(57)【要約】      （修正有）【課題】金属感温磁性材料の磁気特性を応用した熱機関を提供する。【解決手段】金属感温磁性材料から成る環状の軌道１と軌道１が回転移動できる機構を具備し、軌道１の一部は金属感温磁性材料のキュリ−温度以上の液体に浸し、それ以外の軌道１はキュリ−温度以下の雰囲気中に置き、液面位置に磁石２を固定配置して磁場を作って磁場中に軌道１を通し、軌道１をキュリ−温度以下の雰囲気中で磁化した後、磁場中の軌道１の所定の領域をキュリ−温度以上の液体で加熱して消磁し、消磁された方向に軌道１が移動する推力を生じさせて軌道１を移動し、軌道１の加熱された領域が液体から引き離された後にキュリ−温度以下に冷却することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属感温磁性材料から成る環状の軌道と軌道が回転移動できる機構を具備し、軌道の一部は金属感温磁性材料のキュリ−温度以上の液体に浸し、それ以外の軌道はキュリ−温度以下の雰囲気中に置き、液面位置に磁石を固定配置して磁場を作って磁場中に軌道を通し、軌道をキュリ−温度以下の雰囲気中で磁化した後、磁場中の軌道の所定の領域をキュリ−温度以上の液体で加熱して消磁し、消磁された方向に軌道が移動する推力を生じさせて軌道を移動し、軌道の加熱された領域が液体から引き離された後にキュリ−温度以下に冷却することを特徴とする熱機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、金属感温磁性材料のキュリ−温度前後で示す鋭敏な磁性／非磁性のスイッチング機能の特質的な磁気特性と金属が熱良導材料であることに着眼してなされた、金属感温磁性材料の磁気特性を応用した熱機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来、磁性体のキュリ−温度近傍における磁化の変位を利用して熱エネルギ−を力学的エネルギ−に変換する方法や熱機関が考案されているが、一般の磁性体で十分な磁化の変位を得るためには、大きな温度差が必要であるためエネルギ−の変換効率が低く、一方感温フェライトは優れた磁気特性がありながらも熱伝導率が小さいため加熱・冷却時の熱交換効率が低い等の課題があり、磁性材料の磁気特性を応用した熱機関は今だ実用化されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−１０６１８３（磁性流体熱機関）
【特許文献２】特開平６−１４１５７１（磁性体熱機関）
【特許文献３】特開平６−１４１５７２（磁性体エンジン）
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】特願２０１２−２７０７５５（金属感温磁性材料の磁気特性を応用した熱機関）
【非特許文献２】特願２０１２−８５８８１（熱磁気アクチュエ−タ−）
【非特許文献３】見城尚志著、（モ−タ−のＡＢＣ）、講談社出版、Ｐ１９６〜Ｐ１９９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  本発明は、従来の課題を解決し、エネルギ−の変換効率が高く実用的な金属感温磁性材料の磁気特性を応用した熱機関を提供する目的からなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  上記の課題を解決する本発明は、以下の通りである。
金属感温磁性材料から成る環状の軌道と軌道が回転移動できる機構を具備し、軌道の一部は金属感温磁性材料のキュリ−温度以上の液体に浸し、それ以外の軌道はキュリ−温度以下の雰囲気中に置き、液面位置に磁石を固定配置して磁場を作って磁場中に軌道を通し、軌道をキュリ−温度以下の雰囲気中で磁化した後、磁場中の軌道の所定の領域をキュリ−温度以上の液体で加熱して消磁し、消磁された方向に軌道が移動する推力を生じさせて軌道を移動し、軌道の加熱された領域が液体から引き離された後にキュリ−温度以下に冷却することを特徴とする熱機関を提供できたものである。
【発明の効果】
【０００７】  Ｆｅ，Ｎｉ等の一般的な磁性体の軌道で十分な磁化の変位を得るためには、磁性体の軌道の低温領域と高温領域で数百度の温度差を必要とするが、本発明は金属感温磁性材料で環状の軌道を形成したことを特徴とするもので、磁場中の低温領域と高温領域の温度差は、金属感温磁性材料のキュリ−温度前後の数度の温度差で十分な磁化の変位を得ることができることに加え、金属であるから熱伝導が良く、更に加熱手段が液体であるから軌道を均一に素早く加熱することができ、磁場中の加熱領域と非加熱領域で明確な非磁性領域と磁性領域の境界を作ることができた結果、エネルギ−の変換効率の高く、駆動力の大きい熱機関を提供できたものである。【０００８】  現在、Ｆｅ−Ｎｉ，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ等の金属感温磁性材料が生産され、電磁調理器の電磁誘導加熱材料や温度スイッチ材料として限定的に使用されているが、今後はこれらの素材の生産が飛躍的に拡大して産業の発展に寄与できる一方、更に特性の優れた磁性材料の開発や応用が促進されるものと期待できる。【０００９】  従来、熱エネルギ−を力学的エネルギ−に変換するための作業物質は、蒸気機関を基軸に一般的に気体であり、気体の体積膨張や圧力上昇であったが、本発明の作業物質は金属感温磁性材料で、その素材のキュリ−温度前後で示す鋭敏な磁性／非磁性のスイッチング機能の特質的な磁気特性と優れた熱伝導によるものであり、本発明の熱機関は加熱手段および冷却手段の熱エネルギ−を静止状態で利用できる極めて簡単なシステムである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の熱機関の実施例の動作原理図である。
【図２】金属感温磁性材料と一般的な磁性体の磁化と温度の相関図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】  以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１２】  図１は本発明の熱機関の実施例の動作原理図である。
【００１３】  本実施例は、所定の寸法の金属感温磁性材料薄板を適度な間隔で並べて無限軌道１を形成し、軌道１を回転体３で支持して軌道が回転移動できる機構とし、無限軌道１を垂直に立て、液面位置に磁石２を固定配置して固定局とし、無限軌道１の下側の一部を金属感温磁性材料のキュリ−温度以上の液体に浸し、それ以外の軌道はキュリ−温度以下の雰囲気に置いて移動局とした実施例である。
【００１４】  実施における軌道１は所定の幅のある金属感温磁性材料薄板を所定の長さで折り曲げたり、所定の幅と肉厚のある金属感温磁性材料に適度な間隔で溝を入れたり、穴をあけたり、編目としたり、押し出し成型や鋳型での一体成型でもよく、また、肉薄管を連ねたり、無数の棒状、針状、管状、球状等の金属感温磁性材料片を集合または集積したり、容器等に収容したり、金属感温磁性材料の金網あるいはこれに類似したもので作ることもできる。
【００１５】  環状の軌道１は無限軌道以外に、同心円筒や同心円盤状の軌道１とすることもできる。
【００１６】  本実施例の動作原理を、例えば、液体の温度が６０度、大気温度が２０度の条件下に、キュリ−温度が４０度の金属感温磁性材料から成る無限軌道１を図１の様に配置した実施例をもって説明すると、磁石２によって作られた磁場中の２０度の大気中で軌道１は磁化し、その後６０度の液体で急激に加熱されて消磁し、この過程で、消磁された方向に軌道が移動する推力が生じて軌道は移動し、軌道の加熱された領域が６０度の液体から抜け出た後に２０度の大気中で徐々に冷やされ、この一連の過程の条件が満たされ続ける限り回転運動は継続する。
【００１７】  本発明のエネルギ−変換は、金属感温磁性材料のキュリ−温度前後の加熱と冷却の熱サイクルによるものであるから、得られる回転運動は基本的に低速である。
【００１８】  実施においては、変速機等を用いて回転速度を上げて回転機としたり、発電機を駆動して発電システムを構築することもできる。
【００１９】  図２は、本発明の軌道１の材料である金属感温磁性材料と一般的な磁性体の磁化と温度の相関図であり、一般的な磁性体の磁化がその素材固有のキュリ−温度に向かって温度上昇と供に指数関数的に減少していくのに対し、金属感温磁性材料はキュリ−温度前後で鋭敏な磁性／非磁性のスイッチング機能の特質的な磁気特性があることがわかる。
【００１９】  図２において、熱エネルギ−を力学的エネルギ−に変換するために必要な十分な磁化の変位を得るために、一般的な磁性体ではキュリ−温度前後で大きな温度差を必要とするのに対して、金属感温磁性材料ではキュリ−温度前後で必要とする温度差は極めて小さいことがわかる。
【００２０】  一般的な磁性体の磁化の変位が、キュリ−温度に対してアナログ的変化であるのに対して金属感温磁性材料はデジタル的変化である。
【００２１】  磁場を作るための磁石２には永久磁石、電磁石等があるが、磁石２の温度が上昇すると磁力が低下するので、磁石２の温度上昇を抑える熱対策は重要である。
【００２２】  温度の低い液体を使用する場合は、磁石２を液中に浸しても磁力の低下は少ないが、液質によっては磁石の腐蝕が発生するので、所作を講じて防蝕対策をすることもできる。
【００２３】  熱対策としては磁石２と加熱手段である液体間の断熱や磁石２を水冷、油冷、空冷あるいはその他の冷却媒体による冷却等の熱対策を講ずることができる。
【００２４】  本発明の熱機関は動作原理とシステムが極めて簡単で安価で製作できるので、実施においては磁石２が液面になるように浮き輪等を付けて液面に浮かせて使用することもできるし、液体の攬拌器として利用したり、温泉地やお風呂場の玩具とすることもできる。
【００２５】  実施においては温泉や地熱、太陽熱等の自然エネルギ−を利用することもできるし、液体を容器等に収容して、可燃物や可燃ガスの燃焼熱や廃熱等の熱源で液体を加熱することもできる。
【００２６】  本発明の熱機関は、今後キュリ−温度が低温域にある金属感温磁性材料が開発できれば、冷熱エネルギ−も有効に活用できるものである。
【００２７】  本発明は原理と構成が極めて簡単なものであるから、今後更なる優れた磁性材料が開発されることと相生して、一般産業はもとよりエネルギ−関連、電力、医療、遊具等の広範囲の分野で利用できるものである。
【符号の説明】
【００２８】１…軌道
２…磁石
３…回転体
４…軌道の移動方向
５…回転方向
６…支持体
【図１】
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【図２】
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