(57)【要約】　　　（修正有）【課題】浮力による回転エネルギーを効率的に発電エネルギーに転換すること。【解決手段】浮体の最大外周面に設置された感温磁性体のキュリー温度の特長、磁性の消滅と復活を速やかに行うために、マイクロ波によって照射し、消滅させ、復活は浮体を維持している液体によって冷却する。感温磁性体の消滅と復活を繰り返すと永久磁石との磁気応力によって浮体全体を回転させる構造ができる。浮体の回転によるエネルギーを発電エネルギーとして得る。水中において感温磁性体を加熱、冷却を瞬時に行うことで磁性体の外部に一定の間隔で設置した永久磁石と磁力応力がスムーズ稼働し浮体全体が回転運動を連続して行うことが可能になった。マイクロ波を導波管によって水中に誘導ができ、且つ電波レンズによってマイクロ波の拡散が防止され、瞬時に磁性体の高温加熱が液体のなかで得ることが可能になった。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水又は液体のなかで浮体構造を維持し、その浮体の外周に磁性体を固定し、磁性体のキュリー温度を中心に外部から加熱又は冷却を行うと磁性体は磁性の消滅と復活を繰り返す、浮体を一定の回転軸を中心に回転出来る構造を維持し、磁性体が回転する外部に永久磁石を一定の間隔で配置し、磁性体の磁性の消滅と復活を繰り返すと浮体に設置している磁性体は永久磁石の磁力によって回転軸を中心に回転運動が始まる。
浮体の回転するエネルギーの利用と磁性体の磁気作用を利用した浮力発電システム。
浮体を水中において、円筒形、球形または楕円形の浮体を回転軸によって回転出来る構造にし、浮体の外周部分に一定間隔をもって、円周上に感温磁性体を配置する。浮体に設置した磁性体に対して同一円周上の外側に一定の間隔をおいて永久磁石を設置する。
磁性体は一定のキュリー温度から選択し、設置する。磁性体の磁力作用はキュリー温度以上に上げると消滅し、キュリー温度以下に低下すると温度の低下に伴い相対的に磁性は復活し強くなる。
磁性体を設置した浮体を浮かす液体は磁性体のキュリー温度以下で常に保持し、外部から液体を循環し冷却できる構造を維持する。浮体を維持する液体は浮力の維持と同時に磁性体がキュリー温度以上になり、磁性の消滅した後に速やかに、磁性の復活に必要な冷却効果を兼ねて利用する。
磁性体をキュリー温度以上に上昇させるためには外部から直接、磁性体にマイクロ波を導波管によって誘導し、照射し発熱させる構造を作る。磁性体は磁性が強いほどマイクロ波の吸収が強く、早い発熱を起こす。感温磁気作用の変化は一般的にキュリー温度を中心に高温は消滅と低温は復活を繰り返す。温度の上昇はマイクロ波による加熱、冷却は浮体を浮かしている液体を利用し磁性体と液体との温度格差によって行う。
磁気作用の磁性の消滅と復活を正確に出来るだけ早く行うために液体のなかに浮体を入れる。
永久磁石の内側に浮体を入れ、その浮体の回転する表面には磁性体を設け、磁性体の磁場の消滅と復活が連続的に行うと磁力相互作用が起き、磁力相互作用のエネルギーが浮体を支える液体の回転抵抗以上になると回転体は連続し回転する。浮体の回転エネルギーがマイクロ波照射のエネルギーと回転抵抗エネルギーを超えるとそのエネルギーは発電エネルギーとして利用できる。
【請求項２】
磁性体のキュリー温度として利用できる範囲と永久磁石の選択。磁性体のキュリー温度の選定は浮体を維持する液体の沸点を超えると液体の密度が低下し浮力が低下する。利用する液体の沸点以下のキュリー温度の磁性体を選択する。水の場合は１００℃以下、密度の高い四塩化エチレンの場合は１２０℃以下が磁性体を選択するキュリー温度である。
水中において効果的に回転体に設置する感温磁性体を選ぶ特長として、飽和磁化が大きいこと、磁気特性の温度変化が大きいこと、キュリー点以下での磁性変化の温度勾配が高く、磁性のキュリー点付近での磁性の消滅と回復が急速にできること。加工性がよく経年変化がないこと、熱入力に対して、反応が早いこと、素材の構成密度が小さいことがあげられるがフェライト系材料又は整磁合金が適している。金属である整磁合金は、熱応答、加工性、耐久性に優れ、素材の構成密度においてはフェライトの方がすぐれている。整磁合金の素材ではニッケルと鉄とクロムが適している。
水中における回転体の周囲に距離を置いて設置する永久磁石を選ぶ特性としては低温で磁場を消滅する磁石は困難であり、感温磁性体のキュリー温度以下で磁性を消滅する永久磁石は利用できない。利用が可能な永久磁石はアルニコ磁石、フェライト磁石、コバルトサマリウム磁石、ネオジウム鉄ボロン磁石である。磁気特性はネオジウム鉄ボロン磁石、コバルトサマリウム磁石、フェライト磁石、アルニコ磁石の順序でよい。それぞれ温度係数の影響はアルニコ磁石は温度係数の影響が小さい、フェライト磁石は温度による変化は著しい。コバルトサマリウム磁石は温度係数が低い。ネオジウム、ボロン磁石はキュリー温度が３１０度と比較的低いが使用可能であり、温度、磁性共に永久磁石としては、ネオジウム、ボロン磁石、コバルト、サマリウム磁石である。
マイクロ波は磁性体の強い磁場に引き寄せられる傾向が強いが永久磁石の表面にアルミニウムメッキ処理を行うと、マイクロ波を遮断することが出来、感温磁性体に照射されているマイクロ波の影響が少ない。水中において設定する感温磁性体と永久磁石の選択材料。
【請求項３】
請求項１の磁性体をマイクロ波の照射によって、効果的に磁性体の温度を上昇させるためには永久磁石側にマイクロ波が流れない構造が望ましい、電波レンズによってマイクロ波を拡散しないように感温磁性体に効果的に照射する構造を作る。マイクロ波の性質は高磁場に引き寄せられる傾向が強く永久磁石側に波長が流れると感温磁性体の発熱効果が薄れ効率の低下に結びつく、磁性体よりも炭化ケイ素はマイクロ波の吸収効率が高く、磁性体と炭化ケイ素を混合し配列した構造を作るとマイクロ波を照射による熱効率が高くなる。その構造は磁性体と炭化ケイ素を回転方向に添って配列するか、立方格子状にしたものを付着させると、効果的に磁性体の温度を上げることが出来る。
【請求項４】
連続して磁性体の感温性を維持する方法
浮体に固定している磁性体に連続してマイクロ波照射をおこなうため、浮体の内部と浮体を浮かしている液体の温度が上昇する。全体の温度上昇は感温磁性体の連続した消滅と復活の作業効率の低下を招き、磁性体のキュリー温度以上に水温が高くなると全体の機能が停止する。
磁性体の磁性密度はキュリー温度から低温度域程、高くなる傾向が強く、磁性の復活と消滅を瞬間的に早く繰り返すには磁性体を効果的に冷却する必要があり、浮体を維持する液体は常に一定の温度を維持するために外部から低温の液体を取り入れ循環する構造で維持する。
【請求項５】
マイクロ波を水のなかで照射するときは水のなかにイオン化した物質が多く含まれると波長の拡散が多くなり、磁性体の発熱効果を低下させる。マイクロ波の拡散は全体の水温の上昇にも結びつく、液体はイオン化物質の少ない純水やマイクロ波を吸収せず且つ液体の密度の高い四塩化エチレンの利用が効率が良い。
浮体の回転に対するエネルギー効率は浮体と浮体を支える液体の密度格差が大きいほど高くなる。浮体を効果的に支える液体の選択。
【請求項６】
浮体の構造と磁性体及び永久磁石の設置場所。
浮体は一定の回転軸を中心に回転できる構造を作り、回転時に液体の抵抗を最小限にし、且つ大きなエネルギーを得るには構造的に楕円形、円柱形、球形が望ましく、磁性体及び永久磁石と磁性体を設置する場所は浮体の回転する最大外周面の部分に設置する。
浮体全体の素材は強度、耐久性、比重から軽量の金属が望ましく且つマイクロ波を吸収しない素材が望ましい、アルミ又はアルミ合金、チタン合金等である。簡便な構造では木質、樹脂系の素材も可能であり、表面にアルミ箔又はアルミメッキ処理、アルミ系の塗料などで処理するとマイクロ波を反射し効果的である。
【請求項７】
浮体が液体のなかで回転するときは必ず浮体と液体のなかに摩擦が発生し浮体の回転抵抗が生じる。回転抵抗は浮体の面積に対して比例する。浮体の内部に浮体の表面積以上の流体面積をつくり、感温磁性体を設置した回転体内部を内部の表面積の大きい、螺旋状またはカーボンチューブを使った螺旋状の管状構造にし、その内部に、気体または密度の低い液体を封入し、マイクロウェーブの照射により内部の温度が上昇することによった熱現象による内部表面にかかる流体運動により推進力に変換され、そのエネルギーによって外部の水の抵抗以上に推進効果を上げ効果的発電エネルギーとなる。
【請求項８】
感温磁性体を設置した浮体が連続して回転すると液体の内部に自然にイオン化した物質が多くなる、イオン化した物質が多いなかでマイクロ波を照射すると、マイクロ波はイオン化した物質に向かって拡散する傾向がある。マイクロ波が偏向し、拡散することを防ぐため、マグネトロンから導波管を用いてマイクロ波の照射を集中させる場合、マグネトロンからのマイクロ波はラーマ運動のドリフトを行うため円筒型の導波管を用いて伝搬させ、電波レンズによって拡散を防止する。
電波レンズを用いて効果的にマイクロ波を収束させ照射させる方法
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は浮力を回転させることから得られるエネルギーと磁性体のマイクロウェーブの照射による感温磁性の変化による磁力の変化を利用し、永久磁石との間で生じる磁気作用を利用した発電する方法である。
【０００２】
【従来の技術】
浮力による発電方法は本出願者によって既に出願されている。水面下で円柱形の浮体を使う方法、楕円形の浮体を使う方法、浮体と浮体が得られる物体を連動した水管内における浮体の発電方法、マイクロウェーブによる発熱によって浮体内部の気体の温度上昇による発電方法、または温度上昇した気体をタービン状にする発電方法。
先行技術文献としては、特願２００１−３２９７９、特願２００１−１１１９９１、特願２００１−２２０６３４、特願２０００−２５４６３２、特願２００２−１２５００８、特願２００１−３５２４０３、
感温磁気特性を用いた先行特許としては熱磁気エンジン　特願平８−７９１２８、特願平１０−２７２２３９がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
エネルギー効率が高く、持続性があり、安定したクリーンなエネルギーの開発は人類の課題である。浮力を利用した発電システムはその一つである。
浮体を回転することで一定のエネルギーが得られる、一定の円筒形の回転体の場合１／２ｒ３ｌρｇ（ｒ；半径、ｌ；長さ、ｇ；重力定数、ρ；外部の液体密度）である。
楕円形の場合は１／２πρｇ（α３γ＋αβ２γ）
（楕円の縦方向の長径２α、短径２β、横方向の長さ２γ、π円周率）
このエネルギーを持続的に安定させ取り出すには浮体の外部から低エネルギーを与え、浮体の回転に対する水又は液体の抵抗のエネルギーと投下エネルギーよりも大きな回転エネルギーが得られると浮力発電システムができる。
浮体に感温磁性体を固定し、その外部に永久磁石を設け、感温磁性体のキュリー温度を利用し磁性体をキュリー温度以上に加熱し、磁性の消滅、冷却による磁性の復活を繰り返し、永久磁石による磁力効果を利用し、浮体を効果的に回転させる。加熱は水や、四塩化エチレンなどの液体の外部からマイクロ波を導波管によって誘導し、磁性体に照射すると瞬時に磁性体はキュリー温度まで発熱が可能である。磁性体の冷却には浮体を浮かしている水や四塩化エチレン等の液体との温度格差によって瞬時におこなう。磁性体はマイクロ波で照射されキュリー温度に到達すると磁性を消滅し、直ぐに周辺の液体によって冷却され磁力を復活でき、連続的に作用する。磁力の復活と同時に永久磁石の磁場に誘導される、浮体は永久磁石の磁場に添って回転運動を起こす。
浮体の回転に必要な外部からのエネルギーは磁性体の発熱に必要なマイクロ波の発生に必要な発振器の出力だけである。
【０００４】
磁性体がキュリー温度まで発熱し、磁性の消滅を速やかに行うには磁性体の早い発熱が必要である。磁性体に炭化ケイ素を付着させると発熱するスピード早くなる。磁性体に炭化ケイ素を付着させる構造は全体的な磁力の低下に影響しない範囲で格子条又は浮体の回転に添って線上に炭化ケイ素を付着させる。
浮体に設置する磁性体の選択ではキュリー温度から近い温度で冷却時に速やかに磁力の回復がみられるフェライト系磁性体が効果的である。浮体を浮かす液体は水の場合は沸点が１００℃、他の要因として液体の密度格差は浮力エネルギーの大きさに結びつき、且つマイクロ波を透過する性質の四塩化エチレンは密度が１．４ｋｇ／ｍ３と大きい上に沸点が１２０℃と高い、磁性体の選択ではキュリー温度１００℃よりも１２０℃の磁力が強く、また冷却時の磁力の回復力も大きい。ニッケルフェライトのキュリー温度１００、及び１２０℃における冷却温度９０℃における磁力格差は０．１３と０．１８Ｂ１０（Ｔ）約１．３８倍の格差が生じ、この差は回転スピード、トルクの差として現れる。
総合的エネルギー効果は沸点が高く、密度の高い液体の選択とその沸点に合わせた磁性体のキュリー温度の選択が効率の高い発電エネルギーとなる。
【０００５】
円筒、楕円形の浮体はどちらも回転軸の中心から外形の円周の高い位置にエネルギーを与えるほど、浮体が回転するときのトルクが大きくなり、エネルギー効率が高い。効率的にエネルギーを得るためには、磁性体を円筒、楕円形の最大、外周面にそって設置する、永久磁石はその外部に設置する。
【０００６】
浮体に設置している磁性体に連続してマイクロ波を照射すると浮体全体の温度及び浮体を維持している水や四塩化エチレンなどの液体の温度が高くなる。水や四塩化エチレン等の液体がキュリー温度に近づくと冷却効率の低下に結びつき磁力の低下の原因になる。外部から循環的に常温の水、四塩化エチレン等の液体が循環できる構造によって全体の温度上昇を低下させる。
【０００７】
浮体が回転するときには、浮体と浮体を維持している液体の間に一定の抵抗が生じ、回転エネルギーの減少が生じる。このときの回転抵抗は浮体の表面積に影響する。浮体の内部の構造を浮体の回転方向に添ってその内部に浮力が維持できる密度の液体又は気体を入れ回転させると浮体の回転抵抗に対するエネルギーの減少を軽減できる。このとき内部の表面積が大きいほど内部エネルギーは大きくなり、内部の液体又は気体の流体スピードが高いほど内部エネルギーは大きくなる。浮体の内部構造を螺旋構造又はナノチューブなどの細い管の結束構造が表面積が多くなり、大きなエネルギーが得られる。
浮体の内部を細分化し数種類の密度の異なった液体又は気体を入れ回転させると浮体の内部においてことなってスピードの流体が生じ浮体の回転運動が生じる。
【０００８】
【発明を解決するための手段】
本発明は浮体をより効率的に回転させ、持続性が高く、且つ経済的で安い構造を作ることを目的にした。また施設の大きさは家庭で必要な電気の容量の大きさから事業用の高出力容量の発電まで、自然環境に影響されず設置場所の選択が自由である。電気を必要とする場所で必要な発電能力が得られる構造を作り出した。浮力のエネルギーを効率よく利用するために、磁性体を初発エネルギーとして利用した。磁性体の特長はキュリー温度を超えると磁場が消滅し、キュリー温度以下になると磁場が復活する特長を効率的に利用するため液体のなかに磁性体を入れ加熱と冷却を簡便にする方法を選択した。冷却は浮体を維持する液体を利用する。液体はマイクロ波が吸収し液体自体が発熱しないことが望ましく、水ではイオン化した物質の少ない純水、又は四塩化エチレンなどが望ましい。又浮体を維持するには液体の密度格差が大きいことが浮力のエネルギーを大きくする。
加熱システムにはマイクロ波を利用した。その効果は純水をはじめ四塩化エチレンなどのなかで磁性体にマイクロ波を照射すると磁性の強い磁性体にマイクロ波が集まり、効果的な発熱現象が見られ、磁性体の磁性の消滅と復活が容易にできる。磁性体の選択では浮力を支える純水や液体の沸点以下の温度をキュリー温度の磁性体とした。純水では１００℃、四塩化エチレンでは１２０℃以下である。磁性体の磁場の大きさはキュリー温度が高いほど強くなり、キュリー温度から冷却した時点の磁場の復活とその大きさは整磁合金よりもフェライト系磁性体が強い係数を示した。
整磁合金、キュリー温度８０℃、ソフトフェライトのキュリー温度、１００℃を水温２０℃の水に対して重量比１対５０に入れ、２．４５ＧＨｚ、出力０．２５ｋｗのマグネトロンからマイクロ波を照射した。整磁合金は１２秒でキュリー温度の８０℃を示し、ソフトフェライトは１０秒で９０℃を示した。
整磁合金、ソフトフェライトに表面積に対して２０％の炭化ケイ素を接合し同一の条件でマイクロ波を照射すると整磁合金は１０秒でキュリー温度の８０℃、ソフトフェライトは６秒間で９０℃を示した。パルス的にマイクロ波を照射すると磁性体の発熱温度は整磁合金は６秒間で８０℃ソフトフェライトは５秒間で９０℃に到達した。磁性体の発熱にはパルス的照射が効果的である。
磁性体の磁場の復活と消滅がマイクロ波を利用することで液体の内部で利用できた。
感温磁性体の選択基準は飽和磁化が大きい、磁気特性の温度変化が大きい、加工性がよく経年変化が少ない、熱入力に対する応答が早い、密度が小さい、電気抵抗が大きいなどである、その結果フェライト系材料が優れている。
またマイクロ波を磁性体に効果的に照射するにはマグネトロンから導波管によって誘導し導波管の先端にはマイクロ波が拡散しないように電波レンズを利用した。電波レンズの素材はマイクロ波の透過率の高い石英ガラスが効果的である。
浮体の構造はエネルギー効果から見て楕円形、球形、円柱形である。
浮体の構造素材はマイクロ波を吸収しない、アルミ合金、チタン合金が望ましく、簡便な方法では木材、ＦＲＰ樹脂においても可能である。ＦＲＰ樹脂を利用するときはアルミメッキ処理などによってマイクロ波を反射させる処理を行う。
永久磁石は磁力の大きいことが望ましく、アルニコ磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、ネオジウムボロン磁石等があるが、温度による磁性の変化が少なく、キュリー温度が感温磁性体よりも高くなければ機能しない。ネオジウムボロン磁石、サマリウムコバルト磁石が望ましい。又これらの永久磁石には外部にアルミメッキ又はアルミ箔等でマイクロ波の影響が無い構造にする。
浮体を一定軸を中心に回転できる構造におき、その浮体の外周面に感温磁性体を設置し、感温磁性体の外部に一定の空間をおき、永久磁石を設置し永久磁石と永久磁石の間にマグネトロンからマイクロ波を導波管によって導き、パルス的に感温磁性体に向かってマイクロ波を照射すると感温磁性体は磁性の消滅と復活を繰り返し、磁性の復活と共に永久磁石の方向に感温磁性体と一体となっている浮体が回転する。マグネトロンの出力は０．２５ｋｗｘ３＝０．７５ｋｗであるが浮体の回転エネルギーは直径１ｍ外形１．５ｍの重量２０ｋｇ楕円形ＦＲＰの浮体を水槽に入れマイクロ波を照射すると２０回転／分、回転させる能力が見られた。浮体の回転に対するエネルギーは０．７５ｋｗよりも大きく、発電エネルギーは十分に得られる。
【０００９】
【発明実施の形態】
浮体を一定の回転軸を中心に回転できる構造を作り、浮体を純水並びには比重及び沸点が水以上の液体である四塩化エチレン中が入っている水槽に入れ、水槽の外部に発電機を回転軸に直結する。
浮体は楕円形又は球形、円筒形が回転抵抗が少ない。浮体は比重が軽く液体内で浮力が維持でき耐久性からアルミ合金、チタン合金、簡便な形状では木質、樹脂によっても可能である。但し、マイクロ波照射時にマイクロ波を反射する素材によって被う。浮体の外周部の最大値の場所に感温磁性体を設置すると回転時の浮体の最大トルクが得られる。感温磁性体の選択は浮体を入れる液体の沸点以下をキュリー温度として選択する。
永久磁石は磁力が強く、耐熱性が優れ、感温磁性体のキュリー温度以上のキュリー温度から選択し、感温磁性体の回転する位置の外周部に一定の間隔を置き固定する。感温磁性体の発熱はマイクロ波によって、磁性の消滅を行い、復活は浮体を維持している液体によって瞬時に行う。マイクロ波はマグネトロンより導波管によって水中に誘導し照射口は電波レンズによって拡散の防止を行う。マイクロ波を感温磁性体に照射しキュリー温度以上になると磁性を失い、キュリー温度から冷却が始まると磁性が復活し永久磁石に向かって浮体が回転運動を起こす。連続しマイクロ波を照射すると液体の温度が上昇し感温磁性体の冷却効率が低下する。一定の温度の上昇に合わせ外部から常温の液体が循環する構造によって水槽の水温を維持する。
浮力の回転のエネルギーと感温磁性体の磁性を液体のなかで効率的に利用した発電システム。
【図面の簡単な説明】
【図１】正面図の概要
水槽の内部に浮体を入れ浮体を回転軸に直結し発電機と直結する。
機器装置、マイクロ波を発生させるマグネトロン発生機器及び導波管からマイクロ波を誘導する。永久磁石は浮体の楕円形の頂点の位置に連続し設置する。軸受けはダッフィング防止のため設置する。
【図２】側面図の概要
水槽の外部にマイクロ波発生器を設置し水槽内にマイクロ波を導波管によって誘導し、磁性体に直接照射する。
浮体の外周面に感温磁性体を設置しその外側に一定の空間の位置に永久磁石を設置する。永久磁石の調整金物は永久磁石と磁性体の磁力により空間の距離位置を調整するために設置する。
【図３】浮体に設置する磁性体と永久磁石並びに導波管の位置の概要図
浮体の外周面に磁性体を設置する
導波管よりマイクロ波を誘導し導波管の先端には電波レンズを設置しマイクロ波の拡散を防止する。この図は水槽の内部に置いて設置する。
【図４】浮体図
磁性体は浮体の外周面の頂点に設置する
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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