WO2016072094A1 - 渦電流式発熱装置 - Google Patents
渦電流式発熱装置 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2016072094A1 WO2016072094A1 PCT/JP2015/005559 JP2015005559W WO2016072094A1 WO 2016072094 A1 WO2016072094 A1 WO 2016072094A1 JP 2015005559 W JP2015005559 W JP 2015005559W WO 2016072094 A1 WO2016072094 A1 WO 2016072094A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- heating device
- eddy current
- heat generating
- current heating
- heat
- Prior art date
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 68
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 90
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims abstract description 32
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 22
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 40
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 23
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 15
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 claims description 14
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 claims description 14
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims description 11
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 8
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 5
- BGPVFRJUHWVFKM-UHFFFAOYSA-N N1=C2C=CC=CC2=[N+]([O-])C1(CC1)CCC21N=C1C=CC=CC1=[N+]2[O-] Chemical compound N1=C2C=CC=CC2=[N+]([O-])C1(CC1)CCC21N=C1C=CC=CC1=[N+]2[O-] BGPVFRJUHWVFKM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 61
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 26
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 21
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 20
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 11
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 11
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 10
- 230000009471 action Effects 0.000 description 7
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 5
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 3
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 description 3
- 229910000963 austenitic stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 2
- FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N potassium nitrate Chemical compound [K+].[O-][N+]([O-])=O FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N sodium nitrate Chemical compound [Na+].[O-][N+]([O-])=O VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 1
- 206010037660 Pyrexia Diseases 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000003064 anti-oxidating effect Effects 0.000 description 1
- JUPQTSLXMOCDHR-UHFFFAOYSA-N benzene-1,4-diol;bis(4-fluorophenyl)methanone Chemical compound OC1=CC=C(O)C=C1.C1=CC(F)=CC=C1C(=O)C1=CC=C(F)C=C1 JUPQTSLXMOCDHR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 229920006015 heat resistant resin Polymers 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- OFNHPGDEEMZPFG-UHFFFAOYSA-N phosphanylidynenickel Chemical compound [P].[Ni] OFNHPGDEEMZPFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 1
- 239000004323 potassium nitrate Substances 0.000 description 1
- 235000010333 potassium nitrate Nutrition 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 239000004317 sodium nitrate Substances 0.000 description 1
- 235000010344 sodium nitrate Nutrition 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K49/00—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes
- H02K49/02—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the asynchronous induction type
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
- H05B6/02—Induction heating
- H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
- H05B6/105—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications using a susceptor
- H05B6/109—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications using a susceptor using magnets rotating with respect to a susceptor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
- F03D9/10—Combinations of wind motors with apparatus storing energy
- F03D9/18—Combinations of wind motors with apparatus storing energy storing heat
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
- F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
- F03D9/22—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus producing heat
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K49/00—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes
- H02K49/02—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the asynchronous induction type
- H02K49/04—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the asynchronous induction type of the eddy-current hysteresis type
- H02K49/046—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the asynchronous induction type of the eddy-current hysteresis type with an axial airgap
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
- H05B6/02—Induction heating
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
- H05B6/02—Induction heating
- H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
- H05B6/105—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications using a susceptor
- H05B6/108—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications using a susceptor for heating a fluid
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D7/00—Controlling wind motors
- F03D7/02—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D7/0244—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for braking
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
- Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin
Definitions
- the heat recovery mechanism includes a passage formed inside the heat generating member, piping connected to an inlet and an outlet of the passage, a heat storage device connected to each piping, It can be set as the structure containing the heat medium which circulates a channel
- a heat storage apparatus You may use the well-known heat storage apparatus which can accumulate
- a heat medium You may use a well-known heat medium.
- An example of the heat medium is a nitrate-based molten salt (eg, a mixed salt of 60% sodium nitrate and 40% potassium nitrate).
- heat medium oil, water (steam), air, supercritical CO 2, or the like may be applied as the heat medium.
- the heat generating member may be made of at least a conductive ferromagnetic material and a conductive nonmagnetic material, and the conductive nonmagnetic material may be close to the permanent magnet.
- the conductive ferromagnetic material include a conductive ferromagnetic metal material described later.
- the conductive nonmagnetic material include a conductive nonmagnetic metal material described later.
- the heat generating device 1 includes a heat recovery mechanism for recovering and utilizing the heat generated in the heat generating member 4.
- a passage 10 is formed inside the heat generating member 4 as a heat recovery mechanism.
- An inlet pipe and an outlet pipe (not shown) are connected to the inlet 11 and the outlet 12 of the passage 10, respectively.
- the inlet side piping and the outlet side piping are connected to a heat storage device (not shown).
- the passage 10, the inlet side pipe, the outlet side pipe, and the heat storage device of the heat generating member 4 form a series of paths, and the heat medium circulates and circulates through these paths (see solid arrows in FIG. 1).
- the heat generating device 1 of the second embodiment also has the same effect as the first embodiment.
- the third arrangement mode is the same as that of the third embodiment.
- the magnets have a ring shape and are arranged concentrically in the radial direction. Arrangement of magnetic poles (N pole, S pole) of these magnets is in the radial direction, and is alternately different between adjacent magnets in the radial direction.
- the material of the disc member that directly holds the magnet is a non-magnetic material.
- a pole piece made of a ferromagnetic material is provided between magnets adjacent in the radial direction. Furthermore, pole pieces are also provided at the ends of the magnets arranged at both ends of the radial arrangement.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Dynamo-Electric Clutches, Dynamo-Electric Brakes (AREA)
- General Induction Heating (AREA)
Abstract
開示される発熱装置(1)は、回転軸(3)と、発熱部材(4)と、複数の永久磁石(5)と、磁石保持部材(6)と、熱回収機構と、を備える。回転軸(3)は、非回転部である本体(2)に回転可能に支持される。発熱部材(4)は本体(2)に固定される。磁石(5)は、発熱部材(4)に隙間を空けて対向し、互いに隣接するもの同士で磁極の配置が交互に異なる。磁石保持部材(6)は、磁石(5)を保持し、回転軸(3)に固定される。熱回収機構は、発熱部材(4)に生じた熱を回収する。発熱部材(4)と磁石(5)との隙間に、非磁性の隔壁(15)が設けられる。
Description
本発明は、回転軸の運動エネルギを熱エネルギに変換して回収するための発熱装置に関し、特に、永久磁石(以下、単に「磁石」ともいう)を用い、磁石からの磁界の作用によって生じる渦電流を利用した渦電流式発熱装置に関する。
近年、化石燃料の燃焼に伴う二酸化炭素の発生が問題視されている。このため、太陽熱エネルギ、風力エネルギ、水力エネルギ等のような自然エネルギの活用が推進されている。自然エネルギの中でも、風力エネルギ、水力エネルギ等は流体の運動エネルギである。従来、流体運動エネルギを活用して発電が行われている。
例えば、一般的な風力発電設備では、羽根車が風力を受けて回転する。羽根車の回転軸は発電機の入力軸に連結されており、羽根車の回転に伴って発電機の入力軸が回転する。これにより、発電機で電気が発生する。すなわち、一般的な風力発電設備では、風力エネルギが羽根車の回転軸の運動エネルギに変換され、この回転軸の運動エネルギが電気エネルギに変換される。
特開2011-89492号公報(特許文献1)には、エネルギの利用効率の向上を図った風力発電設備が提案されている。特許文献1の発電設備は、風力エネルギから電気エネルギへの変換過程で熱エネルギを発生させるために、発熱装置(特許文献1のリターダ装置30)を備える。
特許文献1の発電設備では、風力エネルギが羽根車の回転軸の運動エネルギに変換され、この回転軸の運動エネルギが油圧ポンプの油圧エネルギに変換される。油圧エネルギによって油圧モータが回転する。油圧モータの主軸は発熱装置の回転軸に連結され、この発熱装置の回転軸は発電機の入力軸に連結されている。油圧モータの回転に伴って発熱装置の回転軸が回転するとともに、発電機の入力軸が回転し、発電機で電気が発生する。
発熱装置は、永久磁石からの磁界の作用によって生じる渦電流を利用し、発熱装置の回転軸の回転速度を減速させる。これにより、油圧モータの主軸の回転速度が減速し、これに伴い油圧ポンプを介して羽根車の回転速度が調整される。
また、発熱装置においては、渦電流の発生により、回転軸の回転速度を減速させる制動力が発生すると同時に、熱が発生する。すなわち、風力エネルギの一部が熱エネルギに変換される。特許文献1では、その熱(熱エネルギ)が蓄熱装置に回収され、回収された熱エネルギによって原動機が駆動し、この原動機の駆動によって発電機が駆動し、その結果として発電機で電気が発生する、としている。
特許文献1の風力発電設備は、回転軸である羽根車と発熱装置との間に油圧ポンプ及び油圧モータを備える。このため、設備の構造が複雑になる。また、多段階のエネルギ変換が必要であるから、エネルギの変換ロスが著しい。これに伴って、発熱装置で得られる熱エネルギも小さくなる。
また、特許文献1の発熱装置の場合、複数の磁石が円筒状のロータの内周面に対向し、円周方向にわたり配列されている。これらの磁石の磁極(N極、S極)の配置は、円周方向であって、円周方向に隣接する磁石同士で一律である。このため、磁石からの磁界が広がらず、ロータに到達する磁束密度が少ない。そうすると、実質的に、磁石からの磁界の作用によってロータに生じる渦電流が小さくなり、十分な発熱が得られない。
本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、回転軸の運動エネルギを熱エネルギに有効に変換して回収することが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、
非回転部に回転可能に支持された回転軸と、
前記非回転部に固定された発熱部材と、
前記発熱部材に隙間を空けて対向し、互いに隣接するもの同士で磁極の配置が交互に異なる複数の永久磁石と、
前記永久磁石を保持し、前記回転軸に固定された磁石保持部材と、
前記発熱部材に生じた熱を回収する熱回収機構と、を備え、
前記発熱部材と前記永久磁石との前記隙間に非磁性の隔壁が設けられている。
非回転部に回転可能に支持された回転軸と、
前記非回転部に固定された発熱部材と、
前記発熱部材に隙間を空けて対向し、互いに隣接するもの同士で磁極の配置が交互に異なる複数の永久磁石と、
前記永久磁石を保持し、前記回転軸に固定された磁石保持部材と、
前記発熱部材に生じた熱を回収する熱回収機構と、を備え、
前記発熱部材と前記永久磁石との前記隙間に非磁性の隔壁が設けられている。
本発明の渦電流式発熱装置によれば、発熱部材に対向する磁石の磁極の配置が、互いに隣接する磁石同士で交互に異なる。このため、磁石からの磁界が広がり、発熱部材に到達する磁束密度が多くなる。これにより、磁石からの磁界の作用によって発熱部材に生じる渦電流が大きくなり、十分な発熱が得られる。したがって、本発明によれば、回転軸の運動エネルギを熱エネルギに有効に変換して回収することができる。さらに、本発明の渦電流式発熱装置では、発熱部材と永久磁石との隙間に非磁性の隔壁を設けることによって、磁石の温度上昇を抑制できる。その結果、装置の劣化を抑制できる。
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。
本発明の一実施形態による渦電流式発熱装置は、回転軸と、発熱部材と、複数の永久磁石と、磁石保持部材と、熱回収機構と、を備える。回転軸は、非回転部に回転可能に支持される。発熱部材は、前記非回転部に固定される。複数の永久磁石は、前記発熱部材に隙間を空けて対向し、互いに隣接するもの同士で磁極の配置が交互に異なる。磁石保持部材は、前記永久磁石を保持し、前記回転軸に固定される。熱回収機構は、前記発熱部材に生じた熱を回収する。
発熱部材の少なくとも一部は電磁誘導が生じる材料(具体的には導電性材料)で形成される。発熱部材のうち少なくとも磁石側の部分は、電磁誘導が生じる材料で形成されることが好ましい。発熱部材の具体的な材料の例については後述する。
本実施形態の渦電流式発熱装置によれば、発熱部材に対向する磁石の磁極の配置が、互いに隣接する磁石同士で交互に異なるため、磁石からの磁界が広がり、発熱部材に到達する磁束密度が多くなる。これにより、磁石からの磁界の作用によって発熱部材に生じる渦電流が大きくなり、十分な発熱が得られる。したがって、回転軸の運動エネルギを熱エネルギに有効に変換して回収することができる。
上記の発熱装置において、前記発熱部材と前記永久磁石との前記隙間に非磁性の隔壁が設けられることが好ましい。この場合、前記発熱部材と前記隔壁との間に断熱材が充填されるか、又は前記発熱部材と前記隔壁との間が真空状態にされることが好ましい。
隔壁が磁石と共に回転しない場合、隔壁は、導電性が高くない材料(非導電性材料を含む)で形成されることが好ましい。導電性が高くない材料の例には、導電率が、5×106S/m以下(たとえば、1S/m以下、10-6S/m以下、または10-10S/m以下)である材料が含まれる。隔壁の材料の例には、オーステナイト系ステンレス鋼、PEEK樹脂等の高耐熱性樹脂、及びセラミックスが含まれる。隔壁の発熱部材側の面は平滑度が高い鏡面としてもよい。そうすることによって、発熱部材から磁石に熱が移動することを抑制できる。
上記の発熱装置は、発熱部材の周囲に配置されたカバーを備えてもよい。そのようなカバーを用いることによって、発熱部材で発生した熱が放熱されることを抑制できる。放熱を抑制する観点から、カバーは、断熱性が高い材料で形成されることが好ましい。また、放熱を抑制する観点から、発熱部材とカバーとの間に断熱材が充填されるか、又は発熱部材とカバーとの間が真空状態にされてもよい。発熱部材が円筒状である場合、円筒状の発熱部材の外周面を覆うようにカバーが配置されてもよい。また、発熱部材が円板状である場合、発熱部材の面のうち磁石と反対側の面を覆うようにカバーが配置されてもよい。また、発熱部材を挟むようにカバーと隔壁とを配置してもよい。本発明の装置の一例では、カバーは、他の部材(たとえば隔壁その他の部材)とともに、発熱部材の周囲のすべてを覆うものであってもよい。
上記の発熱装置において、前記熱回収機構は、前記発熱部材の内部に形成された通路と、前記通路の入口及び出口にそれぞれ接続された配管と、前記各配管に接続された蓄熱装置と、前記通路、前記配管、及び前記蓄熱装置を循環する熱媒体と、を含む構成とすることができる。蓄熱装置に特に限定はなく、熱媒体で運ばれた熱エネルギを蓄積可能な公知の蓄熱装置を用いてもよい。熱媒体に特に限定はなく、公知の熱媒体を用いてもよい。熱媒体の例には、硝酸塩系の溶融塩(例:硝酸ナトリウム60%と硝酸カリウム40%との混合塩)である。熱媒体にはその他に、熱媒油、水(蒸気)、空気、超臨界CO2等を適用してもよい。
上記発熱装置は、流体運動エネルギによって回転させられた前記回転軸の運動エネルギを熱エネルギに変換して回収する装置であってもよい。流体運動エネルギの例には、風力や水力などの自然エネルギが含まれる。自然エネルギによってもたらされる運動エネルギは一定しないが、上記発熱装置では、一定しない運動エネルギでも大きく効率を落とすことなく熱エネルギに変換することが可能である。
上記の発熱装置において、前記永久磁石を冷却する冷却機構が設けられることが好ましい。
上記の発熱装置において、前記発熱部材が円筒状であり、前記永久磁石は、前記発熱部材の内周面に対向して円周方向にわたり配列され、磁極の配置が径方向であって、円周方向に隣接するもの同士で磁極の配置が交互に異なる構成とすることができる。この場合、前記磁石保持部材は、外周面に前記永久磁石を保持する円筒部材を含み、前記円筒部材は強磁性体であることが好ましい。磁石保持部材に用いられる強磁性体の材料の例には、強磁性金属材料(例:炭素鋼、鋳鉄等)が含まれる。
上記の発熱装置において、前記発熱部材が円筒状であり、前記永久磁石は、前記発熱部材の内周面に対向して円周方向にわたり配列され、磁極の配置が円周方向であって、円周方向に隣接するもの同士で磁極の配置が交互に異なる構成とすることができる。この場合、前記磁石保持部材は、外周面に前記永久磁石を保持する円筒部材を含み、前記円筒部材は非磁性体であり、円周方向で隣接する前記永久磁石の間にポールピースが設けられることが好ましい。磁石保持部材に用いられる非磁性体の材料の例には、非磁性金属材料(例:アルミニウム合金、オーステナイト系ステンレス鋼、銅合金等)が含まれる。
上記の発熱装置において、前記発熱部材が円筒状であり、前記永久磁石は、前記発熱部材の内周面に対向して軸方向にわたり配列され、磁極の配置が軸方向であって、軸方向に隣接するもの同士で磁極の配置が交互に異なる構成とすることができる。この場合、前記磁石保持部材は、外周面に前記永久磁石を保持する円筒部材を含み、前記円筒部材は非磁性体であり、軸方向で隣接する前記永久磁石の間及び軸方向にわたる前記永久磁石の配列の両端にポールピースが設けられることが好ましい。
上記の発熱装置において、前記発熱部材が円板状であり、前記永久磁石は、前記発熱部材の主面に対向して円周方向にわたり配列され、磁極の配置が軸方向であって、円周方向に隣接するもの同士で磁極の配置が交互に異なる構成とすることができる。この場合、前記磁石保持部材は、前記発熱部材の前記主面と対向する面に前記永久磁石を保持する円板部材を含み、前記円板部材は強磁性体である構成とすることができる。
上記の発熱装置において、前記発熱部材が円板状であり、前記永久磁石は、前記発熱部材の主面に対向して円周方向にわたり配列され、磁極の配置が円周方向であって、円周方向に隣接するもの同士で磁極の配置が交互に異なる構成とすることができる。この場合、前記磁石保持部材は、前記発熱部材の前記主面と対向する面に前記永久磁石を保持する円板部材を含み、前記円板部材は非磁性体であり、円周方向で隣接する前記永久磁石の間にポールピースが設けられることが好ましい。
上記の発熱装置において、前記発熱部材が円板状であり、前記永久磁石は、前記発熱部材の主面に対向して径方向にわたり配列され、磁極の配置が径方向であって、径方向に隣接するもの同士で磁極の配置が交互に異なる構成とすることができる。この場合、前記磁石保持部材は、前記発熱部材の前記主面と対向する面に前記永久磁石を保持する円板部材を含み、前記円板部材は非磁性体であり、径方向で隣接する前記永久磁石の間及び径方向にわたる前記永久磁石の配列の両端にポールピースが設けられることが好ましい。
なお、発熱部材を円筒状とした装置は、発熱部材を円板状とした装置に比べて、発熱部材と永久磁石との相対速度を高速で一定としやすく、発熱効率に優れるという利点がある。また、前者の装置は、後者の装置に比べて装置を小型化しやすいという利点がある。
上記発熱装置において、前記発熱部材は1種類以上の導電性磁性材料からなるものであってもよい。
上記発熱装置において、前記発熱部材は少なくとも導電性強磁性材料と導電性非磁性材料からなり、導電性非磁性材料が前記永久磁石に近接していてもよい。導電性強磁性材料の例には、後述する導電性の強磁性金属材料が含まれる。導電性非磁性材料の例には、後述する導電性の非磁性金属材料が含まれる。
上記の発熱装置は、風力発電設備、水力発電設備等のように流体運動エネルギ(たとえば風力や水力などの自然エネルギ)を利用した発電設備に搭載することができる。たとえば、公知の風力発電設備や水力発電設備の発電装置部分を上記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には、公知の発電設備の構成を適用できる。また、上記の発熱装置は、車両に搭載することができる。いずれの場合でも、発熱装置は回転軸の運動エネルギを熱エネルギに変換して回収する。回収した熱エネルギは、電気エネルギの生成に利用されてもよい。
以下に、本発明の渦電流式発熱装置の実施形態について詳述する。
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態の発熱装置の縦断面図である。図2は、第1実施形態の発熱装置の横断面図である。図1及び図2には、風力発電設備に搭載した発熱装置1を例示する。第1実施形態の発熱装置1は、回転軸3と、発熱部材4と、複数の永久磁石5と、磁石保持部材6と、を備える。回転軸3は、非回転部である固定の本体2に対し、軸受7を介して回転可能に支持される。
図1は、第1実施形態の発熱装置の縦断面図である。図2は、第1実施形態の発熱装置の横断面図である。図1及び図2には、風力発電設備に搭載した発熱装置1を例示する。第1実施形態の発熱装置1は、回転軸3と、発熱部材4と、複数の永久磁石5と、磁石保持部材6と、を備える。回転軸3は、非回転部である固定の本体2に対し、軸受7を介して回転可能に支持される。
発熱部材4は、回転軸3を軸心とする円筒状であり、本体2に固定される。磁石保持部材6は、発熱部材4の内側に配置され、回転軸3に固定される。磁石保持部材6は、回転軸3を軸心とする円筒部材6aと、この円筒部材6aと回転軸3を繋ぐ円板状の連結部材6bと、を含む。円筒部材6aは磁石5を保持する。連結部材6bには、軽量化及び冷却のために、複数の貫通穴6cが設けられる。
磁石5は、円筒部材6aの外周面に固定され、発熱部材4の内周面に対し隙間を空けて対向する。ここで、図2に示すように、磁石5は、円周方向にわたり配列されている。これらの磁石5の磁極(N極、S極)の配置は、径方向であって、円周方向に隣接する磁石5同士で交互に異なる。第1実施形態の場合、磁石5を直接保持する円筒部材6aの材質は、強磁性材料である。
発熱部材4の材質、特に磁石5と対向する内周面の表層部の材質は、導電性材料である。導電性材料としては、強磁性金属材料(例:炭素鋼、鋳鉄等)、弱磁性金属材料(例:フェライト系ステンレス鋼等)、又は非磁性金属材料(例:アルミニウム合金、オーステナイト系ステンレス鋼、銅合金等)が挙げられる。
また、発熱部材4の外側には、全体を包囲するように円筒状のカバー8が配置される。このカバー8は、本体2に固定される。カバー8によって、発熱部材4からの放熱を抑制できる。
回転軸3が回転すると、磁石5が回転軸3と一体で回転する(図1中の白抜き矢印参照)。これにより、磁石5と発熱部材4との間に相対的な回転速度差が生じる。このとき、図2に示すように、発熱部材4の内周面と対向する磁石5に関し、磁極(N極、S極)の配置は、径方向であって、円周方向に隣接する磁石5同士で交互に異なっている。また、磁石5を保持する円筒部材6aが強磁性体である。
このため、磁石5からの磁束(磁界)は、次のような状況になる。互いに隣接する磁石5のうちの一方の磁石5のS極から出た磁束は、この磁石5に対向する発熱部材4に達する。発熱部材4に達した磁束は、他方の磁石5のN極に達する。他方の磁石5のS極から出た磁束は、円筒部材6aを通じて一方の磁石5のN極に達する。つまり、円周方向に隣接する磁石5同士、磁石5を保持する円筒部材6a、及び発熱部材4との間に、磁石5による磁気回路が形成される。このような磁気回路が、円周方向の全域にわたり、交互にその磁束の向きを逆向きにして形成される。そうすると、磁石5からの磁界が広がり、発熱部材4に到達する磁束密度が多くなる。
磁石5と発熱部材4との間に相対的な回転速度差が生じた状態において、磁石5から発熱部材4に磁界が作用すると、発熱部材4の内周面に渦電流が発生する。この渦電流と、磁石5からの磁束密度との相互作用により、フレミングの左手の法則に従い、回転軸3と一体で回転する磁石保持部材6には回転方向と逆向きの制動力が発生する。
更に、渦電流の発生により、制動力が発生すると同時に、発熱部材4に熱が発生する。上記のとおり、発熱部材4に到達する磁束密度が多いので、磁石5からの磁界の作用によって発熱部材4に生じる渦電流が大きくなり、十分な発熱が得られる。
発熱装置1は、発熱部材4に生じた熱を回収して活用するために、熱回収機構を備える。第1実施形態では、熱回収機構として、発熱部材4の内部に通路10が形成されている。この通路10の入口11及び出口12のそれぞれには、図示しない入側配管及び出側配管が接続されている。入側配管及び出側配管は、図示しない蓄熱装置に接続されている。発熱部材4の通路10、入側配管、出側配管、及び蓄熱装置は一連の経路を形成し、この経路中を熱媒体が流通して循環する(図1中の実線矢印参照)。
発熱部材4に生じた熱は、通路10を流通する熱媒体に伝達される。通路10内の熱媒体は、通路10の出口12から排出され、出側配管を通じて蓄熱装置に導かれる。蓄熱装置は、熱交換によって熱媒体から熱を受け取って回収し、その熱を蓄える。蓄熱装置を経た熱媒体は、入側配管を通じ、入口11から通路10に戻る。このようにして、発熱部材4に生じた熱が回収される。
第1実施形態の発熱装置1においては、上記のとおり、発熱部材4で十分な発熱が得られるため、回転軸3の運動エネルギを熱エネルギに有効に変換して回収することができる。
第1実施形態の発熱装置1は、風力発電設備に搭載されてもよい。たとえば、風力発電設備の発電装置部分を、第1実施形態の発熱装置1で置き換えてもよい。すなわち、図1に示すように、発熱装置1の回転軸3の延長線上に、風車である羽根車20が設けられてもよい。羽根車20の回転軸21は、固定の本体2に対し、軸受25を介して回転可能に支持される。羽根車20の回転軸21は、クラッチ装置23及び増速装置24を介して、発熱装置1の回転軸3に連結されている。羽根車20の回転軸21の回転に伴って発熱装置1の回転軸3が回転する。このとき、発熱装置1の回転軸3の回転速度は、増速装置24によって、羽根車20の回転軸21の回転速度よりも増加する。増速装置24には、例えば遊星歯車機構を適用できる。
このような風力発電設備では、羽根車20が風力を受けて回転する(図1の白抜き矢印参照)。羽根車20の回転に伴って発熱装置1の回転軸3が回転し、これにより、発熱部材4で熱が発生し、発生した熱は蓄熱装置に回収される。すなわち、羽根車20の回転に基づく発熱装置1の回転軸3の運動エネルギの一部が熱エネルギに変換されて回収される。その際、羽根車20と発熱装置1との間には、特許文献1の風力発電設備のような油圧ポンプ及び油圧モータが無いため、エネルギの変換ロスが少ない。蓄熱装置に回収された熱は、例えば、熱素子、スターリングエンジン等による発電に利用される。
更に、発熱装置1の回転軸3が回転することにより、発熱部材4が発熱すると同時に、回転軸3には、回転を減速させる制動力が発生する。これにより、増速装置24及びクラッチ装置23を介し羽根車20の回転速度が調整される。ここで、クラッチ装置23は以下の機能を有する。発熱装置1で発熱が必要な場合には、クラッチ装置23は、羽根車20の回転軸21と発熱装置1の回転軸3とを接続する。これにより、羽根車20の回転力が発熱装置1に伝達される。蓄熱装置に蓄積された熱量が許容量に達して発熱装置1で発熱の必要が無くなった場合や、メンテナンスのために発熱装置1を停機する場合等には、クラッチ装置23は、羽根車20の回転軸21と発熱装置1の回転軸3との接続を切る。これにより、羽根車20の回転力が発熱装置1に伝達されない。このときに羽根車20が風力で自由に回転することのないように、羽根車20とクラッチ装置23との間に、羽根車20の回転を止める摩擦式、電磁式等のブレーキ装置22を設置するのが好ましい。
第1実施形態の発熱装置1では、全体を包囲するカバー8と発熱部材4との間に、断熱材が充填されたり、カバー8と発熱部材4との間が真空状態にされたりすることが好ましい。発熱した発熱部材4からの放熱を遮断し、熱の回収効率を高めることができるからである。
図3は、第1実施形態の発熱装置における発熱部材の好適な態様の一例を示す横断面図である。図3では、磁石5と対向する発熱部材4の内周面近傍を拡大して示す。図3に示すように、発熱部材4は、基材4aの内周面に、第1層4b、第2層4c及び酸化防止皮膜層4dが順に積層されている。基材4aには通路10が形成されている。基材4aの材質は、熱伝導率の高い導電性金属材料(例:銅合金、アルミニウム合金等)である。第1層4bの材質は、強磁性金属材料(例:炭素鋼、鋳鉄等)である。第2層4cの材質は、非磁性金属材料又は弱磁性金属材料であり、特に第1層4bに比べて導電率の高い材料(例:アルミニウム合金、銅合金等)が望ましい。酸化防止皮膜層4dは、例えばNi(ニッケル)めっき層である。
基材4aと第1層4bとの間、第1層4bと第2層4cとの間、第2層4cと酸化防止皮膜層4dとの間には、それぞれ緩衝層4eが積層されている。緩衝層4eの線膨張係数は、隣接する一方の材料の線膨張係数よりも大きく、他方の材料の線膨張係数よりも小さい。各層の剥離を防止するためである。緩衝層4eは、例えばNiP(ニッケル-リン)めっき層である。
このような積層構造によれば、磁石5からの磁界の作用によって発熱部材4に生じる渦電流がより大きくなり、高い制動力とより十分な発熱を得ることが可能になる。ただし、第2層4cは省いて構わないし、緩衝層4eも省いて構わない。
[第2実施形態]
図4は、第2実施形態の発熱装置の横断面図である。図4に示す第2実施形態の発熱装置1は、前記第1実施形態の発熱装置1の構成を基本とする。後述する第3~第6実施形態でも同様とする。第2実施形態の発熱装置1は、前記第1実施形態とは、主に磁石5の配列態様が相違する。
図4は、第2実施形態の発熱装置の横断面図である。図4に示す第2実施形態の発熱装置1は、前記第1実施形態の発熱装置1の構成を基本とする。後述する第3~第6実施形態でも同様とする。第2実施形態の発熱装置1は、前記第1実施形態とは、主に磁石5の配列態様が相違する。
図4に示すように、磁石5は、円筒部材6aの外周面に、円周方向にわたり配列されている。これらの磁石5の磁極(N極、S極)の配置は、円周方向であって、円周方向に隣接する磁石5同士で交互に異なる。第2実施形態の場合、磁石5を直接保持する円筒部材6aの材質は、非磁性材料である。円周方向で隣接する磁石5の間に強磁性体からなるポールピース9が設けられる。
第2実施形態では、磁石5からの磁束(磁界)は、次のような状況になる。円周方向に隣接する磁石5同士は、ポールピース9を挟んで同極が向き合っている。また、磁石5を保持する円筒部材6aが非磁性体である。このため、両磁石5のS極から出た磁束は、互いに反発し、ポールピース9を通じて発熱部材4に達する。発熱部材4に達した磁束は、隣のポールピース9を通じて各々の磁石5のN極に達する。つまり、磁石5、ポールピース9、及び発熱部材4との間に、磁石5による磁気回路が形成される。このような磁気回路が、円周方向の全域にわたり、交互にその磁束の向きを逆向きにして形成される。そうすると、磁石5からの磁界が広がり、発熱部材4に到達する磁束密度が多くなる。
したがって、第2実施形態の発熱装置1でも、前記第1実施形態と同様の効果を奏する。
[第3実施形態]
図5は、第3実施形態の発熱装置の縦断面図である。第3実施形態の発熱装置1は、前記第1実施形態とは、主に磁石5の配列態様が相違する。
図5は、第3実施形態の発熱装置の縦断面図である。第3実施形態の発熱装置1は、前記第1実施形態とは、主に磁石5の配列態様が相違する。
図5に示すように、磁石5は、円筒部材6aの外周面に、軸方向にわたり配列されている。磁石5は、円筒状の磁石である。これらの磁石5の磁極(N極、S極)の配置は、軸方向であって、軸方向に隣接する磁石5同士で交互に異なる。第3実施形態の場合、磁石5を直接保持する円筒部材6aの材質は、前記第2実施形態と同様に非磁性材料である。軸方向で隣接する磁石5の間に、強磁性体からなるポールピース9が設けられる。更に、ポールピース9は、軸方向にわたる磁石5の配列の両端にも設けられる。
第3実施形態では、磁石5からの磁束(磁界)は、次のような状況になる。軸方向に隣接する磁石5同士は、ポールピース9を挟んで同極が向き合っている。また、磁石5を保持する円筒部材6aが非磁性体である。このため、両磁石5のS極から出た磁束は、互いに反発し、ポールピース9を通じて発熱部材4に達する。発熱部材4に達した磁束は、隣のポールピース9を通じて各々の磁石5のN極に達する。つまり、磁石5、ポールピース9、及び発熱部材4との間に、磁石5による磁気回路が形成される。このような磁気回路が、軸方向の全域にわたり、交互にその磁束の向きを逆向きにして形成される。そうすると、磁石5からの磁界が広がり、発熱部材4に到達する磁束密度が多くなる。
したがって、第3実施形態の発熱装置1でも、前記第1実施形態と同様の効果を奏する。
[第4実施形態]
図6は、第4実施形態の発熱装置の縦断面図である。第4実施形態の発熱装置1は、前記第1実施形態の発熱装置1の構成を変形したものである。
図6は、第4実施形態の発熱装置の縦断面図である。第4実施形態の発熱装置1は、前記第1実施形態の発熱装置1の構成を変形したものである。
上記のとおり、発熱部材4に発生した渦電流により、発熱部材4が発熱する。このため、磁石5は発熱部材4からの熱(たとえば輻射熱)によって温度が上昇し、保有する磁力が低下するおそれがある。そこで、磁石5の温度上昇を抑制する工夫を施すことが望ましい。
第4実施形態の発熱装置1は、その点に着目し、磁石5を冷却する冷却機構を設けたものである。すなわち、図6に示すように、第4実施形態の発熱装置1は、磁石5を保持する円筒部材6aの軸方向に隣接して羽根車30を備える。羽根車30は、回転軸3又は磁石保持部材6に固定されている。また、本体2には、磁石5及び磁石保持部材6が存在する空間(以下、「磁石存在空間」ともいう)に外部の空気を導入するための吸入口31が設けられている。更に、本体2には、磁石存在空間から外部に空気を排出するための排出口32が設けられている。なお、図6では、排出口32が本体2及び発熱部材4を貫通する態様を示す。
このような構成によれば、回転軸3が回転すると、羽根車30が回転軸3と一体で回転する。これにより、外部の空気が吸入口31から磁石存在空間に導入される(図6中の点線矢印参照)。磁石存在空間に導入された空気は、羽根車30によって磁石5に向けて送り出され、磁石5の近傍領域を流通する。その際、磁石5が冷却される。磁石5を冷却した空気は、排出口32から外部に排出される(図6中の点線矢印参照)。このようにして、磁石5を強制的に冷却し、磁石5の温度上昇を抑制することができる。
このような磁石冷却機構は、前記第2及び第3実施形態の発熱装置1に適用することも可能である。
[第5実施形態]
図7は、第5実施形態の発熱装置の縦断面図である。第5実施形態の発熱装置1は、前記第4実施形態と同様に、磁石5の温度上昇を抑制する点に着目し、前記図6に示す第4実施形態の発熱装置1の構成を変形したものである。
図7は、第5実施形態の発熱装置の縦断面図である。第5実施形態の発熱装置1は、前記第4実施形態と同様に、磁石5の温度上昇を抑制する点に着目し、前記図6に示す第4実施形態の発熱装置1の構成を変形したものである。
図7に示すように、第5実施形態の発熱装置1は、前記第4実施形態の磁石冷却機構に加え、発熱部材4と磁石5との隙間に円筒状の隔壁15を備える。この隔壁15は本体2に固定されている。隔壁15の材質は非磁性材料で、かつ低導電性材料又は非導電性材料である。磁石5から発熱部材4への磁界に悪影響を及ぼさないようにするためである。更に、隔壁15と磁石5が相対的に移動しても隔壁15が発熱しないようにするためである。なお、図7では、隔壁15の両端部のうち、一方の端部が本体2に固定され、他方の端部が発熱部材4に固定された態様を示す。排出口32は、その隔壁15を外れた位置で本体2及び発熱部材4を貫通する態様を示す。
このような構成によれば、前記第4実施形態のように磁石5が強制冷却されるのに加え、発熱部材4からの熱(たとえば輻射熱)が隔壁15によって遮断される。これにより、磁石5の温度上昇を防止することができる。また、第5実施形態の場合、発熱部材4と隔壁15との間に、断熱材が充填されたり、発熱部材4と隔壁15との間が真空状態にされたりすることが好ましい。発熱部材4からの熱をより確実に遮断することができるからである。
もっとも、第5実施形態の場合、前記第4実施形態の磁石冷却機構は省いて構わない。もちろん、第5実施形態の隔壁15は、本発明の他の発熱装置に適用することが可能である。たとえば、隔壁15は、前記第1、第2及び第3実施形態の発熱装置1に適用することが可能である。また、後述の、発熱部材が円板状である実施形態に隔壁を適用することも可能である。この場合の典型的な一例では、円板状である発熱部材と円板状である磁石保持部材との間に、円板状の隔壁が配置される。
[第6実施形態]
図8は、第6実施形態の発熱装置の縦断面図である。第6実施形態の発熱装置1は、前記第4実施形態と同様に、磁石5の温度上昇を抑制する点に着目し、前記図7に示す第5実施形態の発熱装置1の構成を変形したものである。
図8は、第6実施形態の発熱装置の縦断面図である。第6実施形態の発熱装置1は、前記第4実施形態と同様に、磁石5の温度上昇を抑制する点に着目し、前記図7に示す第5実施形態の発熱装置1の構成を変形したものである。
図8に示すように、第6実施形態の発熱装置1は、磁石冷却機構として、以下の構成を備える。磁石存在空間の吸入口31及び排出口32のそれぞれには、吸入側配管33及び排出側配管34が接続されている。吸入側配管33及び排出側配管34は、熱交換器35に接続されている。磁石存在空間、吸入側配管33、排出側配管34、及び熱交換器35は一連の経路を形成し、この経路中を冷媒体が流通して循環する(図8中の点線矢印参照)。この経路中には、冷媒体を送り出すポンプ36が設置されている。
このような構成によれば、ポンプ36の駆動により、冷媒体が吸入口31から磁石存在空間に導入される(図8中の点線矢印参照)。磁石存在空間に導入された冷媒体は、磁石5の近傍領域を流通する。その際、磁石5が冷却される。磁石5を冷却した冷媒体は、排出口32から排出側配管34に排出される(図8中の点線矢印参照)。排出側配管34に排出された冷媒体は、熱交換器35で冷却され、吸入側配管33に送り出される。このようにして、磁石5を冷媒体によって強制的に冷却し、磁石5の温度上昇を抑制することができる。
第6実施形態の場合、冷媒体の移動はポンプ36の駆動力によって行われるため、羽根車30は省いて構わない。ただし、羽根車30は、磁石5に向けて冷媒体を送り出すためには有用である。また、第6実施形態の場合、隔壁15は省いて構わない。ただし、隔壁15は、冷媒体によって発熱部材4が不用意に冷却されるのを防止するためには有用である。もちろん、第6実施形態の磁石冷却機構は、本発明の他の発熱装置に適用することが可能である。たとえば、第6実施形態の磁石冷却機構は、前記第1、第2及び第3実施形態の発熱装置1に適用することが可能である。また、後述の、発熱部材が円板状である実施形態に磁石冷却機構を適用することも可能である。
その他本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。例えば、上記の実施形態では、発熱部材4が円筒状とされているが、これに代えて、回転軸3を軸心とする円板状とされても構わない。この場合、磁石保持部材6も回転軸3を軸心とする円板状とされる。この円板部材は、円板状の発熱部材の主面(軸方向の両面のうちの一方の面)と対向し、この主面と対向する面に磁石5を保持する。これにより、磁石は、発熱部材の主面に対し隙間を空けて対向する。この場合、磁石5の配列形態は、例えば、以下の3種類となる。
第1の配列態様は、前記第1実施形態に準じたものである。第1の配列態様では、磁石は、円周方向にわたり配列される。これらの磁石の磁極(N極、S極)の配置は、軸方向であって、円周方向に隣接する磁石同士で交互に異なる。この場合、磁石を直接保持する円板部材の材質は、強磁性材料である。
第2の配列態様は、前記第2実施形態に準じたものである。第2の配列態様では、磁石は、円周方向にわたり配列される。これらの磁石の磁極(N極、S極)の配置は、円周方向であって、円周方向に隣接する磁石同士で交互に異なる。この場合、磁石を直接保持する円板部材の材質は、非磁性材料である。円周方向で隣接する磁石の間に強磁性体からなるポールピースが設けられる。
第3の配列態様は、前記第3実施形態に準じたものである。第3の配列態様では、磁石は、リング状の形状を有し、径方向にわたり同心円状に配列される。これらの磁石の磁極(N極、S極)の配置は、径方向であって、径方向に隣接する磁石同士で交互に異なる。この場合、磁石を直接保持する円板部材の材質は、非磁性材料である。径方向で隣接する磁石の間に強磁性体からなるポールピースが設けられる。更に、ポールピースは、径方向にわたる配列の両端に配置された磁石の端にも設けられる。
上記の発熱装置は、風力発電設備のみならず、水力発電設備等のように流体運動エネルギを利用した発電設備に搭載することができる。
更に、上記の発熱装置は、車両(たとえばトラックやバス等)に搭載することができる。この場合、上記の発熱装置は、補助ブレーキとしての渦電流式減速装置とは別個に設けられてもよいし、補助ブレーキとして兼用されてもよい。補助ブレーキとして兼用される場合、制動と非制動を切り替えるスイッチ機構を設置すればよい。上記の発熱装置は、補助ブレーキ(減速装置)として用いられる場合、プロペラシャフト、ドライブシャフト等のような回転軸の回転速度を減速させる。これにより、車両の走行速度が調整される。その際、回転軸の回転速度を減速させる制動力が発生すると同時に、熱が発生する。車両に搭載した発熱装置によって回収された熱は、例えば、車体内を暖めるための暖房機の熱源に利用されたり、コンテナ内を冷却するための冷凍機の熱源に利用されたりする。
本発明の渦電流式発熱装置は、風力発電設備、水力発電設備等のように流体運動エネルギを利用した発電設備、及びトラック、バス等の車両に有用である。
1:渦電流式発熱装置、 2:本体、 3:回転軸、
4:発熱部材、 4a:基材、 4b:第1層、 4c:第2層、 4d:酸化防止皮膜層、 4e:緩衝層、
5:永久磁石、 6:磁石保持部材、 6a:円筒部材、
6b:連結部材、 6c:貫通穴、
7:軸受、 8:カバー、 9:ポールピース、
10:通路、 11:入口、 12:出口、 15:隔壁、
20:羽根車、 21:回転軸、 22:ブレーキ装置、
23:クラッチ装置、 24:増速装置、 25:軸受、
30:羽根車、 31:吸入口、 32:排出口、
33:吸入側配管、 34:排出側配管、
35:熱交換器、 36:ポンプ
4:発熱部材、 4a:基材、 4b:第1層、 4c:第2層、 4d:酸化防止皮膜層、 4e:緩衝層、
5:永久磁石、 6:磁石保持部材、 6a:円筒部材、
6b:連結部材、 6c:貫通穴、
7:軸受、 8:カバー、 9:ポールピース、
10:通路、 11:入口、 12:出口、 15:隔壁、
20:羽根車、 21:回転軸、 22:ブレーキ装置、
23:クラッチ装置、 24:増速装置、 25:軸受、
30:羽根車、 31:吸入口、 32:排出口、
33:吸入側配管、 34:排出側配管、
35:熱交換器、 36:ポンプ
Claims (19)
- 非回転部に回転可能に支持された回転軸と、
前記非回転部に固定された発熱部材と、
前記発熱部材に隙間を空けて対向し、互いに隣接するもの同士で磁極の配置が交互に異なる複数の永久磁石と、
前記永久磁石を保持し、前記回転軸に固定された磁石保持部材と、
前記発熱部材に生じた熱を回収する熱回収機構と、を備え、
前記発熱部材と前記永久磁石との前記隙間に非磁性の隔壁が設けられた、渦電流式発熱装置。 - 請求項1に記載の渦電流式発熱装置であって、
前記発熱部材と前記隔壁との間に断熱材が充填されるか、又は前記発熱部材と前記隔壁との間が真空状態にされた、渦電流式発熱装置。 - 請求項1または2に記載の渦電流式発熱装置であって、
前記熱回収機構は、
前記発熱部材の内部に形成された通路と、
前記通路の入口及び出口にそれぞれ接続された配管と、
前記各配管に接続された蓄熱装置と、
前記通路、前記配管、及び前記蓄熱装置を循環する熱媒体と、を含む、渦電流式発熱装置。 - 請求項1~3のいずれか1項に記載の渦電流式発熱装置であって、
流体運動エネルギによって回転させられた前記回転軸の運動エネルギを熱エネルギに変換して回収する、渦電流式発熱装置。 - 請求項1~4のいずれか1項に記載の渦電流式発熱装置であって、
前記永久磁石を冷却する冷却機構が設けられた、渦電流式発熱装置。 - 請求項1~5のいずれか1項に記載の渦電流式発熱装置であって、
前記発熱部材が円筒状であり、
前記永久磁石は、前記発熱部材の内周面に対向して円周方向にわたり配列され、磁極の配置が径方向であって、円周方向に隣接するもの同士で磁極の配置が交互に異なる、渦電流式発熱装置。 - 請求項6に記載の渦電流式発熱装置であって、
前記磁石保持部材は、外周面に前記永久磁石を保持する円筒部材を含み、
前記円筒部材は強磁性体である、渦電流式発熱装置。 - 請求項1~5のいずれか1項に記載の渦電流式発熱装置であって、
前記発熱部材が円筒状であり、
前記永久磁石は、前記発熱部材の内周面に対向して円周方向にわたり配列され、磁極の配置が円周方向であって、円周方向に隣接するもの同士で磁極の配置が交互に異なる、渦電流式発熱装置。 - 請求項8に記載の渦電流式発熱装置であって、
前記磁石保持部材は、外周面に前記永久磁石を保持する円筒部材を含み、
前記円筒部材は非磁性体であり、円周方向で隣接する前記永久磁石の間にポールピースが設けられる、渦電流式発熱装置。 - 請求項1~5のいずれか1項に記載の渦電流式発熱装置であって、
前記発熱部材が円筒状であり、
前記永久磁石は、前記発熱部材の内周面に対向して軸方向にわたり配列され、磁極の配置が軸方向であって、軸方向に隣接するもの同士で磁極の配置が交互に異なる、渦電流式発熱装置。 - 請求項10に記載の渦電流式発熱装置であって、
前記磁石保持部材は、外周面に前記永久磁石を保持する円筒部材を含み、
前記円筒部材は非磁性体であり、軸方向で隣接する前記永久磁石の間及び軸方向にわたる前記永久磁石の配列の両端にポールピースが設けられる、渦電流式発熱装置。 - 請求項1~5のいずれか1項に記載の渦電流式発熱装置であって、
前記発熱部材が円板状であり、
前記永久磁石は、前記発熱部材の主面に対向して円周方向にわたり配列され、磁極の配置が軸方向であって、円周方向に隣接するもの同士で磁極の配置が交互に異なる、渦電流式発熱装置。 - 請求項12に記載の渦電流式発熱装置であって、
前記磁石保持部材は、前記発熱部材の前記主面と対向する面に前記永久磁石を保持する円板部材を含み、
前記円板部材は強磁性体である、渦電流式発熱装置。 - 請求項1~5のいずれか1項に記載の渦電流式発熱装置であって、
前記発熱部材が円板状であり、
前記永久磁石は、前記発熱部材の主面に対向して円周方向にわたり配列され、磁極の配置が円周方向であって、円周方向に隣接するもの同士で磁極の配置が交互に異なる、渦電流式発熱装置。 - 請求項14に記載の渦電流式発熱装置であって、
前記磁石保持部材は、前記発熱部材の前記主面と対向する面に前記永久磁石を保持する円板部材を含み、
前記円板部材は非磁性体であり、円周方向で隣接する前記永久磁石の間にポールピースが設けられる、渦電流式発熱装置。 - 請求項1~5のいずれか1項に記載の渦電流式発熱装置であって、
前記発熱部材が円板状であり、
前記永久磁石は、前記発熱部材の主面に対向して径方向にわたり配列され、磁極の配置が径方向であって、径方向に隣接するもの同士で磁極の配置が交互に異なる、渦電流式発熱装置。 - 請求項16に記載の渦電流式発熱装置であって、
前記磁石保持部材は、前記発熱部材の前記主面と対向する面に前記永久磁石を保持する円板部材を含み、
前記円板部材は非磁性体であり、径方向で隣接する前記永久磁石の間及び径方向にわたる前記永久磁石の配列の両端にポールピースが設けられる、渦電流式発熱装置。 - 請求項1~17のいずれか1項に記載の渦電流式発熱装置であって、
前記発熱部材は1種類以上の導電性磁性材料からなる、渦電流式発熱装置。 - 請求項1~17のいずれか1項に記載の渦電流式発熱装置であって、
前記発熱部材は少なくとも導電性強磁性材料と導電性非磁性材料からなり、導電性非磁性材料が前記永久磁石に近接している、渦電流式発熱装置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201580059832.3A CN107079537A (zh) | 2014-11-06 | 2015-11-05 | 涡流式发热装置 |
US15/522,303 US10701768B2 (en) | 2014-11-06 | 2015-11-05 | Eddy current heat generating apparatus |
JP2016557458A JP6572905B2 (ja) | 2014-11-06 | 2015-11-05 | 渦電流式発熱装置 |
EP15857428.5A EP3217762A4 (en) | 2014-11-06 | 2015-11-05 | Eddy-current heating device |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014-226199 | 2014-11-06 | ||
JP2014226199 | 2014-11-06 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2016072094A1 true WO2016072094A1 (ja) | 2016-05-12 |
Family
ID=55908834
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2015/005559 WO2016072094A1 (ja) | 2014-11-06 | 2015-11-05 | 渦電流式発熱装置 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10701768B2 (ja) |
EP (1) | EP3217762A4 (ja) |
JP (1) | JP6572905B2 (ja) |
CN (1) | CN107079537A (ja) |
WO (1) | WO2016072094A1 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108288908A (zh) * | 2017-01-10 | 2018-07-17 | 李启飞 | 永磁灶 |
KR20190006782A (ko) * | 2017-07-11 | 2019-01-21 | 한국전기연구원 | 자가발전 무선온도 및 위치 진단 기능을 갖는 영구자석 금속 빌렛 유도가열 장치 |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20180035493A1 (en) * | 2015-02-24 | 2018-02-01 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Eddy current heat generating apparatus |
FR3083386B1 (fr) * | 2018-06-28 | 2021-05-14 | Telma | Ensemble ralentisseur electromagnetique et generatrice et vehicule comportant un tel ensemble |
CN111692273B (zh) * | 2020-06-29 | 2022-02-01 | 北京金风科创风电设备有限公司 | 混合阻尼模块、振动抑制装置、抑振方法及风力发电机组 |
US11641150B2 (en) * | 2021-02-25 | 2023-05-02 | O Chan KWON | Smart generator |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10155266A (ja) * | 1996-11-22 | 1998-06-09 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 渦電流式減速装置用ローター |
JP2000123962A (ja) * | 1998-10-19 | 2000-04-28 | Usui Internatl Ind Co Ltd | マグネット式ヒーター |
JP2000358354A (ja) * | 1999-06-10 | 2000-12-26 | Isuzu Motors Ltd | 渦電流式減速装置 |
JP2001018634A (ja) * | 1999-07-09 | 2001-01-23 | Usui Internatl Ind Co Ltd | マグネット式ヒーター |
JP2011089492A (ja) * | 2009-10-23 | 2011-05-06 | Nippon Eco Solutions Inc | 風力発電装置 |
JP2011234433A (ja) * | 2010-04-23 | 2011-11-17 | Ihi Corp | モータの冷却構造 |
JP2012160369A (ja) * | 2011-02-01 | 2012-08-23 | Kiyoshi Aizu | 磁石回転型発熱装置 |
JP2014500906A (ja) * | 2010-10-11 | 2014-01-16 | ザ・ティムケン・カンパニー | 誘導焼入れのための装置 |
Family Cites Families (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1008622A (en) * | 1909-03-18 | 1911-11-14 | Gen Electric | Electric heater. |
FR2514966B1 (fr) | 1981-10-16 | 1987-04-24 | Materiel Magnetique | Convertisseur d'energie cinetique de rotation en chaleur par generation de courants de foucault |
US5914065A (en) * | 1996-03-18 | 1999-06-22 | Alavi; Kamal | Apparatus and method for heating a fluid by induction heating |
JP3750189B2 (ja) | 1996-04-24 | 2006-03-01 | 松下電器産業株式会社 | 液加熱装置 |
ITMI20010835A1 (it) * | 2001-04-19 | 2002-10-19 | Paolo Arnaldo Rosastro | Dispositivo per la trasformazione di energia magnetica in energia termica particolarmente per operare il riscaldamento di materiale allo sta |
US7339144B2 (en) * | 2001-07-24 | 2008-03-04 | Magtec Llc | Magnetic heat generation |
JP3955888B2 (ja) | 2003-12-12 | 2007-08-08 | トック・エンジニアリング株式会社 | 永久磁石式渦電流加熱装置 |
JP2006287014A (ja) | 2005-04-01 | 2006-10-19 | Canon Inc | 位置決め装置およびリニアモータ |
JP5025154B2 (ja) | 2006-03-30 | 2012-09-12 | タイガー魔法瓶株式会社 | 電気炊飯器 |
JP2009002606A (ja) | 2007-06-22 | 2009-01-08 | Covalent Materials Corp | 蒸気発生装置 |
KR101489025B1 (ko) * | 2007-10-09 | 2015-02-04 | 쯔구미쯔 마쯔이 | 전자기 유도식 발열 장치ㆍ열풍 발생 장치 및 발전 장치 |
FR2943766B1 (fr) * | 2009-03-31 | 2012-03-30 | R E M | Groupe de production rapide d'eau chaude ou de vapeur. |
WO2011093192A1 (ja) * | 2010-01-29 | 2011-08-04 | 住友電気工業株式会社 | 発電システム |
KR20110103637A (ko) * | 2010-03-15 | 2011-09-21 | 노순창 | 자석을 이용한 유도 발열장치 |
JP5413814B2 (ja) | 2010-04-07 | 2014-02-12 | 住友電気工業株式会社 | 発電システム |
US8993942B2 (en) * | 2010-10-11 | 2015-03-31 | The Timken Company | Apparatus for induction hardening |
TWI467122B (zh) * | 2011-09-14 | 2015-01-01 | Wan Chun Hsu | 離心式永久磁石加熱裝置 |
EP2820917B1 (en) * | 2012-03-01 | 2016-04-20 | Inova Lab S.r.l. | Device for induction heating of a billet |
LT6124B (lt) * | 2013-04-08 | 2015-03-25 | Uab "Thermal Generator" | Sukamojo judesio šilumos generatorius |
-
2015
- 2015-11-05 CN CN201580059832.3A patent/CN107079537A/zh active Pending
- 2015-11-05 EP EP15857428.5A patent/EP3217762A4/en not_active Withdrawn
- 2015-11-05 JP JP2016557458A patent/JP6572905B2/ja active Active
- 2015-11-05 US US15/522,303 patent/US10701768B2/en active Active
- 2015-11-05 WO PCT/JP2015/005559 patent/WO2016072094A1/ja active Application Filing
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10155266A (ja) * | 1996-11-22 | 1998-06-09 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 渦電流式減速装置用ローター |
JP2000123962A (ja) * | 1998-10-19 | 2000-04-28 | Usui Internatl Ind Co Ltd | マグネット式ヒーター |
JP2000358354A (ja) * | 1999-06-10 | 2000-12-26 | Isuzu Motors Ltd | 渦電流式減速装置 |
JP2001018634A (ja) * | 1999-07-09 | 2001-01-23 | Usui Internatl Ind Co Ltd | マグネット式ヒーター |
JP2011089492A (ja) * | 2009-10-23 | 2011-05-06 | Nippon Eco Solutions Inc | 風力発電装置 |
JP2011234433A (ja) * | 2010-04-23 | 2011-11-17 | Ihi Corp | モータの冷却構造 |
JP2014500906A (ja) * | 2010-10-11 | 2014-01-16 | ザ・ティムケン・カンパニー | 誘導焼入れのための装置 |
JP2012160369A (ja) * | 2011-02-01 | 2012-08-23 | Kiyoshi Aizu | 磁石回転型発熱装置 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
See also references of EP3217762A4 * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108288908A (zh) * | 2017-01-10 | 2018-07-17 | 李启飞 | 永磁灶 |
KR20190006782A (ko) * | 2017-07-11 | 2019-01-21 | 한국전기연구원 | 자가발전 무선온도 및 위치 진단 기능을 갖는 영구자석 금속 빌렛 유도가열 장치 |
KR102231857B1 (ko) * | 2017-07-11 | 2021-03-24 | 한국전기연구원 | 자가발전 무선온도 및 위치 진단 기능을 갖는 영구자석 금속 빌렛 유도가열 장치 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6572905B2 (ja) | 2019-09-11 |
EP3217762A1 (en) | 2017-09-13 |
US20170339752A1 (en) | 2017-11-23 |
CN107079537A (zh) | 2017-08-18 |
JPWO2016072094A1 (ja) | 2017-07-06 |
US10701768B2 (en) | 2020-06-30 |
EP3217762A4 (en) | 2018-07-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6572905B2 (ja) | 渦電流式発熱装置 | |
JP6766847B2 (ja) | 渦電流式発熱装置 | |
WO2016136702A1 (ja) | 渦電流式発熱装置 | |
JP5673899B2 (ja) | 渦電流式減速装置 | |
JP5757368B2 (ja) | 流体式減速装置 | |
JP6380148B2 (ja) | 渦電流式発熱装置 | |
JP6651880B2 (ja) | 渦電流式発熱装置 | |
JP6485291B2 (ja) | 渦電流式発熱装置 | |
JP6468126B2 (ja) | 渦電流式発熱装置 | |
JP6380147B2 (ja) | 渦電流式発熱装置 | |
JP6375980B2 (ja) | 渦電流式発熱装置 | |
JP6631039B2 (ja) | 渦電流式発熱装置 | |
JP6544063B2 (ja) | 渦電流式発熱装置 | |
JP6372385B2 (ja) | 渦電流式発熱装置 | |
JP6672839B2 (ja) | 渦電流式発熱装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 15857428 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 2016557458 Country of ref document: JP Kind code of ref document: A |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
REEP | Request for entry into the european phase |
Ref document number: 2015857428 Country of ref document: EP |