(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】（イ）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適度な長さの軌道を作り適度な台座等に固定して固定局とする。（ロ）軌道面近傍に磁石を配置して磁場を作り移動局とする。（ハ）移動局が軌道に沿って軌道の長手方向に移動できる機構を具備し、軌道を金属感温磁性材料薄板のキュリ−温度以下にして磁場中で磁化した後、磁場中の軌道の所定の領域を、加熱手段を用いて金属感温磁性材料薄板のキュリ−温度あるいはそれ以上に加熱して消磁し、磁化されている軌道側に移動局が移動する推力を生じさせ、加熱位置を移動し消磁して移動局を移動させ、軌道の加熱された領域を磁場から引き離した後にキュリ−温度以下に冷却する。【選択図】図１
2014139500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（イ）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適度な長さの軌道を        作り適度な台座等に固定して固定局とする。
（ロ）軌道面近傍に磁石を配置して磁場を作り移動局とする。
（ハ）移動局が軌道に沿って軌道の長手方向に移動できる機構を具備し、軌道を金属感        温磁性材料薄板のキュリ−温度以下にして磁場中で磁化した後、磁場中の軌道の        所定の領域を、加熱手段を用いて金属感温磁性材料薄板のキュリ−温度あるいは        それ以上に加熱して消磁し、磁化されている軌道側に移動局が移動する推力を生        じさせ、加熱位置を移動し消磁して移動局を移動させ、軌道の加熱された領域を        磁場から引き離した後にキュリ−温度以下に冷却する。
以上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−を力学的エネルギー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２０１２−８５８８０（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。
（イ）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適度な長さの軌道を        作り適度な台座等に固定して固定局とする。
（ロ）軌道面近傍に磁石を配置して磁場を作り移動局とする。
（ハ）移動局が軌道に沿って軌道の長手方向に移動できる機構を具備し、軌道を金属感        温磁性材料薄板のキュリ−温度以下にして磁場中で磁化した後、磁場中の軌道の        所定の領域を、加熱手段を用いて金属感温磁性材料薄板のキュリ−温度あるいは        それ以上に加熱して消磁し、磁化されている軌道側に移動局が移動する推力を生        じさせ、加熱位置を移動し消磁して移動局を移動させ、軌道の加熱された領域を        磁場から引き離した後にキュリ−温度以下に冷却する。
以上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薄板を適度な間隔で並べて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、金属感温磁性材料薄板のキュリ−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、更に薄板であるから加熱手段や冷却手段を用いて、軌道を局部的にほぼ均一に素早く加熱、冷却することができ、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あり、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るが、本発明は磁性体の軌道が固体の金属感温磁性材料で肉厚が均一な連続体ではなく、金属感温磁性材料薄板の断続体としたもの、あるいはこれに類似したものとしたことを特徴とするものでエネルギ−変換のメカニズムは、根本的に全く異なる新たな熱機関を提供できたものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の熱機関の実施例の正面図である。
【図２】本発明の熱機関の実施例の平面図である。
【図３】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。
【図４】本発明の熱機関で移動局を反対方向に移動する実施例の正面図である。
【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正面図であり、図２はその平面図である。
【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軌道１を作り、軌道１を軌道支持体６に取り付け、軌道固定板１４で台座９に固定して固定局とし、磁石２を鉄心８を経て移動局１１に取付け、移動局１１が軌道１の長手方向に移動できる機構としてガイドロ−ラ−１０を移動局１１に取付け、冷却手段３と冷却手段５および加熱手段４を、金属感温磁性材料薄板のキュリ−温度以下の低温液体とキュリ−温度以上の高温液体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容器等に収容して軌道１を作ったり、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】  軌道１は様々な形状や形態で作れるが、基本的には使用される冷却手段３や加熱手段４によって効率良く熱交換できる形状や形態を選定できる。
【００１６】  冷却手段３、冷却手段５としては、自然冷却、空冷、水冷、油冷、低温物質との接触冷却、低温液化ガスによる冷却、その他の冷却媒体による冷却等様々な冷却手段３がある。
【００１７】  加熱手段４としては、高温気体、高温蒸気、高温液体、可燃物の燃焼熱、可燃ガスの燃焼熱、地熱、太陽光の集光熱、レ−ザ−加熱、電磁誘導加熱等様々な加熱手段４がある。
【００１８】  本実施例は冷却手段３、冷却手段５を低温の液体とした実施例であるが、実施において冷却手段を自然冷却や空冷とした場合には、特別の冷却手段は必要なく加熱手段４のみを移動してもよい。
【００１９】  加熱手段４の移動は外部から行なってもよいが、加熱手段４を移動局１１に固定して自走式移動とすることもできる。
【００２０】  図３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。
【００２１】  図３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。
【００２２】  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。
【００２３】  従って、本熱機関の起動時を除いては、軌道１の加熱によって生じる加熱手段４で用いられる加熱物質の温度低下は少ないので、本実施例のように回収容器１２等を用いて加熱物質を回収して熱エネルギ−を再利用する循環加熱システムとしたり、本発明の熱機関と同様の他の熱機関の加熱手段４として再利用して、熱機関の多段システムを構築することもできる。
【００２４】  金属感温磁性材料はすでに、キュリ−温度が数十度から数百度の広範囲の温度領域で安定した性能の素材が生産されているので、現時点においても、本発明は比較的低温の廃熱から高温の燃焼熱まで幅広い温度帯の熱エネルギ−を効率よく力学的エネルギ−に変換できる熱機関を提供できるものである。
【００２５】  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り、熱対策としては磁石２と加熱手段４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。
【００２６】  実施においては、軌道１の磁石２面側の両面を薄い断熱材で覆い、加熱物質が磁石２にかからない所作を講じることもできる。
【００２７】  図４は本発明の熱機関で移動局の移動方向７を反対方向にする場合の正面図であり、磁場近傍の冷却手段３と冷却手段５および磁場中の加熱手段４の位置を、磁場を中心に反転した位置にすればよいことを図示したものである。
【００２８】  実施においては冷却手段３、加熱手段４、冷却手段５の配置位置を移動局１１が移動する任意で位置で変更して、移動局１１の移動方向を変えることもできるし、所定の位置で変更してこれを繰り返し、往復運動する熱機関とすることもできる。
【００２９】  本実施例は軌道１に沿って冷却手段３、磁石２、加熱手段４、冷却手段５を１個所設けた実施例であるが、この数には制限がなく、軌道１を長くして複数個所設け駆動力の大きな熱機関とすることもできるし、熱機関複数個を並列連動することもできる。
【００３０】  本熱機関は同様の動作原理で、小型なものから大型なものまで製作できるので、比較的小型のものは熱源を用いたアクチュエ−タ−として利用することができ、大型の熱機関を用いて発電システムを構築することもできる。
【００３１】  本実施例は軌道１を直線軌道とした実施例てあるが、軌道１を曲線軌道、環状軌道とすることもでき広範囲の分野で利用できるものである。
【００３２】  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、交通、医療、宇宙産業等の広範囲の分野で利用できるものである。
【符号の説明】
【００３３】  １…軌道
２…磁石
３…冷却手段
４…加熱手段
５…冷却手段
６…軌道支持体
７…移動局の移動方向
８…鉄心
９…台座
１０…ガイドロ−ラ−
１１‥移動局
１２…回収容器
１３…加熱手段の移動方向
１４…軌道固定板
【図１】
2014139500.tif 000003
【図２】
2014139500.tif 000004
【図３】
2014139500.tif 000005
【図４】
2014139500.tif 000006