JPH01232174A - 感温磁性体を利用した動力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は感温磁性体を利用した動力装置に関するもの
である。

〔従来の技術〕

海洋温度差熱源、地熱、各種産業用低温排熱等、比較的
低温度の熱源の温度差を利用して動力を発生させる簡易
型の動力装置の開発が近年盛んに行なわれている。

第８図は従来の低温度差熱源を利用した動力装置の１例
を示すブロック図である。

第８図に示すように、この従来装置はフロン等の低沸点
媒体を作動流体としてランキツサイクルを構成し、ター
ビンによって軸動力を発生させ、その動力をもって発電
等に供するものであり広〈実施されている技術である。

第８図に示す２０は蒸気発生器であり高温熱源によって
媒体（図示せず）を加熱し高圧蒸気を発生させる。これ
によって発生した高圧蒸気は、作業媒体循環用ライン２
１を通ってタービン２２に入り、ここで熱エネルギは機
械エネルギに変換され、さらに発電機２３によって電気
エネルギに変換される。２４はタービン２２の出口から
排出された蒸気を低温熱源によって冷却し復水するため
のコンデンサで、タニビン２２の出側の圧力を低く維持
するだめのものである。

媒体は循環ポンプ２５によって再度蒸気発生器２０に戻
され動作が繰り返される。

上述した従来技術は広く一般化しており、高効率化、高
出力化および高信頼性等多くの面において成熟された優
れた技術である。なお、「新蒸気動カニ学」−包着、森
北出版、Ｐ１９１〜Ｐ１９４　　を参照方。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来装置はその機構が複雑であるため、
簡易な機構によって動力を発生させたい場合にはその要
求に答えられない点をはじめ、次に述べる問題点を有す
る。

■　熱交換器（蒸気発生器、コンデンサ）、タービン等
、分散された多くの構成要素からなっておりその機構が
複雑である。

■　媒体として流体を用いているため、サイクル全体を
クローズドシステムとしなくてはならず、また、媒体の
循環動力が必要である等設備費が嵩む。

■　高圧蒸気等の熱媒体を使用するため、−船釣に系全
体を圧力容器として設計する必要がある。

従って、この発明の目的は、低温度差の熱源を利用し、
かつ簡易的に動力エネルギを発生させることができる、
感温磁性体を利用した動力装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前述した低沸点媒体ランキンサイクル方式においては、
熱エネルギを流体の圧力エネルギまたは速度エネルギに
変換し、さらにタービンにて回転エネルギ（機械的エネ
ルギ）に変換していたが、本発明においては、熱エネル
ギを磁場の作用を介して直接回転エネルギに変換する機
構とした。

この発明は、中心軸を回転自在に支持された回転体をあ
る一定の温度（キュリー温度）を境に強磁性から常磁性
へと磁性が大きく変化する特性をもつ固体の感温磁性体
で構成し、前記回転体の一方の略半円部分を低温熱源に
、他方の略半円部分を高温熱源に常時接触させ、前記回
転体の外側から磁石で吸磁力全作用させるものである。

低温熱源と接触した前記回転体の一方の略半円部分は強
磁性体となり、前記磁石と吸磁力が作用する。反面、高
温熱源と接触した前記回転体の他方の略半円部分は常磁
性体となシ、前記磁石からの吸磁力はほとんど作用しな
い。

これにより、回転体にトルクが発生し、定常的に回転動
力が得られることに特徴を有するものである。

次にこの発明によって２つの熱源から簡易的に動力を発
生させる原理を説明する。

例えば、感温フェライトと呼ばれる磁性材料は、第６図
に示すように１００℃以下の比較的低い温度域において
、その透磁率がある温度（キュリー温度）を境にして急
激に変化し、その温度未満では強磁性を、以上では常磁
性を示す。

このような感温磁性材料からなる感温磁性体は、磁石と
組み合わせることによシサーマルリードスイッチとして
応用され広く実用化されている。

第７図（ａ）および（ｂ）はサーマルリードスイッチの
動作を示す説明図である。第７図（ａ）はスイッチＯＦ
Ｆ、（ｂ）はスイッチＯＮの状態を示す。

感温フェライト２６の雰囲気温度がキュリー温度よりも
低いと感温フェライト２６の透磁率は高く第７図（、）
に示すように磁石２７の磁力線（鎖線矢印に示す）は感
温フェライト２６の中を通り、磁石２７の反対側に位置
するリードスイッチ２８側を通らないため、リードスイ
ッチ２８はＯＦＦの状態となる。

一方、感温フェライト２６の雰囲気温度が上昇しキュリ
ー温度よシも高くなると、感温フエライ。

ト２６の透磁率が下シ、磁石２７の磁力線はリードスイ
ッチ２８側を通シ、第７図（ｂ）に示すようにリードス
イッチ２８はＯＮ状態となる。

以上がサーマルリードスイッチの基本原理であり、当該
スイッチは電気炊飯器の温度調整、自動車のラジェター
ファンのＯＮ　−ＯＦＦ　　のスイッチ等に広く実用化
されている。なお、「現代磁気工学」桜井著、オーム社
Ｐ１７３〜Ｐ１７４を参照力。

、次にこの発明を図面を参照しながら説明する。

第１図（、）はこの発明め一実施態様を示す平面図、（
ｂ）は側面図である。

感温磁性体２は円環状に形成され、その中心軸ｌによっ
て回転自在に軸支されて回転体３を構成している。４は
感温磁性体２と中心軸１とを固定するアームである。

回転体３の略中央部に境界線５を想定し、境界線５よシ
も下方の区域に位置する回転体ａａ（第１図（ｂ）に示
す下側斜線部分）は加熱冷却機構とじての高温熱源流体
中に位置されている。

一方、境界線５よりも上方の区域が位置する回転体３ｂ
（第１図（ｂ）に示す上側の部分）は加熱冷却機構とし
ての低温熱源流体中に位置されている。

例えば、感温磁性体２０キユリ一温度を５０℃とし、高
温熱源流体を８０℃、低温熱源流体を２０℃とすると、
高温熱源流体中に位置する回転体３ａは常磁性を示し、
一方、低温熱源流体中に位置する回転体３ｂは強磁性を
示す。

この状態において、境界線５よりも下方の回転体３ａに
近接した位置に磁石６を境界線５に対して４５°の角度
で設けると、磁石６と回転体３１）（上側の路中内部の
強磁性部分）との間に吸磁力が作用し、その結果トルク
Ｔが回転軸１（第１図（ａ）に示す。　−ｏ’　）の回
りに発生する。

このトルクによって回転体３は矢印の方向に回転し、上
側の低温熱源流体中に位置していた強磁性体部分が下側
の高温熱源流体中に没入し加熱される。これによって加
熱された強磁性体部分は磁性を失って磁石６の吸磁力か
ら解放される。

同時に回転体３が回転することにより上側の低温熱源流
体中に没入した下側の常磁性体部分は、冷却されて磁性
を得る。

以上により、中心軸１には定常的にトルクが発生し、あ
る軸負荷７に抗して定常的に回転を持続することができ
る。

高温熱源流体としては１例えば熱水のような高温流体が
利用できる。高温流体はある容器に一定量充填し、また
は、連続的に流入して使用する。

低温熱源流体も同様に冷水、空気等が使用できる。

〔実施例〕

次にこの発明を実施例により説明する。

〔実施例１〕 第２図（ａ）はこの発明の第１実施例を示す平面図、第
２図（ｂ）は第２図（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

本実施例は高温熱源として熱水を、低温熱源として空気
を使用する。

円環状に形成された固体の感温磁性体２と中心軸１とに
よって回転体３が構成されている。

回転体３は中心軸１を水平にして容器８内の上部に軸着
され、容器８を貫通して容器８外に突出した中心軸１の
先端にはファン１０が取り付けられている。

容器８内には熱水９が充填されている。

回転体３の下側の路中内部分は熱水９内に浸漬されてい
る。

感温磁性体２のキュリー温度は熱水９の温度と外気温度
との中間の温度に設定されている。

磁石６は、容器８内に充填された熱水９内で、かつ回転
体３と近接した位置に設けられている。

回転体３は第２図（ｂ）に矢印で示す方向に定常的に回
転し、同時にファン１０が回転する。

回転体３は熱水９の一温度がキュリー温度に降下するま
で回転を続ける。外気温は変化しないものとする。

〔実施例２〕 第３図（ａ）はこの発明の第２実施例を示す平面図、第
３図（ｂ）は第３図６）のＢ−Ｂ線断面図である。

容器１１の一方側には入口１１ａが、他方側には出口１
１ｂが設けられている。入口１１ａから熱水９が流入し
、出口１１ｂから排出され、容器１１内の熱水９の温度
はキュリー温度よりも高い所定温度に常に一定に保たれ
る。

容器１１を貫通して容器１１外に突出した中心軸ｌの先
端には発電機１２゛が設けられている。

回転体３は熱水が供給される限り定常的に回転を続け、
発電機１２を作動させる。

〔実施例３〕 第４図（ａ）はこの発明の第３実施例を示す平面図、第
４図（ｂ）は第４図（ａ）のｃ　−ｃ＃ｉ！断面図であ
る。

本実施例は高温熱源として熱水を、低温熱源として冷水
を使用する。・ 円板状に形成された固体の感温磁性体１３と中心ａＩＩ
Ｂ１４とによって回転体１５が構成されている。

回転体１５は中心軸１４を鉛直方向に容器１６内の中央
部に回転自在に軸着されている。

容器１６の下面を貫通して容器１６外に突出した中心軸
１４の下端には発電機１２が設けられている。

容器１６は中央に鉛直に設けられた仕切板１７によって
２層に仕切られている。

回転体゛１５の一方の半内部は第１層１６ａ内に、他方
の半内部は第２層１６ｂ内に位置している。

第１層１６ａには冷水１８が入口１６ｃから流入し、出
口１６ｄから排出する。一方、第２層１６ｂには熱水９
が入口１６ｅから流入し、出口１６ｆから排出する。

第１層１６ａ内の冷水１８と第２層１６ｂ内の熱水９と
、が混合しないように、回転体１５と仕切板１７との境
目はシールがなされている（図示せず）。

磁石６は第２層１６ｂ内の入口１６ｅ付近の回転体１５
に近接した位置に設けられている。

第１層１６ａ内は冷水１Ｂによって感温磁性体１３のキ
ュリー温度よシも低い所定温度に、第２層１６ｂ内は熱
水９によってキュリー温度よシも高い所定温度にそれぞ
れ常に一定に保たれる。

回転体１５は第４図（ａ）に矢印で示すように定常的に
回転を続け、発電機１２を作動させる。

〔実施例４〕 第５図（、）はこの発明の第４実施例を示す平面図、第
５図（ｂ）は第５図（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。

本実施例においては、複数の円環状の感温磁性体２が中
心軸１に互いに平行に所定間隔をあけて固定されて設け
られ回転体２９を構成している。

容器ｌｌ内に充填された熱水９内には感温磁性体２と同
数の磁石６が感温磁性体２と組になって感温磁性体２と
近接した位置に配設されている。

本実施例は感温磁性体および磁石を複数組設けたので単
数の場合よりも出力が増大する。

本実施例は第１〜第３実施例の装置と組み合わせて使用
することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば次に述べる有用
な効果がもたらされる。

■　異なる２つの温度を有する熱源から動力を発生させ
るために、本装置は固体の感温磁性体を作業物質として
用い、かつ磁石の力を介して熱エネルギを直接回転動力
に変換するため、極めて簡易な機構によって構成するこ
とができる。

（２）　高圧蒸気等の流体を作業媒体として使用するこ
とかないため、開放系の装置で構成することができ、圧
力容器が不必要である。

■　小型産業用エンジンとして広い分野に応用すること
ができ、低温度熱源の利用範囲が拡大した。

■　玩具の動力発生源として利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）はこの発明の一実施態様を示す平面図、第
１図（ｂ）は側面図、第２図（ａ）は第１実施例を示す
平面図、第２図（ｂ）は第２図（ａ）のＡ−Ａ線断面図
、第３図（ａ）は第２実施例を示す平面図、第３図（ｂ
）は第３図（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、第４図（ａ）は第
３実施例を示す平面図、第４図（ｂ）は第４図（ａ）の
Ｃ−Ｃ線断面図、第５図（ａ）は第４実施例を示す平面
図、第５図（ｂ）は第５図（ａ）のＤ−Ｄ線断面図、第
６図は感温磁性体の透磁率の温度依存性を示す特性図、
第７図（、）および（ｂ）はサーマルリードスイッチの
動作を示す説明図、第８図は従来の低温度差熱源を利用
した動力装置の一例を示すブロック図である。 図面において、 １・・・中心軸、 ２・・・感温磁性体、 ３、３ａ、　３ｂ・・・回転体、 ４・・・アーム。 ５・・・境界線、 ６・・・磁石、 ７・・・軸負荷、 ８・・・容器、 ９・・・熱水、 ｌＯ・・・ファン、 １１・・・容器、ｉｌａ・・・入口、ｌｌｂ・・・出口
、１２・・・発電機、 １３・・・感温磁性体、 １４・・・回転軸、 １５・・・回転体、 １６・・・容器、１６ａ・・・第１層、１６ｂ・・・第
２層、１６ｃ　、　１６ｅ−人口、１６ｄ、　１６ｆ−
・・出口、１７・・・仕切板、 １８・・・冷水、 ２０・・・蒸気発生器、 ２１・・・ライン、 ２２・・・タービン、 ２３・・・発電機、 ２４・・・コンデンサ、 ２５・・・循環ポンプ、 ２６・・・感温フェライト、 ２７・・・磁石、 ２日・・・リードスイッチ、 ２９・・・回転体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　キュリー温度を有し、キュリー温度未満では強磁性
   体に、キュリー温度以上では常磁性体となる円形の固体
   の感温磁性体をその中心軸によつて回転自在に軸支して
   なる回転体と、前記回転体の一方の略半円部をキュリー
   温度以上に加熱し、同時に、他方の略半円部をキュリー
   温度未満に冷却するための加熱冷却機構と、冷却された
   前記回転体の一方の略半円部を吸磁するための磁石とか
   らなり、冷却された前記回転体の一方の略半円部を前記
   磁石によつて吸磁し、前記中心軸のまわりに定常的にト
   ルクを発生せしめ、かくして前記回転体を定常的に回転
   させることを特徴とする感温磁性体を利用した動力装置
   。 ２　前記回転体が円板状、円環状または円柱状である請
   求項１記載の感温磁性体を利用した動力装置。 ３　１組の前記感温磁性体および前記磁石を複数組設け
   た請求項１または２記載の感温磁性体を利用した動力装
   置。