(57)【要約】本発明は、外部からの運動エネルギーを使用して作動する永久磁石式渦電流加熱装置について、低コストでエネルギー利用効率の高い加熱を実現するとともに、加熱能力を容易に制御できるようにすることを課題とする。  外部からの運動エネルギーによる回転駆動力で、複数の永久磁石が所定の配置で設けられて外側に磁場を形成する磁極面を備えた回転体を回転させることにより、その磁極面に対し所定間隔で対向する対向面を有して導電材料及び流体加熱路を備えた加熱体に渦電流及びジュール熱を発生させ、流体加熱路中を流れる流体を加熱して送出する永久磁石式渦電流加熱装置において、その磁極面が回転体の基端側でその回転軸線に対し直角な平面とされ、流体加熱路が対向面から所定深さ位置でこの対向面に沿って渦巻き状の平面曲線を形成させる。
2010114180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの運動エネルギーによる回転駆動力で、複数の永久磁石が所定の配置で設けられて外側に磁場を形成する磁極面を備えた回転体を回転させることにより、前記磁極面に対し所定間隔で対向する対向面を有して導電材料及び流体加熱路を備えた加熱体に渦電流及びジュール熱を発生させ、前記流体加熱路中を流れる流体を加熱して送出する永久磁石式渦電流加熱装置において、前記磁極面が前記回転体の基端側で該回転体の回転軸線に対し直角な平面とされ、前記流体加熱路が前記対向面から所定深さ位置で該対向面に沿った渦巻き状の平面曲線を形成している、ことを特徴とする永久磁石式渦電流加熱装置。
【請求項２】
前記運動エネルギーは電動モータまたは／及び内燃機関から得たものであることを特徴とする請求の範囲１に記載した永久磁石式渦電流加熱装置。
【請求項３】
前記電動モータまたは／及び内燃機関は車両の走行用原動機であり、前記車両に搭載されて車両室内の空調手段として用いられる、ことを特徴とする請求の範囲２に記載した永久磁石式渦電流加熱装置。
【請求項４】
前記運動エネルギーの駆動源が、自然の流体運動エネルギーであることを特徴とする請求の範囲１に記載した永久磁石式渦電流加熱装置。
【請求項５】
前記磁極面は、前記回転体の回転軸線に対し中心が一致した円形の平面とされ、前記対向面が前記磁極面に対し平行な平面とされており、かつ、前記流体加熱路による渦巻き状の平面曲線が、前記回転軸線の延長線に対し直角かつ中心が一致している、ことを特徴とする請求の範囲１，２，３または４に記載した永久磁石式渦電流加熱装置。
【請求項６】
前記加熱体に前記対向面と前記磁極面の間隔を変更させるための間隔変更手段が付設されている、ことを特徴とした請求の範囲１，２，３，４または５に記載した永久磁石式渦電流加熱装置。
【請求項７】
前記加熱体による加熱能力の変動を連続的に検知する電子的制御手段を有し該電子制御手段が前記間隔変更手段を駆動操作して加熱能力を自動制御する、ことを特徴とする請求の範囲６に記載した永久磁石式渦電流加熱装置。
【請求項８】
前記加熱体は、該加熱体を構成する加熱体本体部の流体加熱路形成面から所定深さで溝を彫って渦巻き状の平面曲線を形成するとともに、前記溝を設けた前記流体加熱路形成面に前記導電材料からなる蓋板を密着状態で被せて前記溝の開放面側を塞いでなる、ことを特徴とする請求の範囲１，２，３，４，５，６または７に記載した永久磁石式渦電流加熱装置。
【請求項９】
前記流体加熱路は、前記渦巻き状の平面曲線外周側から流体を導入し、加熱された前記流体を中心側から送出することを特徴とする、請求の範囲８に記載した永久磁石式渦電流加熱装置。
【請求項１０】
前記磁極面に配置された複数の永久磁石は、その露出端側が前記磁極面の回転方向に沿って交互に異なる極性とされている、ことを特徴とする請求の範囲１，２，３，４，５，６，７，８または９に記載した永久磁石式渦電流加熱装置。
【請求項１１】
前記駆動力採取手段と前記回転体を接続している動力伝達経路の途中に、蓄電手段に電気的に接続された発電機兼電動モータが機械的に接続可能な状態で配設されており、所定の接続切替手段により、前記駆動力採取手段と前記回転体が直結した状態、前記駆動力採取手段と発電機としての前記発電機兼電動モータが接続した状態、前記回転体と電動モータとしての前記発電機兼電動モータが接続した状態、の間で切替え可能とされていることを特徴とする、請求の範囲１，２，３，４，５，６，７，８，９または１０に記載した永久磁石式渦電流加熱装置。
【請求項１２】
加熱対象である前記流体が水または空気であって、給湯用または暖房用または冷暖房用として使用されることを特徴とする、請求の範囲１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０または１１に記載した永久磁石式渦電流加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部からの運動エネルギーを熱エネルギーに変換して流体を加熱する渦電流加熱装置に関し、殊に、電動モータ、内燃機関等の人工的な駆動エネルギー、または風力、水力、波力等の自然の流体運動エネルギーを使用して高効率かつ低コストで流体を加熱して給湯・暖房等を行うための永久磁石式渦電流加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
化石燃料の燃焼に伴う地球温暖化ガスの増加が問題となっている近年では、太陽光、風力、水力、波力等の自然エネルギーを利用する技術の開発が活発化しており、従来から行われている太陽光を利用した給湯システムや発電システムに加え、風力や水力等、自然の流体運動エネルギーを利用して発電を行う技術が多数開発されている。
しかし、給湯や暖房等の加熱を目的とする場合には、風等の流体運動エネルギーをいったん電力に変換してから電気的加熱手段で加熱することになり、また、自然由来の駆動力が不安定であることから装置の強度確保や蓄電手段も必要となるため、全体として設備コストが嵩む結果となる。また、発電〜蓄電〜加熱の各過程でロスが生じるためにエネルギー利用効率も低くなり、さらに装置が複雑で故障・破損等の頻度が高いため、メンテナンスの手間とコストが嵩みやすくなるという問題もある。
この問題に対し、風車または水車等の駆動力採取手段により回転する円柱状のロータ外周に、極性を交互に変えて周方向に永久磁石を配置してなる磁極面を設け、その周りに所定の間隔で加熱体を対向して設けて磁極面に対向する面側を磁性板で構成し、磁極面を回転させることで磁性板に渦電流を発生させながら加熱体内側の通水室の水をジュール熱で加熱するものとして、給湯等に使用する永久磁石式の渦電流加熱装置が実登第３０１６０６６号公報に提案されている。
このように、風力や水力等、自然由来の流体運動エネルギーで渦電流を発生させながら加熱体に直接熱を発生させて水を加熱するようにしたことで、流体運動エネルギーを電力に変換してから加熱する場合と比べて、簡易な構成でイニシャルコストを低廉に抑えながら自然エネルギーを従来よりも高い効率で利用することが可能となる。
一方、本願発明者らは、先に特開２００５−１７４８０１号公報において、図５に示すような永久磁石式の渦電流加熱装置２Ｅを提案している。これは、ロータ２１Ｃ外周の磁極面に配置する永久磁石を、ロータ回転軸方向と直交する平面での断面形状が略長方形の第１の永久磁石２１９と、ロータ回転軸方向と直交する平面での断面形状がくさび形状である第２の永久磁石２２０とが、ロータ２１Ｃの円周方向に１つおきに交互に並ぶように配置されながら図のような磁化方向とされ、かつ、ロータ２１Ｃ外周側に設けた加熱体２０Ｃに付設した流体通路２１１を、ロータ回転軸と中心軸線が一致するコイル状（弦巻状）に形成した点を特徴としている。
渦電流加熱装置において磁極面の永久磁石を前記のような構成・配置としたことで、磁力線の立ち上がりを大きくして渦電流による加熱効率を向上させることができ、また、ロータ外周面側に設けた加熱体の流体加熱路の形状をコイル状としたことにより、水を加熱する流程が長くなって効率的かつ連続的な加熱が実現されることから、さらにエネルギー効率が高く有用性の高いものとなっている。
しかしながら、これらの渦電流加熱装置では、永久磁石を配置したロータが円柱状とされてその周りを円筒状の加熱体で覆う構成であるために、装置が全体として嵩張りやすいものとなっている。これに加え、自然由来の不安定な駆動力を利用している関係で加熱能力の制御が容易ではなく、例えば風等の流体運動エネルギーが強くなりすぎた場合には、加熱体が過剰に高温化して装置の故障・破損の畏れが生じてしまう。
また、後者の渦電流加熱装置２Ｅでは、永久磁石を前述のような特殊な形状としたことにより加熱効率は高くなるものの、汎用品の磁石が使用できないためにコスト高となりやすく、また、コイル状の流体加熱路２１１は構成が複雑であることから加熱体２０Ｃの作成が容易ではなく、さらに、複雑な流体加熱通路２１１の漏水や目詰まりを回避するためのメンテナンスの手間・コストが過大なものとなりやすい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実登第３０１６０６６号公報
【特許文献２】特開２００５−１７４８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記のような問題を解決しようとするものであり、外部からの運動エネルギーを使用して作動する永久磁石式渦電流加熱装置について、低コストでエネルギー利用効率の高い加熱を実現するとともに、加熱能力を容易に制御できるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、本発明は、外部からの運動エネルギーによる回転駆動力で、複数の永久磁石が所定の配置で設けられて外側に磁場を形成する磁極面を備えた回転体を回転させることにより、その磁極面に対し所定間隔で対向する対向面を有して導電材料及び流体加熱路を備えた加熱体に渦電流及びジュール熱を発生させ、流体加熱路中を流れる流体を加熱して送出する永久磁石式渦電流加熱装置において、その磁極面が回転体の基端側でその回転軸線に対し直角な平面とされ、流体加熱路が対向面から所定深さ位置でこの対向面に沿って渦巻き状の平面曲線を形成していることを特徴とするものとした。
このように、磁極面を回転体の回転軸線に対し直角な平面とし、流体加熱路を対向面に沿った渦巻き状の平面曲線としたことで、回転体及び流体加熱路を含む加熱体を各々平面的な構成にして全体的に嵩張りにくくするとともに、磁極面と加熱体の対向面との距離が変更可能なものとなって加熱力の調整を行いやすいものとなり、かつ、磁極面に配置する永久磁石を特別な形状にする必要がなくなって回転体を低コストで作成できることに加え、流体加熱路も平面的で加熱体が比較的容易に作成できるため、製造コストが低廉に抑えられた簡易な構成によりメンテナンスの手間・コストがかかりにくいものとなる。
また、この永久磁石式渦電流加熱装置において、その運動エネルギーは電動モータまたは／および内燃機関から得たものであることを特徴としたものとすれば、人工的な運動エネルギーを高効率で流体の熱に変換できるようになり、この場合、その電動モータまたは／および内燃機関は車両の走行用原動機であり、車両に搭載されて車両室内の空調手段として用いられることを特徴としたものとすれば、簡易且つコンパクトな構成により追加の登載スペース・コストを最小限に抑えながら、車両速度の変動に対し加熱能力を調整しやすいものとなる。
さらに、請求の範囲１に記載した永久磁石式渦電流加熱装置において、その運動エネルギーの駆動源が自然の流体運動エネルギーであることを特徴としたものとすれば、簡易な構成により低コストで自然エネルギーを高効率で利用できるものとなる。
さらにまた、上述した永久磁石式渦電流加熱装置において、その磁極面は回転体の回転軸線に対し中心が一致した円形の平面とされ、対向面がこの磁極面に対し平行な平面とされており、かつ、流体加熱路による渦巻き状の平面曲線が、回転軸線の延長線に対し直角かつ中心が一致しているものとすれば、より効率的な加熱が行えるとともに一層コンパクトなものとすることができる。
加えて、上述した永久磁石式渦電流加熱装置において、その加熱体には対向面と磁極面の間隔を変更させるための間隔変更手段が付設されているものとすれば、自然由来の回転駆動力の変動状況に応じて間隔を適宜変更することで渦電流の発生量を変更して加熱能力を容易に調整できるものとなって、効率的かつ安全な流体の加熱が行えるものとなり、この場合、その永久磁石式渦電流加熱装置には加熱体による加熱能力の変動を連続的に検知する電子的制御手段が設けられており、この電子的制御手段が間隔変更手段を駆動操作して加熱能力を自動制御することを特徴としたものとすれば、自動的に加熱能力が調整されて安全かつ効率的に流体の加熱を行えるものとなる。
また加えて、上述した永久磁石式渦電流加熱装置において、その加熱体は、これを構成する加熱体本体部の流体加熱路形成面から所定深さで溝を彫って渦巻き状の平面曲線を形成するとともに、その溝を設けた流体加熱路形成面に導電材料からなる蓋板を密着状態で被せて溝の開放面側を塞いでなるものとすれば、比較的簡易な手順で容易に流体加熱路が形成されるとともに、そのメンテナンスが容易なものとなり、この場合、その流体加熱路は、渦巻き状の平面曲線外周側から流体を導入し、加熱された流体を中心側から送出するものとすれば、渦巻き状の流体加熱路では外周側が中心側よりも加熱力が高くなるのに対し、中心側で過剰に加熱されることを回避しながら効率的な加熱を行いやすいものとなる。
さらに加えて、上述した永久磁石式渦電流加熱装置において、その磁極面に配置された複数の永久磁石は、その露出端面側が磁極面の回転方向に沿って交互に異なる極性とされていることを特徴としたものとすれば、渦電流がより発生しやすくなって一層効率的な加熱を行えるものとなる。
そして、上述した永久磁石式渦電流加熱装置において、その駆動力採取手段と回転体を接続している動力伝達経路の途中に、蓄電手段に電気的に接続された発電機兼電動モータが機械的に接続可能な状態で配設されており、所定の接続切替手段により、駆動力採取手段と回転体が直結した状態、駆動力採取手段と発電機としての発電機兼電動モータが接続した状態、回転体と電動モータとしての発電機兼電動モータが接続した状態、の間で切替え可能とされていることを特徴としたものとすれば、回転駆動力の大きさに応じて動力伝達経路を切替えることで、自然の流体運動エネルギーが不安定であっても安定的な流体の加熱を行いやすいものとなる。
そしてまた、上述した永久磁石式渦電流加熱装置は、その加熱対象である流体が安定で、自然界に多量に存在する水または空気であって、給湯用または暖房用または冷暖房用として使用されることを特徴としたものとすれば、少ないコストと手間で安定的な給湯機能または暖房機能または冷暖房機能を発揮するものとなる。
【発明の効果】
【０００６】
回転体の磁極面を回転軸線に直角な平面とし、磁極面に対向する対向面に沿って渦巻き状の平面曲線を形成してなる流体加熱路を設けた本発明によると、低コストでエネルギー利用効率の高い加熱を実現することに加え、加熱能力を容易に制御できるものである。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１は本発明における第１の実施の形態の永久磁石式渦電流加熱装置を配設した給湯システムの配置図。
図２は図１の永久磁石式渦電流加熱装置の詳細を示す側面図。
図３は本発明における第２の実施の形態の永久磁石式渦電流加熱装置を配設した給湯システムの配置図。
図４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、本発明の永久磁石式渦電流加熱装置に接続される駆動力採取手段の例を示す斜視図。
図５は従来例の永久磁石式渦電流加熱装置を示す縦断面図。
図６は図３の実施の形態の応用例としての永久磁石式渦電流加熱装置を配設した給湯システムの配置図。
図７は本発明における第３の実施の形態の永久磁石式渦電流加熱装置を配設した車両用暖房システムの配置図。
図８は（Ａ）及び（Ｂ）は、図２に記載した回転体とは異なる磁極面の磁石配置例を示す部分正面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を説明する。尚、本発明においては、永久磁石式渦電流加熱装置のシャフトの回転軸線の方向を基準として駆動力採取手段側を先端側とし、その反対側（加熱体側）を基端側とする。
図１は、本発明における第１の実施の形態である永久磁石式の渦電流加熱装置２Ａを配設した給湯システム１Ａの配置図を示している。この渦電流加熱装置２Ａは、自然の流体運動エネルギーの一つである風力を利用するものであり、駆動力採取手段としてプロペラ（風車）５Ａを用いながら、その回転駆動力で磁極面２１ｂを備えた回転体２１を回転させることにより、磁極面２１ｂに近接配置した加熱体２０の対向面２０ｂ側に渦電流及びジュール熱を発生させて流体加熱路２１０内を流れる水を加熱して送出するものである。
また、この給湯システム１Ａでは、渦電流加熱装置２Ａで加熱した水（温水）を送出管７ｂで送ってタンク３にいったん貯留してから給湯管７ｃで送出して給湯に使用するようになっており、タンク３の底部側で温度が低下した水は導入管７ａにより渦電流加熱装置２Ａに導入され、給湯に使用されて水位が下がった分だけタンク３に給水されるようになっている。
駆動力採取手段であるプロペラ５Ａと回転体２１を連結しているシャフト２５の途中には、発電機２６Ａが配設されており、シャフト２５が回転駆動することにより発電して、後述する電子制御ユニット１０Ａ、回転体２１との間隔を変更するために加熱体２０に付設した間隔変更手段であるスライダ２４、温水をタンク３に圧送するポンプ４に電力を供給するようになっている。
渦電流加熱装置２Ａの回転体２１は、プロペラ５Ａ中心から延設したシャフト２５の中心軸線に一致する回転軸線Ｘに対し、直角かつ中心軸線の一致した円盤状とされ、その基端側が平面状の磁極面２１ｂを形成している。一方、加熱体２０も回転軸線Ｘの延長線に対し直角かつ中心軸線の一致した円盤状とされ、その先端側が回転体２１の磁極面２１ｂに対し平行な平面となっている点を特徴としている。
このように、回転軸線Ｘ（その延長線を含む）に対し、円盤状の回転体２１と加熱体２０とが、中心軸線を一致させながら互いに対向する面を直角にして配置されたことにより、従来例において回転体が外周側を磁極面とした円柱状のロータとされるとともに流体加熱路を備えた加熱体がロータを囲む筒状とされて、装置が全体として嵩張っていたのに対し、本実施の形態では図示したように比較的簡易な構成で全体として嵩張らない状態で実施できるようになっている。
図２は、図１の渦電流加熱装置２Ａの詳細を説明するための側面図を示しており、回転体２１基端側の磁極面２１ｂの正面図、及びこれに対向する対向面２０ｂを構成する導電材料からなる蓋板２２を外した状態とした流体加熱路２１０を設けてなる流体加熱路形成面２００ａの正面図を、各々引き出し矢印で指し示している。
円形状の平面とされた磁極面２１ｂは、円柱状でその高さ方向に磁化され露出面側がＳ極となる複数の永久磁石２１２と露出面側がＮ極となる複数の永久磁石２１３を、回転体２１の回転方向に沿って交互に異なる極性となるように並べながら複数の同心円を構成するように埋設して平面状としたものである。
一方、流体加熱路２１０は、円盤状部材である加熱体本体部２０ａの蓋板２２を密着させる平面状の流体加熱路形成面２００ａに、磁極面２１ｂに対し平行になるように回転軸線Ｘの延長線に対し直角かつ中心の一致した渦巻き状（蚊取り線香状）の平面曲線を形成するように溝を彫ってなるものである。
このように、比較的簡易な構成で従来例ほど嵩張らない本実施の形態の渦電流加熱装置２Ａは、自然の流体運動エネルギーを受けたプロペラ５Ａでシャフト２５を回転駆動させて、円盤状の回転体２１をその中心軸線を回転軸線にして回転させ、その基端側の磁極面２１ｂがレコード盤のように回転することにより、これと所定距離を置いて対向配置された加熱体２０の対向面２０ｂを構成する導電材料製の蓋板２２に渦電流を発生させるとともにジュール熱を生じさせ、これに付設している平面的な渦巻き状とされた流体加熱路２１０中を流れる水を効率的に加熱するものである。
また、本実施の形態の渦電流加熱装置２Ａにおいては、円盤状の加熱体２０の対向面２０ｂと磁極面２１ｂとの距離（間隔）は、加熱体２０に付設した間隔変更手段であるスライダ２４を操作することにより変更可能となっている。このスライダ２４は、渦電流加熱装置電子２Ａに付設されている電子制御ユニット１０Ａで駆動操作されるステップモータ２４ａと、このステップモータ２４ａから延出されたボルト状の回動軸２４ｂと、この回動軸２４ｂの回動によりナット状の部材を介して上下動する支持アーム２４ｃと、この支持アーム２４ｃを挿通してその動作を上下方向にガイドするガイドバー２４ｄとからなる。
そして、温度センサ１１，１２でタンク３内の水温と加熱直後の水温を検知するとともにシャフト２５の途中に設けた発電機２６Ａの発電量を検知している電子制御ユニット１０Ａが、これらの検知データを基に、風力の強さに基づく加熱能力及び現在の水温状態に応じて、スライダ２４を駆動操作しながら磁極面２１ｂと対向面２０ｂとの距離を自動的に調整し、最適な加熱能力となるように自動制御を行っており、渦電流による効率的な加熱を実現可能としている。
また、流体加熱路２１０は、上述したように円盤状の部材からなる加熱体本体部２０ａ先端側の平滑な流体加熱路形成面２００ａに、表面から所定深さで溝を彫り込んで外径が磁極面２１ｂの外径とほぼ一致した渦巻き状の平面曲線を形成する流路となるように設けた後、その上から導電材料からなる蓋板２２を密着・固定して溝の開放面側を内外液密的に塞ぐことにより形成されている。
従って、図５に示した従来例のようにロータ２１Ｃの外周側に弦巻状に流体加熱路２１１を設ける場合と比べて、加熱体２０を極めて容易に製作可能として製作コストを低廉に抑えている。また、流体加熱路２１０を前述のように簡易な平面的な構成としたことにより、腐食等による漏水の畏れも最小限に抑えられ、蓋板２２をボルト等で着脱可能な状態とすることにより、蓋板２２を外せば流体加熱路２１０を容易に清掃できるため、例えば湯垢の堆積が問題となりやすい２４時間風呂の湯温維持等にも適したものとなる。さらに、この流体加熱路２１０では、対向する磁極面２１ｂの回転速度が外周側は速く中心側は遅くなる関係で、その加熱能力が外周側は高く中心側は低くなるため、その外周側から水を導入して中心側からタンク３に送るようにしてあり、中心側で過剰に水温が上昇するのを回避しながら効率的な加熱を行いやすいものとしている。
尚、温水を貯留するタンク３を内外断熱性に優れた素材で作成して、最適な湯温が長時間に亘って維持されるようにすれば、風が強く大きな回転駆動力・加熱能力が得られる時間帯でタンク３内貯留水量の量・温度を充分に上げておくことにより、風が弱く充分な回転駆動力が得られない時間帯においても、良好な給湯機能を発揮するものとなる。
図３は、本発明における第２の実施の形態である、渦電流加熱装置２Ｂを配設した給湯システム１Ｂの配置図を示している。本実施の形態も前述の給湯システム１Ａと基本構成がほぼ共通しているが、その渦電流加熱装置２Ｂは、発電機兼電動モータ２６Ｂが、回転体２１に回転駆動力を伝達するシャフト２５に対し接続切替手段としてのギヤボックス２８を介して動力の接続状態と非接続状態との間で切替可能に設けられており、かつ、蓄電手段としてのバッテリ２９が設けられて、これに発電機兼電動モータ２６Ｂが電気的に接続されている点を特徴としている。
即ち、ギヤボックス２８及び発電機兼電動モータ２６Ｂは、渦電流加熱装置２Ｂに付設された電子制御ユニット１０Ｂにより制御されて、プロペラ５Ａ側と回転体２１が接続した状態、プロペラ５Ａ側と発電機としての発電機兼電動モータ２６Ｂが接続した状態、回転体２１側と電動モータとしての発電機兼電動モータ２６Ｂが接続した状態、との間で自動的に切替えられるようになっている。
これにより、例えばタンク３に充分な温度・量の温水が溜まっている状況で豊富な風力が得られる場合には、プロペラ５Ａによる回転駆動力は回転体２１に伝えずに発電機としての発電機兼電動モータ２６Ｂに接続してバッテリ２９を充電し、タンク３に充分な温度・量の温水が溜まっていない状況で充分な風力が得られない場合には、電動モータとしての電機兼電動モータ２６Ｂを回転体２１に接続して、バッテリ２９に蓄えた電力で電機兼電動モータ２６Ｂを駆動させて必要な加熱を行うことができる。
一方、適度な風力が得られる状況でバッテリ２９の蓄電量が充分な場合において加熱が必要なケースでは、プロペラ５Ａと回転体２１を直結させて加熱を行うこともできる。このように、自然力に依存して不安定となりやすい回転駆動力の状況に応じて、動力伝達経路を適宜切替えることにより、風力がめまぐるしく変動するような場合であっても、安全且つ安定的な加熱を行いながら良好な給湯機能が維持されやすいものとなる。
尚、タンク３に充分な温度・量の温水が溜まっている状況で豊富な風力が得られる場合において、バッテリ２９も充分に充電されている場合は、発電機としての発電機兼電動モータ２６Ｂを駆動させて発電した電力を電力会社に売電するか、或いは、回転体２１は回転させるが加熱体２０との距離を離して加熱させないように、適宜電子制御ユニット１０Ｂが制御を行うようにすればよい。
図４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、上述した第１の実施の形態と第２の実施の形態の渦電流加熱装置２Ａ，２Ｂに共通して、そのシャフト２５に装着する駆動力採取手段の変更例を示すものである。図（Ａ）は、垂直軸風車５Ｂであり、前述したプロペラ５Ａが風向きの変化に対応しにくかったのに対し、そのままでも総ての方角から吹く風に対応できる点を特徴としている。
また、図（Ｂ）は、回転駆動軸に対し直角方向の水流で回転する水車５Ｃであり、図（Ｃ）は回転駆動軸に沿った水流で回転するスクリュー５Ｄを示しているが、これらは渦電流加熱装置が川や用水路等の水流に近い位置にある場合にその水力を利用するものであって、風力と比べて比較的安定した回転駆動力が得られる点を特徴としており、複数本のシャフトをユニバーサルジョイント２５０のような接続手段で角度を変えながら接続して使用することで、水流の位置・方向に合わせながら駆動力を採取することができる。
尚、上述した実施の形態においては、水を加熱して給湯に使用する場合を中心として説明したが、本発明はこの目的に限定されるものではなく、例えば水を加熱することで暖房に使用することもでき、温水を使用して冷房を行うこともできる。また、同様の構成で水の代わりに空気を加熱して、屋内や温室の暖房にも使用することも可能である。
図６は、図３の渦電流加熱装置２Ｂを配設した給湯システム１Ｂの応用例を示している。上述したように、永久磁石を配置した回転体を回転させることで加熱体側に渦電流を生じさせて流体を加熱する本発明の渦電流加熱装置は、ヒータを発熱させて流体を加熱する場合と比べて、永久磁石を発熱させずに回転させだけで流体を加熱することからエネルギー効率が極めて優れたものとなっており、且つ、燃焼事故を生じやすい過剰な高温部や高電圧部を有さない点で安全性の高いものである。従って、上述した実施の形態のように自然の流体運動エネルギーを利用することのほか、電動モータや内燃機関のように電力や燃料由来の回転駆動力を使用して流体を加熱することにおいても有用性の高いものである。
そこで、図６の渦電流加熱装置２Ｃでは、図３の渦電流加熱装置２Ｂにおけるプロペラ５Ａからなる駆動力採取手段をなくして、電動モータ２６Ｃの回転駆動力のみで回転体２１を回転させる構成としたものである。この場合、電動モータ２６Ｃの回転速度を制御することにより加熱能力を容易に制御できることから、スライダ２４が不要になり構成がよりシンプルとなっている。尚、本実施の形態においては、電力入力部３１を介した電力供給を要するものとしているが、バッテリ式または商用電力・バッテリ併用式でもよく、或いは、電動モータ２６Ｃの代わりに内燃機関を用いてもよい。
図７は、本発明における第３の実施の形態である、渦電流加熱装置２Ｄを配設した空調システム１Ｄの配置図を示している。本実施の形態では、電動モータのみを原動機とする電動車両又は電動モータ及び内燃機関を原動機とするハイブリッド車両の空調手段として用いることを想定している。即ち、これらの車両においては、空調、殊に暖房に要する電力消費がその走行可能距離や燃費に大きく影響を与えてしまうことから、本発明による渦電流加熱装置２Ｄを空調手段として用いることにより、低コストで高いエネルギー効率を実現しようとするものであり、且つ、流体加熱力の調整容易性を実現しようとするものである。
本実施の形態の渦電流加熱装置２Ｄでは、車両の回転駆動部分を利用して回転体２１を回転させる構成としており、例えば図のように前輪駆動車の後輪１０２から延設した回転軸の端部側に回転体２１を設けること等により、回転駆動力を簡易に得ることができるが、回転体２１と加熱体２０との間隔をスライダ２４で調整可能な構成とすることで、車両速度の変動に対応しながら加熱力を容易に調整できるものとなる。尚、本実施の形態では車両室内１００の空気を加熱体２０に導入して直接加熱する構成としているが、媒体として水を用い所定の熱交換手段を介して空気を加熱する構成としても良い。
図８（Ａ），（Ｂ）は、図２に記載した回転体とは異なる磁極面の磁石配置例を示すものである。図（Ａ）は扇状に形成され露出端側が異なる極性とされた永久磁石２１４，２１５を配置したもので、図（Ｂ）は露出端側が長方形の永久磁石２１６，２１７，２１８を放射状に配置したものであり、いずれの場合も配置した永久磁石の露出端側が、円形の磁極面の回転方向に沿って交互に異なる極性となっており、このような構成としても上述のものと同様の作用を発揮することができる。
以上、述べたように、所定の運動エネルギーを使用する永久磁石式渦電流加熱装置について、本発明により、低コストでエネルギー利用効率の高い加熱を実現できるとともに、加熱能力を容易に制御できるようになった。
【符号の説明】
【０００９】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ  給湯システム
１Ｄ  空調システム
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ  渦電流加熱装置
３  タンク
４  ポンプ
５Ａ  プロペラ
５Ｂ  垂直軸風車
５Ｃ  水車
５Ｄ  スクリュー
７ａ  導入管
７ｂ  送出管
７ｃ  給湯管
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ  電子制御ユニット
１１，１２，１３，１４  温度センサ
２０  加熱体
２０ａ  加熱体本体部
２０ｂ  対向面
２１，２１Ｂ，２１Ｃ  回転体
２１ａ  回転体本体部
２１ｂ  磁極面、
２２  蓋板
２４  スライダ
２５  シャフト
２６Ａ  発電機
２６Ｂ  発電機兼電動モータ
２６Ｃ  電動モータ
２８  ギヤボックス
２９，３０  バッテリ
２００ａ  流体加熱路形成面
２１０  流体加熱路
２１２，２１３，２１４，２１５，２１６，２１７，２１８  永久磁石
【図１】
2010114180.tif 000003
【図２】
2010114180.tif 000004
【図３】
2010114180.tif 000005
【図４】
2010114180.tif 000006
【図５】
2010114180.tif 000007
【図６】
2010114180.tif 000008
【図７】
2010114180.tif 000009
【図８】
2010114180.tif 000010
【国際調査報告】
2010114180.tif 000011
2010114180.tif 000012
2010114180.tif 000013
2010114180.tif 000014
2010114180.tif 000015
2010114180.tif 000016