発熱させることができる。よって、熱媒体を効果的に加熱することができる。ここで、内層14aの断面積を大きくすると、抵抗値が下がり発熱し難くなるので、発熱し易い適当な抵抗値となるように、内層14aの断面積(内層14aの厚さ)を設定することが好ましい。さらに、内層14aに銅やアルミニウム又はその合金を使用すると、熱伝導性にも優れるので、内層14aから熱媒体への熱伝導を効率よく行うことができる。一方、外層14bに鉄、チタン又はその合金或いはステンレスを使用すると、機械的強度にも優れるので、配管14Aの強度を高める補強材として機能し、配管14Aの耐久性、耐圧性を高めることができる。   In this pipe 14A, since the conductivity of the inner layer 14a is higher than the conductivity of the outer layer 14b, a large amount of induced current that tends to concentrate on the outside (surface) can flow through the inner layer 14a, and the inner layer 14a in contact with the heat medium Can effectively generate heat. Therefore, the heat medium can be effectively heated. Here, when the cross-sectional area of the inner layer 14a is increased, the resistance value decreases and it is difficult to generate heat. Therefore, the cross-sectional area of the inner layer 14a (the thickness of the inner layer 14a) is set so that an appropriate resistance value is easily generated. Is preferred. Furthermore, when copper, aluminum, or an alloy thereof is used for the inner layer 14a, the heat conductivity is excellent, and therefore heat conduction from the inner layer 14a to the heat medium can be performed efficiently. On the other hand, when iron, titanium, an alloy thereof, or stainless steel is used for the outer layer 14b, it has excellent mechanical strength, so that it functions as a reinforcing material that increases the strength of the piping 14A, and can improve the durability and pressure resistance of the piping 14A. .

図4(B)に例示する配管14Bは、熱媒体の流路となる管部14cとこの管部14cの内周面から内方に突出する凸部14dとを有する。この例では、図4(A)に例示した、内層14aと外層14bとを有する2層管を管部14cとしており、管部14cの構成については説明を省略する。凸部14dには、管部14cの内層14aと同種の導電性金属を使用しており、内層14aと一体に形成されている。また、凸部14dは、管部14c(内層14a)の内周面に複数設けられており、長手方向に一連に延びている。この配管14Bは、例えば、内層14aを形成する材料の板に凸部14dを押出などで一体に形成し、この板と外層14bを形成する材料の板とを圧着したクラッド材を管状に加工したり、或いは、内層14aを形成する材料の内管に凸部14dを一体に形成し、この内管と外層14bを形成する材料の外管とを同心状に配置したりすることで得ることができる。   The pipe 14B illustrated in FIG. 4B has a pipe part 14c that serves as a flow path for the heat medium and a convex part 14d that protrudes inward from the inner peripheral surface of the pipe part 14c. In this example, the two-layer tube having the inner layer 14a and the outer layer 14b illustrated in FIG. 4A is used as the tube portion 14c, and the description of the configuration of the tube portion 14c is omitted. The convex portion 14d uses the same type of conductive metal as the inner layer 14a of the tube portion 14c, and is formed integrally with the inner layer 14a. A plurality of convex portions 14d are provided on the inner peripheral surface of the tube portion 14c (inner layer 14a), and extend in a series in the longitudinal direction. This pipe 14B is formed, for example, by forming a convex portion 14d integrally with a material plate forming the inner layer 14a by extrusion or the like, and processing a clad material obtained by pressure bonding the plate and a material plate forming the outer layer 14b into a tubular shape. Alternatively, the convex portion 14d is formed integrally with the inner tube of the material forming the inner layer 14a, and the inner tube and the outer tube of the material forming the outer layer 14b are arranged concentrically. it can.

この配管14Bでは、凸部14dの導電率が管部14c(外層14b)の導電率に対して高いことで、誘導電流を凸部14dに多く流すことができ、熱媒体に接触する凸部14dを効果的に発熱させることができる。よって、熱媒体を効果的に加熱することができる。また、管部14cの内周面に複数の凸部14dを設けたことで、凸部14dと熱媒体との接触面積が増えるので、熱媒体をより効率的に加熱することができる。ここで、凸部14dの断面積を大きくすると、抵抗値が下がり発熱し難くなるので、発熱し易い適当な抵抗値となるように、凸部14dの断面積(凸部14dの数やサイズ)を設定することが好ましい。さらに、凸部14dに銅やアルミニウム又はその合金を使用すると、凸部14aから熱媒体への熱伝導を効率よく行うことができる。   In this pipe 14B, since the conductivity of the convex portion 14d is higher than the conductivity of the pipe portion 14c (outer layer 14b), a large amount of induced current can flow through the convex portion 14d, and the convex portion 14d that contacts the heat medium. Can effectively generate heat. Therefore, the heat medium can be effectively heated. Further, since the plurality of convex portions 14d are provided on the inner peripheral surface of the tube portion 14c, the contact area between the convex portions 14d and the heat medium is increased, so that the heat medium can be heated more efficiently. Here, when the cross-sectional area of the convex portion 14d is increased, the resistance value decreases and it is difficult to generate heat. Therefore, the cross-sectional area of the convex portion 14d (the number and size of the convex portions 14d) is set so that an appropriate resistance value is easily generated. Is preferably set. Furthermore, when copper, aluminum, or an alloy thereof is used for the convex portion 14d, heat conduction from the convex portion 14a to the heat medium can be efficiently performed.

図4(C)に例示する配管14Cは、熱媒体の流路となる管部14cとこの管部14c内に配置された内部導体14eとを有する。例えば、内部導体14eには、銅やアルミニウム又はその合金が使用され、管部14cには、鉄、チタン又はその合金或いはステンレスが使用されており、内部導体14eの導電率が管部14cの導電率に対して高くなるように設計されている。また、内部導体14eは、長手方向に一連に延びており、この例では、断面が略矩形の線材である。   A pipe 14C illustrated in FIG. 4C includes a pipe part 14c that serves as a flow path for the heat medium, and an internal conductor 14e disposed in the pipe part 14c. For example, copper, aluminum, or an alloy thereof is used for the inner conductor 14e, and iron, titanium, an alloy thereof, or stainless steel is used for the tube portion 14c. The conductivity of the inner conductor 14e is the conductivity of the tube portion 14c. Designed to be higher with respect to rate. Further, the inner conductor 14e extends in a series in the longitudinal direction, and in this example, the inner conductor 14e is a wire having a substantially rectangular cross section.

この配管14Cでは、内部導体14eの導電率が管部14cの導電率に対して高いことで、誘導電流を内部導体14eに多く流すことができ、熱媒体に接触する内部導体14eを効果的に発熱させることができる。よって、熱媒体を効果的に加熱することができる。ここで、内部導体14eの断面積を大きくすると、抵抗値が下がり発熱し難くなるので、発熱し易い適当な抵抗値となるように、内部導体14eの断面積(内部導体14eの数やサイズ)を設定することが好ましい。さらに、内部導体14eに銅やアルミニウム又はその合金を使用すると、内部導体14eから熱媒体への熱伝導を効率よく行うことができる。なお、この例では、内部導体14eが断面矩形の線材である場合を例に挙げているが、これに限定されるものではなく、内部導体14eの形態が棒材や板材であってもよいし、内部導体14eの断面形状が円形や矩形以外の多角形であってもよい。また、内部導体14e断面の外周の長さが長くなるように、内部導体14eの断面外形形状を選択すると、内部導体14eと熱媒体との接触面積を増やすことができ、熱媒体をより効率的に加熱することができる。   In this pipe 14C, since the conductivity of the inner conductor 14e is higher than the conductivity of the pipe portion 14c, a large amount of induced current can flow through the inner conductor 14e, and the inner conductor 14e in contact with the heat medium is effectively prevented. Can generate heat. Therefore, the heat medium can be effectively heated. Here, if the cross-sectional area of the internal conductor 14e is increased, the resistance value decreases and it is difficult to generate heat. Therefore, the cross-sectional area of the internal conductor 14e (the number and size of the internal conductors 14e) is set so that an appropriate resistance value is easily generated. Is preferably set. Furthermore, when copper, aluminum, or an alloy thereof is used for the inner conductor 14e, heat conduction from the inner conductor 14e to the heat medium can be efficiently performed. In this example, the case where the inner conductor 14e is a wire having a rectangular cross section is taken as an example, but the present invention is not limited to this, and the form of the inner conductor 14e may be a bar or a plate. The cross-sectional shape of the inner conductor 14e may be a circle other than a circle or a rectangle. In addition, if the cross-sectional outer shape of the inner conductor 14e is selected so that the outer circumference of the inner conductor 14e cross section becomes longer, the contact area between the inner conductor 14e and the heat medium can be increased, and the heat medium can be made more efficient. Can be heated.

以上説明した配管の構成では、配管の内側と外側とで異なる導電性金属が使用されている。図4(A)、(B)に例示した配管14A,14Bの場合、内側を形成する材料(配管14Aの内層14a、配管14Bの凸部14d(管部14cの内層14a))と接続導体141(図3参照)とは、配管の外側を形成する材料(配管14Aの外層14b、配管14Bの管部14cの外層14b)を介して間接的に電気的に接続されることになる。また、図4(C)に例示した配管14Cでは、説明を分かり易くするために、図面上は内部導体14eが管部14cに接触していないように示しているが、実際には、内部導体14eが長手方向の全長に亘って浮遊しておらず、内部導体14eと管部14cの内周面とが接触する箇所が存在する。よって、配管14Cの場合も、内側を形成する材料(配管14Cの内部導体14e)と接続導体141(図3参照)とは、配管14Cの管部14cを介して間接的に電気的に接続されることになる。   In the configuration of the pipe described above, different conductive metals are used for the inside and the outside of the pipe. In the case of the pipes 14A and 14B illustrated in FIGS. 4A and 4B, the material forming the inner side (the inner layer 14a of the pipe 14A, the convex part 14d of the pipe 14B (the inner layer 14a of the pipe part 14c)) and the connecting conductor 141 (Refer to FIG. 3) is indirectly electrically connected via the material forming the outside of the pipe (the outer layer 14b of the pipe 14A and the outer layer 14b of the pipe portion 14c of the pipe 14B). In addition, in the piping 14C illustrated in FIG. 4C, for the sake of easy understanding, the inner conductor 14e is shown not contacting the pipe portion 14c in the drawing. 14e does not float over the entire length in the longitudinal direction, and there is a place where the inner conductor 14e and the inner peripheral surface of the tube portion 14c are in contact with each other. Therefore, also in the case of the pipe 14C, the material forming the inner side (the inner conductor 14e of the pipe 14C) and the connection conductor 141 (see FIG. 3) are indirectly electrically connected via the pipe portion 14c of the pipe 14C. Will be.

ここで、配管の内側を形成する材料と外側を形成する材料との接触が不十分である場合などは、誘導電流が流れたときに、部分放電が発生する虞がある。そこで、例えば配管14A,14Bの場合、外層14bに開孔を設け、露出した内層14aと接続導体141(図3参照)とを直接的に電気的に接続してもよい。一方、例えば配管14Cの場合、管部14cの周壁に貫通孔を設け、この貫通孔からシールした状態で内部導体14eを外部に引き出して、内部導体14eと接続導体141(図3参照)とを直接的に電気的に接続してもよい。また、配管14Cの場合、例えば図5に示すように、配管14C(管部14c)の開口端部に端部継手145を接続し、開口端部から延出させた内部導体14eを端部継手145の周壁に設けた貫通孔からシールした状態で引き出して、内部導体14eと接続導体141(図3参照)とを直接的に電気的に接続してもよい。   Here, when the contact between the material forming the inner side of the pipe and the material forming the outer side is insufficient, partial discharge may occur when an induced current flows. Therefore, for example, in the case of the pipes 14A and 14B, an opening may be provided in the outer layer 14b, and the exposed inner layer 14a and the connection conductor 141 (see FIG. 3) may be directly electrically connected. On the other hand, in the case of the pipe 14C, for example, a through hole is provided in the peripheral wall of the pipe portion 14c, and the internal conductor 14e is drawn out in a sealed state from the through hole, and the internal conductor 14e and the connection conductor 141 (see FIG. 3) are connected. It may be directly electrically connected. In the case of the pipe 14C, for example, as shown in FIG. 5, an end joint 145 is connected to the open end of the pipe 14C (pipe part 14c), and the internal conductor 14e extended from the open end is connected to the end joint. The internal conductor 14e and the connection conductor 141 (see FIG. 3) may be directly and electrically connected by being drawn out from a through hole provided in the peripheral wall 145 in a sealed state.

(変形例2)
上記した実施の形態1に係る誘導加熱装置101では、ステータ部12の突起部121の断面(突出方向と直交する方向の断面)が略矩形の四角柱状である場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図6に示すように、突起部121をステータ部12の軸方向に対して傾斜させたスキュー構造とすることが挙げられる。スキュー構造を採用することで、コギングトルクを低減して、回転体11の回転を滑らかにすることができる。また、回転体11の凸部111をスキュー構造としてもよい。
(Modification 2)
In the induction heating apparatus 101 according to the first embodiment described above, the case where the cross section of the protrusion 121 of the stator portion 12 (the cross section in the direction orthogonal to the protruding direction) is a substantially rectangular quadrangular prism has been described as an example. It is not limited to. For example, as shown in FIG. 6, a skew structure in which the protrusion 121 is inclined with respect to the axial direction of the stator 12 can be cited. By adopting the skew structure, the cogging torque can be reduced and the rotation of the rotating body 11 can be made smooth. Further, the convex portion 111 of the rotating body 11 may have a skew structure.

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

誘導加熱装置10は、本発明の誘導加熱装置であり、例えば、上記した実施の形態1に係る誘導加熱装置101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、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 101 according to the first embodiment described above can be used. Further, the other end side of the rotating shaft 21 is directly connected to a windmill 20 described later, and wind power is used as power for rotating the rotating body. Here, a case where the heat medium is water will be described as an example.

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

誘導加熱装置10の配管には、誘導加熱装置10に水を供給する給水管73と、誘導加熱装置10により加熱した水を蓄熱器50に送る輸送管51が接続されている。そして、誘導加熱装置10は、コイルが通電され、回転体と共にコイルが回転することにより、突起部を通過する磁束が変化することで、突起部に配置されたコイル状の配管に誘導電流を発生させ、誘導電流により配管を発熱させることによって配管内の水を加熱する。誘導加熱装置10は、熱媒体が流通するコイル状の配管に誘導電流を誘起させ、主としてこの誘導電流により配管を発熱させることによって配管内の熱媒体を加熱するため、発熱量が高く、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可能である。例えば、配管の外周に断熱材を適切に配置したり、熱媒体の流量も適切に設定したりすることで、配管材料が熔解する温度付近まで配管温度を上げることができる。また、誘導加熱装置10は、配管が回転しない構造であるので、配管と輸送管51及び給水管73との接続に回転継手を用いる必要がなく、例えば溶接などを用いて、簡易な構成で、堅牢な接続を実現できる。   Connected to the piping of the induction heating apparatus 10 are a water supply pipe 73 that supplies water to the induction heating apparatus 10 and a transport pipe 51 that sends the water heated by the induction heating apparatus 10 to the regenerator 50. Then, the induction heating device 10 generates an induction current in the coiled pipe arranged in the protrusion by changing the magnetic flux passing through the protrusion when the coil is energized and the coil rotates together with the rotating body. The water in the pipe is heated by causing the pipe to generate heat by an induced current. The induction heating device 10 induces an induction current in a coiled pipe through which the heat medium flows, and heats the heat medium in the pipe mainly by generating heat by the induction current. It is possible to heat the water which is, for example, to a high temperature such as 100 ° C. to 600 ° C. For example, the pipe temperature can be raised to around the temperature at which the pipe material melts by appropriately disposing a heat insulating material on the outer periphery of the pipe or appropriately setting the flow rate of the heat medium. In addition, since the induction heating device 10 has a structure in which the 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, for example, using welding or the like, with a simple configuration, A robust connection can be realized.

この発電システムPは、誘導加熱装置10により水を発電に適した温度(例えば200℃〜550℃)まで加熱し、高温高圧水を発生させる。高温高圧水は、誘導加熱装置10と蓄熱器50とを連結する輸送管51を通って蓄熱器50に送られる。蓄熱器50は、輸送管51を通って送られてきた高温高圧水の熱を蓄え、また、熱交換器を用いて発電に必要な蒸気を発電部60に供給する。なお、誘導加熱装置10により蒸気を発生させてもよい。   In the power generation system P, water is heated to a temperature suitable for power generation (for example, 200 ° C. to 550 ° C.) by the induction heating device 10 to generate high-temperature and high-pressure water. The high-temperature high-pressure water is sent to the regenerator 50 through a transport pipe 51 that connects the induction heating device 10 and the regenerator 50. The heat accumulator 50 stores the heat of the high-temperature and high-pressure water sent through the transport pipe 51, and supplies steam necessary for power generation to the power generation unit 60 using a heat exchanger. Note that steam may be generated by the induction heating device 10.

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

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

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

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

上記した発電システムでは、熱媒体に水を用いた場合を例に説明したが、水よりも熱伝導率の高い液体金属を熱媒体に用いてもよい。このような液体金属としては、例えば液体金属ナトリウムが挙げられる。液体金属を熱媒体に用いる場合は、例えば、配管に流通す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, a liquid metal is used as a primary heat medium that circulates in a pipe, and a secondary heat medium (via a heat exchanger with heat of the liquid metal sent through a transport pipe ( It is considered that water is heated to generate steam.

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、配管内の熱媒体の気化による内圧上昇を抑制し易い。   In addition, when oil, liquid metal, molten salt, or the like having a boiling point of more than 100 ° C. at normal pressure is used as the heat medium, the heat medium in the pipe when heated to a predetermined temperature compared to water It is easy to suppress an increase in internal pressure due to vaporization.

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、配管の材料や形状、構成などを適宜変更することが可能である。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified as appropriate without departing from the gist of the present invention. For example, the material, shape, configuration, etc. of the piping can be changed as appropriate.

本発明の誘導加熱装置は、再生可能エネルギーを利用した発電システムに利用する他、例えば給湯システムや暖房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, for example, a hot water supply system and a heating system, in addition to being used for a power generation system using renewable energy. Moreover, the power generation system of the present invention can be suitably used in the field of power generation using renewable energy.

10,101 誘導加熱装置 P 発電システム
11 回転体
111 凸部
12 ステータ部
121 突起部 125 ヨーク部
14,14A,14B,14C 配管
141 接続導体
14a 内層 14b 外層 14c 管部
14d 凸部 14e 内部導体
145 端部継手
15 磁束発生部(コイル)
21 回転軸
20 風車 201 翼
50 蓄熱器 51 輸送管
60 発電部 61 蒸気タービン 62 発電機
71 復水器 72 ポンプ 73 給水管
91 塔 92 ナセル 93 建屋
10,101 Induction heating device P Power generation system
11 Rotating body
111 Convex
12 Stator section
121 Projection 125 Yoke
14,14A, 14B, 14C Piping
141 Connection conductor
14a Inner layer 14b Outer layer 14c Pipe
14d Convex 14e Inner conductor
145 End fitting
15 Magnetic flux generator (coil)
21 Rotation axis
20 Windmill 201 Wings
50 Heat storage unit 51 Transport pipe
60 Power generation section 61 Steam turbine 62 Generator
71 Condenser 72 Pump 73 Water supply pipe
91 Tower 92 Nasser 93 Building

Claims (9)

熱媒体を加熱する誘導加熱装置であって、
回転軸を有する回転体と、
前記回転体と間隔をあけて配置され、前記回転体の方向に突出する磁性材料からなる突起部を有するステータ部と、
前記突起部の外周に配置され、前記熱媒体の流路となる導電性金属からなるコイル状の配管と、を備え、
前記回転体には、前記突起部を突出方向に通過する磁束を発生する磁束発生部が設けられており、
前記配管の端部同士が接続導体で電気的に接続されていることを特徴とする誘導加熱装置。
An induction heating device for heating a heat medium,
A rotating body having a rotation axis;
A stator portion having a protrusion made of a magnetic material that is arranged at a distance from the rotor and protrudes in the direction of the rotor;
A coiled pipe made of a conductive metal disposed on the outer periphery of the protrusion and serving as a flow path for the heat medium; and
The rotating body is provided with a magnetic flux generator that generates a magnetic flux that passes through the protrusion in the protruding direction.
An induction heating device, wherein ends of the pipes are electrically connected by a connecting conductor.
前記配管全体の抵抗値が、前記接続導体の抵抗値に対して高いことを特徴とする請求項1に記載の誘導加熱装置。   The induction heating apparatus according to claim 1, wherein a resistance value of the entire pipe is higher than a resistance value of the connection conductor. 前記配管には、鉄、チタン及びその合金並びにステンレスからなる群から選択される少なくとも一種が使用され、
前記接続導体には、銅、アルミニウム及びその合金からなる群から選択される少なくとも一種が使用されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の誘導加熱装置。
For the piping, at least one selected from the group consisting of iron, titanium and alloys thereof and stainless steel is used,
The induction heating device according to claim 1 or 2, wherein at least one selected from the group consisting of copper, aluminum, and alloys thereof is used for the connection conductor.
前記配管が、前記熱媒体の流路となる内層と、前記内層の外周に配置された外層と、を有する多層管であり、
前記内層の導電率が、前記外層の導電率に対して高いことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の誘導加熱装置。
The pipe is a multilayer pipe having an inner layer that serves as a flow path for the heat medium and an outer layer disposed on the outer periphery of the inner layer,
The induction heating apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the inner layer has a higher conductivity than the outer layer.
前記配管が、前記熱媒体の流路となる管部と、前記管部の内周面から内方に突出し長手方向に延びる少なくとも一つの凸部と、を有し、
前記凸部の導電率が、前記管部の導電率に対して高いことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の誘導加熱装置。
The pipe has a pipe part serving as a flow path for the heat medium, and at least one convex part protruding inward from the inner peripheral surface of the pipe part and extending in the longitudinal direction;
The induction heating device according to any one of claims 1 to 4, wherein the conductivity of the convex portion is higher than the conductivity of the tube portion.
前記配管が、前記熱媒体の流路となる管部と、前記管部内に配置され長手方向に延びる内部導体と、を有し、
前記内部導体の導電率が、前記管部の導電率に対して高いことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の誘導加熱装置。
The pipe has a pipe portion serving as a flow path of the heat medium, and an internal conductor disposed in the pipe portion and extending in a longitudinal direction;
The induction heating device according to any one of claims 1 to 5, wherein the conductivity of the inner conductor is higher than the conductivity of the pipe portion.
前記磁束発生部から発生する磁束が、コイルによるものであることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の誘導加熱装置。   The induction heating apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein a magnetic flux generated from the magnetic flux generation unit is a coil. 前記回転軸が、風車に接続され、
前記回転体を回転させる動力に風力を利用することを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の誘導加熱装置。
The rotating shaft is connected to a windmill;
The induction heating apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein wind power is used as power for rotating the rotating body.
請求項1〜8のいずれか一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、を備えることを特徴とする発電システム。
The induction heating device according to any one of claims 1 to 8,
A power generation system comprising: a power generation unit that converts heat of the heat medium heated by the induction heating device into electrical energy.
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