TW201722198A - 綠能加熱器 - Google Patents

Abstract

本發明係揭露一種綠能加熱器，其包括一基座、一垂直式風驅機構、一增速齒輪組、及一感應加熱裝置。該基座設置於一支撐平面上。該垂直式風驅機構設於基座上方並受外界自然風力驅動。該增速齒輪組與垂直式風驅機構串接。該感應加熱裝置與增速齒輪組串接，包含一定子鐵心、一容置於定子鐵心內之轉子、複數設於轉子外表面之永久磁石、及一穿伸定子鐵心繞圍之金屬水管。藉由上述構件之組成，垂直式風驅機構透過再生能源(風力)的驅動，連動轉子與永久磁石，而相對於定子鐵心上產生移動磁場，以生成渦電流損失及磁滯損失，形成加熱源，並由定子鐵心傳熱至金屬水管而對金屬水管內之液體進行加熱。

Description

綠能加熱器

本發明係有關於加熱設備相關之技術領域，特別是一種以再生能源為動力之綠能加熱器。

按全球冬天氣溫較低的地區中，暖氣的應用已經十分普及，更是生活中必備的一種裝置，如第4圖所示，係熱水式暖氣裝置方塊示意圖，其主要包括一鍋爐加熱裝置91、至少一室內側出風口92、及一供水管線93。透過鍋爐加熱裝置91加熱之熱水或蒸汽，經由供水管線93傳遞至室內側出風口92，與室內側空氣進行熱交換，再回到鍋爐加熱裝置91。如此循環而提升室內側空氣之溫度。

習知鍋爐加熱裝置91，需依賴能源轉換產生熱源，例如電能或透過石化燃料(例如天然氣、石油、煤等)進行加熱。然而，此一加熱方式容易造成能源轉換的浪費外，也會有能源成本與環境污染的負擔，不符合節能減碳的普世趨勢。

請參閱第5圖所示，習知電磁中所指之渦流現象，係在一根金屬導體941外周繞線圈942，並讓線圈942通入交變電流，那麼線圈942就會在金屬導體941中產生交變磁場。由於線圈942中間的金屬導體941在圓周方向是可以等效成一 圈圈的閉合電路。閉合電路中的交變磁通量隨著交變電流的變化不斷發生改變，所以在金屬導體941的圓周方向，會產生感應電動勢和感應電流，電流的方向沿金屬導體941的圓周方向迴流，就像一圈圈的漩渦形狀，所以這種在整塊金屬導體941內部發生電磁感應而產生感應電流的現象，我們常稱為渦流現象。

此在現象的變因數之一，在於該交變磁場的頻率 越高，產生的渦流就越大，渦流在金屬導體941中會造成渦流損失而產生熱量。所消耗的能量來自於使金屬導體941運動的機械功，或者建立時變磁場的交流電源。

金屬導體941在磁場中運動；或金屬導體941靜 止，但處於隨時間變化的磁場中；或者以上兩種情況同時出現，都可以造成磁力線與金屬導體941間的相對切割；而產生感應電動勢和感應電流。如圖第6圖所示，乃利用移動磁石所產生之移動磁場，在金屬導體中產生之渦電流現象。

在第6圖中，上方為N極與S極交錯配置平板形 永久磁石943，而在平板形永久磁石943正下方置放一平板形之金屬板944，當平板形永久磁石943向右方移動時，對靜止不動之平板形金屬板944而言，即構成一向右方移動之移動磁場，此時即會在靜止不動之平板形金屬板944中產生如圖示迴流方向之渦電流945現象，此渦電流945所產生之磁場方向，係反對移動磁場穿過平板形金屬板944中之磁通變化。

例如平板形永久磁石943右方第一塊磁石下方為 N極，其產生往下方穿過平板形金屬板944之磁場的方向，而當平板形永久磁石943向右方移動時，在N極與S極交接處之正下方位置的平板形金屬板944中，即會產生如圖示順時鐘方向之渦電流，以反對移動磁場穿過平板形金屬板944中之磁通變化。

如前所述，靜止的金屬導體在交變磁場(或移動磁 場)中除產生渦電流外，本身的材料分子的磁性亦會隨著磁場交變，如圖第7圖所示為一金屬板946中因交變磁場(或移動磁場)產生之磁性交變現象，圖中由左至右，分別代表在交變磁場的上半週時，金屬板946中材料分子的磁性由原來的上N下S磁性，逐漸反時鐘方向旋轉成上S下N磁性，然後在交變磁場的下半週時，金屬板946中材料分子的磁性再由上S下N磁性，逐漸依反時鐘方向又旋轉成原來的上N下S磁性。

上述完成整個週期的材料磁性變化過程如圖第8 圖所示，因材料中磁通密度B的變化滯後磁場強度H的變化，所形成之曲線又稱為鐵磁材料之磁滯曲線；此磁滯曲線間的面積大小即代表單位體積中材料(例如金屬板946)之磁滯損失的大小；而金屬板946材料中之磁滯損失亦是以發熱的形式來消耗外加交變磁場(或移動磁場)中的能量。

有鑑於上述習知技藝之問題與缺失，本發明之主 要目的，乃在於提供一種綠能加熱裝置，利用再生能源作為動力來源，透過磁滯損失與渦電流損失等效應所共同產生的熱能，達成加熱熱水之目的，藉此取代習知鍋爐加熱裝置，克服習知使用燃料加熱之缺失。

根據本發明上述目的，提出一種綠能加熱器，其 包括一基座、一垂直式風驅機構、一增速齒輪組、及一感應加熱裝置。該基座設置於一支撐平面上。該垂直式風驅機構設於基座上方並受外界自然風力驅動。該增速齒輪組與垂直式風驅機構串接。該感應加熱裝置與增速齒輪組串接，包含一定子鐵心、一容置於定子鐵心內之轉子、複數設於轉子外表面之永久磁石、及一穿伸定子鐵心繞圍之金屬水管。藉由上述構件之組成，垂直式風驅機構透過再生能源(風力)的驅動，連動轉子與永久磁石，而相對於定子鐵心上產生移動磁場，以生成渦電流損失及磁滯損失，共同形成加熱熱源，並由定子鐵心傳熱至金屬水管而對金屬水管內之液體進行加熱。

1‧‧‧垂直式風驅機構

12‧‧‧垂直軸

14‧‧‧葉片

2‧‧‧增速齒輪組

22‧‧‧輸入端

24‧‧‧輸出端

3‧‧‧感應加熱裝置

32‧‧‧定子鐵心

322‧‧‧轉子容置孔

324‧‧‧穿孔

34‧‧‧轉子

341、342‧‧‧徑縮段

343‧‧‧徑擴段

344‧‧‧永久磁石

36‧‧‧金屬水管

362‧‧‧進水端

364‧‧‧出水端

4‧‧‧基座

91‧‧‧鍋爐加熱裝置

92‧‧‧室內側出風口

93‧‧‧供水管線

941‧‧‧金屬導體

942‧‧‧線圈

943‧‧‧永久磁石

944‧‧‧金屬板

945‧‧‧渦電流

946‧‧‧金屬板

第1圖 係本發明綠能加熱器實施例示意圖。

第2圖 係第1圖所示實施例局部構件分解示意圖。

第3圖 係本發明綠能加熱器局部構件第二實施例示意圖。

第4圖 係習知熱水式暖氣裝置方塊示意圖。

第5圖 係渦流現象實施例示意圖(一)。

第6圖 係渦流現象實施例示意圖(二)

第7圖 係磁滯損失實施例示意圖(一)

第8圖 係磁滯損失週期示意圖。

以下請參照相關圖式進一步說明本發明綠能加熱器實施例，為便於理解本發明實施方式，以下相同元件係採相同符號標示說明。

請參閱第1至2圖所示，綠能加熱器包括一垂直式風驅機構1、一增速齒輪組2、一感應加熱裝置3、及一基座4。藉由增速齒輪組2分別連接垂直式風驅機構1與感應加熱裝置3，以傳遞並加速垂直式風驅機構1輸出之動力，而驅動感應加熱裝置3產生熱源。

上述垂直式風驅機構1，包含一垂直軸12及複數設於垂直軸12上之葉片14。

上述增速齒輪組2，具有一輸入端22與一輸出端24。該輸入端22係與垂直軸12連接。實施時，增速齒輪組2可選擇性的以複數不同齒比之齒輪相互嚙合所構成，亦可藉由不同輪徑之皮帶輪或齒盤透過帶體(皮帶或鍊條)連接，以調變輸入端輸入22之動力至輸出端24。

上述感應加熱裝置3，包含一定子鐵心32、一轉子34、複數永久磁石344及一金屬水管36。

所述定子鐵心32，係立設於基座上4，具有一轉 子容置孔322及複數穿孔324。該轉子容置孔322與各穿孔324係分別頂、底貫穿定子鐵心32所形成；其中，各穿孔324更繞圍轉子容置孔322外周緣配置。

所述轉子34，具有兩徑縮段341、342、一徑擴段 343。各徑縮段341、342分別形成於轉子344相反之頂、底兩端，並分別與增速齒輪組2(輸出端24)連接及與基座4樞接(圖中未示)。該徑擴段343分別連接各徑縮段341、342形成於轉子34。

各永久磁石344，係沿徑擴段343外表面設置，且 彼鄰之永久磁石344其磁性相異。實施時，永久磁石344總磁極數與各穿孔324總數之最大公約數為1，以降低頓轉轉矩。

所述金屬水管36，依序穿伸各穿孔324，具有一 進水端362與一出水端364。實施時，金屬水管36自出水端364延伸至室內側出風口92後，再回來與進水端362連接(圖中未示)。亦可將進、出水端362、364分別與一儲熱水桶連接，以循環加熱儲熱水桶之儲水，作為熱水提供(圖中未示)。

所述基座4，係設於一支撐平面(例如地面)，以供 定子鐵心32疊設，並樞接轉子34底端之徑縮段342。

是以，上述即為本發明所提供一較佳實施例綠能 加熱器，各部構件及組裝方式之介紹，茲再將本發明之實施例作動特點介紹如下。

垂直式風驅機構1之葉片14受風力驅動時，同步 令垂直軸12自轉，並將此一驅動力量傳遞至增速齒輪組2之輸入端22，經增速齒輪組2增速後，再將此一驅動力量由輸出端24輸出，驅動感應加熱裝置3之轉子34及永久磁石344自轉，當轉子34及永久磁石344被帶動旋轉時，會在定子鐵心32上形成移動磁場，透過移動磁場而產生渦電流損失及磁滯損失共同形成加熱熱源，並傳熱至金屬水管而對金屬水管內之液體進行加熱；如此，便可藉由金屬水管36的延伸傳遞加熱後的液體，作為室內側熱源使用。

請參閱第3圖所示，係本發明定子鐵心第二實施 例，其主要係將各穿孔324朝轉子容置孔322，開設有一剖槽326，使各穿孔324與轉子容置孔322連通，藉此導引永久磁石344之磁力線沿剖槽326及穿孔324周緣行進，以增大感應加熱作用區之範圍。

以上所述說明，僅為本發明的較佳實施方式而 已，意在明確本發明的特徵，並非用以限定本發明實施例的範圍，本技術領域內的一般技術人員根據本發明所作的均等變化，以及本領域內技術人員熟知的改變，仍應屬本發明涵蓋的範圍。

1‧‧‧垂直式風驅機構

12‧‧‧垂直軸

14‧‧‧葉片

2‧‧‧增速齒輪組

22‧‧‧輸入端

24‧‧‧輸出端

3‧‧‧感應加熱裝置

32‧‧‧定子鐵心

34‧‧‧轉子

36‧‧‧金屬水管

4‧‧‧基座

Claims (7)

1. 一種綠能加熱器，其包括：一基座，係設於一支撐平面上；一垂直式風驅機構，係立設於該基座上方；一增速齒輪組，與該垂直式風驅機構連接，並接收該垂直式風驅機構輸入之一驅動動力，將其增速輸出；一感應加熱裝置，包含一定子鐵心、一轉子、複數永久磁石及一金屬水管；該定子鐵心，係立設於該基座上，具有一轉子容置孔及複數穿孔；該轉子容置孔與各該穿孔係分別頂、底貫穿該定子鐵心所形成，且各該穿孔更沿該轉子容置孔外周緣配置；該轉子，係容置於與該轉子容置孔，底端與該基座樞接，而頂端與該增速齒輪組連接，並受其驅動自轉；各該永久磁石，係沿該轉子外表面設置，且彼鄰之各該永久磁石其磁性相異；以及該金屬水管，依序穿伸各該穿孔，具有一進水端與一出水端。
2. 如申請專利範圍第1項所述之綠能加熱器，其中該增速齒輪組為複數不同齒比之齒輪相互嚙合所構成。
3. 如申請專利範圍第1項所述之綠能加熱器，其中該增速齒輪 組為複數不同輪徑之皮帶輪與相互匹配連接之皮帶所構成。
4. 如申請專利範圍第1項所述之綠能加熱器，其中該增速齒輪組為複數不同輪徑之齒盤與相互匹配連接之鍊條所構成。
5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之綠能加熱器，其中該永久磁石總磁極數與各該穿孔總數之最大公約數為1，以降低頓轉轉矩。
6. 如申請專利範圍第5項所述之綠能加熱器，其中該金屬水管自該出水端延伸至一室內側出風口後，再與該進水端連接。
7. 如申請專利範圍第5項所述之綠能加熱器，其中該進水端與該出水端分別與一儲熱水桶連接，以循環加熱該儲熱水桶之儲水。