(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石と導体を僅かなギャップを隔てて対向配置し、該磁石と導体を相対的に回転させることにより導体に生じるスリップ発熱で流体を加熱する方式であって、前記流体配管が樹脂製となし、該樹脂製流体配管の外周に嵌着した導体を囲むように該流体配管に軸受装置を介して回動可能に支承されたシリンダー型ハウジングの内部に、前記導体と僅かなギャップを隔てて対向配置した永久磁石が固定して設けられ、該永久磁石と対向する樹脂製流体配管内に導体製管体が内嵌固定され、前記シリンダー型ハウジングの回動により導体に生じるスリップ発熱により配管内流体が加熱される構造となしたことを特徴とするマグネット式ヒーター。
【請求項２】
磁石と導体を僅かなギャップを隔てて対向配置し、該磁石と導体を相対的に回転させることにより導体に生じるスリップ発熱で流体を加熱する方式であって、前記流体配管が樹脂製となし、該樹脂製流体配管の外側に該配管の半径方向中心線上に管軸方向に平行な平面上で回動可能に支承された一対の円盤形永久磁石が僅かなギャップを隔てて対向配置され、該円盤形永久磁石と対向する流体配管内に導体製管体が内嵌固定され、前記円盤形永久磁石の回動により前記導体製管体に生じるスリップ発熱により該配管内流体が加熱される構造となしたことを特徴とするマグネット式ヒーター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に寒冷時や極寒時におけるディーゼルエンジンやガソリンエンジンを動力源とする主に自動車などの各種車両用エンジンの起動性向上や電気自動車を含む各種車両や船舶のキャビン暖房などに使用されるエンジン冷却水などの配管内流体の補助加熱手段として用いられ、またエンジン駆動される発電機、溶接機、コンプレッサー、建設機械などのエンジン冷却水の予熱あるいは急速昇温（ウォーミングアップ時間の短縮）に用いられ、さらにエンジン排気ガスの触媒装置や燃料電池用燃料ガスの昇温用などとしても利用可能なマグネット式ヒーターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
寒冷地などにおける始動時のエンジン冷却水の暖房に利用される自動車などの車両用補助暖房熱源として、ビスカス式ヒーターが知られている（特開平２−２４６８２３号公報、実開平４−１１７１６号公報、特開平９−２５４６３７公報、特開平９−６６７２９号公報、特開平９−３２３５３０公報など参照）。
ビスカス式ヒーターは、シリコンオイルなどの粘性用流体をせん断により発熱させ、ウォータージャケット内を循環する循環水に熱交換して暖房熱源に利用する方式であって、その構造としては、例えばハウジング内部に発熱室と、この発熱室の外域にウォータージャケットを形成し、ハウジングには軸受装置を介して駆動軸が回動可能に支承され、駆動軸には発熱室内で回動可能なロータが固定されており、発熱室の壁面とロータとの間隙にシリコンオイルなどの粘性流体が封入され、ウォータージャケット内では循環水が入水ポートから取入れられ、出水ポートから外部の暖房回路へ送り出されるべく循環されている。
【０００３】
車両の暖房装置に組込まれたこのビスカス式ヒーターでは、駆動軸がエンジンにより駆動されれば、発熱室内でロータが回動するため、粘性流体が発熱室の壁面とロータの外面との間隙でせん断により発熱し、この発熱がウォータージャケット内の循環水に熱交換され、加熱された循環水が暖房回路でエンジン冷却水など車両の暖房に供されることとなる。
【０００４】
また、エンジン排気ガス中のＮＯｘを低減して浄化する方法として、配管内に設けた触媒を該触媒に近接して配置した通電ヒーター（ＥＨＣ）にて加熱して排気ガスを浄化する方法がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記したビスカス式ヒーターは、シンプルな構造により、小型化と低コストを実現でき、また摩耗のない非接触式の機構で高い信頼性と安全性を確保することができ、さらに水温が上昇し、補助ヒーターが不要になると温度制御により自動的に運転が停止するため、無駄なエネルギーは使用しないなどの特徴を有するが、粘性流体として用いるシリコンオイルはロータの回転数が上昇するにつれて粘性が次第に低下しせん断抵抗が落ちるため、シリコンオイルの発熱による温度は２４０℃程度が限界であり、循環水の温度をあまり高くできないことと、始動時シリコンオイルが撹拌されるまでに時間がかかるためにエンジン冷間時間での急速な暖房効果が得られないという難点がある。このため、特にディーゼルエンジン搭載の寒冷地仕様車の場合、このようなビスカス式ヒータは有効性において十分とはいえず、より短時間にかつ効率よく配管内流体を高温に加熱することができる補助ヒータが望まれていた。
【０００６】
また、通電ヒーター（ＥＨＣ）により触媒を加熱して活性化させる方法では触媒活性温度に昇温するのに時間がかかり、例えばディーゼルエンジンの場合には高性能化により排気ガス温度が低くなり、特にアイドリング時などは１００℃程度の低温となりＮＯｘ触媒の浄化能が十分に発揮されないという難点があった。
【０００７】
本発明は、前記したビスカス式ヒーターの有する問題点と、従来のエンジン排気ガスのＮＯｘ触媒の浄化能が低いという問題点にかんがみなされたもので、ビスカス式ヒーターに比しより高温にしかも短時間に配管内流体の温度を上昇させることができ、かつ耐熱性に優れ、さらにガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの排気ガス中に含有されるＮＯｘ、ＨＣ（ハイドロカーボン）などの低減にも有効で、さらにまた燃料電池用の水素などの燃料ガスの昇温用にも使用可能なマグネット式ヒーターを提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るマグネット式ヒーターは、磁石と導体間に形成される磁路をせん断することにより導体側に発生するスリップ発熱を配管内流体に熱交換する方式であり、その要旨は、磁石と導体を僅かなギャップを隔てて対向配置し、該磁石と導体を相対的に回転させることにより導体に生じるスリップ発熱で配管内流体を加熱する方式であって、その第１の実施態様は、前記流体配管の外周に嵌着した導体を囲むように該流体配管に軸受装置を介して回動可能に支承されたシリンダー型ハウジングの内部に、前記導体と僅かなギャップを隔てて対向配置した永久磁石を固定して設け、前記シリンダー型ハウジングの回動により導体に生じるスリップ発熱により配管内流体が加熱される構造となしたことを特徴とし、
第２の実施態様は、前記導体を流体配管と同一内径の管体で構成し、該導体の外周に軸受装置を介して回動可能に支承されたシリンダー型ハウジングの内部に、前記導体と僅かなギャップを隔てて対向配置した永久磁石を固定して設けて構成され、前記シリンダー型ハウジングの回動により導体に生じるスリップ発熱により配管内流体が加熱される構造となしたことを特徴とし、またこの第２の実施態様における前記導体を流体配管の一部に継手にて接続したり、あるいは前記導体の内周面に放熱フィンを設けたりするものである。
第３の実施態様は、前記流体配管が導体製となし、該導体製流体配管の外側に該配管の半径方向中心線上に管軸方向に平行な平面上で回動可能に支承された一対の円盤形永久磁石が僅かなギャップを隔てて対向配置され、該円盤形永久磁石の回動により導体製流体配管に生じるスリップ発熱により該配管内流体が加熱される構造となしたことを特徴とし、またこの第３の実施態様における前記導体製流体配管の円盤形永久磁石と対向配置する配管断面を長円形状または楕円形状などの偏平状としたり、さらに前記導体製流体配管の円盤形永久磁石と対向配置する配管部を断面偏平状の複数本の配管で構成したりするものである。
第４の実施態様は、前記流体配管が樹脂製となし、該導体製流体配管の外側に該配管の半径方向中心線上に管軸方向に平行な平面上で回動可能に支承された一対の円盤形永久磁石が僅かなギャップを隔てて対向配置され、該円盤形永久磁石と対向する流体配管内に導体製管体が内嵌固定され、前記円盤形永久磁石の回動により前記導体製管体に生じるスリップ発熱により該配管内流体が加熱される構造となしたことを特徴とする。
第５の実施態様は、前記流体配管が導体製となし、該導体製流体配管の外周に僅かなギャップを隔てて対向配置した筒状の永久磁石が軸受装置を介して回動可能に支承され、かつ前記筒状の永久磁石と対向配置する流体配管内部に熱交換コアを備え、前記筒状の永久磁石の回動により導体製流体配管に生じるスリップ発熱により前記熱交換コア内を通流する流体が加熱される構造となしたことを特徴とし、
第６の実施態様は、前記流体配管内に導体製熱交換コアが配置され、該導体製熱交換コアと僅かなギャップを隔てて対向配置した流通孔付き永久磁石が軸受装置を介して該流体配管内に回動可能に支承され、該流通孔付き永久磁石の回動により導体製熱交換コアに生じるスリップ発熱により該熱交換コア内を通流する流体が加熱される構造となしたことを特徴とし、
第７の実施態様は、前記流体配管内に導体製熱交換コアがタンデムに配置され、上流側と下流側の前記導体製熱交換コア間にそれぞれの導体製熱交換コアと僅かなギャップを隔てて対向配置した流通孔付き永久磁石が軸受装置を介して該流体配管路に回動可能に支承され、該流通孔付き永久磁石の回動により上流側と下流側の導体製熱交換コアに生じるスリップ発熱により上流側と下流側の熱交換コア内を通流する流体が加熱される構造となしたことを特徴とし、
第８の実施態様は、前記流体配管内に中空導体製熱交換コアが配置され、該中空導体製熱交換コア内に僅かなギャップを隔てて対向配置したシリンダー状永久磁石が軸受装置を介して該流体配管内に回動可能に支承され、該シリンダー状永久磁石の回動により中空導体製熱交換コアに生じるスリップ発熱により該中空導体製熱交換コア内を通流する流体が加熱される構造となしたことを特徴とし、
第９の実施態様は、前記流体配管内に中空導体製熱交換コアが軸受装置を介して回動可能に支承され、さらに前記中空導体製熱交換コア内に僅かなギャップを隔てて対向配置したシリンダー状永久磁石が軸受装置を介して該流体配管内に回動可能に支承され、前記シリンダー状永久磁石と中空導体製熱交換コアの相対回転により、または前記シリンダー状永久磁石と中空導体製熱交換コアをそれぞれ反対方向に相対回転させることにより、中空導体製熱交換コアに生じるスリップ発熱により該中空導体製熱交換コア内を通流する流体が加熱される構造となしたことを特徴とし、また前記第５〜第９の各実施態様における熱交換コアをハニカムコア体で構成したり、さらにこのハニカムコア体に触媒を担持し、該ハニカムコア体を通流する被処理流体を加熱して触媒反応を行わせたりするものである。なお、導体としてはヒステリシス材またはエディカレント材を磁石側に設けたヒステリシス材を用いることもできる。
【０００９】
本発明における「スリップ発熱」とは前記磁石により発生した磁界内で、該磁界を切る方向に導体を動かす（回転させる）と、当該導体内に渦電流（エディカレント）が発生し、この渦電流の導体内における電気抵抗により発熱することを意味する。
【００１０】
すなわち、本発明は永久磁石（フェライト、希土類など）と、磁気ヒステリシスの大きな材料（以下「ヒステリシス材」と呼ぶ）やエディカレント材などの導体（発熱体）の２つの部材を僅かなギャップを隔てて対向配置し、磁石と導体を相対的に回転させて磁路をせん断することにより導体側に発生するスリップ発熱を利用したもので、導体にエディカレント材またはヒステリシス材を用いることによって数秒〜数十秒で２００〜６００℃の温度に発熱させることができるという特徴を有する。なお、前記ギャップは特に限定するものではないが、通常０．３〜１．０ｍｍ程度である。
【００１１】
本発明における熱交換方式としては、発熱体である導体に配管内流体を直接または間接に接触させる方式を用いることができる。導体に配管内流体を直接接触させて熱交換する方式としては、配管内流体配管に窓孔を設けて導体の表面を当該配管内流体配管内に露出させる方式や放熱フィンと接触させる方式を、また導体に配管内流体を間接的に接触させて熱交換する方式としては、配管内流体配管壁を介して、あるいは配管内に熱交換コアを設けて熱交換する方式をそれぞれ用いることができる。
【００１２】
また、本発明における永久磁石と熱交換コアの回転駆動方式としては、例えばモーター駆動またはエンジン駆動などにより回転駆動される回転体またはプーリあるいはギヤなどを使用して回動する方式を用いることができる。特にモーター駆動方式の場合は、回転速度を制御することにより発熱量を所望に応じて設定したり、あるいは所定の温度に達した時点で駆動モーターをＯＦＦすることや急速加熱のために逆回転させることも可能である。
【００１３】
このマグネット式ヒーターのＯＮ／ＯＦＦ制御手段としては、例えば温度センサーを用いて配管内流体の温度を測定し、所定の温度に達した時点で永久磁石または熱交換コアの回転駆動を停止する方式を用いることができる。
【００１４】
本発明は、磁石と導体間の相対回転により導体が発熱し、その発熱量は前記したビスカス式ヒーター程の比ではなく、発熱量は高い値を維持し続けることができる。また導体にエディカレント材またはヒステリシス材を用いることによって数秒〜数十秒で２００〜６００℃の温度に発熱させることができるので、ハニカムコア体に触媒を担持して排気ガスのＮＯｘ低減をはかる場合に触媒活性温度に短時間で昇温することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係るマグネット式ヒーターの第１の実施例を示す縦断側面図、図２は同じく第２の実施例を示す図１相当図、図３は同じく第３の実施例を示す図１相当図、図４は図３のＡーＡ線上の縦断面図、図５は図３におけるフィンの種類を例示したもので、（ａ）はリボン形フィン、（ｂ）はクロス形フィンをそれぞれ示す斜視図、図６は同じく第４の実施例を示す縦断正面図、図７は同じく第５の実施例を示す縦断正面図、図８は同じく第６の実施例を示す縦断正面図、図９は同じく第７の実施例を示す縦断側面図、図１０は同じく第８の実施例を示したもので、（ａ）は縦断側面図、（ｂ）は（ａ）のイーイ線上の断面図、図１１は同じく第９の実施例を示したもので、（ａ）は縦断側面図、（ｂ）は（ａ）のイーイ線上の断面図、図１２は同じく第１０の実施例を示したもので、（ａ）は縦断側面図、（ｂ）は（ａ）のイーイ線上の断面図、図１３は同じく第１１の実施例を示す縦断側面図、図１４は同じく第１２の実施例を示す縦断側面図、図１５は同じく第１３の実施例を示す縦断側面図、図１６は同じく第１４の実施例を示す縦断正面図、図１７は本発明のマグネット式ヒーターを車両の暖房装置に組込んだ例を示す系統図であり、１−１、１−２、１−３、１−４、１−５、１−６、１−７、１−８、１−９、１−１０、１−１１、１−１２、１−１３、１−１４、ＭＨはマグネット式ヒーター、２は流体配管、３は導体製管体、３−１はエディカレント材、４は固定リング、５はシリンダー型ハウジング、６は軸受装置、７は永久磁石、８は駆動モーター、８′はエンジンにより駆動、回転されるプーリ、９は回転円盤、９−１はリングギヤ、９−２はピニオンギヤ、１０はフランジ継手、１０−１は締結用フランジ、１０−２は継手ボルト、１１は放熱フィン、１２は熱交換コア体、１２−１はハニカムコア体、１３はエンジン、１４はエンジン冷却水配管、１５はヒータコア、Ｖはバルブをそれぞれ示す。
【００１６】
すなわち、図１に示すマグネット式ヒーター１−１は、流体配管２に外嵌した導体製管体３が当該導体の両側に外嵌した固定リング４にて固定され、この導体製管体３を囲むように前記固定リング４の外周に軸受装置６を介してシリンダー型ハウジング５を回動可能に支承する。このシリンダー型ハウジング５の内周には、前記導体製管体３と僅かなギャップを隔てて対向配置した筒状の永久磁石７がヨーク７ａを介して取付けられている。シリンダー型ハウジング５の外周面には、駆動モーター８の回転軸に設けた回転円盤９が接触しており、駆動モーター８の起動により回転円盤９を介して該シリンダー型ハウジング５が回動されるようになっている。なお、前記導体製管体３はヒステリシス材または該ヒステリシス材あるいは鉄材、アルニコ材などの基材の磁石側表面にエディカレント材を貼着して構成されたものである。
【００１７】
上記構成のマグネット式ヒーター１−１において、駆動モーター８が起動されれば、回転軸に設けられている回転円盤９を介してシリンダー型ハウジング５が管軸回りに回動し永久磁石７が導体製管体３の回りを回動することにより、導体製管体３と永久磁石７との間に形成されている磁路がせん断されて導体３にスリップ発熱が生じる。この導体製管体３の発熱は、流体配管２内の流体に熱交換されて加熱されるようになっている。
【００１８】
つぎに、図２に示すマグネット式ヒーター１−２は、流体配管２を導体として用いたもので、流体配管２が一般に鉄製パイプであることから、この流体配管２を基材として、該配管の外側に筒状で銅製などのエディカレント材３−１を貼着して導体を構成したものである。
【００１９】
この図２に示すマグネット式ヒーター１−２の場合は、駆動モーター８が起動されれば、回転軸に設けられている回転円盤９を介してシリンダー型ハウジング５が管軸回りに回動し筒状の永久磁石７がエディカレント材３−１の回りを回動することにより、導体である流体配管２およびエディカレント材３−１と永久磁石７との間に形成されている磁路がせん断されて主にエディカレント材３−１にスリップ発熱が生じる方式である。
【００２０】
また、図３に示すマグネット式ヒーター１−３は、流体配管２の一部を切断し、その切断部に流体配管２とは別個に組立てたマグネット式ヒーターを組込む方式となしたもので、その構造は流体配管２と同一内径でかつ内周面に放熱フィン１１を有する導体製管体３の外周に、前記導体製管体３と僅かなギャップを隔てて対向配置する筒状の永久磁石７がヨーク７ａを介して取付けられたシリンダー型ハウジング５を軸受装置６を介して回動可能に支承し、前記導体製管体３の両端部と流体配管２のそれぞれの接合管端部に外嵌固着した締結用フランジ１０−１と該フランジを締結する継手ボルト１０−２とからなるフランジ継手１０にて流体配管２に組込む構造となしたものである。
【００２１】
なお、図３に示すマグネット式ヒーター１−３における放熱フィン１１としては、図５（ａ）に示すリボン形の放熱フィン１１−１や、同図（ｂ）に示すクロス形フィン１１−２などを用いることもできる。リボン形の放熱フィン１１−１は導体製管体３とほぼ同一長さになるよう１枚の細幅の板材を捻って形成したもので、このリボン形放熱フィン１１−１を導体製管体３内に挿入し適当箇所をろう付けなどにより管体内壁に固着する。またクロス形フィン１１−２は例えば２枚の短尺の平板を十字形に組んで構成し、このクロス形フィン１１−２を位相を変えて管軸方向に間隔配置して放熱フィンを構成する。このクロス形フィン１１−２も適当箇所をろう付けなどにより管体内壁に固着する。
【００２２】
上記図３に示すマグネット式ヒーター１−３の場合は、導体製管体３が流体配管２の切断部分を構成するもので、作用は図１に示すマグネット式ヒーター１−１と同様、駆動モーター８が起動されれば、回転軸に設けられている回転円盤９を介してシリンダー型ハウジング５が管軸回りに回動し永久磁石７が導体製管体３の回りを回動することにより、導体製管体３と永久磁石７との間に形成されている磁路がせん断されて導体製管体３にスリップ発熱が生じ、このスリップ発熱が導体製管体３内の流体に熱交換されて加熱されるようになっている。また導体製管体３内に放熱フィン１１を設けた場合には、伝熱面積が増えることにより流体配管２内の流体との熱交換効率が高められる。
【００２３】
なお、上記図１〜図３に示す実施例におけるシリンダー型ハウジング５の回動駆動方式は、前記したごとくモーター駆動方式に限らず、例えばエンジンによりプーリなどを介して駆動するようにしてもよく、またシリンダー型ハウジング５の外周面と回転円盤９の外周面に歯車を設けて相互に噛合わせたり、シリンダー型ハウジング５の外周面と回転円盤９の外周面にベルトを張設してベルト駆動させたり所望の駆動方式を適宜用いることができる。
【００２４】
図６に示すマグネット式ヒーター１−４は、流体配管２を導体製とし、この導体製流体配管２の外側に、磁石支持体１７−１にヨーク７ａを介して取付けられた複数のセグメントよりなる円盤形永久磁石７−１が２個、該配管の半径方向中心線上に該導体製流体配管２の管軸方向に平行な平面上で回動可能に該配管と僅かなギャップを隔てて対向配置されている。この２個一対の円盤形永久磁石７−１はそれぞれエンジンにより駆動されるプーリ８′にて回動可能に支承され、各プーリ８′の回転により該導体製流体配管２の管軸方向に平行な平面上で好ましくは同一方向にかつ同一回転速度で回動されるようになっている。
【００２５】
上記図６に示す構成のマグネット式ヒーター１−４において、各プーリ８′がエンジンの駆動により回転されれば、２個一対の円盤形永久磁石７−１がそれぞれ該導体製流体配管２の管軸方向に平行な平面上で回動することにより、導体製流体配管２との間に形成されている磁路がせん断されて導体製流体配管２にスリップ発熱が生じる。この導体製流体配管２の発熱は、該流体配管２内の流体に熱交換されて加熱される。
【００２６】
図７に示すマグネット式ヒーター１−５は、前記図６に示す構成のマグネット式ヒーター１−４において、円盤形永久磁石７−１と配管２の管壁面との距離を一定にしてエネルギー効率を良くするために、磁石支持体１７−１にヨーク７ａを介して取付けられた円盤形永久磁石７−１を対向配置する配管断面を長円形状または楕円形状などの偏平状となしたもので、この偏平状の導体製流体配管２のの外側に前記２個一対の円盤形永久磁石７−１をそれぞれ駆動モーター８にて好ましくは同一方向かつ同一速度で回動可能に支承した構造となしたものである。
【００２７】
したがって、上記図７に示す構成のマグネット式ヒーター１−５の場合は、偏平状の導体製流体配管２と円盤形永久磁石７−１との間には安定した磁路が形成されることにより、偏平状の導体製流体配管２にはスリップ発熱が効率よく発生する。
【００２８】
図８に示すマグネット式ヒーター１−６は、前記導体製流体配管２の円盤形永久磁石７−１と対向配置する配管部を前記図７に示す偏平状の導体製流体配管２に替えて、断面偏平状の複数本の導体製流体配管２−１で構成したもので、この場合は断面円形の導体製流体配管２の円盤形永久磁石７−１と対向配置する配管部を、断面円形の導体製流体配管２に断面偏平状の複数本の導体製流体配管２−１を同一面上で分岐させて構成したもので、この断面偏平状の複数本の導体製流体配管２−１で構成した配管群の外側に、磁石支持体１７−１にヨーク７ａを介して取付けられた円盤形永久磁石７−１を該配管群と僅かなギャップを隔てて対向配置したものである。この場合も、２個一対の円盤形永久磁石７−１はそれぞれ該配管群の管軸方向に平行な平面上で駆動モーター８により回動可能に支承され、各駆動モーター８の起動により該導体製流体配管２の管軸方向に平行な平面上で好ましくは同一方向にかつ同一回転速度で回動されるようになっている。
【００２９】
上記図８に示す構成のマグネット式ヒーター１−６において、各駆動モーター８が起動されれば、２個一対の円盤形永久磁石７−１がそれぞれ断面偏平状の複数本の導体製流体配管２−１の管軸方向に平行な平面上で回動することにより、該導体製流体配管２−１との間に形成されている磁路がせん断されて導体製流体配管２−１にスリップ発熱が生じる。そしてこの場合も偏平状の複数本の導体製流体配管２−１と円盤形永久磁石７−１との間には安定した磁路が形成されることにより、偏平状の複数本の導体製流体配管２−１にはスリップ発熱が効率よく発生し、該流体配管２−１内の流体に熱交換されて加熱される。
【００３０】
図９に示すマグネット式ヒーター１−７は、樹脂製の流体配管に適用したもので、この場合は樹脂製流体配管２Ｐ内に所定長さの導体製管体３を内嵌固定し、該導体製管体３と樹脂製流体配管２Ｐの管壁を介して相対向する管外側位置に前記と同様の、磁石支持体１７−１にヨーク７ａを介して取付けられた円盤形永久磁石７−１を該樹脂製流体配管２Ｐと僅かなギャップを隔てて対向配置したものである。この場合も、２個一対の円盤形永久磁石７−１はそれぞれ該配管群の管軸方向に平行な平面上で駆動モーター８により回動可能に支承され、各駆動モーター８の起動により該導体製流体配管２の管軸方向に平行な平面上で好ましくは同一方向にかつ同一回転速度で回動されるようになっている。
【００３１】
図９に示す構成のマグネット式ヒーター１−７において、各駆動モーター８が起動されれば、２個一対の円盤形永久磁石７−１がそれぞれ樹脂製流体配管２Ｐの管軸方向に平行な平面上で回動することにより、樹脂製流体配管２Ｐと該配管内部の導体製管体３との間に形成されている磁路がせん断されて導体製管体３にスリップ発熱が生じる。この導体製管体３に生じた発熱は、該樹脂製流体配管２Ｐ内の流体に熱交換されて加熱される。ただしこのマグネット式ヒーター１−７の場合は、円盤形永久磁石７−１と導体製管体３との間に形成される磁路は樹脂製流体配管２Ｐの管壁を通して形成されるため、永久磁石と導体との間に介在物のない前記の各マグネット式ヒーターに比べ発熱効率は若干低くなる。
【００３２】
つぎに、導体製流体配管内に熱交換コアを内蔵した方式のマグネット式ヒーターを図１０〜図１６に基づいて説明する。
まず図１０に示すマグネット式ヒーター１−８は、導体製流体配管２に外嵌した固定リング４の外周に軸受装置６を介して回動可能に支承されたシリンダー型ハウジング５の内周に、前記導体製流体配管２と僅かなギャップを隔てて対向配置した筒状の永久磁石７がヨーク７ａを介して取付けられている。そして導体製流体配管２内に前記筒状の永久磁石７と相対向する位置に熱交換コア１２が内蔵されている。熱交換コア１２としては例えば同図（ｂ）に示すごとく磁性材料製の平板と波板を重積して巻回したハニカム構造のものを用いることができる。なおこの熱交換コアとしてのハニカム構造体は、通常エンジンの排気ガスを浄化するために用いられるメタル担体からなるものが耐振性、耐熱性などの点から好ましい。
またシリンダー型ハウジング５はその外周面に取付けられたリングギヤ９−１と噛合するピニオンギヤ９−２を介して駆動モーター８にて該シリンダー型ハウジング５が回動されるようになっている。
【００３３】
図１０に示す構成のマグネット式ヒーター１−８において、駆動モーター８が起動されれば、回転軸に設けられているピニオンギヤ９−２および該ギヤと噛合するリングギヤ９−１を介してシリンダー型ハウジング５が管軸回りに回動し永久磁石７が導体製流体配管２の回りを回動することにより、導体製流体配管２と永久磁石７との間に形成されている磁路がせん断されて導体製流体配管２にスリップ発熱が生じる。この導体製流体配管２の発熱は、該導体製流体配管２内に設置された熱交換コア１２を加熱し、該コア内を流れる流体に熱交換されて加熱されるようになっている。
【００３４】
図１１に示すマグネット式ヒーター１−９は、導体製または非導体製の流体配管２内に導体製熱交換コア（例えばフェライト系鋼材製）１２が設置され、この導体製熱交換コア１２の上流側に該導体製熱交換コアと僅かなギャップを隔てて対向配置したセグメント状の永久磁石７が軸受装置６を介して該流体配管内に回動可能に支承されている。前記永久磁石７は同図（ｂ）に示すごとく導体製熱交換コア１２と対向する面に流通孔１７−２ａを有する磁石支持体１７−２に前記流通孔１７−２ａと交互に設けられており、流体配管２の外側に設置された駆動モーター８により回動駆動されるように構成されている。この場合も導体製熱交換コア１２としては、前記と同様の平板と波板を重積して巻回した磁性材料製のハニカム構造のものを用いることができる。
【００３５】
この図１１に示す構成のマグネット式ヒーター１−９の場合は、駆動モーター８が起動されれば、回転軸に支承されている流通孔１７−２ａ付き磁石支持体１７−２に取付けられている永久磁石７が回動することにより、該永久磁石７と導体製熱交換コア１２との間に形成されている磁路がせん断されて導体製熱交換コア１２にスリップ発熱が生じる。この導体製熱交換コア１２の発熱は、該コアの上流側に設置されている磁石支持体１７−２の流通孔１７−２ａを通過して該コア内を流れる流体に熱交換されて加熱されるようになっている。
【００３６】
図１２に示すマグネット式ヒーター１−１０は、流体配管内に導体製熱交換コアがタンデムに配置された方式のヒーターであり、その構造は下流側と上流側の導体製または非導体製の流体配管２内に導体製熱交換コア１２を配設し、この上流側と下流側の導体製熱交換コア１２間に、それぞれの導体製熱交換コアと僅かなギャップを隔てて対向配置した永久磁石７を有する流通孔１７−２ａ付き磁石支持体１７−２が軸受装置６を介して回動可能に支承され、該磁石支持体１７−２はその外周面に取付けたリングギヤ９−１と噛合するピニオンギヤ９−２を介して駆動モーター８にて回動されるようになっている。なお、流通孔１７−２ａ付き磁石支持体１７−２は前記図１１に示すものと同様、導体製熱交換コア１２と対向する面にセグメント状の永久磁石７と交互に流通孔１７−２ａが穿設された構造となっている。この場合も導体製熱交換コア１２としては、前記と同様の平板と波板を重積して巻回した磁性材料製のハニカム構造のものを用いることができる。
【００３７】
この図１２に示す構成のマグネット式ヒーター１−１０の場合は、駆動モーター８が起動されれば、回転軸に設けられているピニオンギヤ９−２および該ギヤと噛合するリングギヤ９−１を介して磁石支持体１７−２が管軸回りに回動することにより、上流側と下流側の導体製熱交換コア１２と各永久磁石７との間に形成されている磁路がせん断されてそれぞれの導体製熱交換コア１２にスリップ発熱が生じる。この導体製熱交換コア１２の発熱は、該コア内を流れる流体に熱交換されて加熱されるようになっている。
【００３８】
図１３に示すマグネット式ヒーター１−１１は、中空の導体製熱交換コアを用いたヒーターであり、その構造は導体製または非導体製の流体配管２内に中空導体製熱交換コア１２−１を配設し、この中空導体製熱交換コア１２−１の内部に僅かなギャップを隔てて対向配置した筒状の永久磁石７が軸受装置６を介して該流体配管内に回動可能に支承され、流体配管２の外側に配設された駆動モーター８により回転されるようになっている。この場合も導体製熱交換コア１２−１としては、前記と同様の平板と波板を重積して巻回した磁性材料製のハニカム構造のものを用いることができる。なお、中空導体製熱交換コア１２−１は導体製のインナーケースを用いて取付けてもよい。
【００３９】
上記図１３に示す構成のマグネット式ヒーター１−１１の場合は、駆動モーター８が起動されれば、回転軸に支承されている筒状の永久磁石７が回動することにより、該永久磁石７と中空導体製熱交換コア１２−１との間に形成されている磁路がせん断されて中空導体製熱交換コア１２−１にスリップ発熱が生じる。この中空導体製熱交換コア１２−１の発熱は、該コア内を流れる流体に熱交換されて加熱されるようになっている。
【００４０】
図１４に示すマグネット式ヒーター１−１２は、中空の導体製熱交換コアと筒状の永久磁石をそれぞれ別々に回転駆動する方式のヒーターであり、その構造は上流側と下流側の非導体製の流体配管２内に該流体配管を跨がるように中空導体製熱交換コア１２−１が当該配管内壁に軸受装置６を介して該流体配管内に管軸回りに回動可能に支承され、かつ該中空導体製熱交換コア１２−１はその外周に取付けられてリングギヤ９−１および該ギヤと噛合するピニオンギヤ９−２を介して駆動モーター８にて回動されるようになっている。一方、前記中空導体製熱交換コア１２−１の内部に僅かなギャップを隔てて対向配置した筒状の永久磁石７は軸受装置６を介して該流体配管２内に回動可能に支承され、流体配管２の外側に配設された駆動モーター８により回転されるようになっている。この場合も導体製熱交換コア１２−１としては、前記と同様の平板と波板を重積して巻回した磁性材料製のハニカム構造のものを用いることができ、中空導体製熱交換コア１２−１は導体製のインナーケースを用いて取付けてもよい。
【００４１】
上記図１４に示す構成のマグネット式ヒーター１−１２の場合は、中空の導体製熱交換コア１２−１と筒状の永久磁石７をそれぞれ別々に回転駆動することができるので、例えば永久磁石７側を固定し、中空導体製熱交換コア１２−１側を当該駆動モーター８により回転させることにより、中空導体製熱交換コアに生じるスリップ発熱により該中空導体製熱交換コア内を通流する流体が加熱される。また中空導体製熱交換コア１２−１側を固定し、永久磁石７側を当該駆動モーター８により回転させることにより、中空導体製熱交換コアにスリップ発熱を生じさせることもできる。さらにこのマグネット式ヒーター１−１２の場合は、永久磁石７側と中空導体製熱交換コア１２−１側をそれぞれ反対方向に回転駆動することができるので、磁石側と導体側の相対回転数を十分広い範囲に確保することができ高い発熱効率で熱交換させることができる。
【００４２】
図１５、図１６に示すマグネット式ヒーター１−１３、１−１４は、例えばディーゼルエンジンの排気ガスの触媒装置に適用したもので、図１５に示すマグネット式ヒーター１−１３は、構造的には図６に示すマグネット式ヒーター１−４と同様の構成で、導体製流体配管２の外側に、磁石支持体１７−１にヨーク７ａを介して取付けられた円盤形永久磁石７−１が２個、該配管の半径方向中心線上に該導体製流体配管２の管軸方向に平行な平面上で回動可能に該配管と僅かなギャップを隔てて対向配置され、かつこの２個一対の円盤形永久磁石７−１はそれぞれ駆動モーター８にて回動可能に支承され、各駆動モーター８の起動により該導体製流体配管２の管軸方向に平行な平面上で回動される仕組みに加え、円盤形永久磁石７−１が例えば流体圧シリンダー方式によりそれぞれ管軸方向にスライド可能となっている。そして、導体製流体配管２内に前記永久磁石７と相対向する位置にハニカムコア体１２−１が内蔵されており、このハニカムコア体１２−１に触媒が担持されている。なお円盤形永久磁石７−１を管軸方向にスライド可能としたのは、該永久磁石がスリップ発熱および排気熱や反応熱によりキュリー点以上に昇温して磁力がなくなるのを防止するためである。
【００４３】
上記図１５に示すマグネット式ヒーター１−１３の場合は、各駆動モーター８が起動されれば、２個一対の円盤形永久磁石７−１がそれぞれ該導体製流体配管２の管軸方向に平行な平面上で回動することにより、導体製流体配管２との間に形成されている磁路がせん断されて導体製流体配管２にスリップ発熱が生じ、この導体製流体配管２の発熱により該流体配管２内のハニカムコア体１２−１が加熱され触媒が活性化される。この場合、導体製流体配管２に生じるスリップ発熱により短時間で触媒活性温度まで昇温できる。そして触媒が高温に達した場合には、円盤形永久磁石７−１を管軸方向にスライドさせて退避させ、該永久磁石がキュリー点以上に昇温して磁力がなくなるのを防止する。一方、触媒が低温になると再び円盤形永久磁石７−１を前記と逆方向にスライドさせて所定の位置に戻し、前記と同様の操作を行う。
なお上記図１５に示すマグネット式ヒーター１−１３は、円盤形永久磁石７−１が管軸方向にスライド可能となっているが、円盤形永久磁石７−１は管軸と直角方向にスライド可能としてもよい。
【００４４】
また図１６に示すマグネット式ヒーター１−１４は、構造的には図７に示すマグネット式ヒーター１−５と同様の構成で、円盤形永久磁石７−１と配管２の管壁面との距離を一定にしてエネルギー効率を良くするために、磁石支持体１７−１にヨーク７ａを介して取付けられた円盤形永久磁石７−１を対向配置する配管断面を長円形状または楕円形状などの偏平状となしたもので、この偏平状の導体製流体配管２の外側に前記２個一対の円盤形永久磁石７−１をそれぞれ駆動モーター８にて回動可能に支承した構造となすとともに、円盤形永久磁石７−１が例えば流体圧シリンダー方式によりそれぞれ管径方向に移動可能となっている。そして、導体製流体配管２内に前記永久磁石７と相対向する位置にハニカムコア体１２−１が内蔵されており、このハニカムコア体１２−１に触媒が担持されている。なお円盤形永久磁石７−１を管径方向にスライド可能としたのは、前記と同様、該永久磁石がスリップ発熱および排気熱や反応熱によりキュリー点以上に昇温して磁力がなくなるのを防止するためである。
【００４５】
上記図１６に示すマグネット式ヒーター１−１４の場合も、各駆動モーター８が起動されれば、２個一対の円盤形永久磁石７−１がそれぞれ該導体製流体配管２の管軸方向に平行な平面上で回動することにより、導体製流体配管２との間に形成されている磁路がせん断されて導体製流体配管２にスリップ発熱が生じ、この導体製流体配管２の発熱により該流体配管２内のハニカムコア体１２−１が加熱され触媒が活性化される。このヒーターの場合は、偏平状の導体製流体配管２と円盤形永久磁石７−１との間には安定した磁路が形成されることにより、偏平状の導体製流体配管２にはスリップ発熱が効率よく発生するので、より短時間に触媒活性温度まで昇温できる。触媒が高温に達した場合には、円盤形永久磁石７−１を管径方向外方に移動させて退避させ、該永久磁石がキュリー点以上に昇温して磁力がなくなるのを防止する。一方、触媒が低温になると再び円盤形永久磁石７−１を前記と逆方向に移動させて所定の位置に戻し、前記と同様の操作を行う。
【００４６】
図１７はエンジン１３の冷却水が当該冷却水配管１４を通りバルブＶ、ヒータコア１５を介して循環される配管構成に本発明のマグネット式ヒーターを組込んだ例であり、冷却水配管１４内を流れる配管内流体としてのエンジン冷却水は、マグネット式ヒーターＭＨを通過する際にスリップ発熱により熱交換され加熱される。
【００４７】
図１８は本発明者が試験的に行った希土類磁石とエディカレント材とを組合わせた場合の発熱データを例示したもので、このデータは永久磁石とエディカレント材間のギャップを１．０ｍｍに設定して対向配置し、エディカレント材側を固定した状態で磁石側の回転数を種々変えて測定した時間（ｓｅｃ）と温度の関係を示したものである。
このデータより、磁石と導体を僅かなギャップを隔てて対向配置し、該磁石と導体を相対的に回転させることにより、数秒〜数十秒で導体に２００〜６００℃のスリップ発熱が生じることがわかる。したがって、エンジン冷却水配管側に導体を取り付けた場合には、循環水との熱交換表面の温度を極短時間に２００〜６００℃の高温に加熱することができることとなる。
【００４８】
なお、配管内流体としては水の外、例えば熱媒体油、シリコンオイルなどの液体、あるいはガソリン、ディーゼルエンジンの排出ガス、空気、燃料電池の燃料ガスなどのガス体も採用できることはいうまでもない。また、マグネット式ヒーターの設置数は１台に限らず、用途に応じて必要数設置すればよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したごとく、本発明に係るマグネット式ヒーターは永久磁石と、ヒステリシス材またはエディカレント材を磁石側表面に設けたヒステリシス材からなる導体を相対的に回転させることにより導体に生じるスリップ発熱を利用したものであるから、構造をよりシンプルにでき、小型化と低コスト化を実現でき、また摩耗のない非接触式の機構でより高い信頼性と安全性を確保することができるという効果に加え、例えばエンジン冷間時、急速に暖房が必要な場合、駆動モーターを起動することによりエンジン冷却水を急速に暖めるとともにエンジンの暖房機能を著しく向上させることができるという優れた効果を有する。したがって、本発明はより短時間にかつ効率よく配管内流体を高温に加熱することができる補助ヒータとして優れた効果を発揮し、特にディーゼルエンジン搭載の寒冷地仕様車などに極めて有効である。
また熱交換コアにより昇温特性を向上できるのみならず、ハニカム構造の熱交換コアに触媒を担持させることにより触媒活性温度に短時間で昇温できるので、通電ヒーター（ＥＨＣ）により触媒を加熱して排気ガスを浄化する従来の方法に比べＮＯｘなどの触媒の浄化能が優れ、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの排気ガス中ＮＯｘやＨＣなどの低減にも大なる効果を発揮する。
さらに本発明は燃料電池用の水素ガスなどの燃料ガスの昇温にも使用することができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るマグネット式ヒーターの第１の実施例を示す縦断側面図である。
【図２】同じく第２の実施例を示す縦断側面図である。
【図３】同じく第３の実施例を示す縦断側面図である。
【図４】図３のイーイ線上の縦断面図である。
【図５】図３におけるフィンの種類を例示したもので、（ａ）はリボン形フィン、（ｂ）はクロス形フィンをそれぞれ示す斜視図である。
【図６】同じく第４の実施例を示す縦断正面図である。
【図７】同じく第５の実施例を示す縦断正面図である。
【図８】同じく第６の実施例を示す縦断正面図である。
【図９】同じく第７の実施例を示す縦断側面図である。
【図１０】同じく第８の実施例を示したもので、（ａ）は縦断側面図、（ｂ）は（ａ）のイーイ線上の断面図である。
【図１１】同じく第９の実施例を示したもので、（ａ）は縦断側面図、（ｂ）は（ａ）のイーイ線上の断面図である。
【図１２】同じく第１０の実施例を示したもので、（ａ）は縦断側面図、（ｂ）は（ａ）のイーイ線上の断面図である。
【図１３】同じく第１１の実施例を示す縦断側面図である。
【図１４】同じく第１２の実施例を示す縦断側面図である。
【図１５】同じく第１３の実施例を示す縦断側面図である。
【図１６】同じく第１４の実施例を示す縦断正面図である。
【図１７】本発明のマグネット式ヒーターを車両の暖房装置に組込んだ例を示す系統図である。
【図１８】本発明者が試験的に行った希土類磁石とエディカレント材とを組合わせた場合の発熱データの一例を示す図である。
【符号の説明】
１−１、１−２、１−３、１−４、１−５、１−６、１−７、１−８、１−９、１−１０、１−１１、１−１２、１−１３、１−１４、ＭＨ  マグネット式ヒーター
２  流体配管
３  導体製管体
３−１  エディカレント材
４  固定リング
５  シリンダー型ハウジング
６  軸受装置
７  永久磁石
８  駆動モーター
９  回転円盤
９−１  リングギヤ
９−２  ピニオンギヤ
１０フランジ継手
１０−１  締結用フランジ
１０−２  継手ボルト
１１、１１−１、１１−２  放熱フィン
１２  熱交換コア体
１２−１  ハニカムコア体
１３  エンジン
１４  エンジン冷却水配管
１５  ヒータコア
Ｖ  バルブ
【図１】
0004208106.tif 000002
【図２】
0004208106.tif 000003
【図３】
0004208106.tif 000004
【図４】
0004208106.tif 000005
【図５】
0004208106.tif 000006
【図６】
0004208106.tif 000007
【図７】
0004208106.tif 000008
【図８】
0004208106.tif 000009
【図９】
0004208106.tif 000010
【図１０】
0004208106.tif 000011
【図１１】
0004208106.tif 000012
【図１２】
0004208106.tif 000013
【図１３】
0004208106.tif 000014
【図１４】
0004208106.tif 000015
【図１５】
0004208106.tif 000016
【図１６】
0004208106.tif 000017
【図１７】
0004208106.tif 000018
【図１８】
0004208106.tif 000019