(57)【要約】この発生器は、第一の方向に磁界を発生する手段（４、１０）と、第一の方向に対してほぼ垂直な第二の方向に温度勾配（≡Ｔ）を形成する高温源（６）および低温源（８）と、温度勾配（≡Ｔ）の方向にほぼ垂直な面に配置された、熱電変換特性を有する少なくとも一つの素子（２、１４）とを含む。発生する磁界は、第二の方向に移動する進行波の場である。熱電変換特性を持つ各素子は、第二の方向に対して垂直な面で連続形状をとる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の方向に磁界を発生する手段（４、１０）と、
第一の方向にほぼ垂直な第二の方向に温度勾配（∇Ｔ）を形成する高温源（６）および低温源（８）と、
温度勾配（∇Ｔ）の方向に対してほぼ垂直な面に配置された、熱電変換特性を有する少なくとも一つの素子（２、１４）とを含み、
発生する磁界が、第二の方向に移動する進行波の場であり、熱電変換特性を持つ各素子は、第二の方向に対して垂直な面で連続形状をとることを特徴とする、電流磁気発熱効果を持つ非同期発電機。
【請求項２】
熱電変換特性を持つ複数の素子（２）を含み、各素子が環状であり、第二の方向に対して垂直な面に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の非同期発電機。
【請求項３】
第二の方向に延びる円筒状の、熱電変換特性を持つ素子（１４）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の非同期発電機。
【請求項４】
熱電変換特性を有する各素子（２、１４）が、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）を主成分として構成されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の非同期発電機。
【請求項５】
磁界発生手段が、強磁性の鉄心（４）と、給電コイルの形状をとるインダクタ（１０）とを含むことを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の非同期発電機。
【請求項６】
磁界発生手段が、給電コイルの形状をとるインダクタを含み、これらのインダクタが２個ずつ向かい合って配置されて、対応する２個のインダクタのギャップに、熱電変換特性を備える少なくとも一つの素子があることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の非同期発電機。
【請求項７】
発生電流の一部をインダクタへの供給に使用することを特徴とする、請求項５または６に記載の非同期発電機。
【請求項８】
インダクタが、超伝導コイルから構成されることを特徴とする、請求項５から７のいずれか一項に記載の非同期発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流磁気発熱効果を持つ非同期発電機に関する。
【０００２】
ここでは、幾つかの材料の熱電特性を用いた発生器の製造を意味する。このような発生器は、高温源と低温源とに接続される。この場合、発生器は、ヒートポンプまたは発電機として動作可能である。前者の場合、発生器は、低温源でエネルギーを採取して高温源に供給する。後者の場合、エネルギーは、高温源から低温源に向けて伝達され、電気エネルギーを生産する。
【背景技術】
【０００３】
欧州特許第０６４４５９９号明細書は、ネルンスト効果を用いて熱エネルギーから電気エネルギーを生産する熱電発生装置を開示している。記載された装置は、熱電特性を有する材料で構成された変換素子と、磁界の発生手段と、磁界に対して垂直な温度勾配を形成するような加熱および冷却手段とを含む。熱電特性を有する素子は、スリット入りであり、スリットの各縁が１個の電極を含む。磁界と温度勾配とが形成されるとき、この２個の電極間に電位差が生じる。このような装置の欠点は、２個の電極間の電位差が、最大でもボルト単位であることである。従って、もっと強い電圧を得るには複数の素子を結合しなければならない。さらに、このような装置によって供給される電力は、比較的小さい。このため、エネルギー収量もまた非常に少ない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、経済的に有効利用できる有効収量を得るために、ネルンスト効果を用いた発電機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】
【０００５】
このため、本発明は、電流磁気発熱効果を持つ非同期発電機を提案し、この発電機は、
第一の方向に磁界を発生する手段と、
第一の方向に対してほぼ垂直な第二の方向に温度勾配を形成する高温源および低温源と、
温度勾配の方向に対してほぼ垂直な面に配置された、熱電変換特性を有する少なくとも一つの素子とを含む。
【０００６】
本発明によれば、発生する磁界が、第二の方向に移動する進行波の場であり、熱電変換特性を持つ各素子は、第二の方向に対して垂直な面で連続形状をとる。
【０００７】
このようにして、熱電変換特性を持つ素子の位置で短絡電界を発生する。そうすると、磁界発生手段と同程度に電流を回収できるようになる。この発電装置の収支では、無効電力を主に消費する信号が送られて磁界を形成し、熱電変換により、電流と有効電力とが回収可能になる。
【０００８】
第一の実施形態は、本発明による発電機が、熱電変換特性を持つ複数の素子を含み、各素子が環状であり、第二の方向に対して垂直な面に配置されるように構成される。別の実施形態では、熱電変換特性を持つ素子が、たとえば円筒状であって、第二の方向に延びる。
【０００９】
装置の収量をさらに改善するために、熱電変換特性を持つ各素子に対して、有効なネルンスト係数を持つ材料を選択する。その場合、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）を主成分として前記素子を構成することを提案する。
【００１０】
磁界発生手段は、たとえば、強磁性の鉄心と、給電コイルの形状をとるインダクタとを含む。
【００１１】
別の変形実施形態では、磁界発生手段が、給電コイルの形状をとるインダクタを含み、これらのインダクタが２個ずつ向かい合って配置されて、対応する２個のインダクタのギャップに、熱電変換特性を備える少なくとも一つの素子があるようにする。
【００１２】
発電装置の自励を検討することもできる。この場合、発生電流の一部をインダクタへの供給に使用する。
【００１３】
本発明による発電機の収量を上げるために、有利には、インダクタを超伝導コイルから構成する。
【００１４】
本発明の細部および長所は、添付図面に関してなされた以下の説明からいっそう明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１では、熱電変換特性を持つ環状素子２と、磁極鉄心４と、高温源６と、低温源８と、インダクタ１０とが示されている。
【００１６】
環状素子２は、温度勾配∇Ｔと磁界Ｈとに従う。環状素子２の熱電特性を考慮して、これらの各環に電界Ｅが形成される。こうした電界の形成も同様にネルンスト効果という名称で知られている。
【００１７】
図１に示された実施形態では、装置が、長手方向の軸１２に対して回転対称であることに気づく。温度勾配∇Ｔは、この回転軸に平行であり、一方で磁界Ｈは、回転軸に対して半径方向にある。電界は、次の式によって表される。
【数１】
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【００１８】
ここで、Ｎは、ネルンスト係数であり、演算子∧は、ベクトル積である。こうした条件で、電界Ｅは、磁界Ｈと温度勾配とに垂直なあらゆる地点にある。そのため、電界Ｅの接線方向の循環が得られる。
【００１９】
高温源６は、たとえば火力発電所または同等物により発生される高温源とすることができる。低温源８は、冷却システムにより得られる。図示されていないが、断熱手段により高温源６と低温源８とを隔離できる。
【００２０】
インダクタ１０は、鉄心４を用いて環状素子２に関して磁界Ｈを形成するように交流電流を供給される。供給は、進行磁気波が軸１２に対して長手方向に移動するように行われる。このようにして、軸１２の方向に移動する摺動磁界が形成される。ここでは、ナトリウムの環状電磁ポンプの構造に近い構造となる。ここでは、ナトリウム液の流れが環状素子２の連続に代わる。また、ここでは、環状素子を構成するために、ネルンスト係数が大きい材料を選択する。アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）がこうした用途にふさわしい。
【００２１】
インダクタ１０は、単相でも多相でもよく、好適には三相交流である。前述のように、インダクタは、環状素子２に関して正弦曲線の誘導進行波を発生する。誘導進行波は、誘導波または一次波とも呼ばれる。熱電材料に対して相対移動するこの進行波は、各環状素子２の内部に、それ自体が閉じる多相交流電流系を誘導する。多相交流電流は、１周して、二次波または電機子反作用とも呼ばれる正弦曲線の誘導進行分布を形成する。一次波に対して二次波は、定常波である。ここでは、全てが、等速の２個の進行磁界または回転磁界を利用する電気機械コンバータと同様に行われる。
【００２２】
上記システムは、発電機または受信機として動作可能である。環状素子２の構成材料の搬送パラメータが一次磁界の速度より大きい場合、システムは発電機として動作する。反対の場合は受信機として動作する。回路網と、図示された装置との間で交換される電気エネルギーがインダクタ１０に発生し、その結果、電機子と装置の他のあらゆる部分との間には電気接点が全く存在しない。
【００２３】
ここで問題になる搬送パラメータは、速度のディメンションである。これはＮ、∇Ｔに対応し、Ｎはネルンスト係数、∇Ｔは温度勾配である。アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）のために、温度３００Ｋ付近では、Ｎ＝（−５．７ｅ（Ｔ−２７３）／６５−３．２）＊１０−５ｍ２Ｋ−１ｓ−１である（Ｈ．Ｎａｋａｍｕｒａ、Ｋ．Ｉｋｅｄａ、Ｓ．Ｙａｍａｇｕｃｈｉ、  Ｋ．Ｋｕｒｏｄａによる論文「Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ  ｏｆ  ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ＩｎＳｂ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｆｉｅｌｄ」  Ｊ．Ａｄｖ．Ｓｃｉ、．８（１９９６年）、１５３（日本語）による）。
【００２４】
ここでは、ナトリウムの環状電磁ポンプとも類似している。実際、このようなポンプがポンプとして動作する場合、進行磁界を形成する電流をポンプのコイルに送り、ナトリウムが磁気波の進行速度より遅い速度で移動する。その反対に、流体が、一次磁気波よりも早く循環すると、ポンプは発電機として動作する（Ｆ．ＪＯＵＳＳＥＬＬＩＮ他による論文「Ｍ．Ｈ．Ｄ．ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ  ａｔ  ｗｅａｋ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｙｎｏｌｄｓ  ｎｕｍｂｅｒ」ＥＵＲＯＰＥＡＮ  ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＭＥＣＨＡＮＩＣＳ、  Ｂ／ＦＬＵＩＤＳ  第８巻、第４号、１９８９年（著作権）Ｇａｕｔｈｉｅｒ−Ｖｉｌｌａｒｓ）。
【００２５】
受信機としても動作可能な、本発明による非同期な電流磁気発熱発電機は、二次巻線が短絡する線形変圧器と同じ原理で動作する。図示された実施形態では、インダクタが摺動誘導を発生するので、この発電機が線形構造である。電機子は固定される。
【００２６】
同様に既存の電気機械との類推から、非同期モータのロータは導体（ロータコイルまたはかご形ロータ）から構成されるが、本発明の装置の線形電機子は、複数の環状素子（図１）または管（図２）から構成され、誘導電流が、環状素子の本体（ｍａｓｓｅ）自体、または管の本体自体を流れる。さらに、回転モータの固定インダクタは１個だけであるが、本発明による発電機は、好適には、向かい合った２個のインダクタを使用する。また、図１、２に示したように、磁気鉄心４に面した１個のインダクタを備えることもできる。このような構成には、磁気回路内の流れを容易にし、ギャップ内の誘導を増加するという長所がある。そのため、ギャップの厚さがもっと厚くなる。さらに、回転モータは固定インダクタと可動電機子とを有するが、本発明によるリニア発電機は、次のような二つの静的構成のいずれかを備えることができる。
・  無限に長いと仮定されるインダクタよりも電機子が短い構成。その場合、発電機は「長いインダクタ」を有するといわれる。
・  無限に長いと仮定される電機子よりもインダクタが短い構成。その場合、発電機は「短いインダクタ」を有するといわれる。
【００２７】
図２の実施形態では、環状素子２が管１４に代えられている。この図では、磁気鉄心４が管１４の中央に配置され、鉄心と管とからなるアセンブリが、管の周辺に規則正しく配分されたインダクタ１０により囲まれている。ここでは、装置が回転軸１２を有する。
【００２８】
ここでもまた、好適には、管がアンチモン化インジウムで製造される。鉛、ビスマス、アンチモンのテルル化物およびセレン化物、あるいは一定のケイ素合金やゲルマニウム合金等、他の材料も使用できる。もちろん、このリストは網羅的なものではない。
【００２９】
同様に、図１の装置では、ここでは好適には三相交流をインダクタに供給し、管１４に進行磁気波を形成している。その場合、管１４で形成される電界は、装置が発電機として作動する場合、インダクタ１０に電流を誘導する。従って、インダクタは、無効電力ＰＲを吸収し、熱電材料内に形成される電界によって供給される有効電流ＰＡを供給する。
【００３０】
図３は、図２に示した実施形態に匹敵する変形実施形態を示す。ここでは、磁気鉄心がインダクタ１０’に代えられている。この装置の動作は、図２に関して先に説明した動作と同様である。図３では、同様に絶縁被膜１６を示した。絶縁被膜は、温度勾配を劣化させないように熱電管１４を断熱することを目的とする。もちろん、絶縁被膜１６を製造するために選択される材料は透磁性材料である。
【００３１】
発電機の自励を検討することもできる。このような自励は、Ｆ．ＪＯＵＳＳＥＬＬＩＮ他による上記の論文で記載されているように実施できる。その場合、コンデンサを用いてインダクタを供給する。コンデンサは、好適には、発生電流の一部により供給される。図４は、このような自励を実施可能な装置の回路図（上記の論文からの抜粋）である。ここでは、発電機が三相モードで動作することに留意されたい。３個のインダクタンスコイルＬが示されており、各コイルに三相電流の一つの相が対応する。ここで示されたコイルは、図１から図３のインダクタ１０（または１０’）のコイルである。各コイルは純粋なインダクタンスではないので、各コイルに対応する抵抗を同様に示した。図４では、また、図２、３の管１４を示した。Ｖは、管１４を構成する熱電材料でコイルが発生する進行波の速度である。この速度は、温度勾配∇Ｔにほぼ平行である。値Ｃ、Ｒは、容量および抵抗に対応する。これらの値とコイルのインダクタンス値Ｌとにより、管１４に磁界を形成する発振パルスを決定する。
【００３２】
装置の収量を増すために、インダクタ１０を形成する際の超伝導コイルの使用を検討できる。
【００３３】
前述のように、磁気鉄心をインダクタのアセンブリに代えることもできる（図３）。その場合、インダクタは向かい合わせにされる。装置内部にあるインダクタ用のスペースをさらにふやすように、偏平構造にすることを検討してもよい。この場合、たとえば、好適には、平らな円形の熱電材料のプレートを設けることができる。そうした場合、インダクタは、プレートの両面に半径方向に延びる。そこで、星形に配置された２個のインダクタ網の間に熱電ディスクをサンドイッチ状に挟む。温度勾配もまた半径方向になる。たとえば、熱電ディスクの中央を加熱し、周辺を冷却することを仮定できる。もちろん、熱電材料のディスクの中央をくりぬいてもよい。
【００３４】
本発明は、限定的ではなく例として説明された実施形態と、その変形実施形態とに制限されるものではない。本発明は、また、請求項の範囲で当業者が検討可能なあらゆる変形実施形態に関与する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による発電機の第一の実施形態を示す原理図である。
【図２】図１の発電機の変形実施形態を概略的に示す図である。
【図３】図２の発電機の変形実施形態を示す図である。
【図４】図１から３の発電機の自励回路の原理を示す電気回路図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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