JPH09268968A

JPH09268968A - 熱磁気エンジン

Info

Publication number: JPH09268968A
Application number: JP7912896A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Nishikawa; 雅弘西川
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-04-01
Filing date: 1996-04-01
Publication date: 1997-10-14

Abstract

(57)【要約】【課題】熱磁気エンジンに於けるロータの回転安定性
を高めると共に出力増を図り、温排水等の低質エネルギ
ーを経済的に有効利用できるようにする。【解決手段】感熱磁性材製の円筒体とその内方へ嵌合
した軸支自体と軸支自体に固定した回転支軸とから形成
され、支持体により回転自在に軸支された回転ドラム
と，前記回転ドラムの外方に該回転ドラムの外周面と対
向状に且つその円周方向に磁極を位置せしめて配設した
磁石と，回転ドラムを形成する円筒体の一部分を加熱す
る加熱領域と，回転ドラムを形成する円筒体の前記加熱
領域以外を冷却する冷却領域とから熱磁気エンジンを構
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、所謂感温磁性材料
製の円筒状ロータに作用するマックスウェル応力を回転
駆動源とする熱磁気エンジンに関するものであり、主と
して工業用温排水や廃熱等の低質エネルギーの有効利用
に利用されるものである。

【０００２】

【従来の技術】図２６に示すように、飽和磁束密度
Ｂ₁、Ｂ₂の異なった二種類の強磁性材料Ａ₁、Ａ₂か
らなる板体Ａを永久磁石Ｍの磁界Ｈによって磁気飽和さ
せると、両磁性材Ａ₁、Ａ₂の境界面Ａ₃にマックスウ
ェル応力が作用し、板体Ａに大きな飽和磁束密度Ｂ₂の
方から小さな飽和磁束密度Ｂ₁の方へ向う力Ｆ＝１／２
▽（Ｂ・Ｈ）が生ずることは、広く知られた事象であ
る。

【０００３】一方、近年所謂キュリー温度近傍で飽和磁
束密度が急激に減少すると云う温度・磁気特性を備えた
感温磁気材の開発が進み、例えばフェライトや整磁合金
材（サーマロイ等）の如く、その成分調整によってキュ
リー温度を広範囲に亘って任意に設定できるようにした
感温磁性材が出現して来た。

【０００４】そのため、前記図２６の板体Ａを感温磁性
材により製作し、図２７に示す如く感温磁性材から成る
板体Ｃの片側の端部Ｃ₁を加熱してその飽和磁束密度Ｂ
₁を小さくすると共に、他側の端部Ｃ₂を冷却してその
飽和磁束密度Ｂ₂を高め、これに永久磁石Ｍの磁界を与
えることにより、板体Ｃの力Ｆを発生させると云う機構
が着想された。

【０００５】また、これを発展せしめて図２８に示す如
く、回転自在に軸支したディスク体Ｄの外周端面に複数
個の感温磁性材から成るマグネット片Ｅを突設し、その
一部を加熱用油槽３内へ侵漬させると共に、ディスク体
Ｄの外周縁部の両側に永久磁石若しくは電磁石Ｋを配置
することにより、マグネット片Ｅに作用するマックスウ
ェル応力をディスク体Ｄの回転駆動力として利用するよ
うにした熱磁気エンジン（若しくは熱磁気モータ）が開
発された（東北大学ＴｅｃｈｎｏｇｙＲｅｐｏｒｔ
ｓＶｏｌ４３Ｎｏ２１９７８等）。

【０００６】しかし、前記図２８の熱磁気エンジンは、
ディスク体Ｄの外周端面に突設したマグネット片Ｅをそ
の両側から磁石Ｋにより挾む構成としているため、磁石
Ｋの磁力によってディスク体Ｄに支軸方向の振れ（横振
れ）が生じてディスク体Ｄの回転が不安定になり易く、
特にエンジンを大型化した場合には、前記横振れによる
不安定がより顕著になって、実用に供し得ないと云う問
題がある。また、従前のこの種熱磁気エンジンは、一般
にエンジン容積に対する出力の割合（比出力）が極めて
低いため、経済性の点から実用化が図り難いと云う問題
がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従前のこの
種熱磁気エンジンに於ける上述の如き問題、即ち回転
ディスク体が、その軸方向（鉛直方向）に横振れを起し
易く、ディスク体の回転が不安定になること、及びエ
ンジン容量に対する出力の割合（比出力）が極めて低
く、経済性の点から実用化が図り難いこと等の問題を解
決せんとするものであり、感温磁性材の材質や磁石の材
質、ロータの構造、ロータと磁石の相互位置等に改良を
加えることにより、より安定したロータの回転性と高い
比出力の達成を可能とした熱磁気エンジンを提供せんと
するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本件発明は、感熱磁性材
製の円筒体１ａとその内方へ回転子１ｂと回転子１ｂに
固定した回転支軸１ｃとから形成され、軸支持体４によ
り回転自在に軸支された回転ドラム１と，前記回転ドラ
ム１の外方に該回転ドラム１の外周面と対向状に且つそ
の円周方向に磁極２ａ、２ｂを位置せしめて配設した磁
石２と，回転ドラム１を形成する円筒体１ａの一部分を
加熱する加熱領域５と，回転ドラム１を形成する円筒体
１ａの前記加熱領域５以外の部分冷却する冷却領域６と
を発明の基本構成とするものである。

【０００９】

【発明の実施の態様】図１は本発明に係る熱磁気エンジ
ンの作動原理の説明図であり、図２は本発明に係る熱磁
気エンジンの要部縦断面図であり、測定装置の配置関係
が図示されている。図１及び図２に於いて、１は回転ド
ラム、２は磁石、３はケース本体、４は軸支持体、５は
加熱領域、６は冷却領域である。前記図２６の説明に於
いても述べたように、飽和磁束密度Ｂ₁、Ｂ₂の異なる
二種類の磁性材Ａ₁、Ａ₂の境界面Ａ₃に作用するマッ
クスウェル応力Ｆは、次式により表わされる。Ｆ＝１／２▽（Ｂ・Ｈ）＝１／２（ｄＢ／ｄＸ・Ｈ＋ｄＨ／ｄＸ・Ｂ）＝１／２（ｄＢ／ｄＴ・ｄＴ／ｄＸ・Ｈ＋ｄＨ／ｄＸ・Ｂ）但し、上式に於いてＢは磁束密度（Ｔ）、Ｈは外部磁界
の強さ（Ａ／ｍ）、Ｘは回転体の周方向の距離（ｍ）、
Ｆは応力（Ｎ）であり、また、式中のｄＢ／ｄＴは回転
ドラム１を形成する感温磁性体の温度変化による磁気特
性の変化（磁束密度Ｂの変化）を、ｄＴ／ｄＸは感温磁
性体の温度分布を、ｄＨ／ｄＸは磁気回路の形状による
外部磁界Ｈの分布を夫々示すものである。

【００１０】尚、前記応力Ｆを回転ドラム１の全周に亘
って積分し、これにドラムの断面積を乗じたものが得ら
れる力を表わすことになり、前記ｄＢ／ｄＴ、ｄＴ／ｄ
Ｘ、ｄＨ／ｄＸ等の値の大きいほうが、より大きな力Ｆ
を得ることが出来る。

【００１１】本実施態様に於いては、回転ドラム１は、
図３に示す如く直径４００ｍｍ、横幅１００ｍｍ、厚さ
１ｍｍの感熱磁性体から成る円筒体１ａの内方へ、中央
部に軸挿通用リブ部を設けた耐熱合成樹脂製の回転子１
ｂを嵌合固定させ、これに回転支軸１ｃを挿通固定する
ことにより形成されている。

【００１２】尚、前記円筒体１ａを形成する感熱磁性体
としては、キュリー温度を常温近くに設定可能なこ
と、飽和磁束密度が大きく、温度に対する磁気特性変
化が急峻なこと、熱入力に対して応答が早いこと、及
び加工性がよく経年変化がないこと等の特性を具備す
るものが好都合である。また、熱磁気エンジンの熱源に
工業温排水を用いることを考えると、キュリー温度は５
０℃〜２５０℃、望しくは６０℃〜１００℃に設定する
のが望ましい。

【００１３】一方、前記キュリー温度を制御することが
できる感温磁性体としては、フェライトや整磁材料があ
り、図４は代表的なフェライトと整磁材料の磁界が２５
（Ｏe ）での飽和磁束密度対温度の関係を示すものであ
る。図４からも明らかなように、整磁鋼のほうが飽和磁
束密度の値が大きく、またキュリー温度付近で急激に変
化している。変化する磁束密度の差が大きいほど発生す
る力も大きいということから考えると、熱磁気エンジン
には整磁材料が適していると考えられる。また整磁材料
は金属であることから、やの条件に対しても十分有
効である。

【００１４】上述の如き観点から、本実施態様では回転
ドラム１用の感熱磁性材として整磁材料のサーマロイを
使用している。成分は鉄・ニッケルであって、他の材料
に比べて前記各条件の点で優れており、熱的・機械的シ
ョックにも強く、しかも耐食性もよいと云う特徴を有し
ている。また、Ｔc １０００は５０℃〜２５０℃の範囲
で設定ができ、本実施態様では７０℃と８０℃のものを
使用する。但し、ここでＴc １０００とは、磁界Ｈが２
５０e に於ける感温磁性材料の飽和磁束密度が１０００
Ｇになるときの温度のことであり、キュリー温度とは少
し異なる。尚、図５及び図６は、Ｔc １０００が７０℃
及び８０℃のサーマロイの飽和磁束密度対温度の特性を
示すものであり、また、当該サーマロイの物理特性はＴ
c１０００…５０〜２５０（℃）、密度…８．２（ｇ／
ｃｃ）、硬さ…１３０（ＨＶ）、弾性係数…８５００
（ｋｇ／ｍｍ）、熱膨張係数…０．００００１（１／
℃）、比熱…０．１２（Ｃａｌ／ｇ・℃）、熱伝導率１
３．６である。

【００１５】前記回転ドラム１は図３に示す如く、軸支
持体４を介して回転自在に支持されており、後述するよ
うに下方部の一定領域が熱媒５ｂ内へ侵漬されている。
尚、本実施態様では、軸支持体４を介して支軸１ｃを支
持する構成としているが、軸支持体４とケース本体３と
を兼用として、支軸１ｃをケース本体３へ軸支すること
も可能である。また、本実施態様では回転子１ｂを耐熱
性合成樹脂により形成しているが、固体断熱材と金属材
の組合わせから成る回転子１ｂとしてもよいことは勿論
である。

【００１６】前記磁石２は図１及び図７に示す如くコバ
ルト・サマリウム永久磁石から成る磁極２ａ、２ｂとヨ
ーク２ｃとから形成されており、磁極２ａ、２ｂの外形
寸法は２５ｍｍ×２０ｍｍ×１００ｍｍ（横幅）に、ま
たヨーク２ｃは２５ｍｍ×１２２ｍｍ×１００ｍｍ（横
幅）に、夫々選定されている。即ち、熱磁気エンジンの
磁極２ａ、２ｂとして永久磁石を使用する場合、磁気
特性が高いこと、温度変化による磁性への影響が小さ
いこと、機械的強度、耐食性がよいこと等の特性を具
備した永久磁石が好都合である。

【００１７】

【表１】一方、表１は実用磁石材料の主要磁気特性を示すもので
ある。

【００１８】上記表１からも明らかなように、アルニコ
磁石は最大で８〜１１（ＭＧＯe ）の最大エネルギー積
をもつ。フェライト磁石は、残留磁束密度がアルニコ磁
石のほぼ１／２の０．４（Ｔ）と低く、最大エネルギー
積も２〜４．５（ＭＧＯe ）であるが、保磁力は３〜５
倍と高い値である。高保磁力であることは、磁化が容易
に消えないことでもあり、アルニコ磁石は単に放置した
だけの状態では磁化が減衰する径年変化を示すが、フェ
ライトではこのような径年変化はほとんど起こらない。
また、希土類磁石にはコバルト・サマリゥム磁石とネオ
ジゥム・鉄・ボロン磁石とがあるが、コバルト・サマ
リゥム磁石は保磁力がフェライト磁石のほぼ２倍、残留
磁束密度はアルニコ系とほぼ同値で、ともに高く、最大
エネルギー積は３０（ＭＧＯe ）である。ネオジゥム・
鉄・ボロン磁石はさらに磁気特性が高く、現用磁石の
うちでもっとも強い磁石である。

【００１９】次に温度による磁性への影響を検討する。
アルニコ磁石は、磁束密度の温度係数は通常−０．０２
（％／℃）の程度で影響は少ない。フェライト磁石は、
磁束密度の温度係数は−０．１８〜−０．１９（％／
℃）で且つ保磁力の温度係数は０．３５〜０．４５（％
／℃）であり、温度による影響が著しい。希土類磁石の
コバルト・サマリゥム磁石は、温度係数は低くてアルニ
コ材のほぼ２倍程度である。ネオジゥム・鉄・ボロン磁
石は、温度の影響が比較的大きく、残留磁束密度の温度
係数はほぼフェライト磁石の半値を超える値で、また、
保磁力も温度の影響が大きいが、フェライトと異なり温
度係数は負値となる。また、機械的強度という点では、
どの磁石も硬くもろいので旋削、穴あけなどの機械加工
は難しく、希土類磁石は耐食性にも劣ている。

【００２０】上述の如き観点から、本実施態様に於いて
は、磁極２ａ・２ｂとして磁気特性が高く、温度変化に
よる磁性の変化も少ないコバルト・サマリゥム磁石を使
用する。尚、耐食性については、各種金属によるメッ
キ、塗装などの加工を行うことにより補う。また、本実
施態様で使用するコバルト・サマリゥム磁石の磁気特性
は、最大エネルギー積…２６．６９（ＭＧＯe ），残留
磁束密度…１．０６６９（ＫＧ）、Ｂ保持力…８．８４
９（ＫＯe ）、Ｊ保持力…１０．０５（ＫＯe ）、磁束
密度の温度係数…３（％／℃）、リコイル比透磁率…
１．０２、キュリー温度…８２０（℃）である。

【００２１】更に、前記磁石２を形成するヨーク２ｂに
は、透磁率の高い純鉄等が用いられるが、本実施態様で
は強度、耐食性を考えてＳＵＳ４３０を使用した。

【００２２】前記磁石２は、図１に示す如く回転ドラム
１の外周面と所定の間隔を置いて対向状に配設され、後
述する如く、磁石２の中心と回転ドラム１の中心とを結
ぶ線が水平線に対して所定の角度φを保持するように、
磁石支持体２ｄを介して支軸１ｃへ支持されている。
尚、本実施態様に於いては、磁石２を永久磁石製として
いるが、永久磁石に代えて電磁石を使用するようにして
もよいことは勿論である。また、本実施態様では、磁石
２を磁石支持体２ｄを介して支軸１ｃへ支持する構成と
しているが、ケース本体３へ支持固定することも可能で
ある。

【００２３】前記ケース本体３は直方体状のＢＯＸに形
成されており、その下方部には加熱域５を形成するため
の熱媒タンク５ａが配設されており、該タンク５ｂの内
部には熱媒５として湯又は熱媒油が貯留されている。
尚、本実施態様では加熱域５の熱媒５ｂを７０〜９０℃
の湯としているが、熱媒５ｂとしては油やその他の液体
であっても、或いは廃蒸気等と水との混合体であっても
よく、更に熱媒タンク５ａ内を熱媒５ｂが流動する形態
とすることも可能である。又、円筒体１ａの下方部は常
時加熱領域５を形成する熱媒タンク５ａ内へ浸漬されて
おり、図８に示す如く側面視に於いて、熱媒５ｂと円筒
体１ａ両側の各接触点と、円筒体１ａの中心とを結ぶ二
つの直線のなす角度θは７０〜８０℃の間に設定されて
いる。

【００２４】前記冷却領域６は、本体ケース３の内部上
方空間部に形成されており、シロッコファン６ａからの
送風により、回転ドラム１の外表面を強制冷却する構成
となっている。尚、本実施態様では冷却領域６を風冷構
造としているが、別途に設けた冷却装置（図示省略）か
らの冷風又は冷水により、冷却領域６を間接的又は直接
的に冷却する構成とすることも可能である。また、冷却
領域６を自然冷却とすることも可能である。

【００２５】次に、本発明に係る熱磁気エンジンの動特
性試験とその結果について説明する。動特性試験に際し
ては、前記図３に示す如く記録部７、温度測定部８、ト
ルク・回転速度測定部９、風量測定部１０等を接続し、
保温を施した熱媒タンク５ａ内へ水を入れてヒータ（図
示省略）で加熱することにより、加熱冷領域５の温度を
上げると共にシロッコファン６ａにより冷却領域６を強
制風冷する。次に、回転ドラム１の支軸１ｃとトルクメ
ータ９ａとをユニバーサルジョイント９ｂを介して連結
し、トルクメータ９ａにより回転ドラム１へ負荷トルク
をかけることによりトルク、回転速度を測定すると共
に、熱電対により冷却領域６の冷却温度、加熱領域５の
加熱温度、感温磁性材製円筒体１ａの温度変化等を測定
した。

【００２６】表２は、上記動特性試験の実施条件を示す
ものであり、また、表２の加熱領域５は図８の角度θ
で、磁石２の位置は図８の角度φで、ギャップＧａは図
８のＧａで夫々示される値である。

【００２７】

【表２】

【００２８】試験１〜試験６では、トルクメータ９ａに
より負荷トルクを少しづつ変えながらかけ、その時のト
ルク、回転速度、温度分布を測定した。試験７〜試験９
では、磁石２の位置φとギャップＧａを変化させなが
ら、且つ試験７ではトルクを一定にして回転速度、温度
分布の測定をし、試験８及び試験９では回転速度を一定
にしてトルク、温度分布の測定を行った。

【００２９】以下に各試験の結果を示す。尚、試験１〜
試験６は、トルク・出力曲線とその各試験において回転
速度が最も速いときＴ₁、最も遅いときＴ₂、最高出力
を得たときＴ_Mの温度分布を示す。また、試験７〜試験
９は、磁石の位置に対して出力、トルク、回転速度を示
す。［試験１］加熱温度を８９℃、加熱領域５を６９ｄｅｇ
で回転ドラム１を加熱し、冷却は上部よりシロッコファ
ンにより７ｍ／ｓの送風て行った。冷却温度は１６℃で
あった。また磁石位置φを７０ｄｅｇ、ギャップＧａは
５ｍｍで磁気回路を設置した。図９及び図１０はその結
果を示すものである。

【００３０】［試験２］試験２は、試験１の試験条件の
うち加熱温度のみ８３℃変えて行った。図１１及び図１
２は試験結果を示すものであり、試験１に比べ出力が低
いことがわかる。

【００３１】［試験３］試験１の条件において冷却方法
のみ変えて試験を行った。冷却は自然冷却で行い、冷却
温度は３０℃であった。図１３及び図１４の結果を見る
と、試験１に比べ出力は低く且つそのピークは回転速度
が遅いほうにシフトしているのがわかる。

【００３２】［試験４］感温磁性材料（円筒体１ａ）と
してＴc １０００が８０．５℃のものを使用し、試験１
での試験条件のうち冷却方法を側面からシロッコファン
２基により冷却するように設定して試験を行なった。図
１５及び図１６はその結果を示すものであり、試験１と
比較すると出力は低くなり、温度サイクルが低温側にシ
フトしていることがわかる。

【００３３】［試験５］試験４の条件から加熱温度のみ
８０℃に変化させて試験を行った。図１７及び図１８は
その結果を示すものであるが、試験５と比べ出力に大き
な違いのないことがわかる。

【００３４】［試験６］試験４の条件のうち、冷却方法
を自然冷却として実験を行った。図１９及び図２０はそ
の試験結果を示すものである。

【００３５】［試験７］加熱温度８９℃、加熱領域θ＝
６９ｄｅｇ、冷却は送風により冷却温度を１６．５℃と
して行った。負荷トルクを一定にして、磁石位置φとギ
ャップＧａを変化させて、回転速度を測定した。図２１
及び図２２はその結果を示すものである。

【００３６】［試験８］及び［試験９］感温磁性材料
（円筒体１ａ）のＴc １０００が７０．５℃と８０．５
℃のものについて、回転速度を一定にして磁石位置φ、
ギャップＧａを変化させ、それぞれのトルクの測定を行
った。試験条件はＴc １０００が７０．５℃のときは加
熱温度８５℃、Ｔc １０００が８０．５℃のときは加熱
温度８３℃で行った。冷却は送風で、冷却温度１６．５
℃で行った。図２３は試験８の、また図２４は試験９の
結果を夫々示すものであり、ともに磁石位置φが７５ｄ
ｅｇの位置でトルクが最高になっている。

【００３７】前記試験１乃至試験６の結果から、回転速
度が遅くなり、永久磁石２の動作域において感温磁性材
料（円筒体１ａ）に大きな温度差ができるほど、発生す
るトルクは大きくなったことがわかる。また、前記試験
１乃至試験６の結果から、いかに高回転時に、円筒体１
ａに温度差を与えるかが、高出力を得るための要因にな
っていることがわかる。

【００３８】試験７はトルクを一定にして磁石位置φを
変化させて、回転速度を測定したものであるが、トルク
が０．０１ｋｇｃｍと０．５ｋｇｃｍときには、磁石位
置φが９０ｄｅｇに近づくほど回転速度が速くなり、ト
ルクが０．１ｋｇｃｍと０．１５ｋｇｃｍでは磁石位置
φが７５ｄｅｇ付近で回転速度が速くなる。これは、回
転速度が速くなると、有効な温度差ができるポイントが
９０ｄｅｇ方向にづれていくと考えられる。

【００３９】試験８及び試験９は、感温磁性材料（円筒
体１ａ）のＴc １０００が７０．５℃と８０．５℃のそ
れぞれについて、回転速度を一定にし、磁石位置φとギ
ャップＧａを変化させてトルクを測定したものである。
回転速度が一定ということは、いつも感温磁性材料が同
じ温度分布をもつことを意味する。またギャップＧａを
変化させることは、感温磁性材料にかける磁界を変化さ
せることになる。Ｔc １０００が７０．５℃と８０．５
℃のどちらの場合でも、磁石位置φが７５ｄｅｇのと
き、及びギャップＧａが２ｍｍのときに、最大のトルク
が得られた。今回使用する磁気回路においては、φ＝７
５ｄｅｇの近傍に円筒体１ａに温度差を与えるのに有効
なポイントがあると考えられる。また感温磁性材料（円
筒体１ａ）にかける磁界は、強い程より高い出力が得ら
れることがわかる。

【００４０】即ち、各試験の結果から磁石位置φは６０
°〜９０°の間に設定するのがよく、より望ましい設定
は７５°である。また、円筒体１ａを形成する感温磁性
材のキュリー温度は、回収利用する排熱や廃蒸気の温度
からして５０℃〜２５０℃の間に設定するのがよく、よ
り望ましい設定は６０℃〜９５℃の間である。更に、円
筒体１ａの加熱領域θは７０°〜９０°位に設定するの
が望ましい。加えて、本実施態様に於ける熱磁気エンジ
ンの静止トルクは約０．７Ｎであり、最高出力は回転速
度が１２ｒｐｍのときに０．１７Ｗであった。

【００４１】尚、上述した実施態様では図２及び図３に
示す如く、ドラム幅を１００ｍｍ及び永久磁石を１個
（加熱・冷却サイクル数＝１）としているため、最高出
力は０．１７Ｗ程度であるが、ドラム幅の増加、加熱・
冷却サイクル数の増加や冷却方法の改良により、出力増
を達成し得ることが確認されている。

【００４２】図２５は永久磁石を４個とし（従って、加
熱・冷却サイクル数は４となる）た場合の熱磁気エンジ
ンの横断面の概要を示すものであり、円筒状の回転ドラ
ム１の外周面に４個の永久磁石２と４組の加熱・冷却領
域５，６が夫々９０度の間隔で配置されている。

【００４３】即ち、前記回転ドラム１を形成する感熱磁
性体製円筒体１ａは４区画に分割されて居り、各分割片
１ａ′の相互の間は熱絶縁材１ｂ′等により熱的に絶縁
された状態で夫々回転子１ｂへ固定されている。尚、回
転子１ｂは合成樹脂等の伝熱抵抗の高い物質により形成
されている。

【００４４】また、加熱域５及び冷却域６は、前記各永
久磁石２に対して夫々一組設けられて居り、合計４組の
加熱・冷却領５，６が、回転ドラム１の外周面にその円
周方向に沿って配置されている。尚、加熱域５及び冷却
域６の形成方法は如何なる方法であってもよいが、図２
５の実施態様にあっては温風及び冷風を円筒体の分割片
１ａ′の外周面に沿ってドラム軸方向に流すことによ
り、加熱域５及び冷却域６を形成している。

【００４５】

【発明の効果】本発明は前述の通り、感温磁気材料から
成る円筒体１ａと回転子１ｂとを組み合せて回転ドラム
１を形成すると共に、回転ドラム１の下方部外周面と対
向状に且つ円周方向に磁極２ａ、２ｂを位置せしめて磁
石２を配置し、回転ドラム１に作用するマクスウェル応
力を利用してドラム１を回転させる構成としている。そ
の結果、従前のディスク形の回転体を利用する熱磁気エ
ンジンの場合のように、磁石２の磁力によって回転ドラ
ム１に支軸方向の横振れを生じるようなことが一切発生
せず、回転ドラム１は極めて安定した回転を行なうこと
ができる。また、回転ドラム１の横幅長さや永久磁石数
（加熱・冷却数）を増すこと等により、熱磁気エンジン
の出力増を容易に図ることができ、工業用温排水等の低
質エネルギーの経済的な回収が可能となる。本発明は上
述の通り、優れた実用的効用を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る熱磁気エンジンの作動説明図であ
る。

【図２】熱磁気エンジンの要部縦断面図である。

【図３】回転ドラムの断面概要図である。

【図４】フェライト及び整磁鋼の飽和磁束密度・温度の
特性曲線である。

【図５】永久磁石（サーマロイ）の磁束密度・温度特性
を示すものである。

【図６】永久磁石（サーマロイ）の他の磁束密度・温度
特性を示すものである。

【図７】永久磁石の横断面図である。

【図８】磁石の取付位置φ及び円筒体と熱媒との位置関
係θを示す説明図である。

【図９】試験１の試験結果を示す線図である（トルク・
出力曲線）。

【図１０】試験１の試験結果を示す線図である（温度サ
イクル曲線）。

【図１１】試験２の試験結果を示す線図である（トルク
・出力曲線）。

【図１２】試験２の試験結果を示す線図である（温度サ
イクル曲線）。

【図１３】試験３の試験結果を示す線図である（トルク
・出力曲線）。

【図１４】試験３の試験結果を示す線図である（温度サ
イクル曲線）。

【図１５】試験４の試験結果を示す線図である（トルク
・出力曲線）。

【図１６】試験４の試験結果を示す線図である（温度サ
イクル曲線）。

【図１７】試験５の試験結果を示す線図である（トルク
・出力曲線）。

【図１８】試験５の試験結果を示す線図である（温度サ
イクル曲線）。

【図１９】試験６の試験結果を示す線図である（トルク
・出力曲線）。

【図２０】試験６の試験結果を示す線図である（温度サ
イクル曲線）。

【図２１】試験７の試験結果を示す線図である（磁石位
置・出力曲線）。

【図２２】試験７の試験結果を示す線図である（磁石位
置・回転速度曲線）。

【図２３】試験８の試験結果を示す線図である（磁石位
置・トルク曲線）。

【図２４】試験９の試験結果を示す線図である（磁石位
置・トルク曲線）。

【図２５】磁石数を４個とした加熱磁気エンジンの要部
を示す横断面概要図である。

【図２６】磁性材に作用するマックスウェル応力の説明
図である。

【図２７】感温磁性材に作用するマックスウェル応力の
説明図である。

【図２８】従前の熱磁気エンジンの縦断面概要図であ
る。

【符号の簡単な説明】

１…回転ドラム、１ａ…感熱磁性体製円筒体、１ｂ…回
転子、１ｃ…回転支軸、２…磁石、２ａ・２ｂ…磁極、
２ｃ…ヨーク、２ｄ…磁石支持体、３…ケース本体、４
…軸支持体、５…加熱冷域、５ａ…熱媒タンク、５ｂ…
熱媒、６…冷却領域、６ａ…シロッコファン、７…記録
部、８…温度測定部、９…トルク・回転速度測定部、９
ａ…トルクメータ、９ｂ…ユニバーサルジョイント、１
０…風量測定部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】感熱磁性材製の円筒体（１ａ）とその内
方へ嵌合した回転子（１ｂ）と回転子（１ｂ）に固定し
た回転支軸（１ｃ）とから形成され、軸支持体（４）に
より回転自在に軸支された回転ドラム（１）と，前記回
転ドラム（１）の外方に該回転ドラム（１）の外周面と
対向状に且つその円周方向に磁極（２ａ）、（２ｂ）を
位置せしめて配設した磁石（２）と，回転ドラム（１）
を形成する円筒体（１ａ）の一部分を加熱する加熱領域
（５）と，回転ドラム（１）を形成する円筒体（１ａ）
の前記加熱領域（５）以外の部分を冷却する冷却領域
（６）とから構成したことを特徴とする熱磁気エンジ
ン。
【請求項２】回転ドラム（１）の外周面と対向状に且
つその円周方向にほぼ等間隔でもって複数個の磁石
（２）を配設すると共に、回転ドラム（１）を形成する
円筒対（１ａ）の各磁石（２）が対向する各区画内に、
加熱領域（５）と冷却領域（６）を夫々設ける構成とし
た請求項１に記載の熱磁気エンジン。
【請求項３】円筒体（１ａ）を形成する感熱磁性材を
フェライト又はサーマロイとすると共に、当該フェライ
ト又はサーマロイのキュリー温度を５０℃〜９５℃に設
定するようにした請求項１又は請求項２に記載の熱磁気
エンジン。
【請求項４】磁石（２）をコバルト・サマリウム磁石
とするようにした請求項１又は請求項２に記載の熱磁気
エンジン。
【請求項５】加熱領域（５）の加熱源を温排水若しく
は廃蒸気とした請求項１又は請求項２に記載の熱磁気エ
ンジン。
【請求項６】磁石（２）の取付位置を、側面視に於い
て磁石（２）の中央と円筒体（１ａ）の中心を結ぶ線
と、水平線とが成す角度φが６０〜９０°となるように
設定した請求項１に記載の熱磁気エンジン。