JPS5950874B2 - 風力エネルギ−を利用した熱変換装置 - Google Patents

風力エネルギ−を利用した熱変換装置

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JPS5950874B2
JPS5950874B2 JP56024470A JP2447081A JPS5950874B2 JP S5950874 B2 JPS5950874 B2 JP S5950874B2 JP 56024470 A JP56024470 A JP 56024470A JP 2447081 A JP2447081 A JP 2447081A JP S5950874 B2 JPS5950874 B2 JP S5950874B2
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JP56024470A
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直 吉田
廣 光野
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KYUSHU SUKAI AROO JUGEN
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KYUSHU SUKAI AROO JUGEN
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D9/00Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/22Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus producing heat
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02Induction heating
    • H05B6/10Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/105Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications using a susceptor
    • H05B6/108Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications using a susceptor for heating a fluid
    • HELECTRICITY
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は風力エネルギーを利用した熱変換装置に関し、
更に詳しくは風力によって得られる高トルク、低回転速
度の回転エネルギーを直接に熱に変換する変換装置に関
するものである。
従来の熱変換装置に用いられていた変換方式は、ブラシ
式あるいは攪拌式などの機械的摩擦方式、圧縮(気体、
液体)方式、更に発電機で電気エネルギーに変換した後
、熱抵抗線等により熱に変換する方式などがあったが、
変換効率が低かったり、装置が複雑であったり、騒音を
発生したり、あるいは応答性や再現性が悪いなどの欠点
がある。
本発明は、このような従来の方式による変換装置の欠点
を解消し、変換効率が高く、構造が簡単であり、騒音が
低く、且つ応答性や再現性の高い熱変換装置を提供する
ことを目的とするものである。
この発明は、風力エネルギーを回転力に変換する手段と
、この変換された回転力を取り出す回転軸に取り付けら
れた回転体と、この回転体と磁気誘導作用をなす固定体
と、前記回転体と固定体との磁気誘導作用により生じる
渦電流によるジュール熱を熱媒体に伝える熱変換器とよ
りなり、前記固定体と回転体とは、一方が直流磁界を発
生する磁石であり他方がその直流磁界の相対的な変化に
より渦電流を発生する導電体にて構成され、かつ当該導
電体は、前記直流磁界を透過させる高透磁率の鉄心を放
射状に配列した鉄心部と、この鉄心部に形成した放射状
の溝に埋めこまれた高導電率の導電板及びこの導電板の
上下端縁を接続する導電リングとよりなる導体部とから
構成されたものであることを特徴とする風力エネルギー
を利用した熱変換装置に係るものである。
以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明すれば
、第1図は本発明に係る装置の断面図であり、1は風力
を回転力に変換する風車、2は風車を支持する支柱、3
は風車の回転による振動を吸収するカップリング、4は
伝達軸、5は発熱機、6は保温水タンク、7は発熱機支
持柱、8は給水口、9は給湯口、10は保温水タンク固
定枠、11はドレン排出口を示す。
第2図は、本発明による発熱原理を示す説明図であり、
51は高導電率、高透磁率の材質よりなる理想回転体、
52はこの回転体51に直流磁場を与える永久磁石より
なる固定体である。
回転体51が伝達軸4の回りに回転すると、永久磁石の
直流磁束を回転体が切りながら回転する形になるので、
回転体には渦電流が生じることになり、渦電流によるジ
ュール熱が回転体に発生する。
今、第2図に示すように永久磁石の磁極幅をX、回転体
51の高さをZ、その半径をRとし、磁束分布が磁極幅
で一様と仮定すれば、単位時間当りの発明量Qは次式で
与えられる。
Q=crω2B2R2xZ/12,6k(cal/5e
c) ・・−・・・−■ここでσは回転体の導電率
、ωは回転角速度、Bは磁束密度、kは渦電流分布によ
る抵抗の変化率である。
また、このとき伝達軸に掛るトルクNは次式で与えられ
る。
N=crB2R2ωxZ/3k (Joul)
・・−・・・−■仕事率はNωで表わされるから単
位の換算を行えば0式と等しくなり、従って回転エネル
ギーは理論的に100%熱エネルギーに変換される。
熱エネルギーを増加させるためには磁束密度Bや回転体
の半径Rを大きくすることが効果的であることがわかる
発生した熱は、回転体51の表面から前記保温水タンク
6内の水に強制的に伝達され、水の温度を上昇させる。
以上は回転体51の材質を高導電率、高透磁率と仮定し
た場合についての説明であるが、現実にはこのような材
料は存在しない。
本発明では、回転体51を構造するに当り、高導電率の
材料と高透磁率の材料とを組み合わせることにより、高
い効率の変換装置を実現することを具体的な目的とする
ものである。
第3図及び第4図は、この点を考慮した発熱機の構造を
示す平面図及び側面図である。
同図において、回転体51は高透磁率の材料、例えば硅
素鋼板を積層した鉄心部53と、この鉄心部53に形成
した放射状の溝に埋込まれた高導電率の材料、例えば銅
板およびこの銅板の上下端縁を接続する導電リングより
なる導体部54とから構成されている。
回転体51の周面における前記導体部54の銅板の間隔
は固定体52の磁極の幅と同程度とするとよい。
このように構成した回転体51が回転すると、回転体5
1の鉄心部53には相対的に変動磁界が通ることになり
、導体部54には鉄心部53の溝を取り囲むような渦電
流が流れる。
前掲の0式のように、発熱量Qは、導体部の導電率が高
い程、更に磁束密度が高い程大きくなるので、前述の第
2図で示した構造で全体を軟鉄で構成した回転体と同一
の大きさで比較した場合に、この本発明の回転体では大
きな発熱量が得られ、逆に同じ発熱量を得るためには固
定体及び回転体を小型にすることができる。
第5図は回転体の回転数と発熱量との関係を示す特性図
であり、8曲線は銅板に垂直に直流磁界を印加したとき
の特性、bは全体を軟鉄で構成した回転体(第2図に示
す方式)による特性、C曲線は本発明の回転体による特
性をそれぞれ示すものであり、永久磁石の起磁力及び回
転体の径は同一とした。
第6図及び第7図は発熱機5の全体の構成を示す平面図
及び正面図であり、55は永久磁石、56は磁気回路を
形成させるヨーク、57は支持枠である。
なお、回転体を永久磁石とし、固定体を高透磁率、高導
電率の構造として固定体から熱を発生させるような構成
も考えられる。
次に、風車の回転エネルギーを熱エネルギーに変換する
方法について説明する。
風車の回転エネルギー(仕事率)は次式で与えられる。
W=ηρv”S/ 2 (W、l
・・・・・・・・・■ここでηは風車の効率、ρは空
気の密度、■は風速、Sは風車の翼面積である。
風車の回転数は、回転数ωに比例するトルク負荷が働く
とき、定常状態における風車の回転エネルギーを一定と
すれば、 ω2=ηρSv”/2IK ・・・
・・・・・・■となる。
ここで■は風車と発熱機回転部の慣性モーメントの和で
あり、Kはトルクの比例定数である。
今、0式においてK、ηを一定とすれば風による回転エ
ネルギーはω2に比例し、発熱機による発生熱エネルギ
ーもω2に比例するので、風車に適合した発熱機により
全負荷状態で風のエネルギーを熱変換することもできる
風車の効率ηが大きく一定であれば良いが、実際の風車
ではη−A−B (λ−C)n(但し、Aは1より小さ
い正値、Bは1より小さい正値、nは1以上の正値、C
は正値、^はRω/Vで表わされる風速比)と表わされ
、ηの最大値はA (<1)である。
従って低風速地帯ではサボニウス風車あるいは多翼風車
を用い、発熱機の回転体の半径や磁束密度をおおきくす
る。
また高風速地帯ではプロペラ式風車が有効で効率ηも大
きいので回転体半径や磁束密度は小さくて済むことにな
る。
上述したように本発明によれば、従来の熱変換方式によ
る装置及び回転体全体第2図に示すような単純構成のも
のに較べ、下記のような効果がある。
(1)エネルギー変換効率が高い。
(2)風車の回転速度と共に発熱量が増加する。
(3)連応性が高い。
(4)使用エネルギー幅が例えば0〜50KWと広い。
(5)熱伝達効率が高い。
(6)騒音レベルが低い。
(7)発熱機が小型で、熱媒体に直接熱伝達される。
(8)構造が簡単で安全性が高い。
(9)回転体を高透磁率の鉄心部と高導電率の導体部と
を複合させたもので構成したので、全体が軟鉄の場合よ
りも効率が著しく向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示す断面図、第2図は熱発生
原理を示す説明図、第3図は本発明による回転体の構造
を示す平面図、第4図は第3図のI−I線における矢視
図、第5図は本発明と比較例の特性を示す特性図、第6
図は発熱機の構造を示す平面図、第7図はその正面図で
ある。 1:風車、2:支柱、3:カップリング、4:伝達軸、
5:発熱機、51:回転体、52:固定体、53:鉄心
部、54:導体部、55:永久磁石、56:ヨーク、5
7:支持枠。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 風力エネルギーを回転力に変換する手段と、この変
    換された回転力を取り出す回転軸に取り付けられた回転
    体と、この回転体と磁気誘導作用をなす固定体と、前記
    回転体と固定体との磁気誘導作用により生じる渦電流に
    よるジュール熱を熱媒体に伝える熱変換器とよりなり、
    前記固定体と回転体とは、一方が直流磁界を発生する磁
    石であり他方がその直流磁界の相対的な変化により渦電
    流を発生する導電体にて構成され、かつ当該導電体は、
    前記直流磁界を透過させる高透磁率の鉄心を放射状に配
    列した鉄心部と、この鉄心部に形成した放射状の溝に埋
    めこまれた高導電率の導電板及びこの導電板の上下端縁
    を接続する導電リングとよりなる導体部とから構成され
    たものであることを特徴とする風力エネルギーを利用し
    た熱変換装置。
JP56024470A 1981-02-21 1981-02-21 風力エネルギ−を利用した熱変換装置 Expired JPS5950874B2 (ja)

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JPS57140573A JPS57140573A (en) 1982-08-31
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AU2318495A (en) * 1995-04-10 1996-10-30 Michele Bufis Combined aeolian and solar energy converter
DE102008043705B4 (de) * 2008-11-13 2012-05-16 Wolfgang Althaus Verfahren und Strömungskraftmaschine zum Wandeln von Strömungsenergie eines Fluids
JP5024736B2 (ja) * 2009-10-15 2012-09-12 住友電気工業株式会社 発電システム
JP5739737B2 (ja) * 2011-06-08 2015-06-24 住友電気工業株式会社 誘導加熱装置、及びそれを備える発電システム

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