JP6690269B2 - 渦電流式発熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、渦電流式発熱装置に関する。

回転する回転軸の運動エネルギを熱エネルギに変換する渦電流式発熱装置が、従来から提案されている。渦電流式発熱装置の一例は、回転軸に固定された永久磁石と、回転する永久磁石に対向するように配置された発熱部材とを備える。永久磁石が回転すると、発熱部材に渦電流が発生して発熱部材が発熱する。このようにして、回転軸の運動エネルギが熱エネルギに変換される。

渦電流式発熱装置では、永久磁石と発熱部材とが近接して設けられる。そのため、発熱部材が高温になると、それによって永久磁石が加熱される。永久磁石が加熱されると、熱減磁などによって磁石の能力が低下し、発熱装置の効率が低下する。

渦電流式発熱装置と類似の構成を有する装置として、渦電流式の減速装置が知られている。特開２００３−３３９１５０号公報（特許文献１）は、そのような減速装置の一例を開示している。特許文献１には、永久磁石の温度上昇を抑制するために、制動ディスク（発熱部材）の発熱部に向かって冷却媒体を吹き付けるノズルを設ける構成を開示されている。

また、特開２００５−２４５１５５号公報（特許文献２）は、電動機の固定子を冷却するための冷却構造を開示している。特許文献２に開示されている電動機は、固定子と、固定子との間に発生する電磁力に回転する回転子と、非磁性体からなる仕切り板とを含む。固定子は、鉄心と、その鉄心に巻かれた巻線とを含む。特許文献２の冷却構造は、仕切り板は、固定子と回転子との間を遮る。さらに、仕切り板は、固定子の周囲に空間が形成されるように固定子を取り囲む。固定子の周囲の空間には、冷却媒体が充填される。

特開２００３−３３９１５０号公報 特開２００５−２４５１５５号公報

しかし、上記従来の技術では、冷却媒体を移動させるためにコンプレッサなどが必要になる場合がある。さらに、上記従来の技術は、渦電流式発熱装置の磁石の冷却に適しているとはいえない場合がある。

このような状況において、本発明の目的の１つは、永久磁石を効率的に冷却できる渦電流式発熱装置を提供することである。

本発明の一実施形態による渦電流式発熱装置は、回転する回転部の運動エネルギを熱エネルギに変換する渦電流式発熱装置である。この発熱装置は、前記回転部と、円筒状の発熱部材と、前記円筒状の発熱部材の外周面または内周面に対向するように配置された永久磁石を含む磁石部と、前記回転部に固定され、前記回転部の回転によって外気を取り込むためのフィンと、流路と、を含む。前記磁石部および前記発熱部材のいずれか一方が前記回転部に固定されている。前記流路は、前記フィンによって取り込まれた前記外気が前記磁石部の周囲を流れた後に渦電流式発熱装置の外部に流れるように前記外気を導く流路である。前記流路がリング状の流路を含む。

本発明によれば、永久磁石を効率的に冷却できる渦電流式発熱装置が得られる。

図１Ａは、本発明の発熱装置の一例を模式的に示す断面図である。 図１Ｂは、図１Ａの線ＩＢ−ＩＢにおける断面を模式的に示す。 図１Ｃは、図１Ａの線ＩＣ−ＩＣにおける断面を模式的に示す。 図１Ｄは、図１Ａの線ＩＤ−ＩＤにおける断面を模式的に示す。 図２Ａは、本発明の発熱装置の他の一例を模式的に示す断面図である。 図２Ｂは、図２Ａの線IIＢ−IIＢにおける断面を模式的に示す。 図２Ｃは、図２Ａの線IIＣ−IIＣにおける断面を模式的に示す。 図２Ｄは、図２Ａの線IIＤ−IIＤにおける断面を模式的に示す。 図３は、本発明の発熱装置に関して、一部の一例を模式的に示す断面図である。 図４は、本発明の発熱装置に関して、一部の他の一例を模式的に示す断面図である。 図５は、本発明の発熱装置の一例を模式的に示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明では本発明の実施形態について例を挙げて説明するが、本発明は以下で説明する例に限定されない。以下の説明では、具体的な数値や材料を例示する場合があるが、本発明の効果が得られる限り、他の数値や材料を適用してもよい。

（渦電流式発熱装置）
本発明の渦電流式発熱装置は、回転する回転部の運動エネルギを熱エネルギに変換する装置である。以下では、本発明の渦電流式発熱装置を、単に「発熱装置」と称する場合がある。発熱装置は、回転部、円筒状の発熱部材、磁石部、フィン、および流路を含む。磁石部は、円筒状の発熱部材の外周面または内周面に対向するように配置された永久磁石を含む。フィンは、回転部に固定され、回転部の回転によって外気（空気）を取り込む。磁石部および発熱部材のいずれか一方は、回転部に固定されている。流路は、フィンによって取り込まれた外気が磁石部の周囲を流れた後に渦電流式発熱装置の外部に流れるように外気を導く。この流路は、リング状の流路を含む。以下では、リング状の流路を、「流路（Ｒ）」と称する場合がある。

本発明の発熱装置では、回転部の回転によって冷却用の外気が流路（Ｒ）に取り込まれる。そのため、永久磁石を冷却するための電力や発電装置が不要である。また、本発明の装置では、回転部の回転速度が高くなるほど、取り込まれる外気の量および速度が増大する。これは、発熱部材での発熱が大きくなるのに対応して、外気による冷却能力が増大することを意味する。そのため、本発明の発熱装置では、永久磁石を効率的に冷却できる。

回転部は、通常、回転軸を含み、回転軸と共に回転する部分である。回転部は、軸受などを介して、回転しない本体に回転可能に支持される。回転部は、回転軸と他の部材とを連結するための連結部材を含んでもよい。永久磁石が回転部に固定される場合、回転部は、永久磁石を保持するための部材（たとえば円筒状の部材）を含んでもよい。

回転部は、外部のエネルギによって回転する。回転部は、流体の運動エネルギ（たとえば、風力や水力などの自然エネルギ）によって回転させられてもよい。本発明の発熱装置は、風力発電設備、水力発電設備等のように流体の運動エネルギを利用する発電設備に搭載されてもよい。公知の風力発電設備や水力発電設備の発電装置部分を本発明の発熱装置に置き換えることによって、熱エネルギを生成できる。そのため、発熱装置以外の部分（羽根車、クラッチ装置、増速装置等）には、公知の発電設備の構成を適用できる。

発熱部材は、円筒状の発熱部材を含んでいればよい。円筒状の発熱部材は、円筒状に配置されている複数の導電性部材で構成されてもよい。発熱部材は、円筒状の発熱部材と、それ以外の形状を有する発熱部材とによって構成されていてもよい。発熱部材の少なくとも一部は、電磁誘導によって渦電流が生じる材料（具体的には導電性材料）で形成される。発熱部材の表面や内部には、必要に応じて、電磁誘導が生じない部分が存在してもよい。たとえば、発熱部材の表面に電磁誘導が生じない保護膜が形成されていてもよい。発熱部材に用いることができる導電性材料の例には金属材料が含まれ、たとえば、強磁性金属材料、弱磁性金属材料、および非磁性金属材料が含まれる。

永久磁石に特に限定はなく、公知の永久磁石を用いてもよい。たとえば、車両の補助ブレーキとして用いられる永久磁石式のリターダに使用されている永久磁石を用いてもよい。永久磁石は、円筒状の発熱部材の外周面または内周面に対向するように配置されている。より具体的には、回転部に固定されている永久磁石または発熱部材の回転によって発熱部材が発熱するように、永久磁石が配置される。

磁石部は、永久磁石のみからなるものであってもよいし、永久磁石以外の部材を含んでもよい。たとえば、磁石部は、永久磁石を保持するための磁石保持部材を含んでもよい。本発明の効果が得られる限り、磁石保持部材に特に限定はない。磁石部を冷却するための外気が磁石保持部材側から磁石部にあたる場合には、磁石保持部材は熱伝導性が高い材料（たとえば金属）で形成されることが好ましい。磁石保持部材は、磁石部の構成に応じて、強磁性金属材料または非磁性金属材料で構成されてもよい。

本発明を実施できる限り、永久磁石は、円筒状の発熱部材の外周面に対向するように配置されてもよいし、円筒状の発熱部材の内周面に対向するように配置されてもよい。実施形態で説明するように、典型的な一例では、円筒状の発熱部材を囲むように円筒状の磁石部が配置され、磁石保持部材に保持された永久磁石は、円筒状の発熱部材の外周面に対向する。この場合、リング状の流路（Ｒ）は、発熱部材および磁石部を囲むように配置される。

リング状の流路（Ｒ）は、全体としてリング状であればよく、一リング状でない部分を含んでいてもよい。流路を形成する材料に限定はなく、金属などで形成してもよい。ただし、流路の一部が発熱部材と永久磁石との間に配置される場合、その部分は非磁性材料で形成される。

フィンは、外気を取り込んで流路（Ｒ）に流すことができるものである限り、特に限定はない。本発明の発熱装置は、通常、複数のフィンを含む。複数のフィンは、回転軸を中心とする円の径方向に沿って配置されてもよいし、径方向から少し傾けて配置されてもよい。なお、フィンは、複数のブレードが一体となっているフィンであってもよい。

本発明の発熱装置は、通常、発熱部材で発生した熱を回収するための熱回収機構を含む。熱回収機構は、熱媒体と熱媒体が流れる流路とを含み、さらに蓄熱槽などを含んでもよい。熱媒体に限定はなく、発熱部材で発生した熱を回収できるものであればよい。熱媒体には、公知の熱媒体を用いてもよい。熱媒体の例には、溶融塩（たとえば硝酸塩系の溶融塩）、熱媒油、水（蒸気）、空気、超臨界ＣＯ₂等が含まれる。

本発明の発熱装置では、発熱部材が回転部に固定されていてもよい。発熱部材が回転部に固定される場合の一例では、発熱部材の外周面に対向するように複数の永久磁石が配置される。

発熱部材が回転部に固定される場合、リング状の流路（Ｒ）は、周方向に分断されていないリング状の整流部を含むことが好ましい。この整流部が周方向に分断されている場合には、その分断箇所の数が少ないことが好ましく、たとえば１箇所のみで分断されていてもよい。その場合の整流部は、回転部の回転軸（回転の中心軸）に垂直な断面が略Ｃ字状の形状となる。すなわち、発熱部材が回転部に固定される場合、リング状の流路（Ｒ）は、回転部の回転軸（回転の中心軸）に垂直な断面が略Ｃ字状の形状を有する整流部を含んでもよい。そして、当該略Ｃ字状部の開口部に、熱媒体の流路が配置されていてもよい。

本発明の発熱装置では、磁石部が回転部に固定されていてもよい。この場合、リング状の流路（Ｒ）は、周方向に分離している複数の分岐流路を有する整流部を含んでもよい。この構成によれば、フィンによって取り込まれた外気と、回転する磁石との間の相対速度を大きくできる。その結果、磁石の冷却効率を高めることができる。

分岐流路を有する整流部を流路（Ｒ）が含む場合、複数の分岐流路のそれぞれにおいて、回転部の回転軸の方向における分岐流路の長さが、分岐流路内の水力直径の１０倍以上であってもよい。この構成によれば、分岐流路に沿って外気を円滑に流すことができる。ここで、水力直径Ｄとは、以下の式で表される直径である。
Ｄ＝（４×Ｓ）／Ｌ
［ここで、Ｓは、分岐流路の断面積であって流れの方向に垂直な断面の面積を表す。Ｌは、分岐流路の当該断面における濡れ縁長さを表す。］

本発明の発熱装置は、以下の構成（１）〜（３）を有してもよい。構成（１）〜（３）を有する発熱装置によれば、磁石部を効率的に冷却できる。
（１）リング状の流路（Ｒ）の一部を構成するように流路（Ｒ）に接続された断熱部分をさらに含む。
（２）断熱部分は非磁性材料からなる。
（３）磁石部は、断熱部分に囲まれるように配置されている、

構成（２）によれば、発熱部材における渦電流の発生が断熱部材によって妨げられることを防止できる。構成（３）によれば、発熱部材で発生した熱によって永久磁石が加熱されることを抑制できる。

一例では、流路と接続される部分を除いて、磁石部が断熱部分に囲まれる。流路に接続される部分に断熱部分を配置しないことによって、流路（Ｒ）を流れる外気による冷却が妨げられることを防止できる。断熱部分は、断熱性を有する材料を含む。断熱部分の構成に特に限定はない。断熱部分は、断熱材を挟んだ積層鋼板で構成されてもよい。そのような積層鋼板には、公知のものを用いてもよい。

本発明の発熱装置が構成（１）〜（３）を有する場合には、さらに以下の構成（４）および（５）を有してもよい。構成（４）および（５）によれば、断熱部分からの熱伝導によって永久磁石が加熱されることを抑制できる。
（４）磁石部が、永久磁石と永久磁石を保持する磁石保持部材とを含む。
（５）磁石保持部材が、断熱部分に直接的にまたは間接的に固定されており、永久磁石と断熱部分とが接触していない。

本発明の発熱装置が上記の構成（１）〜（３）（または構成（１）〜（５））を有する場合、さらに、以下の構成（６）〜（７）（または構成（６）〜（８））を有してもよい。これらの構成によれば、磁石部を特に効率的に冷却できる。
（６）発熱装置は、断熱部分内に配置された、非磁性の熱伝導性部材を含む。
（７）熱伝導性部材は、永久磁石と発熱部材との間を除いて前記磁石部を囲むように配置されている。
（８）磁石保持部材が、熱伝導性部材を介して断熱部分に固定されており、永久磁石と熱伝導性部材とが接触していない。

熱伝導性部材は、熱伝導性が高く且つ非磁性の材料で形成され、たとえば非磁性金属で形成される。構成（６）および（７）によれば、磁石部を囲む熱伝導性部材が外気で冷却される。その結果、断熱部分からの熱で永久磁石が加熱されることを抑制できる。構成（８）によれば、断熱部分からの熱伝導によって永久磁石が加熱されることを特に抑制できる。

本発明の発熱装置の一例では、熱媒体が、本体の内部を流れる。その場合、上述した断熱部分を有する構成や、断熱部分および熱伝導性部材を含む構成が特に好ましい。

本発明の発熱装置が備えてもよい熱回収機構は、熱媒体、および熱媒体が流れる流路を含み、さらに蓄熱装置を含んでもよい。たとえば、熱回収機構は、蓄熱装置が途中に配置された循環路を含んでもよい。この場合、循環路を熱媒体が流れることによって熱エネルギが回収され、その熱エネルギが蓄熱装置に蓄積される。蓄熱装置には公知の蓄熱装置を用いてもよい。

本発明の発熱装置は、蓄熱槽と、蓄熱槽を囲む容器とをさらに含んでもよい。別の観点では、この発熱装置は、上述した本発明の発熱装置と、蓄熱槽と、蓄熱槽を囲む容器とを含む発熱システムと考えることも可能である。蓄熱槽は、発熱部材で加熱された熱媒体を貯める槽である。容器は、蓄熱槽の周囲に空間が形成されるように蓄熱槽を囲む。外気が流れる流路は、磁石部の周囲を流れた外気が蓄熱槽の周囲の空間を流れるように、当該空間に接続されている。この構成によれば、磁石で加熱された外気を、蓄熱槽の保温に利用できるため、装置の効率を高めることができる。

蓄熱槽の保温性を高めるために、容器は蓄熱槽の全体を囲むことが好ましい。また、容器は、断熱性が高い材料で構成されることが好ましい。さらには、蓄熱槽の槽壁そのもの及び容器の両者を断熱性が高い材料で構成することがより好ましい。

本発明の発熱装置が蓄熱槽と蓄熱槽を囲む容器とを含む場合、熱媒体が溶融塩であってもよい。溶融塩は低温になると凝固して使用できなくなるため、常に高温に維持する必要がある。そのため、上記のように、発熱部で加熱された外気を用いて熱媒体が存在する箇所（たとえば蓄熱槽）を保温することが特に好ましい。

本発明の実施形態の例について、図面を参照しながら以下に説明する。以下の説明では、同様の部分に同一の符号を付して重複する説明を省略する場合がある。

（第１実施形態）
第１実施形態では、本発明の渦電流式発熱装置の一例について説明する。第１実施形態の発熱装置の構成を、図１Ａに模式的に示す。図１Ａの発熱装置１００は、発熱部材が回転部（回転軸）に固定されている一例である。

発熱装置１００は、本体（ケース）１０１、回転軸（回転部）１０２、円筒状の発熱部材１０３、複数の永久磁石１０４ａ、フィン１０５、および流路１２０を含む。発熱装置１００は、さらに、磁石保持部材１０４ｂ、連結部材１０７、支持部材１０８、軸受１０９、および非磁性部材１１０を含む。磁石部１０４は、永久磁石１０４ａと磁石保持部材１０４ｂとを含む。連結部材１０７および支持部材１０８は、回転部の一部を構成する。回転部は、回転軸１０２と共に回転する。

回転軸１０２は、軸受１０９を介して回転しない本体１０１に回転可能に支持されている。発熱部材１０３は、円板状の連結部材１０７を介して回転軸１０２に固定されている。そのため、回転軸１０２の回転に伴って発熱部材１０３が回転する。

複数の永久磁石１０４ａは、円筒状の磁石保持部材１０４ｂの内周面に固定されている。この実施形態では、図１Ｄに示すように、複数の永久磁石１０４ａが円周方向に配置されている例を示しているが、本発明はこれに限定されない。磁石保持部材１０４ｂは、非磁性部材１１０を介して本体１０１に固定されている。すなわち、永久磁石１０４ａは、本体１０１に固定され、回転しない。非磁性部材１１０は、流路１２０に接続されてその一部を構成する。

永久磁石１０４ａは、非磁性部材１１０を挟んで発熱部材１０３と対向している。そのため、回転軸１０２が回転すると、発熱部材１０３が回転してその中に渦電流が発生する。その結果、発熱部材１０３が発熱する。

複数のフィン１０５は、回転軸１０２に固定された支持部材１０８上に設けられている。図１Ａおよび図１Ｂに示す例では、複数のフィン１０５が、回転軸１０２を中心として放射状に配置されている。

本体１０１の内部の空間１０１ａは、熱媒体が通る流路となっている。本体１０１には、熱媒体が流れる２つの配管１１１が接続されている。一方の配管１１１から導入された熱媒体は、本体１０１内部の空間１０１ａを通り、発熱部材１０３の近傍を通って他方の配管１１１から排出される。その過程で、発熱部材１０３で発生した熱が熱媒体によって回収される。熱媒体を通過させるために、連結部材１０７には貫通孔が形成されている。

図１Ａの線ＩＢ−ＩＢにおける断面図を図１Ｂに示し、線ＩＣ−ＩＣにおける断面図を図１Ｃに示し、線ＩＤ−ＩＤにおける断面図を図１Ｄに示す。流路１２０は、全体としてリング状の流路である。

流路１２０は、吸気部１２１、整流部１２２、および冷却部１２３を含む。冷却部１２３（流路１２０）は、円筒状の磁石保持部材１０４ｂを囲むように配置されている。回転軸１０２を中心として、円筒状の発熱部材１０３、磁石保持部材１０４ｂ、および流路１２０がこの順序で同心円状に配置されている。永久磁石１０４ａは、発熱部材１０３と磁石保持部材１０４ｂとの間に配置されている。吸気部１２１は、フィン１０５が存在する領域であり、吸気部１２１から外気が取り込まれる。吸気部１２１および冷却部１２３はいずれもリング状の形状を有し、整流部１２２はほぼリング状の形状を有する。整流部１２２は、吸気部１２１で取り込まれた外気を整流する領域である。冷却部１２３は、外気によって永久磁石１０４ａを冷却する領域である。

図１Ａ〜図１Ｄでは、外気の流れを点線の矢印で模式的に示している。また、回転軸１０２の回転方向を矢印で示す。回転軸１０２が回転すると、それに伴ってフィン１０５が回転し、吸気口１２０ａ（図１Ａ参照）から外気が取り込まれる。取り込まれた外気は、流路１２０を通り、排気口１２０ｂから排出される。図１Ｂの矢印に示すように、吸気部１２１において、外気には、フィン１０５の回転に従った流れが生じる。この外気は、整流部１２２に導かれる。

外気を用いて永久磁石１０４ａを冷却する場合、外気と磁石部１０４との相対速度差が大きいほうが冷却速度が高い。発熱装置１００では、磁石部１０４が回転せずに固定されている。そのため、冷却速度を高めるためには、磁石部１０４と接触する外気の周方向の速度が高いことが好ましい。そのため、発熱装置１００では、吸気部１２１で発生した流れ（周方向への外気の流れ）を、整流部１２２で阻害することなく整流して冷却部１２３に導くことが好ましい。そのためには、整流部１２２は、できるだけリング状の形状を保つことが好ましい。

図１Ｃに示すように、整流部１２２は、回転軸１０２の軸方向に垂直な断面が略Ｃ字状の形状を有する。整流部１２２を完全なリング状ではなくＣ字状としたのは、略Ｃ字の開口部１２２ａの部分に熱媒体の配管１１１を通すためである。開口部１２２ａ以外の部分は、リング状の形状が保たれている。そのため、吸気部１２２における外気の周方向への流れが維持されたまま、外気が冷却部１２３に導かれる。図１Ａに示すように、整流部１２２の径方向の長さは、吸気部１２１および冷却部１２３の径方向の長さよりも短い。そのため、整流部１２２によって、外気が周方向に沿って流れるように整流される。

なお流路１２０の外周側から、配管１１１を通さない場合、整流部１２２は、Ｃ字状ではなくリング状であってもよい。また、整流部１２２を省略することも可能である。

冷却部１２３は、２つのリング状の流路を重ねた構成を有する。上方のリング状の流路では、整流部１２２からの外気が磁石部１０４に向かって流れる。磁石部１０４と接触した外気は、下方のリング状の流路において磁石部１０４から離れる方向に流れ、排気口１２０ｂから排出される。上述したように、冷却部１２３に到達する外気は、吸気部１２１において加えられた周方向の流れが阻害されない状態で冷却部１２３に到達する。そのため、冷却部１２３において高い冷却効率で磁石部１０４を冷却できる。

図１Ａに示す一例では、外気が主に磁石保持部材１０４ｂを冷却し、それによって永久磁石１０４ａが冷却される。そのため、磁石保持部材１０４ｂは、熱伝導性が高い材料で形成されることが好ましい。

磁石部１０４を冷却することによって温度が上昇した外気は、排気口１２０ｂから排出される。排気口１２０ｂから排出される外気の熱を、必要に応じて利用してもよい。

（第２実施形態）
第２実施形態では、本発明の渦電流式発熱装置の他の一例について説明する。第２実施形態の発熱装置の構成を、図２Ａに模式的に示す。図２Ａの発熱装置１００ａは、永久磁石（磁石部）が回転部（回転軸）に固定されている一例である。

発熱装置１００ａは、本体（ケース）１０１、回転軸（回転部）１０２と、円筒状の発熱部材１０３と、複数の永久磁石１０４ａと、フィン１０５、および流路１３０を含む。発熱装置１００ａは、さらに、磁石保持部材１０４ｂ、連結部材１０７、支持部材１０８、軸受１０９、および非磁性部材１１０を含む。磁石部１０４は、永久磁石１０４ａと磁石保持部材１０４ｂとを含む。

回転軸１０２は、軸受１０９を介して回転しない本体１０１に回転可能に支持されている。磁石部１０４は、円板状の連結部材１０７を介して回転軸１０２に固定されている。より具体的には、永久磁石１０４ａが円筒状の磁石保持部材１０４ｂの内周面に固定され、磁石保持部材１０４ｂが連結部材１０７に固定されている。そのため、回転軸１０２の回転に伴って磁石部１０４（永久磁石１０４ａ）が回転する。

円筒状の発熱部材１０３は、回転しない本体１０１に直接または間接的に固定されている。すなわち、発熱部材１０３は、本体１０１に固定されて回転しない。発熱部材１０１と永久磁石１０４ａとは、非磁性部材１１０を挟んで対向している。そのため、回転軸１０２が回転すると、永久磁石１０４ａが回転して発熱部材１０３中に渦電流が発生する。その結果、発熱部材１０３が発熱する。

複数のフィン１０５は、第１実施形態で説明したフィン１０５と同様に配置されている。本体１０１および連結部材１０７は、第１実施形態で説明したように、熱媒体が通る構成となっている。そのため、一方の配管１１１から導入された熱媒体は、本体１０１内部の空間１０１ａを通り、発熱部材１０３の近傍を通って他方の配管１１１から排出される。

第２実施形態では、磁石部１０４を回転させるために、複数の軸受１０９ａが配置される。軸受１０９ａの部分では、本体１０１内を流れる熱媒体が流路１３０側に漏れないように熱媒体の流路と流路１３０との間でシールがなされる。

図２Ａの線IIＢ−IIＢにおける断面図を図２Ｂに示し、線IIＣ−IIＣにおける断面図を図２Ｃに示し、線IIＤ−IIＤにおける断面図を図２Ｄに示す。流路１３０は、全体としてリング状の流路である。

流路１３０は、吸気部１２１、整流部１３２、および冷却部１２３を含む。冷却部１２３（流路１２０）は、円筒状の磁石保持部材１０４ｂを囲むように配置されている。回転軸１０２を中心として、円筒状の発熱部材１０３、磁石保持部材１０４ｂ、および流路１３０がこの順序で同心円状に配置されている。吸気部１２１および冷却部１２３は第１実施形態で説明したものと同様であるため、重複する説明を省略する。

図２Ａ〜図２Ｄでは、外気の流れを点線の矢印で模式的に示している。外気は、吸気口１２０ａ（図２Ａ参照）から取り込まれ、排気口１２０ｂから排出される。図２Ｂの矢印に示すように、吸気部１２１において、外気には、フィン１０５の回転に従った流れが生じる。この外気は、整流部１３２に導かれる。

発熱装置１００ａでは、磁石部１０４が回転している。そのため、冷却速度を高めるためには、磁石部１０４と接触する外気の周方向の速度が低いことが好ましい。従って、発熱装置１００ａでは、吸気部で発生した外気の周方向への流れを、整流部１３２で主として軸方向への流れに変化させることが好ましい。そのために、整流部１３２は、周方向に連続していない構成を有する。

より具体的には、整流部１３２は、周方向に分離している複数の分岐流路１３２ａを有する。それぞれの分岐流路１３２ａは、吸気部１２１と冷却部１２３とを結ぶ方向に伸びる筒状の形状を有する。換言すれば、それぞれの分岐流路１３２ａは、回転軸１０２の軸方向（周方向と垂直な方向）に沿って伸びる筒状の形状を有する。このように、流路１３０は、リング状の流路（吸気部１２１および／または冷却部１２３）に接続された複数の分岐流路１３２ａを含む。分岐流路１３２ａの断面（軸方向に垂直な断面）の形状に特に限定はない。図２Ｃに示すように、リングを径方向に分断したような形状であってもよいし、他の形状であってもよい。さらに、分岐流路１３２ａは、周方向だけではなく径方向にも分離されていてもよい。

整流部１３２では、吸気部１２１で外気に与えられた周方向への流れが阻害され、軸方向への流れに変換される。その結果、冷却部１２３を流れる外気は、第１実施形態の冷却部１２３を流れる外気よりも、周方向の速度が低くなる。その結果、回転する磁石部１０４と、それに接触する外気との相対速度差が大きくなり、冷却速度が高くなる。

磁石部１０４を冷却することによって温度が上昇した外気は、排気口１２０ｂから排出される。排気口１２０ｂから排出される外気の熱を、必要に応じて利用してもよい。

本発明の発熱装置は、流路の一部を構成するように流路に接続された断熱部分をさらに含んでもよい。そのような断熱部分の一例を、図３に模式的に示す。図３の断熱部分１４１は、非磁性材料からなる。断熱部分１４１は、流路１２０に接続され、外気の流路の一部を構成する。より具体的には、断熱部分１４１は、流路１２０のうち冷却部１２３の一部に接続される。磁石部１０４は、流路１２０と断熱部分１４１との接続部分を除いて、断熱部分１４１に囲まれている。空間１０１ａを流れる熱媒体によって永久磁石１０４ａが加熱されることが、断熱部分１４１によって抑制される。

磁石保持部材１０４ｂは、断熱部分１４１に固定されている。永久磁石１０４ａと断熱部分１４１とは接触していない。この構成によれば、永久磁石１０４ａが断熱部材１４１によって加熱されることを抑制できる。

本発明の発熱装置は、断熱部分に加えて熱伝導性部材を含んでもよい。そのような熱伝導性部材の一例を、図４に模式的に示す。図４の熱伝導性部材１４２は、断熱部分１４１の内部に配置されている。熱伝導性部材１４２は、永久磁石１０４ａと発熱部材１０３との間を除いて磁石部１０４を囲むように配置されている。磁石保持部材１０４ｂは、熱伝導性部材１４２に固定されている。永久磁石１０４ａと熱伝導性部材１４２とは接触していない。この構成によれば、永久磁石１０４ａが熱伝導性部材１４２によって加熱されることを抑制できる。

図４に示す構成では、冷却部１２３を流れる外気によって熱伝導性部材１４２が冷却される。熱伝導性部材１４２によって磁石部１０４が囲まれているため、永久磁石１０４ａの温度上昇が抑制される。

（第３実施形態）
第３実施形態では、本発明の渦電流式発熱装置の他の一例について説明する。第３実施形態の発熱装置の構成を、図５に模式的に示す。図５の発熱装置２００は、上述した本発明の発熱装置（発熱装置１００および１００ａその他の発熱装置）と、蓄熱槽２０１と、容器２０２とを含む。図５には、発熱装置２００が発熱装置１００を含む場合の一例を示している。なお、図５に示す装置は、上述した本発明の発熱装置を含む発熱システムとみなすことも可能である。

蓄熱槽２０１は、発熱部材１０３で加熱された熱媒体２０３を貯める槽である。蓄熱槽２０１には、配管１１１（一部の図示を省略）が接続されており、熱媒体２０３は、蓄熱槽２０１と発熱装置１００との間を循環する。蓄熱槽２０１に蓄えられた熱エネルギは、所定の目的に利用される。

容器２０２は、蓄熱槽２０１の周囲に空間２０２ａが形成されるように蓄熱槽２０１を囲む。そして、磁石部１０４の周囲を流れた外気が空間２０２ａを流れるように、排気口１２０ｂに接続された配管（流路）２０４が空間２０２ａに接続されている。空間２０２ａを流れた空気は、排気口２０２ｂから放出される。

発熱装置２００では、磁石部１０４で加熱された外気によって熱媒体の温度低下を抑制できる。そのため、効率よく発熱を行なうことができる。

本発明は、渦電流式の発熱装置に利用できる。たとえば、本発明は、自然エネルギを利用する渦電流式発熱装置に利用できる。

１００、１００ａ 発熱装置（渦電流式発熱装置）
１０１ 本体
１０２ 回転軸（回転部）
１０３ 発熱部材
１０４ 磁石部
１０４ａ 永久磁石
１０４ｂ 磁石保持部材
１０５ フィン
１１１ 配管（流路）
１２０ 流路（リング状の流路）
１２１ 吸気部
１２２、１３２ 整流部
１３２ａ 分岐流路
１２３ 冷却部
２０１ 蓄熱槽
２０２ 容器
２０２ａ 空間

Claims (9)

1. 回転する回転部の運動エネルギを熱エネルギに変換する渦電流式発熱装置であって、
   前記回転部と、
   円筒状の発熱部材と、
   前記円筒状の発熱部材の外周面または内周面に対向するように配置された永久磁石を含む磁石部と、
   前記回転部に固定され、前記回転部の回転によって外気を取り込むためのフィンと、
   流路と、を含み、
   前記磁石部および前記発熱部材のいずれか一方が前記回転部に固定されており、
   前記流路は、前記フィンによって取り込まれた前記外気が前記磁石部の周囲を流れた後に渦電流式発熱装置の外部に流れるように前記外気を導く流路であり、
   前記流路がリング状の流路を含み、
   前記渦電流式発熱装置は、前記流路の一部を構成するように前記流路に接続された断熱部分をさらに含み、
   前記断熱部分は非磁性材料からなり、
   前記磁石部は、前記断熱部分に囲まれるように配置されており、
   前記渦電流式発熱装置は、前記断熱部分内に配置された、非磁性の熱伝導性部材を含み、
   前記熱伝導性部材は、前記永久磁石と前記発熱部材との間を除いて前記磁石部を囲むように配置されている、渦電流式発熱装置。
2. 回転する回転部の運動エネルギを熱エネルギに変換する渦電流式発熱装置であって、
   前記回転部と、
   円筒状の発熱部材と、
   前記円筒状の発熱部材の外周面または内周面に対向するように配置された永久磁石を含む磁石部と、
   前記回転部に固定され、前記回転部の回転によって外気を取り込むためのフィンと、
   流路と、を含み、
   前記発熱部材が前記回転部に固定されており、
   前記流路は、前記フィンによって取り込まれた前記外気が前記磁石部の周囲を流れた後に渦電流式発熱装置の外部に流れるように前記外気を導く流路であり、
   前記流路がリング状の流路を含み、
   前記リング状の流路は、
   前記フィンが存在する領域である吸気部と、
   前記吸気部で取り込まれた前記外気を整流する領域である整流部と、
   前記外気によって前記磁石部を冷却する領域である冷却部と、を含み、
   前記整流部の径方向の長さは、前記吸気部及び前記冷却部の径方向の長さよりも短い、渦電流式発熱装置。
3. 前記発熱部材が前記回転部に固定されている、請求項１に記載の渦電流式発熱装置。
4. 前記磁石部が前記回転部に固定されており、
   前記リング状の流路は、周方向に分離している複数の分岐流路を有する整流部を含む、請求項１に記載の渦電流式発熱装置。
5. 前記回転部の回転軸の方向における前記分岐流路の長さが、前記分岐流路内の水力直径の１０倍以上である、請求項４に記載の渦電流式発熱装置。
6. 前記流路の一部を構成するように前記流路に接続された断熱部分をさらに含み、
   前記断熱部分は非磁性材料からなり、
   前記磁石部は、前記断熱部分に囲まれるように配置されている、請求項２に記載の渦電流式発熱装置。
7. 前記断熱部分内に配置された、非磁性の熱伝導性部材を含み、
   前記熱伝導性部材は、前記永久磁石と前記発熱部材との間を除いて前記磁石部を囲むように配置されている、請求項６に記載の渦電流式発熱装置。
8. 前記発熱部材で加熱された熱媒体を貯める蓄熱槽と、
   前記蓄熱槽の周囲に空間が形成されるように前記蓄熱槽を囲む容器と、をさらに含み、 前記磁石部の周囲を流れた前記外気が前記空間を流れるように、前記流路が前記空間に接続されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の渦電流式発熱装置。
9. 前記熱媒体が溶融塩である、請求項８に記載の渦電流式発熱装置。

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