(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性流体を循環させる循環流路と、該循環流路に介装され、該循環流路に封入された磁性流体に磁界を印加するとともに該磁性流体を加熱して循環駆動する駆動部とを備える磁性流体発電装置であって、
前記磁性流体は導電性を有し、
前記循環流路に介装された発電部を備え、
該発電部は、
前記循環流路と連通し、所定長に亘って対向する２組の路壁で囲まれ、矩形断面形状を有する発電側循環流路と、
対向する一方の路壁に対して略垂直方向に磁界を印加する磁界印加部と、
対向する他方の路壁それぞれに設けられた電極板と
を備え、
前記電極板を介して電力を出力するようにしてあり、
前記磁界印加部は、
前記一方の路壁それぞれに対設され、ヨークで囲まれた１対の磁石を有し、
前記１対の磁石の一方は、
前記路壁に対して略垂直方向であって該路壁に向かう方向に磁化し、該路壁よりも幅広の第１磁石と、
該第１磁石を間にして対設され、前記路壁の表面と略平行であって前記第１磁石の方向に磁化した１組の第２磁石と
を有し、
前記１対の磁石の他方は、
前記路壁に対して略垂直方向であって該路壁に向かう方向と反対方向に磁化し、該路壁よりも幅広の第３磁石と、
該第３磁石を間にして対設され、前記路壁の表面と略平行であって前記第３磁石の方向と反対方向に磁化した１組の第４磁石と
を有し、
前記第１磁石の幅に対する前記第２磁石の幅の割合、及び第３磁石の幅に対する前記第４磁石の幅の割合は、０．５以上であることを特徴とする磁性流体発電装置。
【請求項２】
前記磁性流体の導電率は、１Ｓ／ｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の磁性流体発電装置。
【請求項３】
前記駆動部が介装された循環流路の総断面積よりも前記発電側循環流路の総断面積が小さいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の磁性流体発電装置。
【請求項４】
前記１対の磁石同士の離隔寸法に対する該磁石の厚み寸法の割合は、３以上であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の磁性流体発電装置。
【請求項５】
前記１対の磁石は、１．３３Ｔ以上の残留磁束密度を有するネオジム磁石であることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の磁性流体発電装置。
【請求項６】
前記磁界印加部が印加する磁界の磁束密度は１．０Ｔ以上であることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の磁性流体発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、循環流路に封入された磁性流体に磁界を印加するとともに磁性流体を加熱して循環駆動する駆動部を備える磁性流体発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ファラデーの電磁誘導の法則を利用したＭＨＤ（Magneto-Hydro-Dynamics：電磁流体力学）発電が知られている。ＭＨＤ発電は、電気伝導性を有する作動流体（プラズマ又は液体金属）を外部から磁界が印加された発電機流路内に流し、ファラデーの電磁誘導の法則に基づいて誘起される電圧・電流によって、作動流体が有するエンタルピーを電気エネルギーに変換する。
【０００３】
しかし、従来のＭＨＤ発電では、作動流体にプラズマや液体金属を使用するので、動作環境の高温化（例えば、２０００〜３０００℃程度）が不可避である。また、発電装置の熱損失を低減するためには発電機が大型になるという問題もある。また、液体金属には水銀などの有毒な物質が多く含まれているため、安全面においても問題がある。さらに、作動流体を発電機流路内に循環させるには、圧縮機やコンプレッサーなどにより外部から作動流体に駆動力を与える必要がある。
【０００４】
一方で、磁性流体が封入された循環流路中に加熱部と磁場印加部とを備え、加熱部で加熱した磁性流体の磁化を低下させて、磁性流体に作用する磁気体積力の不均衡を利用して磁性流体を駆動させる磁性流体駆動装置が開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−５０１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１の装置にあっては、磁性流体を駆動させるための電磁石に印加する外部電源が不要になるものの、発電方法については具体的な開示はない。
【０００７】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、常温の環境下で簡便な構成で発電することができる磁性流体発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る磁性流体発電装置は、磁性流体を循環させる循環流路と、該循環流路に介装され、該循環流路に封入された磁性流体に磁界を印加するとともに該磁性流体を加熱して循環駆動する駆動部とを備える磁性流体発電装置であって、前記磁性流体は導電性を有し、前記循環流路に介装された発電部を備え、該発電部は、前記循環流路と連通し、所定長に亘って対向する２組の路壁で囲まれ、矩形断面形状を有する発電側循環流路と、対向する一方の路壁に対して略垂直方向に磁界を印加する磁界印加部と、対向する他方の路壁それぞれに設けられた電極板とを備え、前記電極板を介して電力を出力するようにしてあることを特徴とする。
【０００９】
本発明にあっては、駆動部は、循環流路に封入された磁性流体に磁界を印加するとともに磁性流体を加熱して、循環流路内の磁性流体を循環駆動する。駆動部は、加熱した磁性流体の磁化を低下させて、磁性流体に作用する磁気体積力の不均衡を利用して磁性流体を駆動させる。磁性流体は、常温域で磁化が比較的大きく、温度がキュリー温度（例えば、２００℃程度）に向かって上昇すると磁化が低下する。なお、駆動部内の加熱源としては、電子機器等のＣＰＵ、ＬＳＩなどの発熱を利用（廃熱利用）することもできる。したがって、常温の環境下で循環流路内の磁性流体を循環させることができる。
【００１０】
磁性流体は導電性を有し、循環流路に発電部を介装してある。発電部は、循環流路と連通し、所定長に亘って対向する２組の路壁で囲まれ、矩形断面形状を有する発電側循環流路と、２組の路壁のうち、一方の路壁に対して略垂直方向に磁界を印加する磁界印加部と、他方の路壁それぞれに設けられた電極板とを備える。矩形断面形状は、例えば、正方形、長方形などである。磁界印加部は、例えば、永久磁石（磁石）を用いることができる。磁界の磁束密度をＢ、磁性流体の速度をｕ、電極板間の寸法をｄとすると、電極板間に生じる電圧Ｖ0 は、Ｖ0＝ｕ・Ｂ・ｄで表すことができる。これにより、常温の環境下で、簡便な構成で発電することができる。
【００１１】
本発明に係る磁性流体発電装置は、前記磁性流体の導電率は、１Ｓ／ｍ以上であることを特徴とする。
【００１２】
本発明にあっては、磁性流体の導電率は、１Ｓ／ｍ以上である。磁性流体の母液としては、例えば、水、炭化水素系オイル、フッ素系オイルなどを用いることができる。水ベースの磁性流体の導電率は、２０℃で約１〜２程度であり、温度上昇により導電率が上がる傾向にあり、例えば、８０℃では約２〜５程度になる。磁性流体の導電率を、１Ｓ／ｍ以上とすることにより、水ベースの磁性流体を用いることができる。
【００１３】
本発明に係る磁性流体発電装置は、前記駆動部が介装された循環流路の総断面積よりも前記発電側循環流路の総断面積が小さいことを特徴とする。
【００１４】
本発明にあっては、駆動部が介装された循環流路の総断面積よりも発電側循環流路の総断面積が小さい。例えば、駆動部が介装された循環流路を複数備える。すなわち、駆動部には複数の循環流路を設けてある。そして、循環流路の数よりも発電側循環流路の数が少なくなるように合流部で循環流路を合流する。例えば、駆動部には４本の循環流路を設け、発電部には２本の発電側循環流路を設けた場合、合流部は、発電側循環流路の上流側で４本の流路を２本の流路に合流させる。なお、発電側循環流路の下流側では２本の流路が４本の流路に分岐することになる。駆動部で駆動される磁性流体の流速をｕとし、循環流路及び発電側循環流路の流路断面積を同じとすると、流量（体積流量）Ｑは一定であるので、発電側循環流路内での磁性流体の流速は約２倍となる。これにより、電極板間で生じる電圧を２倍にすることができ、電力は電圧の２乗に比例するので、電極板から出力する電力は４倍にすることができ、出力電力を大きくすることができる。
【００１５】
また、駆動部が介装された循環流路の数と発電側循環流路の数とを同数にしておき、各循環流路の断面積よりも各発電側循環流路の断面積が小さくなるようにすることもできる。さらに、駆動部が介装された循環流路の数よりも発電側循環流路の数を少なくし、かつ各循環流路の断面積よりも各発電側循環流路の断面積を小さくするように構成することもできる。
【００１６】
本発明に係る磁性流体発電装置は、前記磁界印加部は、前記一方の路壁それぞれに対設され、ヨークで囲まれた１対の磁石を有し、前記１対の磁石の一方は、前記路壁に対して略垂直方向であって該路壁に向かう方向に磁化し、該路壁よりも幅広の第１磁石と、該第１磁石を間にして対設され、前記路壁の表面と略平行であって前記第１磁石の方向に磁化した１組の第２磁石とを有し、前記１対の磁石の他方は、前記路壁に対して略垂直方向であって該路壁に向かう方向と反対方向に磁化し、該路壁よりも幅広の第３磁石と、該第３磁石を間にして対設され、前記路壁の表面と略平行であって前記第３磁石の方向と反対方向に磁化した１組の第４磁石とを有することを特徴とする。
【００１７】
本発明にあっては、磁界印加部は、一方の路壁それぞれに対設され、ヨークで囲まれた１対の磁石を有する。すなわち、１対の磁石の間に発電側循環流路を配置してある。なお、１対の磁石は、一方の路壁に対して略垂直方向（すなわち、他方の路壁に対して略水平方向）に磁界を印加する。なお、発電側循環流路の流路方向（磁性流体の流れる方向）をｘ軸、一方の路壁に対して略垂直方向（すなわち、磁界方向）をｙ軸、他方の路壁に対して略垂直方向（すなわち、電極板に対して略垂直方向）をｚ軸とする。
【００１８】
１対の磁石の一方は、一方の路壁に対して略垂直方向であって当該路壁に向かう方向に磁化し、当該路壁よりも幅広の第１磁石と、第１磁石を間にして対設され、当該路壁の表面と略平行であって第１磁石の方向に磁化した１組の第２磁石とを有する。また、１対の磁石の他方は、一方の路壁に対して略垂直方向であって当該路壁に向かう方向と反対方向に磁化し、当該路壁よりも幅広の第３磁石と、第３磁石を間にして対設され、当該路壁の表面と略平行であって第３磁石の方向と反対方向に磁化した１組の第４磁石とを有する。
【００１９】
すなわち、第１磁石は、発電側循環流路の路壁の幅（ｚ軸方向の寸法）よりも幅が広く、磁化の方向（Ｓ極からＮ極への方向）がｙ軸方向であって発電側循環流路に向かう。第２磁石は、第１磁石を間にして対設された１組の磁石であり、磁化の方向（Ｓ極からＮ極への方向）がｚ軸方向であって第１磁石に向かう。第３磁石は、発電側循環流路の路壁の幅（ｚ軸方向の寸法）よりも幅が広く、磁化の方向（Ｓ極からＮ極への方向）がｙ軸方向であって発電側循環流路の方向と反対方向に向かう。第４磁石は、第３磁石を間にして対設された１組の磁石であり、磁化の方向（Ｓ極からＮ極への方向）がｚ軸方向であって第３磁石の方向と反対方向に向かう。
【００２０】
第１磁石のＮ極から間隙側へ出た磁力線は、発電側循環流路の一方の路壁を通って第３磁石のＳ極へ向かう。第３磁石を間にして１組の第４磁石を対設してあるので、第３磁石から出た磁力線は、各第４磁石に向かい、ヨークを通過して第２磁石へ向かう。第１磁石を間にして１組の第２磁石を対設してあるので、第２磁石から出た磁力線は、第１磁石へ向かう。すなわち、磁力線は、第１磁石、発電側循環流路の路壁、第３磁石、第４磁石、ヨーク、第２磁石、第１磁石の順に閉ループを形成することになり、第１磁石から第３磁石へ向かう磁力線の漏れを少なくすることができ、発電側循環流路の一方の路壁を通過する磁束の磁束密度を高めることができる。これにより、発電側循環流路の一方の路壁に対して略垂直方向の磁界を強くすることができ、出力電力を増加させることができる。
【００２１】
本発明に係る磁性流体発電装置は、前記第１磁石の幅に対する前記第２磁石の幅の割合、及び第３磁石の幅に対する前記第４磁石の幅の割合は、０．５以上であることを特徴とする。
【００２２】
本発明にあっては、第１磁石の幅ｗａ（ｚ軸方向の寸法）に対する第２磁石の幅ｗｂ（ｚ軸方向の寸法）の割合ｐ（＝ｗｂ／ｗａ）は、０．５以上である。また、第３磁石の幅ｗａ（ｚ軸方向の寸法）に対する第４磁石の幅ｗｂ（ｚ軸方向の寸法）の割合ｐ（＝ｗｂ／ｗａ）は、０．５以上である。第１磁石及び第３磁石の幅ｗａを大きくすると、第１磁石から第３磁石へ向かう磁力線のうち、発電側循環流路の一方の路壁を通過する磁力線が相対的に少なくなるため、発電側循環流路の一方の路壁を通過する磁束の磁束密度が小さくなる。また、第１磁石及び第３磁石の幅ｗａを大きくすると、第１磁石及び第３磁石のｚ軸方向の端部が、発電側循環流路の一方の路壁から離れ、第１磁石及び第３磁石のｚ軸方向の中央部に発電側循環流路が位置することになるので、発電側循環流路及びその付近における、第１磁石のＮ極から第３磁石のＳ極へ向かう磁力線（ｙ軸方向の磁束密度）のｚ軸方向の分布が均一となる範囲が大きくなる。
【００２３】
また、逆に、第１磁石及び第３磁石の幅ｗａを小さくすると、第１磁石から第３磁石へ向かう磁力線のうち、発電側循環流路の一方の路壁を通過する磁力線が相対的に多くなるため、発電側循環流路の一方の路壁を通過する磁束の磁束密度が大きくなる。また、第１磁石及び第３磁石の幅ｗａを小さくすると、第１磁石及び第３磁石のｚ軸方向の端部が、発電側循環流路の一方の路壁に近づき、第１磁石及び第３磁石のｚ軸方向の端部付近に発電側循環流路が位置することになるので、発電側循環流路及びその付近における、第１磁石のＮ極から第３磁石のＳ極へ向かう磁力線（ｙ軸方向の磁束密度）のｚ軸方向の分布が均一となる範囲が小さくなる。
【００２４】
すなわち、割合ｐ（＝ｗｂ／ｗａ）が０．５未満の場合、相対的に幅ｗａを大きくすることになり、磁束密度が小さくなり、出力電力が低下する。割合ｐ（＝ｗｂ／ｗａ）を０．５以上にすることにより、発電側循環流路の一方の路壁を通過する磁束の磁束密度のｙ軸方向の成分（ｙ軸方向の磁束密度）のｚ軸方向の分布の均一性を高めるとともに磁束密度を大きくすることができ、出力電力を増加させることができる。
【００２５】
本発明に係る磁性流体発電装置は、前記１対の磁石同士の離隔寸法に対する該磁石の厚み寸法の割合は、３以上であることを特徴とする。
【００２６】
本発明にあっては、１対の磁石同士の離隔寸法ｄ（ｙ方向の間隙寸法）に対する磁石の厚み寸法ｔ（ｙ軸方向の寸法）の割合ｑ（＝ｔ／ｄ）は、３以上である。割合ｑ（＝ｔ／ｄ）を、３未満にすると、相対的に離隔寸法ｄが大きくなり、磁束密度が小さくなり、出力電力が低下する。割合ｑ（＝ｔ／ｄ）を、３以上にすることにより、磁束密度を大きくして出力電力を増加させることができる。
【００２７】
本発明に係る磁性流体発電装置は、前記１対の磁石は、１．３３Ｔ以上の残留磁束密度を有するネオジム磁石であることを特徴とする。
【００２８】
本発明にあっては、１対の磁石は、１．３３Ｔ以上の残留磁束密度を有するネオジム磁石である。残留磁束密度が１．３３Ｔ以上のネオジム磁石を用いることにより、磁束密度を大きくすることができる。
【００２９】
本発明に係る磁性流体発電装置は、前記磁界印加部が印加する磁界の磁束密度は１．０Ｔ以上であることを特徴とする。
【００３０】
本発明にあっては、磁界印加部が印加する磁界の磁束密度は１．０Ｔ以上である。出力する電力は、磁束密度の２乗に比例するので、磁束密度を１．０Ｔ以上にすることにより、所要の電力を得ることができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、常温の環境下で簡便な構成で発電することができる
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１実施形態の磁性流体発電装置の構成の一例を示す模式図である。
【図２】第１実施形態の駆動部の構成の一例を示す模式図である。
【図３】第１実施形態の発電部の構成の第１実施例を示す外観斜視図である。
【図４】第１実施形態の発電部の構成の第１実施例を示す正面図である。
【図５】第１実施例の発電部により印加される磁力線の一例を示す模式図である。
【図６】第１実施形態の発電部の構成の第２実施例を示す外観斜視図である。
【図７】第１実施形態の発電部の構成の第２実施例を示す正面図である。
【図８】第１実施形態の発電部が発生する電力の算出モデルを示す模式図である。
【図９】第１実施形態の第１実施例の発電部による割合ｐが０．５の場合の磁場解析結果の一例を示す説明図である。
【図１０】第１実施形態の第１実施例の発電部による割合ｐが１．０の場合の磁場解析結果の一例を示す説明図である。
【図１１】第１実施形態の第１実施例の発電部による割合ｐが１．５の場合の磁場解析結果の一例を示す説明図である。
【図１２】第１実施形態の第１実施例の発電部による割合ｐが２．０の場合の磁場解析結果の一例を示す説明図である。
【図１３】第１実施形態の第１実施例の発電部による割合ｐが３．０の場合の磁場解析結果の一例を示す説明図である。
【図１４】第１実施形態の第２実施例の発電部による割合ｐが１．０の場合の磁場解析結果の一例を示す説明図である。
【図１５】第１実施形態の発電部による磁石の厚みを変化させた場合の磁場解析結果の一例を示す説明図である。
【図１６】第２実施形態の磁性流体発電装置の構成の一例を示す模式図である。
【図１７】発電部が発生する電力の数値例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
（第１実施形態）
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は第１実施形態の磁性流体発電装置１００の構成の一例を示す模式図である。磁性流体発電装置１００は、閉ループ状の循環流路１０、循環流路１０の所要の位置に介装された駆動部２０、駆動部２０と適長離隔して循環流路１０に介装された発電部３０などを備える。駆動部２０は、磁石２１、加熱部２２などを備える。循環流路１０内には、導電性を有する磁性流体を封入してあり、駆動部２０で磁性流体を駆動して循環流路１０内を、図１の矢印で示す方向に循環するようにしてある。
【００３４】
循環流路１０に封入される磁性流体は、磁性微粒子を分散させる母液に、母液よりも低沸点の溶媒を少なくとも１種混合したものとすることができる。
【００３５】
磁性流体の磁性微粒子としては、例えば、酸化鉄系微粒子、スピネルフェライト（ＭＦｅ2 Ｏ4 ：Ｍ＝Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、ＭｎＺｎ）、γ-ヘマタイト（γ-Ｆｅ2 Ｏ3 ）等を用いることができる。また、磁性微粒子として。最も好ましいのは、マンガン亜鉛フェライト（Ｍｎx Ｚｎ1-x Ｆｅ2 Ｏ4 ）であり、常温域で磁化が最も大きく、磁化の温度依存性が最も高く現れ、組成を制御することで、キュリー温度の調整も可能であり、感温性磁性流体の構成要素として最も適している。また、磁性流体の母液としては、例えば、水、炭化水素系オイル（ケロシン、アルキルナフタレン等）、フッ素系オイル（パープルオロポリエーテル等）を用いることができる。
【００３６】
低沸点溶媒としては、磁性流体の母液よりも低沸点である溶媒を使用することができる。低沸点溶媒の種類については、特に限定されるものでなく、母液との相性等を考慮して適宜選択することができる。また、その混合比については、熱磁気的諸性質を考慮して適宜決定すればよい。磁性流体を沸騰させることにより、空間的な磁化率の低下や液体排除効果などにより、磁性流体の駆動速度を上昇させることができ、その結果、出力電圧を増加させることができる。
【００３７】
循環流路１０の断面内径直径は、例えば、５ｍｍ程度とすることができる。また、循環流路１０のレイノルズ数は、１００００以下とすることが最も好ましい。例えば、循環流路１０の断面内径直径が５ｍｍ以下であれば、磁性流体発電装置１００の小型化を可能にし、レイノルズ数が１００００以下での層流であれば、循環流路１０内の流れの乱れが少なく高効率に磁性流体を駆動させることが可能になり、循環流路１０内の淀みも少なく、熱により生成した気泡も滞留しにくくなる。また、磁性流体に加える熱量も少なくて済み、例えば、少量の廃熱を利用して磁性流体を高効率で循環させることができる。
【００３８】
図２は第１実施形態の駆動部２０の構成の一例を示す模式図である。なお、図２では、循環流路１０での流路方向の磁場分布及び磁気体積力も例示している。図２に示すように、駆動部２０は、循環流路１０の周囲に配置された磁場生成部２１、加熱部２２などを備える。また、磁場生成部２１は、永久磁石２１１、ヨーク２１２などを備える。
【００３９】
磁場生成部２１は、循環流路１０の流路方向（図２中、符号ｘで示す方向）と垂直な磁化容易軸を持つ２個の永久磁石２１１を循環流路１０に対向する磁極面が互いに異なるように配置（異極並列配置）してある。
【００４０】
永久磁石２１１としては、例えば、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、フェライト磁石等を利用することが可能であるが、最も磁力が大きく高磁場を発生することができるネオジム磁石が好ましい。最も好ましいのはネオジム磁石の高残留磁束密度Ｂｒを有する材質で、Ｂｒ＝１．３３Ｔ（Tesla）以上の磁石材質が望ましい。また、永久磁石２１１の形状は、どのようなものであってもよいが、通常は、角柱、円柱、楕円柱のものを用いることができる。
【００４１】
加熱部２２は、磁場生成部２１の一方の永久磁石２１１と重なるようにして磁場生成部２１の一端側（循環流路１０の下流側）に配置してある。加熱部２２は、ヒータ等の発熱体でもよく、あるいはＣＰＵ又はＬＳＩなどの発熱部品からの廃熱を利用する構成にしてもよい。
【００４２】
次に、駆動部２０による磁性流体の循環駆動について説明する。磁性流体に磁界Ｈを印加すると磁化Ｍを持った流体としてふるまう。磁性流体の構成成分である酸化鉄微粒子は室温において超常磁性的振る舞いをする。超常磁性体の磁化は磁場に対してランジュバン関数に従うが、比較的低磁場領域においては、磁化が磁界に比例すると近似できる。また、酸化鉄微粒子のキュリー温度は４７７Ｋ（２０４℃）であるために、磁性流体は、温度上昇に伴いキュリー温度に向かって磁化が低下する感温特性がある。以上より、局所的な磁性流体の磁化Ｍは、式（１）で表すことができる。
【００４３】
【数１】
0006474217.tif 000002
【００４４】
ここで、μ0 は真空透磁率であり、χは磁化率であり、αは空隙率（ボイド率：気相の割合）であり、Ｔ（ｘ）は加熱部２２における磁性流体の温度であり、Ｔ0 は非加熱部における磁性流体の温度であり、Ｔc は磁性微粒子のキュリー温度である。
【００４５】
また、磁化Ｍの磁性流体には、式（２）で示す磁気体積力Ｆが働く。ここで、∇Ｈは磁場勾配（磁界勾配）である。そして、循環流路１０の流路方向であるｘ軸方向に対するｙ軸方向及びｚ軸方向の磁界（磁場分布）が一様であると仮定すると、循環流路１０内のｘ軸方向（磁性流体の流れる方向）に働く磁気体積力Ｆｘは、式（３）で表すことができる。ここで、Ｈｘは、ｘ軸方向の磁界である。
【００４６】
図２に示す磁場生成部２１による流路方向（ｘ軸方向）の磁場分布は、図２の中段の図のようになり、流路方向の磁気体積力は、図２の下段の図のようになる。
【００４７】
加熱前の段階では、図２下段の図の（ｉ）の曲線のように、磁気体積力Ｆの符号は、磁場Ｈの符号及び磁場勾配∇Ｈの符号が変わるたびに反転するので、Ｆ１〜Ｆ６がつりあって磁性流体は動かない。
【００４８】
加熱部２２において磁性流体が低沸点溶媒の沸点ＴＬ未満の温度まで加熱されると、温度Ｔの増大に伴い、加熱部２２の磁化Ｍは、非加熱部の磁化Ｍ０に対して減少するため、図２下段の（ｉｉ）の曲線のように、加熱部２２の磁気体積力Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６は、加熱されていない非加熱部の磁気体積力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３に比べて小さくなる。加熱部２２の磁気体積力のうちＦ２は負の向きであるが、Ｆ１と同程度の大きさであることから相殺され、実質的には正方向のＦ３の磁気体積力が支配的となる。これにより磁性流体はｘ軸方向に自発的に移動する。
【００４９】
さらに図２下段の（ｉｉｉ）の曲線のように、磁性流体が低沸点溶媒の沸点ＴＬ以上、磁性流体の母液の沸点ＴＨ未満まで加熱されると、温度Ｔが増大し、低沸点溶媒の沸騰により気泡が発生すると空隙率αが増大するため、加熱部２２の磁化Ｍはさらに減少し、磁性流体をｘ軸方向に駆動させる磁気体積力Ｆが増大する。このようにして、例えば、流速４０ｍｍ／ｓ程度で磁性流体を循環し続けることができる。
【００５０】
上述のように、駆動部２０は、循環流路１０に封入された磁性流体に磁界を印加するとともに磁性流体を加熱して、循環流路１０内の磁性流体を循環駆動する。駆動部２０は、加熱した磁性流体の磁化を低下させて、磁性流体に作用する磁気体積力の不均衡を利用して磁性流体を駆動させる。磁性流体は、常温域で磁化が比較的大きく、温度がキュリー温度（例えば、２００℃程度）に向かって上昇すると磁化が低下する。なお、駆動部２０内の加熱源としては、電子機器等のＣＰＵ、ＬＳＩなどの発熱を利用（廃熱利用）することもできる。したがって、常温の環境下で循環流路１０内の磁性流体を循環させることができる。
【００５１】
図３は第１実施形態の発電部３０の構成の第１実施例を示す外観斜視図であり、図４は第１実施形態の発電部３０の構成の第１実施例を示す正面図である。図４に示すように、発電部３０は、循環流路１０と連通し、所定長に亘って対向する２組の路壁（１１、１２、１３、１４）で囲まれ、矩形断面形状を有する発電側循環流路１０ａと、２組の路壁（１１、１２、１３、１４）のうち、一方の路壁（１１、１２）に対して略垂直方向に磁界を印加する磁界印加部（３１、３２、３３、３４、３５）と、他方の路壁（１３、１４）それぞれに設けられた電極板（１５、１６）とを備える。矩形断面形状は、例えば、正方形、長方形などである。磁界印加部は、例えば、永久磁石（磁石）を用いることができる。
【００５２】
次に、磁界印加部について説明する。磁界印加部は、一方の路壁（１１、１２）それぞれに対設された１対の磁石（３１、３２、３３、３４）を有する。すなわち、１対の磁石（３１、３２、３３、３４）の間に発電側循環流路１０ａを配置してある。なお、１対の磁石（３１、３２、３３、３４）は、一方の路壁（１１、１２）に対して略垂直方向（すなわち、他方の路壁（１３、１４）に対して略水平方向）に磁界を印加する。１対の磁石（３１、３２、３３、３４）の周囲には、両面が開放された箱状のヨーク３５を配置してある。すなわち、１対の磁石（３１、３２、３３、３４）は、ヨーク３５で囲まれている。
【００５３】
また、発電側循環流路１０ａの流路方向（磁性流体の流れる方向）をｘ軸、一方の路壁（１１、１２）に対して略垂直方向（すなわち、磁界方向）をｙ軸、他方の路壁（１３、１４）、すなわち、電極板１５、１６に対して略垂直方向をｚ軸とする。
【００５４】
図４に示すように、１対の磁石の一方（３１、３２）は、一方の路壁（１１、１２）に対して略垂直方向であって当該路壁に向かう方向に磁化し、当該路壁よりも幅広の第１磁石３１と、第１磁石３１を間にして対設され、当該路壁の表面と略平行であって第１磁石３１の方向に磁化した１組の第２磁石３２、３２とを有する。
【００５５】
また、１対の磁石の他方（３３、３４）は、一方の路壁（１１、１２）に対して略垂直方向であって当該路壁に向かう方向と反対方向に磁化し、当該路壁よりも幅広の第３磁石３３と、第３磁石３３を間にして対設され、当該路壁の表面と略平行であって第３磁石３３の方向と反対方向に磁化した１組の第４磁石３４とを有する。
【００５６】
すなわち、第１磁石３１は、発電側循環流路１０ａの路壁（１１、１２）の幅（ｚ軸方向の寸法）よりも幅が広く、磁化の方向（Ｓ極からＮ極への方向）がｙ軸方向であって発電側循環流路１０ａに向かう。第２磁石３２は、第１磁石３１を間にして対設された１組の磁石であり、磁化の方向（Ｓ極からＮ極への方向）がｚ軸方向であって第１磁石３１に向かう。
【００５７】
第３磁石３３は、発電側循環流路１０ａの路壁（１１、１２）の幅（ｚ軸方向の寸法）よりも幅が広く、磁化の方向（Ｓ極からＮ極への方向）がｙ軸方向であって発電側循環流路１０ａの方向と反対方向に向かう。第４磁石３４は、第３磁石３３を間にして対設された１組の磁石であり、磁化の方向（Ｓ極からＮ極への方向）がｚ軸方向であって第３磁石３３の方向と反対方向に向かう。
【００５８】
１対の磁石（３１、３２、３３、３４）それぞれの長さをＬとする。また、第１磁石３１及び第３磁石３３の幅をｗａとし、第２磁石３２及び第４磁石３４の幅をｗｂとする。また、１対の磁石（３１、３２、３３、３４）の間隙３６の寸法をｄとし、１対の磁石（３１、３２、３３、３４）の厚みをｔとする。すなわち、便宜上、ｘ軸方向を磁石の長さ方向とし、ｙ軸方向を磁石の厚み方向とし、ｚ軸方向を磁石の幅方向としている。なお、発電側循環流路１０ａの断面形状を正方形とすると、路壁の幅は略ｄとなる。
【００５９】
１対の磁石（３１、３２、３３）としては、例えば、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、フェライト磁石等を利用することが可能であるが、最も磁力が大きく高磁場を発生することができるネオジム磁石が好ましい。
【００６０】
図５は第１実施例の発電部３０により印加される磁力線の一例を示す模式図である。図５に示すように、第１磁石３１のＮ極から間隙３６側へ出た磁力線は、発電側循環流路１０ａの一方の路壁（１１、１２）を通って第３磁石３３のＳ極へ向かう。第３磁石３３を間にして１組の第４磁石３４、３４を対設してあるので、第３磁石３３から出た磁力線は、各第４磁石３４、３４に向かい、ヨーク３５を通過して第２磁石３２、３２へ向かう。第１磁石３１を間にして１組の第２磁石３２、３２を対設してあるので、第２磁石３２から出た磁力線は、第１磁石３１へ向かう。
【００６１】
すなわち、磁力線は、第１磁石３１、発電側循環流路１０ａの路壁（１１、１２）、第３磁石３３、第４磁石３４、ヨーク３５、第２磁石３２、第１磁石３１の順に閉ループを形成することになり、第１磁石３１から第３磁石３３へ向かう磁力線の漏れを少なくすることができ、発電側循環流路１０ａの一方の路壁（１１、１２）を通過する磁束の磁束密度を高めることができる。これにより、発電側循環流路１０ａの一方の路壁（１１、１２）に対して略垂直方向の磁界を強くすることができ、出力電力を増加させることができる。
【００６２】
循環流路１０の断面は円形状であり、発電側循環流路１０ａの断面は矩形状であるが、循環流路１０と発電側循環流路１０ａとを接続する位置で断面形状を変更すればよい。また、発電側循環流路１０ａは、電極板（１５、１６）を対向配置する範囲（長さ）において、断面形状が矩形状であればよい。
【００６３】
上述の第１実施例では、発電部３０は、１本の発電側循環流路１０ａを備える構成であったが、発電側循環流路１０ａは１本に限定されるものではなく、複数本備える構成であってもよい。次に、２本の発電側循環流路１０ａを備える構成について説明する。
【００６４】
図６は第１実施形態の発電部３０の構成の第２実施例を示す外観斜視図であり、図７は第１実施形態の発電部３０の構成の第２実施例を示す正面図である。図６、図７に示すように、上側の発電側循環流路１０ａに対しては、一方の路壁（１１、１２）それぞれに対設された１対の磁石（３１、３２、３３、３４）を有する。すなわち、１対の磁石（３１、３２、３３、３４）の間に発電側循環流路１０ａを配置してある。
【００６５】
１対の磁石の一方（３１、３２）は、一方の路壁（１１、１２）に対して略垂直方向であって当該路壁に向かう方向に磁化し、当該路壁よりも幅広の第１磁石３１と、第１磁石３１を間にして対設され、当該路壁の表面と略平行であって第１磁石３１の方向に磁化した１組の第２磁石３２、３２とを有する。
【００６６】
また、１対の磁石の他方（３３、３４）は、一方の路壁（１１、１２）に対して略垂直方向であって当該路壁に向かう方向と反対方向に磁化し、当該路壁よりも幅広の第３磁石３３と、第３磁石３３を間にして対設され、当該路壁の表面と略平行であって第３磁石３３の方向と反対方向に磁化した１組の第４磁石３４とを有する。
【００６７】
すなわち、第１磁石３１は、発電側循環流路１０ａの路壁（１１、１２）の幅（ｚ軸方向の寸法）よりも幅が広く、磁化の方向（Ｓ極からＮ極への方向）がｙ軸方向であって発電側循環流路１０ａに向かう。第２磁石３２は、第１磁石３１を間にして対設された１組の磁石であり、磁化の方向（Ｓ極からＮ極への方向）がｚ軸方向であって第１磁石３１に向かう。
【００６８】
第３磁石３３は、発電側循環流路１０ａの路壁（１１、１２）の幅（ｚ軸方向の寸法）よりも幅が広く、磁化の方向（Ｓ極からＮ極への方向）がｙ軸方向であって発電側循環流路１０ａの方向と反対方向に向かう。第４磁石３４は、第３磁石３３を間にして対設された１組の磁石であり、磁化の方向（Ｓ極からＮ極への方向）がｚ軸方向であって第３磁石３３の方向と反対方向に向かう。
【００６９】
また、下側の発電側循環流路１０ｂに対しては、一方の路壁（１１、１２）それぞれに対設された１対の磁石（３１、３２、３３、３４）を有する。すなわち、１対の磁石（３１、３２、３３、３４）の間に発電側循環流路１０ｂを配置してある。第１磁石３１、第２磁石３２、第３磁石３３及び第４磁石３４の配置は、発電側循環流路１０ａに対するものと同様であるので、説明は省略する。なお、発電側循環流路１０ａに対する第４磁石３４と発電側循環流路１０ｂに対する第２磁石３２とは共用している。また、発電側循環流路１０ａに対する第２磁石３２と発電側循環流路１０ｂに対する第４磁石３４とは共用している。
【００７０】
上述の構成により、発電側循環流路１０ａには、図中右側から左側に向かう方向の磁界が印加され、発電側循環流路１０ｂには、左側から右側に向かう方向の磁界が印加される。
【００７１】
次に、発電部３０で発生する電力について説明する。図８は第１実施形態の発電部３０が発生する電力の算出モデルを示す模式図である。図８において、断面矩形状の管路は、発電側循環流路１０ａを示す。また、発電側循環流路１０ａの一方の路壁（１１、１２）に対して略垂直方向に磁束密度Ｂの磁界が印加されており、他方の路壁（１３、１４）それぞれには、他方の路壁（１３、１４）と略同寸法の電極板（１５、１６）を設けてある。発電側循環流路１０ａ（電極板１５、１６）の長さをＬとし、幅をｗとし、間隙をｄとする。また、発電側循環流路１０ａの流路方向（磁性流体の流れる方向）をｘ軸、間隙方向をｙ軸、幅方向をｚ軸とする。磁界の方向はｙ軸方向となっている。
【００７２】
ファラデーの電磁誘導の法則より、電極板１５、１６間に発生する開放電圧Ｖ0 は、式（４）で表すことができる。これにより、常温の環境下で、簡便な構成で発電することができる。
【００７３】
【数２】
0006474217.tif 000003
【００７４】
ここで、ｕは、導電性を有する磁性流体の速度である。また、電極板１５、１６間を通過する磁性流体の電気抵抗（内部抵抗）ｒは、式（５）で表すことができる。ここで、σは磁性流体の導電率［Ｓ／ｍ］である。
【００７５】
また、電極板１５、１６間に外部抵抗Ｒを接続した場合に、最大の出力電力が得られるのは、内部抵抗ｒと外部抵抗Ｒとが等しい場合であり、この場合の出力電圧Ｖopt は、式（６）で表すことができる。
【００７６】
出力電圧がＶoptのときの最大出力電力Ｐmax は、式（７）で表すことができる。また、発電側循環流路１０ａを流れる磁性流体の流量（体積流量）Ｑは、式（８）で表すことができ、式（４）、（５）、（７）、（８）から、最大出力電力Ｐmax は、式（９）で表すことができる。
【００７７】
すなわち、発電部３０で発生する電力を最適（最大）にするには、例えば、発電側循環流路１０ａの断面積を小さくする、導電率の高い磁性流体を用いる、発電側循環流路１０ａの長さを長くする、発電側循環流路１０ａを流れる磁性流体の体積流量を大きくする、あるいは、磁束密度を大きくすることが考えられる。これにより、常温の環境下で、簡便な構成で発電することができる。
【００７８】
本実施の形態では、磁性流体の導電率は、１Ｓ／ｍ以上である。磁性流体の母液としては、例えば、水、炭化水素系オイル、フッ素系オイルなどを用いることができる。水ベースの磁性流体の導電率は、２０℃で約１〜２程度であり、温度上昇により導電率が上がる傾向にあり、例えば、８０℃では約２〜５程度になる。磁性流体の導電率を、１Ｓ／ｍ以上とすることにより、水ベースの磁性流体を用いることができる。
【００７９】
また、本実施の形態では、第１磁石３１の幅ｗａ（ｚ軸方向の寸法）に対する第２磁石３２の幅ｗｂ（ｚ軸方向の寸法）の割合ｐ（＝ｗｂ／ｗａ）は、０．５以上である。また、第３磁石３３の幅ｗａ（ｚ軸方向の寸法）に対する第４磁石３４の幅ｗｂ（ｚ軸方向の寸法）の割合ｐ（＝ｗｂ／ｗａ）は、０．５以上である。第１磁石３１及び第３磁石３３の幅ｗａを大きくすると、第１磁石３１から第３磁石３３へ向かう磁力線のうち、発電側循環流路１０ａ、１０ｂの一方の路壁（１１、１２）を通過する磁力線が相対的に少なくなるため、発電側循環流路１０ａ、１０ｂの一方の路壁（１１、１２）を通過する磁束の磁束密度が小さくなる。また、第１磁石３１及び第３磁石３３の幅ｗａを大きくすると、第１磁石３１及び第３磁石３３のｚ軸方向の端部が、発電側循環流路１０ａ、１０ｂの一方の路壁から離れ、第１磁石３１及び第３磁石３３のｚ軸方向の中央部に発電側循環流路１０ａ、１０ｂが位置することになるので、発電側循環流路１０ａ、１０ｂ及びその付近における、第１磁石３１のＮ極から第３磁石３３のＳ極へ向かう磁力線（ｙ軸方向の磁束密度）のｚ軸方向の分布が均一となる範囲が大きくなる。
【００８０】
また、逆に、第１磁石３１及び第３磁石３３の幅ｗａを小さくすると、第１磁石３１から第３磁石３３へ向かう磁力線のうち、発電側循環流路１０ａ、１０ｂの一方の路壁（１１、１２）を通過する磁力線が相対的に多くなるため、発電側循環流路１０ａ、１０ｂの一方の路壁（１１、１２）を通過する磁束の磁束密度が大きくなる。また、第１磁石３１及び第３磁石３３の幅ｗａを小さくすると、第１磁石３１及び第３磁石３３のｚ軸方向の端部が、発電側循環流路１０ａ、１０ｂの一方の路壁（１１、１２）に近づき、第１磁石３１及び第３磁石３３のｚ軸方向の端部付近に発電側循環流路１０ａ、１０ｂが位置することになるので、発電側循環流路１０ａ、１０ｂ及びその付近における、第１磁石３１のＮ極から第３磁石３３のＳ極へ向かう磁力線（ｙ軸方向の磁束密度）のｚ軸方向の分布が均一となる範囲が小さくなる。
【００８１】
すなわち、割合ｐ（＝ｗｂ／ｗａ）が０．５未満の場合、相対的に幅ｗａを大きくすることになり、磁束密度が小さくなり、出力電力が低下する。割合ｐ（＝ｗｂ／ｗａ）を０．５以上にすることにより、発電側循環流路１０ａ、１０ｂの一方の路壁（１１、１２）を通過する磁束の磁束密度のｙ軸方向の成分（ｙ軸方向の磁束密度）のｚ軸方向の分布の均一性を高めるとともに磁束密度を大きくすることができ、出力電力を増加させることができる。
【００８２】
また、本実施の形態では、１対の磁石（３１、３２、３３、３４）同士の離隔寸法ｄ（ｙ方向の間隙寸法）に対する磁石の厚み寸法ｔ（ｙ軸方向の寸法）の割合ｑ（＝ｔ／ｄ）は、３以上である。割合ｑ（＝ｔ／ｄ）を、３未満にすると、相対的に離隔寸法ｄが大きくなり、磁束密度が小さくなり、出力電力が低下する。割合ｑ（＝ｔ／ｄ）を、３以上にすることにより、磁束密度を大きくして出力電力を増加させることができる。
【００８３】
また、本実施の形態では、１対の磁石（３１、３２、３３、３４）は、１．３３Ｔ以上の残留磁束密度を有するネオジム磁石である。残留磁束密度が１．３３Ｔ以上のネオジム磁石を用いることにより、磁束密度を大きくすることができる。
【００８４】
また、本実施の形態では、磁界印加部が印加する磁界の磁束密度は１．０Ｔ以上である。出力する電力は、磁束密度の２乗に比例するので、磁束密度を１．０Ｔ以上にすることにより、所要の電力を得ることができる。
【００８５】
次に、第１実施例の数値例を説明する。図４の例において、例えば、第１磁石３１、第２磁石３２、第３磁石３３及び第４磁石３４の長さ（すなわち、電極板１５、１６の長さ）Ｌを１００ｍｍとし、第１磁石３１の幅ｗａ及び両側に配置された第３磁石３３、３３の幅ｗｂの合計（ｗａ＋２×ｗｂ）を５２．５ｍｍとし、第２磁石３２の幅ｗａ及び両側に配置された第４磁石３４、３４の幅ｗｂの合計（ｗａ＋２×ｗｂ）を５２．５ｍｍとし、第１磁石３１、第２磁石３２、第３磁石３３及び第４磁石３４の厚みｔを３０ｍｍとし、間隙ｄを５ｍｍ、発電側循環流路１０ａの各路壁の幅を５ｍｍとし、発電側循環流路１０ａの中心位置のｚ軸座標（下側のヨーク３５の内面からの高さ）を２６．２５ｍｍとする。かかる数値例に基づく、発電部３０により印加する磁場の解析結果を以下に説明する。また、第１磁石３１、第２磁石３２、第３磁石３３及び第４磁石３４は、高残留磁束密度Ｂｒが１．３８Ｔのネオジム磁石である。なお、数値例は上述の例に限定されるものではない。
【００８６】
図９は第１実施形態の第１実施例の発電部３０による割合ｐが０．５の場合の磁場解析結果の一例を示す説明図である。図９に示す磁束密度は、ｙ方向の磁束密度成分Ｂｙを表す。割合ｐが０．５であるので、幅ｗａは２６．２５ｍｍ、幅ｗｂは１３．１２５ｍｍとなる。図９の上段の図は、ｚ＝２６．２５ｍｍにおけるｘ方向の磁束密度Ｂｙの分布を示す。ｘ＝２０〜８０ｍｍの範囲において、磁束密度Ｂｙは１．３Ｔ程度でｘ方向の磁束密度Ｂｙは均一となる。
【００８７】
図９の中段の図は、ｚ＝２６．２５ｍｍにおけるｙ方向の磁束密度Ｂｙの分布を示す。ｙ方向の磁束密度Ｂｙは一定値となり、発電側循環流路１０ａの流路内のｙ方向の磁束密度Ｂｙを均一にすることができる。
【００８８】
図９の下段の図は、間隙ｄの中央、すなわち、発電側循環流路１０ａの中央におけるｚ方向の磁束密度Ｂｙの分布を示す。ｚ＝１５〜３５ｍｍの範囲で、磁束密度Ｂｙの最大値が略均一となっている。
【００８９】
図１０は第１実施形態の第１実施例の発電部３０による割合ｐが１．０の場合の磁場解析結果の一例を示す説明図である。図１０に示す磁束密度は、ｙ方向の磁束密度成分Ｂｙを表す。割合ｐが１．０であるので、幅ｗａ及び幅ｗｂは１７．７ｍｍとなる。図１０の上段の図は、ｚ＝２６．２５ｍｍにおけるｘ方向の磁束密度Ｂｙの分布を示す。ｘ＝２０〜８０ｍｍの範囲において、磁束密度Ｂｙは１．５Ｔ程度でｘ方向の磁束密度Ｂｙは均一となる。
【００９０】
図１０の中段の図は、ｚ＝２６．２５ｍｍにおけるｙ方向の磁束密度Ｂｙの分布を示す。ｙ方向の磁束密度Ｂｙは一定値となり、発電側循環流路１０ａの流路内のｙ方向の磁束密度Ｂｙを均一にすることができる。
【００９１】
図１０の下段の図は、間隙ｄの中央、すなわち、発電側循環流路１０ａの中央におけるｚ方向の磁束密度Ｂｙの分布を示す。ｚ＝２０〜３３ｍｍの範囲で、磁束密度Ｂｙの最大値が略均一となっている。
【００９２】
図１１は第１実施形態の第１実施例の発電部３０による割合ｐが１．５の場合の磁場解析結果の一例を示す説明図である。図１１に示す磁束密度は、ｙ方向の磁束密度成分Ｂｙを表す。割合ｐが１．５であるので、幅ｗａは１３．１２５ｍｍ、幅ｗｂは約１９．６９ｍｍとなる。図１１の上段の図は、ｚ＝２６．２５ｍｍにおけるｘ方向の磁束密度Ｂｙの分布を示す。ｘ＝２０〜８０ｍｍの範囲において、磁束密度Ｂｙは１．６５Ｔ程度でｘ方向の磁束密度Ｂｙは均一となる。
【００９３】
図１１の中段の図は、ｚ＝２６．２５ｍｍにおけるｙ方向の磁束密度Ｂｙの分布を示す。ｙ方向の磁束密度Ｂｙは一定値となり、発電側循環流路１０ａの流路内のｙ方向の磁束密度Ｂｙを均一にすることができる。
【００９４】
図１１の下段の図は、間隙ｄの中央、すなわち、発電側循環流路１０ａの中央におけるｚ方向の磁束密度Ｂｙの分布を示す。ｚ＝２３〜３０ｍｍの範囲で、磁束密度Ｂｙの最大値が略均一となっている。
【００９５】
図１２は第１実施形態の第１実施例の発電部３０による割合ｐが２．０の場合の磁場解析結果の一例を示す説明図である。図１２に示す磁束密度は、ｙ方向の磁束密度成分Ｂｙを表す。割合ｐが２．０であるので、幅ｗａは１０．５ｍｍ、幅ｗｂは２１ｍｍとなる。図１２の上段の図は、ｚ＝２６．２５ｍｍにおけるｘ方向の磁束密度Ｂｙの分布を示す。ｘ＝２０〜８０ｍｍの範囲において、磁束密度Ｂｙは１．７５Ｔ程度でｘ方向の磁束密度Ｂｙは均一となる。
【００９６】
図１２の中段の図は、ｚ＝２６．２５ｍｍにおけるｙ方向の磁束密度Ｂｙの分布を示す。ｙ方向の磁束密度Ｂｙは一定値となり、発電側循環流路１０ａの流路内のｙ方向の磁束密度Ｂｙを均一にすることができる。
【００９７】
図１２の下段の図は、間隙ｄの中央、すなわち、発電側循環流路１０ａの中央におけるｚ方向の磁束密度Ｂｙの分布を示す。ｚ＝２４〜２９ｍｍの範囲で、磁束密度Ｂｙの最大値が略均一となっている。
【００９８】
図１３は第１実施形態の第１実施例の発電部３０による割合ｐが３．０の場合の磁場解析結果の一例を示す説明図である。図１３に示す磁束密度は、ｙ方向の磁束密度成分Ｂｙを表す。割合ｐが３．０であるので、幅ｗａは７．５ｍｍ、幅ｗｂは２２．５ｍｍとなる。図１３の上段の図は、ｚ＝２６．２５ｍｍにおけるｘ方向の磁束密度Ｂｙの分布を示す。ｘ＝２０〜８０ｍｍの範囲において、磁束密度Ｂｙは１．８Ｔ程度でｘ方向の磁束密度Ｂｙは均一となる。
【００９９】
図１３の中段の図は、ｚ＝２６．２５ｍｍにおけるｙ方向の磁束密度Ｂｙの分布を示す。ｙ方向の磁束密度Ｂｙは一定値となり、発電側循環流路１０ａの流路内のｙ方向の磁束密度Ｂｙを均一にすることができる。
【０１００】
図１３の下段の図は、間隙ｄの中央、すなわち、発電側循環流路１０ａの中央におけるｚ方向の磁束密度Ｂｙの分布を示す。ｚ＝２５付近で磁束密度Ｂｙが最大となっている。
【０１０１】
図９乃至図１３の例から分かるように、割合ｐ（＝ｗｂ／ｗａ）が０．５以上である場合、磁束密度Ｂｙは、ｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向の依存性がほとんどなく（すなわち、磁束密度のｙ方向成分Ｂｙのｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向の分布が均一であり）、磁束密度Ｂｙが所要の１．０Ｔ以上確保することができる。
【０１０２】
また、割合ｐ（＝ｗｂ／ｗａ）を０．５より大きくした場合、磁束密度Ｂｙをさらに大きくすることができる。
【０１０３】
一方で、割合ｐ（＝ｗｂ／ｗａ）が２．０程度になると、磁束密度Ｂｙのｚ軸方向の分布が均一である範囲が、ｚ＝２４〜２９ｍｍとなる。したがって、割合ｐ（＝ｗｂ／ｗａ）を２．０以下にすることにより、幅寸法が５ｍｍ程度以上の発電側循環流路１０ａを配置しても、流路内のｚ方向の磁束密度Ｂｙを均一にすることができる。
【０１０４】
すなわち、割合ｐは０．５以上であればよいが、さらに最も好ましくは、割合ｐを２．０程度にするのがよい。
【０１０５】
次に、第２実施例の数値例を説明する。図７の例において、例えば、第１磁石３１、第２磁石３２、第３磁石３３及び第４磁石３４の長さ（すなわち、電極板１５、１６の長さ）Ｌを１００ｍｍとし、第１磁石３１及び第２磁石３２の幅ｗａ及び第２磁石３２及び第４磁石３４の幅ｗｂをそれぞれ１０ｍｍとし、第１磁石３１、第２磁石３２、第３磁石３３及び第４磁石３４の厚みｔを３０ｍｍとし、間隙ｄを５ｍｍ、発電側循環流路１０ａ、１０ｂの各路壁の幅を５ｍｍとし、下側の発電側循環流路１０ｂの中心位置のｚ軸座標（下側のヨーク３５の内面からの高さ）Ｗ１を１５ｍｍとし、上側の発電側循環流路１０ａの中心位置のｚ軸座標（下側のヨーク３５の内面からの高さ）Ｗ２を３５ｍｍとする。かかる数値例に基づく、発電部３０により印加する磁場の解析結果を以下に説明する。また、第１磁石３１、第２磁石３２、第３磁石３３及び第４磁石３４は、高残留磁束密度Ｂｒが１．３８Ｔのネオジム磁石である。なお、数値例は上述の例に限定されるものではない。
【０１０６】
図１４は第１実施形態の第２実施例の発電部３０による割合ｐが１．０の場合の磁場解析結果の一例を示す説明図である。図１４に示す磁束密度は、ｙ方向の磁束密度成分Ｂｙを表す。図１４の上段左側の図は、ｚ＝１５ｍｍにおけるｘ方向の磁束密度Ｂｙの分布を示す。また、図１４の上段右側の図は、ｚ＝３５ｍｍにおけるｘ方向の磁束密度Ｂｙの分布を示す。ｘ＝２０〜８０ｍｍの範囲において、磁束密度Ｂｙは１．３５Ｔ程度又は−１．３５Ｔ程度であり、ｘ方向の磁束密度Ｂｙは均一となる。
【０１０７】
図１４の下段左側の図は、ｚ＝１５ｍｍ、及びｚ＝３５ｍｍにおけるｙ方向の磁束密度Ｂｙの分布を示す。ｙ方向の磁束密度Ｂｙは一定値となり、発電側循環流路１０ａの流路内のｙ方向の磁束密度Ｂｙを均一にすることができる。
【０１０８】
図１４の下段右側の図は、間隙ｄの中央、すなわち、発電側循環流路１０ａ、１０ｂの中央におけるｚ方向の磁束密度Ｂｙの分布を示す。ｚ＝１２〜１７ｍｍの範囲、及びｚ＝３４〜３９ｍｍの範囲で、磁束密度Ｂｙの最大値が略均一となっている。
【０１０９】
図１５は第１実施形態の発電部３０による磁石の厚みを変化させた場合の磁場解析結果の一例を示す説明図である。図１５に示す磁束密度は、ｙ方向の磁束密度成分Ｂｙを表す。図１５の上段の図は、第１磁石３１、第２磁石３２、第３磁石３３及び第４磁石３４の厚みｔを１５ｍｍ、３０ｍｍ、４５ｍｍ、９０ｍｍと変化させた場合のｙ方向の磁束密度成分Ｂｙのｘ方向の分布を示し、図１５の下段の図は、厚みｔを１５ｍｍ、３０ｍｍ、４５ｍｍ、９０ｍｍと変化させた場合の磁束密度Ｂｙの最大値をプロットしたものである。間隙ｄが５ｍｍであるので、厚みｔを１５ｍｍ、３０ｍｍ、４５ｍｍ、９０ｍｍは、それぞれ割合ｑ（＝ｔ／ｄ）が、３、６、９、１８に対応する。磁石の厚みｔ、すなわち割合ｑが大きくなると磁束密度Ｂｙは増加する。磁束密度Ｂｙを略１．０Ｔ以上とするためには、割合ｑを３以上にすればよいことが分かる。
【０１１０】
なお、発電側循環流路１０ａ、１０ｂの路壁の幅が予め定められると、１対の磁石同士の間隔ｄも定まるが、磁石の厚みｔを厚くすればするほど、磁束密度Ｂｙを増加させることができる。ただ、厚みｔを厚くすると、磁界印加部の寸法が大きくなり装置全体が大きくなってしまうが、装置の寸法が許容できる範囲で割合ｑを大きくすればよい。例えば、割合ｑを３から６にすれば、磁束密度Ｂｙを約５０％増加させることができる。
【０１１１】
上述の第１実施例又は第２実施例と同寸法、同材質の第１磁石３１及び第３磁石３３のみを用いた構成、すなわち、発電側循環流路１０ａを間にして、一方の磁石のＮ極と他方の磁石のＳ極を対向配置した場合には、発電側循環流路１０ａ、１０ｂに印加することができる磁束の磁束密度は、０．８Ｔ以下であった。上述の第１実施例又は第２実施例の構成を採用することにより、発電側循環流路１０ａを間にして、一方の磁石のＮ極と他方の磁石のＳ極を対向配置した場合に比較して、発電側循環流路１０ａ、１０ｂに印加することができる磁束の磁束密度を２５％以上増加させることができる。
【０１１２】
（第２実施形態）
図１６は第２実施形態の磁性流体発電装置１００の構成の一例を示す模式図である。図１６に示すように、第２実施形態では、駆動部２０が介装された循環流路１０を複数備える。すなわち、駆動部２０には複数の循環流路１０を設けてある。図１６の例では、駆動部２０には４本の循環流路１０を設けている。
【０１１３】
合流部５０は、循環流路１０の数よりも発電側循環流路１０ａ、１０ｂの数が少なくなるように、循環流路１０を合流する。例えば、図１６に示すように、駆動部２０には４本の循環流路１０を設け、発電部３０には２本の発電側循環流路１０ａ、１０ｂを設けた場合、合流部５０は、発電側循環流路の上流側で４本の流路を２本の流路に合流させる。なお、発電側循環流路の下流側では２本の流路が４本の流路に分岐する分岐部５１を配置してある。
【０１１４】
すなわち、駆動部２０が介装された循環流路１０の総断面積よりも発電側循環流路１０ａ、１０ｂの総断面積が小さい。
【０１１５】
駆動部２０で駆動される磁性流体の流速をｕとし、循環流路１０及び発電側循環流路１０ａ、１０ｂの流路断面積を同じとすると、流量（体積流量）Ｑは一定であるので、発電側循環流路１０ａ、１０ｂ内での磁性流体の流速は約２倍となる。これにより、電極板１５、１６間で生じる電圧を２倍にすることができ、電力は電圧の２乗に比例するので、電極板１５、１６から出力する電力は４倍にすることができ、出力電力を大きくすることができる。
【０１１６】
また、駆動部２０が介装された循環流路１０の数と発電側循環流路１０ａ、１０ｂの数とを同数にしておき、各循環流路１０の断面積よりも各発電側循環流路１０ａ、１０ｂの断面積が小さくなるようにすることもできる。さらに、駆動部２０が介装された循環流路１０の数よりも発電側循環流路１０ａ、１０ｂの数を少なくし、かつ各循環流路１０の断面積よりも各発電側循環流路１０ａ、１０ｂの断面積を小さくするように構成することもできる。
【０１１７】
図１７は発電部３０が発生する電力の数値例を示す説明図である。図１７の上段の図は、第１実施形態の第１実施例に相当する場合であり、循環流路１０及び発電側循環流路１０ａが１本の場合であり、流路長を０．８ｍとした場合の例を示す。磁性流体が水ベース磁性流体の場合、導電率は５．２５［Ｓ／ｍ］であり、発電量は、０．０７５［ｍＷ］となる。また、磁性流体がリン酸系電解質磁性流体の場合、導電率は５０［Ｓ／ｍ］であり、発電量は、０．７１［ｍＷ］となる。
【０１１８】
図１７の下段の図は、第２実施形態に相当する場合であり、駆動部２０側の循環流路１０が４本であり、発電側循環流路１０ａ、１０ｂが２本の場合であり、流路長を０．８ｍとした場合の例を示す。磁性流体が水ベース磁性流体の場合、導電率は５．２５［Ｓ／ｍ］であり、発電量は、０．６０［ｍＷ］となる。また、磁性流体がリン酸系電解質磁性流体の場合、導電率は５０［Ｓ／ｍ］であり、発電量は、５．６８［ｍＷ］となる。
【０１１９】
上述のように、第１実施形態及び第２実施形態によれば、永久磁石及び熱源のみで磁性流体の循環駆動が可能であり、当該循環駆動された磁性流体により発電することができるので、常温領域の廃熱を利用した、常温環境、安全な環境下において、小型化が可能な発電装置又は電源装置を実現することができる。
【０１２０】
上述の実施形態では、循環流路は、略矩形状に配置された構成をなすが、かかる構成に限定されるものではなく、例えば、循環流路を円形状に配置してもよく、あるいは発電装置が組み込まれる装置内のスペース等に応じて他の形状に配置することもできる。
【０１２１】
なお、前述の実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせることができる。
【符号の説明】
【０１２２】
１０  循環流路
１０ａ、１０ｂ  発電側循環流路
１１、１２、１３、１４  路壁
１５、１６  電極板
２０  駆動部
２１  磁場生成部
２１１  永久磁石
２１２  ヨーク
２２  加熱部
３０  発電部
３１  第１磁石（磁界印加部）
３２  第２磁石（磁界印加部）
３３  第３磁石（磁界印加部）
３４  第４磁石（磁界印加部）
３５  ヨーク
３６  間隙
５０  合流部
５１  分岐部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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