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JP5293626B2 - Induction heating apparatus and power generation system including the same - Google Patents

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JP5293626B2 JP2010019250A JP2010019250A JP5293626B2 JP 5293626 B2 JP5293626 B2 JP 5293626B2 JP 2010019250 A JP2010019250 A JP 2010019250A JP 2010019250 A JP2010019250 A JP 2010019250A JP 5293626 B2 JP5293626 B2 JP 5293626B2
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an induction heating device in which thermal effect from a heating part to a magnetic field generation means can be suppressed, and to provide a power generation system equipped with it. <P>SOLUTION: The induction heating device 101 includes a geared type rotating body 11 that is fixed to one end side of a rotation shaft 21, a cylindrical stator part 12 arranged at an outer periphery of the rotating body 11, a heating part 13 of a conductive material mounted on an inner peripheral part of the rotating body, a columnar type supporting pillar part 14 arranged so that one end side faces another end side of the rotating body, the magnetic field generation means 15 attached to the supporting pillar part, a yoke part 16 that magnetically connects the stator part with other end side of the supporting pillar part, and a piping that is installed at the heating part and in which a heating medium is circulated. Then, by the magnetic field generation means 15, a magnetic circuit is formed that passes from one end side of the supporting pillar part, through the rotating body, stator part, and the yoke part to reach the other end side of the supporting pillar part, and by changes in a magnetic flux passing through the heating part 13 by rotation of the rotating body 11, the heating part is induction-heated so that the heating medium in the piping is heated. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、誘導加熱を利用して熱媒体を加熱する誘導加熱装置およびそれを備える発電システムに関する。   The present invention relates to an induction heating apparatus that heats a heat medium using induction heating and a power generation system including the induction heating apparatus.

水を加熱する装置として、誘導加熱(渦電流)を利用した加熱装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の渦電流加熱装置では、外周に永久磁石が配置された回転可能なロータと、このロータの外周に固定して設けられ、内部に水を流通させる流通路が形成された導電材料の加熱部とを備える。そして、ロータが回転することより、ロータ外周の永久磁石による磁力線が加熱部を貫通して移動することで、加熱部に渦電流が発生して、加熱部自体が発熱する。その結果、加熱部で発生した熱が内部の流通路を流通する水に伝達され、水が加熱される。   As a device for heating water, a heating device using induction heating (eddy current) has been proposed (for example, see Patent Document 1). In the eddy current heating device described in Patent Document 1, a rotatable rotor having a permanent magnet disposed on the outer periphery, and a conductive passage provided in a fixed manner on the outer periphery of the rotor and having a flow passage through which water flows. A heating part for the material. As the rotor rotates, the magnetic lines of force generated by the permanent magnets on the outer periphery of the rotor move through the heating unit, so that an eddy current is generated in the heating unit and the heating unit itself generates heat. As a result, the heat generated in the heating unit is transmitted to the water flowing through the internal flow passage, and the water is heated.

上記の技術は風力などのエネルギーを利用して給湯を行うことを主目的としたものであるが、近年、同じく風力、水力、波力などの再生可能エネルギーを利用した発電システムが注目されている。   The above-mentioned technology is mainly intended to supply hot water using energy such as wind power, but in recent years, power generation systems using renewable energy such as wind power, hydraulic power, and wave power are also attracting attention. .

例えば非特許文献1〜3には、風力発電に関する技術が記載されている。風力発電は、風で風車を回転させ、発電機を駆動して発電するものであり、風のエネルギーを回転エネルギーに変換して、電気エネルギーとして取り出すものである。風力発電システムは、塔の上部にナセルを設置し、このナセルに水平軸風車(風の方向に対して回転軸がほぼ平行な風車)を取り付けた構造が一般的である。ナセルには、風車の回転軸の回転数を増速して出力する増速機と、増速機の出力によって駆動される発電機とが格納されている。増速機は、風車の回転数を発電機の回転数まで高める(例えば1:100)ものであり、ギアボックスが組み込まれている。   For example, Non-Patent Documents 1 to 3 describe technologies relating to wind power generation. In wind power generation, a windmill is rotated by wind and a generator is driven to generate electric power. Wind energy is converted into rotational energy and extracted as electric energy. A wind power generation system generally has a structure in which a nacelle is installed at the top of a tower, and a horizontal axis wind turbine (a wind turbine whose rotation axis is substantially parallel to the wind direction) is attached to the nacelle. The nacelle stores a speed increaser that speeds up and outputs the rotational speed of the rotating shaft of the windmill, and a generator that is driven by the output of the speed increaser. The speed increaser increases the number of rotations of the wind turbine to the number of rotations of the generator (for example, 1: 100), and a gear box is incorporated.

最近では、発電コストを下げるため、風車(風力発電システム)を大型化する傾向があり、風車の直径が120m以上、1基当たりの出力が5MWクラスの風力発電システムが実用化されている。このような大型の風力発電システムは、巨大かつ重量物であるため建設上の理由から、洋上に建設されるケースが多い。   Recently, there is a tendency to increase the size of a windmill (wind power generation system) in order to reduce the power generation cost, and a wind power generation system with a wind turbine diameter of 120 m or more and an output per unit of 5 MW has been put into practical use. Such large-scale wind power generation systems are huge and heavy, and are often constructed offshore for construction reasons.

また、風力発電では、風力の変動に伴い発電出力(発電量)が変動するため、風力発電システムに蓄電システムを併設し、不安定な電力を蓄電池に蓄えて、出力を平滑化することが行われている。   In wind power generation, the power generation output (power generation amount) fluctuates with the fluctuation of wind power. Therefore, a power storage system is added to the wind power generation system, unstable power is stored in the storage battery, and the output is smoothed. It has been broken.

特開2005‐174801号公報JP 2005-174801 A

“風力発電(01‐05‐01‐05)”、[online]、原子力百科辞典ATOMICA、[平成22年1月12日検索]、インターネット<URL:http://www.rist.or.jp/atomica/>“Wind Power Generation (01-05-01-05)”, [online], Atomic Encyclopedia ATOMICA, [Searched on January 12, 2010], Internet <URL: http://www.rist.or.jp/ atomica /> “2000kW大型風力発電システム SUBARU80/2.0 PROTOTYPE”、[online]、富士重工業株式会社、[平成22年1月12日検索]、インターネット<URL:http://www.subaru-windturbine.jp/home/index.html>“2000kW large wind power generation system SUBARU80 / 2.0 PROTOTYPE”, [online], Fuji Heavy Industries Ltd., [searched on January 12, 2010], Internet <URL: http://www.subaru-windturbine.jp/home/ index.html> “風力講座”、[online]、三菱重工業株式会社、[平成22年1月12日検索]、インターネット<URL:http://www.mhi.co.jp/products/expand/wind_kouza.html>“Wind Lecture”, [online], Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. [searched on January 12, 2010], Internet <URL: http://www.mhi.co.jp/products/expand/wind_kouza.html>

しかし、上記した特許文献1に記載されるような従来の誘導加熱装置では、磁場発生手段である永久磁石がロータの外周に配置されているため、次のような不具合が起こり得る。   However, in the conventional induction heating apparatus as described in Patent Document 1 described above, since the permanent magnet as the magnetic field generating means is arranged on the outer periphery of the rotor, the following problems may occur.

特許文献1には、永久磁石としてネオジウム磁石が使用できることが記載されているが(特に、特許文献1の段落0037を参照)、ネオジウム磁石は熱に弱く、温度が上昇すると、磁気特性が低下する(これは、一般的なフェライト磁石も同じ)。上記した従来の誘導加熱装置では、加熱部と対向するように永久磁石が配置され、永久磁石と加熱部との距離が近い構造であるため、加熱部からの熱の影響により永久磁石の温度が上昇し易く、磁気特性が低下して、結果的に所望の温度まで熱媒体を加熱できない虞がある。   Patent Document 1 describes that a neodymium magnet can be used as a permanent magnet (see, in particular, paragraph 0037 of Patent Document 1). However, a neodymium magnet is vulnerable to heat, and the magnetic properties decrease as the temperature rises. (This is the same for general ferrite magnets). In the conventional induction heating apparatus described above, the permanent magnet is disposed so as to face the heating unit, and the distance between the permanent magnet and the heating unit is a short structure. Therefore, the temperature of the permanent magnet is affected by the heat from the heating unit. It tends to rise and the magnetic properties are lowered, and as a result, the heat medium may not be heated to a desired temperature.

一方、一般に広く知られている風力発電システムでは、出力平滑化のため蓄電システムが設置されているが、蓄電システムには電力を蓄電池に蓄えるためにコンバータなどの部品が必要であるため、システムの複雑化、電力損失の増大を招く。また、大型の風力発電システムの場合では、発電量に応じた大容量の蓄電池が必要であり、システム全体としてのコスト増大を招く。   On the other hand, in a generally well-known wind power generation system, a power storage system is installed for smoothing the output. However, since the power storage system requires components such as a converter to store power in the storage battery, This increases complexity and power loss. Further, in the case of a large-scale wind power generation system, a large-capacity storage battery corresponding to the amount of power generation is required, which increases the cost of the entire system.

また、風力発電システムの故障原因の多くは、増速機、より具体的にはギアボックスのトラブルによるものである。ギアボックスが故障すると、通常はギアボックスを交換することで対処しているが、塔の上部にナセルが設置されている場合は、ギアボックスの取り付け・取り外しに多大な時間と労力を要する。そこで最近では、増速機を必要としないギアレスの可変速式風力発電機もある。   Moreover, many of the causes of failure of the wind power generation system are due to problems with the gearbox, more specifically, the gear box. When a gearbox breaks down, it is usually dealt with by exchanging the gearbox. However, if a nacelle is installed at the top of the tower, it takes a lot of time and labor to install and remove the gearbox. Therefore, recently, there is a gearless variable-speed wind generator that does not require a gear box.

しかし、ギアレスの場合、具体的には発電機の極数を増やすこと(多極発電機)で対応するが、増速機を使用する場合と比較して、発電機が大型・重量化する。特に、5MWクラスの大型の風力発電システムでは、発電機の重量が300トン(300000kg)を超えるものと考えられ、ナセル内に配置することが困難である。   However, the gearless case can be dealt with by specifically increasing the number of poles of the generator (multipolar generator), but the generator becomes larger and heavier than when using a speed increaser. In particular, in a large-scale wind power generation system of 5 MW class, the weight of the generator is considered to exceed 300 tons (300000 kg), and it is difficult to arrange in the nacelle.

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、簡易な構成でありながら、磁場発生手段の配置を工夫することで、加熱部から磁場発生手段への熱影響を抑えることができる誘導加熱装置を提供することにある。また、別の目的は、上記の誘導加熱装置を備える発電システムを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and one of its purposes is to provide heat from the heating unit to the magnetic field generating means by devising the arrangement of the magnetic field generating means while having a simple configuration. It is in providing the induction heating apparatus which can suppress an influence. Another object is to provide a power generation system including the induction heating device.

本発明の誘導加熱装置は、回転体と、ステータ部と、加熱部と、支持柱部と、磁場発生手段と、ヨーク部と、配管とを備える。回転体は、回転軸の一端側に固定され、外形が非円形の磁性材料からなる。ステータ部は、回転体の外周に所定間隔をあけて配置され、磁性材料からなる。加熱部は、回転体とステータ部との間に配置され、導電材料からなる。支持柱部は、その一端側が回転体の一端側に対向するように配置される柱状の部材である。磁場発生手段は、支持柱部に装着され、回転体に対し磁場を発生させる。ヨーク部は、磁性材料からなり、ステータ部と支持柱部の他端側とを磁気的につなぐ。配管は、加熱部に設けられ、熱媒体が流通する。この装置は、磁場発生手段により、支持柱部の一端側から、回転体、ステータ部、ヨーク部を通り、支持柱部の他端側に至る磁気回路が形成される。そして、回転軸の回転により、回転体が回転し、回転体とステータ部との間に配置された加熱部の少なくとも一部を通過する磁束が変化することで、加熱部が誘導加熱され、熱媒体を加熱することを特徴とする。   The induction heating device of the present invention includes a rotating body, a stator portion, a heating portion, a support column portion, a magnetic field generating means, a yoke portion, and a pipe. The rotating body is fixed to one end of the rotating shaft and is made of a magnetic material having a non-circular outer shape. The stator portion is disposed at a predetermined interval on the outer periphery of the rotating body and is made of a magnetic material. The heating unit is disposed between the rotating body and the stator unit and is made of a conductive material. A support pillar part is a columnar member arrange | positioned so that the one end side may oppose the one end side of a rotary body. The magnetic field generating means is attached to the support column and generates a magnetic field for the rotating body. The yoke part is made of a magnetic material, and magnetically connects the stator part and the other end side of the support column part. Piping is provided in a heating part and a heat carrier distribute | circulates. In this apparatus, a magnetic circuit extending from one end side of the support column portion to the other end side of the support column portion through the rotating body, the stator portion, and the yoke portion is formed by the magnetic field generating means. Then, the rotating body rotates due to the rotation of the rotating shaft, and the magnetic flux passing through at least a part of the heating unit disposed between the rotating body and the stator unit is changed, whereby the heating unit is induction-heated, The medium is heated.

本発明の誘導加熱装置によれば、回転体の一端側に配置された支持柱部に磁場発生手段が装着された構造であるため、回転体に対して磁場発生手段が回転体の中心から軸方向にずれた位置に位置する。その結果、従来の誘導加熱装置に比較して、回転体とステータ部との間に配置された加熱部と磁場発生手段とを距離を離して配置することができ、加熱部から磁場発生手段への熱影響を抑えることができる。   According to the induction heating device of the present invention, since the magnetic field generating means is mounted on the support column portion arranged on one end side of the rotating body, the magnetic field generating means is pivoted from the center of the rotating body to the rotating body. It is located at a position shifted in the direction. As a result, as compared with the conventional induction heating device, the heating unit and the magnetic field generating unit arranged between the rotating body and the stator unit can be arranged at a distance, and the heating unit to the magnetic field generating unit can be arranged. The thermal effect of can be suppressed.

本発明の誘導加熱装置では、回転体に対して磁場発生手段が軸方向にずれることで、磁場発生手段が回転体に囲まれることがなく、また、回転せず固定された支持柱部に磁場発生手段が装着されていることで、例えば磁場発生手段にコイル(電磁石)を用いる場合、コイルに接続する電源の取り回しが容易である。また、回転せず固定された加熱部に配管を設けることで、配管に連通して外部から熱媒体を供給・排出する給排管と配管との接続に、配管の回動を許容する回転継手を用いる必要がなく、簡易な構成で、堅牢な接続を実現できる。具体的には、熱媒体を加熱すると配管内の圧力が上昇し、例えば熱媒体が水(蒸気)の場合では600℃で約25MPa(250気圧)に達する。加熱部(配管)が回転する場合は、その圧力に耐えられる特殊な回転継手が必要であるところ、回転しない場合は、回転継手の必要がなく、例えば給排管と配管とを溶接するといった単純な方法を採用することで、十分に堅牢な構造を実現できる。   In the induction heating device of the present invention, the magnetic field generating means is not surrounded by the rotating body due to the axial deviation of the magnetic field generating means with respect to the rotating body, and the magnetic field is not fixed to the supporting column portion fixed without rotating. Since the generating means is mounted, for example, when a coil (electromagnet) is used as the magnetic field generating means, it is easy to handle the power source connected to the coil. In addition, by providing a pipe in the heating section that is fixed without rotating, a rotary joint that allows the pipe to rotate in the connection between the pipe and the supply / discharge pipe that communicates with the pipe and supplies and discharges the heat medium from the outside There is no need to use a simple connection, and a robust connection can be realized. Specifically, when the heat medium is heated, the pressure in the pipe increases. For example, when the heat medium is water (steam), the pressure reaches about 25 MPa (250 atm) at 600 ° C. When the heating part (pipe) rotates, a special rotary joint that can withstand the pressure is required. When it does not rotate, there is no need for a rotary joint. For example, a simple connection such as welding the supply / discharge pipe and the pipe By adopting this method, a sufficiently robust structure can be realized.

本発明の誘導加熱装置における熱媒体が加熱されるメカニズムについて説明する。本発明の誘導加熱装置では、磁場発生手段により、磁束(磁場)を発生させ、支持柱部の一端側から、回転体、ステータ部、ヨーク部を通り、支持柱部の他端側に至る磁気回路が形成される。そして、非円形の回転体が回転することにより、回転体とステータ部との間の一部において、回転体とステータ部との間のギャップ(距離)が変化する。具体的には、回転体‐ステータ部間の距離が狭小になり回転体とステータ部とがほぼ連続状態になるとき、回転体からステータ部に磁束が流れ易くなる。一方、回転体の回転により、回転体‐ステータ部間の距離が広大になり回転体とステータ部とが非連続状態になるとき、回転体からステータ部に磁束が流れ難くなる。その結果、回転体とステータ部との間に配置された加熱部の少なくとも一部を通過する磁束(磁場)が変化することで、誘導電流(渦電流)が発生し、加熱部が誘導加熱され、熱媒体が加熱される。   The mechanism by which the heat medium in the induction heating apparatus of the present invention is heated will be described. In the induction heating apparatus of the present invention, magnetic field (magnetic field) is generated by the magnetic field generating means, and the magnetism reaches from the one end side of the support column part to the other end side of the support column part through the rotating body, the stator part, and the yoke part. A circuit is formed. When the non-circular rotating body rotates, a gap (distance) between the rotating body and the stator portion changes in a part between the rotating body and the stator portion. Specifically, when the distance between the rotating body and the stator portion becomes narrow and the rotating body and the stator portion are substantially continuous, magnetic flux easily flows from the rotating body to the stator portion. On the other hand, when the distance between the rotating body and the stator portion becomes large due to the rotation of the rotating body and the rotating body and the stator portion become discontinuous, it is difficult for magnetic flux to flow from the rotating body to the stator portion. As a result, an induction current (eddy current) is generated by changing a magnetic flux (magnetic field) passing through at least a part of the heating unit disposed between the rotating body and the stator unit, and the heating unit is induction-heated. The heating medium is heated.

本発明の誘導加熱装置において、回転体の外形は、非円形であり、回転体が1回転する間に回転体とステータ部との間の距離が変化する形状であれば、特に限定されない。回転体の外形形状としては、例えば、矩形状、楕円形状、多角形状、十字形状、歯車形状などが挙げられる。また、磁性材料としては、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、ケイ素鋼、パーマロイ、及びフェライトなどが挙げられる。導電材料としては、例えば、アルミニウムや銅、鉄などの金属が挙げられる。熱媒体としては、例えば、水、油、液体金属(Na、Pbなど)、溶融塩などの液体並びに気体が挙げられる。   In the induction heating device of the present invention, the outer shape of the rotating body is not particularly limited as long as the rotating body has a non-circular shape, and the distance between the rotating body and the stator portion changes during one rotation of the rotating body. Examples of the outer shape of the rotating body include a rectangular shape, an elliptical shape, a polygonal shape, a cross shape, and a gear shape. Examples of the magnetic material include iron, nickel, cobalt, silicon steel, permalloy, and ferrite. Examples of the conductive material include metals such as aluminum, copper, and iron. Examples of the heat medium include water, oil, liquid metals (Na, Pb, etc.), liquids such as molten salts, and gases.

本発明の誘導加熱装置の一形態としては、ステータ部が、筒状であり、この筒状部分から求心状に突出する突起部を有し、加熱部は、ステータ部の内周面に取り付けられ、突起部が挿通される孔を有することが挙げられる。   As one form of the induction heating device of the present invention, the stator portion has a cylindrical shape, and has a protruding portion protruding in a centripetal manner from the cylindrical portion, and the heating portion is attached to the inner peripheral surface of the stator portion. And having a hole through which the protrusion is inserted.

この構成によれば、ステータ部の突起部の周囲が加熱部を形成する導電材料によって囲まれる。そして、回転体の回転により、回転体とステータ部の突起部との間の距離が狭小→広大、或いは広大→狭小になり、突起部に流れる磁束が変化すると、突起部周囲の加熱部において、誘導起電力(逆起電力)が発生し、電流が流れることで、加熱される。したがって、この構成によれば、突起部周囲の加熱部における誘導起電力も利用して熱媒体を加熱することができ、また、突起部が存在することで、突起部がない場合と比較して、回転体‐ステータ部間の距離が狭小になるときの回転体からステータ部(突起部)に流れる磁束量が増加する。その結果、ステータ部の突起部に流れる磁束の変化を大きくして、発生する誘導起電力を大きくすることができ、加熱効率を向上できる。   According to this configuration, the periphery of the protrusion of the stator portion is surrounded by the conductive material that forms the heating portion. And, by the rotation of the rotating body, the distance between the rotating body and the protrusion of the stator portion becomes narrow → wide, or wide → narrow, and when the magnetic flux flowing through the protrusion changes, in the heating part around the protrusion, An induced electromotive force (counterelectromotive force) is generated, and a current flows to heat the electromotive force. Therefore, according to this configuration, the heat medium can be heated using the induced electromotive force in the heating portion around the protrusion, and the presence of the protrusion can be compared with the case where there is no protrusion. When the distance between the rotating body and the stator portion becomes narrow, the amount of magnetic flux flowing from the rotating body to the stator portion (projection portion) increases. As a result, it is possible to increase the change in magnetic flux flowing through the protrusions of the stator portion, increase the induced electromotive force, and improve the heating efficiency.

本発明の誘導加熱装置の一形態としては、回転体の形状が、径方向に突出する凸部を有する歯車形状であることが挙げられる。   As one form of the induction heating apparatus of this invention, it is mentioned that the shape of a rotary body is a gear shape which has the convex part which protrudes to radial direction.

この構成によれば、回転体が1回転する間、加熱部の一部を通過する磁束が周期的に変化し、この部分での磁場の強さが周期的に変化する。また、回転体の周方向における凸部の幅を小さくすることで、回転体(凸部)からステータ部に流れる磁束が集中し、加熱部を通過する磁束(磁場)を大きくすることができる。その結果、加熱部での磁場の変化を大きくすることができ、加熱効率を向上できる。   According to this configuration, during one rotation of the rotating body, the magnetic flux passing through a part of the heating unit changes periodically, and the strength of the magnetic field in this part changes periodically. Further, by reducing the width of the convex portion in the circumferential direction of the rotating body, the magnetic flux flowing from the rotating body (convex portion) to the stator portion is concentrated, and the magnetic flux (magnetic field) passing through the heating portion can be increased. As a result, the change of the magnetic field in the heating unit can be increased, and the heating efficiency can be improved.

上記したステータ部の突起部、或いは回転体の凸部の数は、複数であることが好ましく、4つ以上であることがより好ましい。また、複数の突起部、或いは複数の凸部を設ける場合は、例えばステータ部、或いは回転体の周方向に等間隔に設けることが挙げられる。   The number of protrusions of the stator part or the number of protrusions of the rotating body is preferably plural, and more preferably four or more. Moreover, when providing a some protrusion part or a some convex part, providing in the circumferential direction of a stator part or a rotary body at equal intervals, for example is mentioned.

本発明の誘導加熱装置の一形態としては、磁場発生手段が、超電導コイルであることが挙げられる。   One form of the induction heating device of the present invention is that the magnetic field generating means is a superconducting coil.

磁場発生手段としては、永久磁石やコイル(電磁石)を用いることができる。コイルとしては、銅線などの常電導コイルや超電導コイルが具体的に挙げられる。コイルを用いる場合、永久磁石を用いる場合と比較して、強い磁場を発生させることができる。具体的には、コイルに通電する電流を大きくすることで、強い磁場を発生させることができ、通電電流を制御することで磁場の強さを調整することも可能である。また、コイルであれば、永久磁石と比較して、温度上昇による磁気特性の低下や、経時的な磁気特性の劣化が起こり難い。さらに、加熱部を保温するために加熱部の周囲に断熱材を設けた場合、断熱材が磁気回路の途中(具体的には回転体と加熱部との間)に配置され、回転体とステータ部との間の距離が大きくなることがあっても、通電電流をより大きくすることで、十分な磁場強度を維持し易い。したがって、磁場発生手段にコイルを用いることで、熱媒体を所定の温度(例えば、100℃〜600℃)まで加熱するのに十分な磁場を得ることができる。コイルを用いる場合は、コイルに直流電源を接続し、直流磁場を発生させることが挙げられる。   As the magnetic field generation means, a permanent magnet or a coil (electromagnet) can be used. Specific examples of the coil include a normal conducting coil such as a copper wire and a superconducting coil. When using a coil, compared with the case where a permanent magnet is used, a strong magnetic field can be generated. Specifically, it is possible to generate a strong magnetic field by increasing the current supplied to the coil, and it is also possible to adjust the strength of the magnetic field by controlling the supplied current. In addition, in the case of a coil, compared to a permanent magnet, the magnetic characteristics are less likely to deteriorate due to a temperature rise, and the magnetic characteristics are less likely to deteriorate over time. Further, when a heat insulating material is provided around the heating unit to keep the heating unit warm, the heat insulating material is disposed in the middle of the magnetic circuit (specifically, between the rotating body and the heating unit), and the rotating body and the stator Even if the distance to the part increases, it is easy to maintain a sufficient magnetic field strength by increasing the energization current. Therefore, a magnetic field sufficient to heat the heat medium to a predetermined temperature (for example, 100 ° C. to 600 ° C.) can be obtained by using the coil as the magnetic field generating means. In the case of using a coil, a DC power source is connected to the coil to generate a DC magnetic field.

さらに、超電導コイルであれば、電気抵抗がゼロであり、大電流を流してもコイルに発熱が生じない。そのため、常電導コイルに比較して、大電流を流すことによるコイルの発熱を抑制することができ、また、より強い磁場を発生させることができる。   Furthermore, in the case of a superconducting coil, the electrical resistance is zero, and no heat is generated in the coil even when a large current is passed. Therefore, compared to a normal conducting coil, heat generation of the coil due to flowing a large current can be suppressed, and a stronger magnetic field can be generated.

本発明の誘導加熱装置の一形態としては、回転軸の他端側が風車に接続され、回転体を回転させる動力に風力を利用することが挙げられる。   As one form of the induction heating apparatus of this invention, the other end side of a rotating shaft is connected to a windmill, and using wind power for the motive power which rotates a rotary body is mentioned.

本発明の誘導加熱装置において、回転体(回転軸)の動力には、電動機やエンジンなどの内燃機関を用いることができる他、風力、水力、波力などの再生可能エネルギーを利用することができる。再生可能エネルギーを利用すれば、CO2の増加を抑制でき、中でも風力を利用することが好適である。 In the induction heating apparatus of the present invention, as the power of the rotating body (rotating shaft), an internal combustion engine such as an electric motor or an engine can be used, and renewable energy such as wind power, hydraulic power, and wave power can be used. . If renewable energy is used, an increase in CO 2 can be suppressed, and it is particularly preferable to use wind power.

本発明の発電システムは、上記した本発明の誘導加熱装置と、熱媒体の熱を電気エネルギーに変換する発電部とを備えることを特徴とする。   The power generation system of the present invention includes the above-described induction heating device of the present invention and a power generation unit that converts heat of the heat medium into electric energy.

本発明の発電システムは、上記した誘導加熱装置を利用して加熱した熱媒体の熱を発電に利用するものであり、従来にない新規な発電システムである。例えば、誘導加熱装置の回転軸に風車を接続し、回転体の動力に風力を利用すれば、風のエネルギーを回転エネルギー→熱エネルギーに変換して、電気エネルギーとして取り出すことができる。そして、本発明の発電システムによれば、熱を電気エネルギーに変換する構成としたことで、蓄熱器を用いて熱としてエネルギーを蓄えることにより、効率の良い安定した発電を実現できる。また、熱を蓄熱器に蓄え、発電に必要な熱を取り出すことができる蓄熱システムは、蓄電システムに比べて簡易であり、蓄熱器も蓄電池に比べれば安価である。さらに、従来の風力発電システムのように増速機を設ける必要がなく、ギアボックスのトラブルを回避することが可能である。   The power generation system of the present invention is a novel power generation system that does not use the heat of the heat medium heated by using the above-described induction heating device for power generation. For example, if a windmill is connected to the rotating shaft of the induction heating device and wind power is used as the power of the rotating body, the wind energy can be converted from rotational energy to thermal energy and extracted as electrical energy. And according to the electric power generation system of this invention, it was set as the structure which converts heat into an electrical energy, By storing energy as heat using a thermal accumulator, efficient and stable electric power generation is realizable. In addition, a heat storage system that can store heat in a heat accumulator and extract heat necessary for power generation is simpler than a power storage system, and the heat accumulator is less expensive than a storage battery. Furthermore, it is not necessary to provide a speed increaser as in the conventional wind power generation system, and it is possible to avoid a gearbox trouble.

本発明の誘導加熱装置は、回転体の一端側に配置された支持柱部に磁場発生手段が装着された構造であるため、加熱部から磁場発生手段への熱影響を抑えることができる。また、本発明の発電システムは、上記した誘導加熱装置を利用して加熱した熱媒体の熱を発電に利用するものであり、従来にない新規な発電システムである。   Since the induction heating apparatus of the present invention has a structure in which the magnetic field generating means is attached to the support column portion arranged on one end side of the rotating body, it is possible to suppress the thermal influence from the heating portion to the magnetic field generating means. Further, the power generation system of the present invention is a novel power generation system that does not use the heat of the heat medium heated by using the above-described induction heating device for power generation.

実施の形態1に係る誘導加熱装置の概略図であり、(A)は、分解斜視図であり、(B)は、組み立て状態を示す斜視図である。It is the schematic of the induction heating apparatus which concerns on Embodiment 1, (A) is a disassembled perspective view, (B) is a perspective view which shows an assembly state. 実施の形態1に係る誘導加熱装置の概略図であり、(A)は、回転軸側から見た正面図であり、(B)は、回転軸方向に沿って切断した側面断面図である。It is the schematic of the induction heating apparatus which concerns on Embodiment 1, (A) is the front view seen from the rotating shaft side, (B) is side sectional drawing cut | disconnected along the rotating shaft direction. 図2(A)のa点における磁場の時間的変化を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the time change of the magnetic field in the point a of FIG. 2 (A). 実施の形態2に係る誘導加熱装置の概略図であり、(A)は、分解斜視図であり、(B)は、回転体の軸方向と直交方向に切断した正面断面図である。It is the schematic of the induction heating apparatus which concerns on Embodiment 2, (A) is a disassembled perspective view, (B) is front sectional drawing cut | disconnected in the direction orthogonal to the axial direction of a rotary body. 実施の形態2に係る誘導加熱装置の部分拡大概略図であり、(A)は、回転体が回転中の一状態を示し、(B)は、回転体が回転中の別の状態を示す。It is the partial expansion schematic of the induction heating apparatus which concerns on Embodiment 2, (A) shows one state in which the rotary body is rotating, (B) shows another state in which the rotary body is rotating. 実施の形態2に係る誘導加熱装置におけるステータ部の変形例を示す概略斜視図である。FIG. 10 is a schematic perspective view showing a modification of the stator portion in the induction heating device according to the second embodiment. 実施の形態3に係る誘導加熱装置の概略図であり、(A)は、回転軸方向に沿って切断した側面断面図であり、(B)は、同図(A)の矢視A‐Aから見た磁場発生手段部分の部分断面図である。It is the schematic of the induction heating apparatus which concerns on Embodiment 3, (A) is side surface sectional drawing cut | disconnected along the rotating shaft direction, (B) is arrow AA of the figure (A). It is the fragmentary sectional view of the magnetic field generation means part seen from. 誘導加熱装置における磁場発生手段の変形例を示す概略図であり、(A)は、永久磁石が埋め込まれた支持柱部の側面図であり、(B)は、同図(A)の矢視A‐Aから見た断面図である。It is the schematic which shows the modification of the magnetic field generation | occurrence | production means in an induction heating apparatus, (A) is a side view of the support pillar part with which the permanent magnet was embedded, (B) is an arrow view of the figure (A) It is sectional drawing seen from AA. 誘導加熱装置における配管の配置例を示す概略図であり、(A)は、1つの配管で構成する場合の展開平面図であり、(B)は、2つの配管で構成する場合の展開平面図であり、(C)は、4つの配管で構成する場合の展開平面図である。(D)は、同図(A)の配置例の場合に、配管の部分同士を電気的に接続する接続導体の取り付け例を示す展開平面図である。It is the schematic which shows the example of arrangement | positioning of the piping in an induction heating apparatus, (A) is an expansion | deployment top view in the case of comprising with one piping, (B) is an expansion | deployment top view in the case of comprising with two piping. (C) is a developed plan view in the case of comprising four pipes. (D) is an expanded plan view showing an attachment example of connection conductors for electrically connecting pipe portions in the arrangement example of FIG. 誘導加熱装置における配管の別の配置例を示す概略側面図である。It is a schematic side view which shows another example of arrangement | positioning of piping in an induction heating apparatus. 本発明に係る発電システムの全体構成の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the whole structure of the electric power generation system which concerns on this invention.

本発明の実施の形態を、図を用いて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

<誘導加熱装置>
(実施の形態1)
図1、2に示す実施の形態1に係る誘導加熱装置101は、回転体11と、ステータ部12と、加熱部13と、支持柱部14、磁場発生手段15と、ヨーク部16と、配管17とを備える。以下、誘導加熱装置101の構成を詳しく説明する。
<Induction heating device>
(Embodiment 1)
1 and 2, the induction heating apparatus 101 according to the first embodiment includes a rotating body 11, a stator portion 12, a heating portion 13, a support column portion 14, a magnetic field generating means 15, a yoke portion 16, and piping. 17 and. Hereinafter, the configuration of the induction heating apparatus 101 will be described in detail.

回転体11は、回転可能に支持された回転軸21の一端側に固定されており、軸方向から見た外形形状が、径方向に突出する複数の凸部111を有する歯車形状に形成されている。この例では、8つの凸部111を有し、各凸部が周方向に等間隔に設けられている。この回転体11は、磁性材料からなり、この例では、回転軸方向にケイ素鋼板を積層した積層鋼板で形成されている。その他、鉄粉等の磁性粉末の表面に絶縁被覆を施し、この粉末を加圧成形した圧粉磁心を用いてもよい。なお、ここでは、回転体11が反時計方向に回転するものとする(図2(A)中の矢印は回転方向を示す。図4(B)、図5も同じ)。   The rotating body 11 is fixed to one end side of a rotating shaft 21 that is rotatably supported, and the outer shape viewed from the axial direction is formed into a gear shape having a plurality of convex portions 111 protruding in the radial direction. Yes. In this example, there are eight convex portions 111, and each convex portion is provided at equal intervals in the circumferential direction. The rotating body 11 is made of a magnetic material, and in this example, the rotating body 11 is formed of a laminated steel plate in which silicon steel plates are laminated in the rotation axis direction. In addition, a dust core obtained by applying an insulating coating to the surface of a magnetic powder such as iron powder and press-molding the powder may be used. Here, it is assumed that the rotating body 11 rotates counterclockwise (the arrow in FIG. 2A indicates the direction of rotation. The same applies to FIGS. 4B and 5).

ステータ部12は、回転体11の外周を覆うように、回転体11との間に所定間隔をあけて配置されている。この例では、ステータ部12が筒状、より具体的には円筒状である。このステータ部12は、磁性材料からなり、回転しないように固定されている。   The stator portion 12 is arranged with a predetermined interval between the stator 11 and the rotor 11 so as to cover the outer periphery of the rotor 11. In this example, the stator portion 12 has a cylindrical shape, more specifically, a cylindrical shape. The stator portion 12 is made of a magnetic material and is fixed so as not to rotate.

加熱部13は、回転体11とステータ部12との間に配置され、回転体11の周囲を覆うように円筒状に形成されている。加熱部13は、導電材料からなり、例えば、アルミニウムや銅、鉄などの金属で形成されている。また、加熱部13は、ステータ部12の内周面に取り付けられ、回転しない。   The heating unit 13 is disposed between the rotating body 11 and the stator unit 12, and is formed in a cylindrical shape so as to cover the periphery of the rotating body 11. The heating unit 13 is made of a conductive material, and is formed of a metal such as aluminum, copper, or iron, for example. The heating unit 13 is attached to the inner peripheral surface of the stator unit 12 and does not rotate.

加熱部13には、熱媒体が流通する配管17が設けられている(図2(A)参照)。この例では、加熱部13の内部に軸方向に沿って延びる複数の流通路を形成し、これらを熱媒体が流通する配管17に利用している。そして、加熱部13と配管17とは熱的に接続されている。例えばこの例では、配管17の一端側から熱媒体を供給し、他端側から排出する構成としたり、配管17の一端側において、配管17と別の配管17とを接続する接続管を取り付け、配管17の他端側から熱媒体を供給し、接続管を介して、別の配管17の他端側から排出する構成としたりすることが挙げられる。後者の場合、前者の場合と比較して、熱媒体の加熱距離を長くすることができる。   The heating unit 13 is provided with a pipe 17 through which a heat medium flows (see FIG. 2A). In this example, a plurality of flow passages extending in the axial direction are formed inside the heating unit 13, and these are used for the pipe 17 through which the heat medium flows. The heating unit 13 and the pipe 17 are thermally connected. For example, in this example, the heating medium is supplied from one end side of the pipe 17 and discharged from the other end side, or on one end side of the pipe 17, a connecting pipe that connects the pipe 17 and another pipe 17 is attached, For example, the heat medium may be supplied from the other end side of the pipe 17 and discharged from the other end side of another pipe 17 through the connecting pipe. In the latter case, the heating distance of the heat medium can be increased compared to the former case.

また、加熱部13の周囲には、断熱材(図示せず)を配置してもよい。例えばこの例では、加熱部13の内外周面、及び加熱部13の端面のうち配管17の配置箇所を除く箇所に断熱材を設けることが挙げられる。断熱材には、例えば、ロックウール、グラスウール、発砲プラスチック、レンガ、セラミックスなどを用いることができる。   Further, a heat insulating material (not shown) may be disposed around the heating unit 13. For example, in this example, it is possible to provide a heat insulating material at locations other than the location where the pipe 17 is disposed on the inner and outer peripheral surfaces of the heating unit 13 and the end surface of the heating unit 13. As the heat insulating material, for example, rock wool, glass wool, foamed plastic, brick, ceramics, or the like can be used.

支持柱部14は、回転体11の一端側に一端側が対向するように配置される柱状の部材である。この例では、回転体11の背面(一端側の面)中央に遊嵌穴115が形成されており、この遊嵌穴115に支持柱部14の一端部が遊嵌されている。支持柱部14の形状は、特に限定されないが、例えば、円柱状、円筒柱状、多角柱状、多角筒柱状などを挙げることができ、この例では、中空の円柱状であり、軽量化が図られている。また、支持柱部14は、磁性材料、非磁性材料のいずれを用いてもよく、この例では、非磁性材料で形成されている。例えば、磁場発生手段に永久磁石や常電導コイルを用いる場合は、支持柱部を磁性材料で形成することが好ましい。一方、超電導コイルを用いる場合は、支持柱部14の飽和磁束のために発生磁場が限定されてしまう虞があることから、支持柱部14を非磁性材料で形成することが好ましい場合もある。   The support column portion 14 is a columnar member that is arranged so that one end side thereof faces one end side of the rotating body 11. In this example, a loose fitting hole 115 is formed at the center of the back surface (one end side surface) of the rotating body 11, and one end portion of the support pillar portion 14 is loosely fitted into the loose fitting hole 115. The shape of the support column part 14 is not particularly limited, and examples thereof include a columnar shape, a cylindrical columnar shape, a polygonal columnar shape, and a polygonal cylindrical columnar shape. ing. Further, the support column portion 14 may be made of either a magnetic material or a nonmagnetic material, and in this example, is formed of a nonmagnetic material. For example, when a permanent magnet or a normal conducting coil is used as the magnetic field generating means, it is preferable to form the support column portion with a magnetic material. On the other hand, when a superconducting coil is used, there is a possibility that the generated magnetic field may be limited due to the saturation magnetic flux of the support column 14, and therefore it may be preferable to form the support column 14 from a nonmagnetic material.

支持柱部14には、回転体11に対し磁場を発生させる磁場発生手段のコイル15が装着されており、コイル15は、回転体11に対して回転体の中心から軸方向にずれた位置に位置する。また、コイル15には、図示しない直流電源が接続されている。この例では、コイル15に通電する直流電流の向きを制御して、発生させる磁場(磁束)の方向を決定しており、一端側(回転体11側)がN極、他端側がS極となるようにしている。また、コイル15は、超電導コイルであり、周囲を図示しない冷却用ジャケットで覆われ、冷却することによって超電導状態に保持されている。   A coil 15 serving as a magnetic field generating means for generating a magnetic field with respect to the rotating body 11 is attached to the support column portion 14. To position. The coil 15 is connected to a DC power source (not shown). In this example, the direction of the direct current that flows through the coil 15 is controlled to determine the direction of the magnetic field (magnetic flux) to be generated. It is trying to become. The coil 15 is a superconducting coil, and is surrounded by a cooling jacket (not shown) and kept in a superconducting state by cooling.

ヨーク部16は、ステータ部12と支持柱部14の他端側とを磁気的につなぐ部材であり、磁性材料で形成されている。この例では、ヨーク部16は、一端側がステータ部12に接続され、コイル15の外側を覆うように周方向に配された複数のヨーク片161と、これら各ヨーク片の他端側が接続される基部板162とを有する。また、基部板162には、コイル15が装着された支持柱部14の他端側が接続され、これにより、ステータ部12と支持柱部14の他端側とを磁気的につなぐことができる。この例では、複数のヨーク片161を用いてヨーク部16を構成しているが、周方向に連続する実質的に筒状の1つのヨーク片を用いて構成してもよい。   The yoke portion 16 is a member that magnetically connects the stator portion 12 and the other end side of the support column portion 14, and is formed of a magnetic material. In this example, one end side of the yoke portion 16 is connected to the stator portion 12, and a plurality of yoke pieces 161 arranged in the circumferential direction so as to cover the outside of the coil 15 are connected to the other end side of each yoke piece. And a base plate 162. In addition, the other end side of the support column portion 14 to which the coil 15 is attached is connected to the base plate 162, whereby the stator portion 12 and the other end side of the support column portion 14 can be magnetically connected. In this example, the yoke portion 16 is configured using a plurality of yoke pieces 161, but may be configured using one substantially cylindrical yoke piece continuous in the circumferential direction.

次に、誘導加熱装置101における熱媒体が加熱されるメカニズムについて詳しく説明する。   Next, the mechanism by which the heat medium in the induction heating device 101 is heated will be described in detail.

誘導加熱装置101では、コイル15に直流通電することにより、磁束(磁場)が発生し、支持柱部14の一端側から、回転体11、ステータ部12、ヨーク部16(ヨーク片161及び基部板162)を通り、支持柱部14の他端側に至る磁気回路が形成される。つまり、回転体11とステータ部12とヨーク部16とで、閉じた磁気回路が形成される(図2(B)中の点線矢印は磁束の流れのイメージを示す。図7(A)も同じ)。ここで、図2(A)のa点では、回転体11の凸部111とステータ部12とが対向し、回転体11‐ステータ部12間の距離が狭小になり、回転体11とステータ部12とがほぼ連続状態になることで、磁気抵抗が小さくなり、回転体11からステータ部12に磁束が流れ易くなる。一方、図2(A)のb点では、凸部111が存在しないことから、回転体11‐ステータ部12間の距離が広大になり、回転体11とステータ部12とが非連続状態になることで、磁気抵抗が大きくなり、回転体11からステータ部12に磁束が流れ難くなる。その結果、回転体11の回転により、加熱部13の全周にわたって通過する磁束が変化し、この部分での磁場の強さが周期的に変化することで、加熱部13に誘導電流(渦電流)が発生し、加熱部13が誘導加熱され、配管17内の熱媒体が加熱される。   In the induction heating apparatus 101, a magnetic flux (magnetic field) is generated by applying a direct current to the coil 15, and the rotating body 11, the stator part 12, the yoke part 16 (the yoke piece 161 and the base plate) from one end side of the support column part 14. 162) and a magnetic circuit reaching the other end side of the support pillar portion 14 is formed. That is, a closed magnetic circuit is formed by the rotating body 11, the stator portion 12, and the yoke portion 16 (dotted arrows in FIG. 2B indicate an image of the flow of magnetic flux. FIG. 7A is also the same). ). Here, at point a in FIG. 2 (A), the convex portion 111 of the rotator 11 and the stator portion 12 face each other, and the distance between the rotator 11 and the stator portion 12 becomes narrower. As a result, the magnetic resistance is reduced, and the magnetic flux easily flows from the rotating body 11 to the stator portion 12. On the other hand, at point b in FIG. 2 (A), since the convex portion 111 does not exist, the distance between the rotator 11 and the stator portion 12 becomes wide, and the rotator 11 and the stator portion 12 become discontinuous. As a result, the magnetic resistance increases and the magnetic flux hardly flows from the rotating body 11 to the stator portion 12. As a result, the rotation of the rotating body 11 changes the magnetic flux passing over the entire circumference of the heating unit 13, and the strength of the magnetic field in this part changes periodically, thereby causing an induction current (eddy current) in the heating unit 13. ) Occurs, the heating unit 13 is induction-heated, and the heat medium in the pipe 17 is heated.

図3は、図2(A)のa点における磁場の時間的変化を模式的に示す図である。磁場は、回転体‐ステータ部間の距離が最も狭小になるとき、極大かつ最大となり、一方、回転体‐ステータ部間の距離が最も広大になるとき、極小かつ最小となる。   FIG. 3 is a diagram schematically showing a temporal change of the magnetic field at point a in FIG. The magnetic field is maximized and maximized when the distance between the rotating body and the stator portion is the smallest, while being minimized and minimized when the distance between the rotating body and the stator portion is the largest.

誘導加熱装置101において、回転体11の凸部111の数、並びに周方向における凸部111の幅は、適宜設定することができる。ここで、凸部111の数をある程度増やすことで、磁場の周期を短くすることができる。誘導加熱エネルギー(誘導電流)は、磁場の周波数に比例関係にあることから、磁場の周期を短くすることで、加熱効率を向上できる。また、凸部111の幅をある程度小さくすることで、回転体11(凸部111)からステータ部12に流れる磁束が集中し、回転体11‐ステータ部12間の距離が狭小になる箇所に対応する加熱部13を通過する磁束が増加する。その結果、加熱部13に印加される磁場の振幅が大きくなり、加熱効率を向上できる。   In the induction heating apparatus 101, the number of the convex portions 111 of the rotating body 11 and the width of the convex portions 111 in the circumferential direction can be set as appropriate. Here, the period of the magnetic field can be shortened by increasing the number of convex portions 111 to some extent. Since the induction heating energy (induction current) is proportional to the frequency of the magnetic field, the heating efficiency can be improved by shortening the period of the magnetic field. Also, by reducing the width of the convex part 111 to some extent, the magnetic flux flowing from the rotating body 11 (convex part 111) to the stator part 12 is concentrated, so that the distance between the rotating body 11 and the stator part 12 is reduced. The magnetic flux passing through the heating unit 13 to be increased. As a result, the amplitude of the magnetic field applied to the heating unit 13 is increased, and the heating efficiency can be improved.

(実施の形態2)
図4、5に示す実施の形態2に係る誘導加熱装置102は、ステータ部および加熱部の形状が図1、2に示す実施の形態1の誘導加熱装置101と相違し、以下ではその相違点を中心に説明する。
(Embodiment 2)
The induction heating device 102 according to the second embodiment shown in FIGS. 4 and 5 is different from the induction heating device 101 of the first embodiment shown in FIGS. The explanation will be focused on.

実施の形態2の誘導加熱装置102では、ステータ部12が、円筒状部分から求心状に突出する複数の突起部121を有し、かつ、加熱部13には、各突起部121が挿通される孔131を有する。この例では、ステータ部12が8つの突起部121を有し、各突起部が周方向に等間隔に設けられている。また、突起部121は、ステータ部12の軸方向に対して平行で、突出方向と直交方向に切断した断面が略矩形状の四角柱状であり、この断面の面積が、回転体11の凸部111の突出方向と直交方向に切断した凸部の断面の面積と略等しい。   In the induction heating device 102 according to the second embodiment, the stator unit 12 has a plurality of projections 121 that project centripetally from the cylindrical portion, and each projection 121 is inserted into the heating unit 13. A hole 131 is provided. In this example, the stator portion 12 has eight protrusions 121, and each protrusion is provided at equal intervals in the circumferential direction. Further, the projecting portion 121 is a quadrangular prism having a substantially rectangular cross section cut in a direction orthogonal to the projecting direction parallel to the axial direction of the stator portion 12, and the area of the cross section is the convex portion of the rotating body 11. The area of the cross section of the convex portion cut in the direction orthogonal to the protruding direction of 111 is substantially equal.

誘導加熱装置102における熱媒体が加熱されるメカニズムについて説明すると、回転体11の回転により、加熱部13に印加される磁場の強さが周期的に変化することで、加熱部13に渦電流が発生し、加熱部13が誘導加熱され、配管17内の熱媒体が加熱される点は、実施の形態1の誘導加熱装置101と同様である。さらに、誘導加熱装置102においては、回転体11の回転により、回転体11の凸部111とステータ部12の突起部121との間の距離が狭小→広大、或いは広大→狭小になり、突起部121に流れる磁束が変化する(図5(A)、(B)参照)。それにより、突起部周囲の加熱部において、誘導起電力(逆起電力)が発生し、電流が流れることで、加熱部13が加熱され、配管17内の熱媒体が加熱される。   The mechanism by which the heat medium in the induction heating device 102 is heated will be described. By rotating the rotating body 11, the strength of the magnetic field applied to the heating unit 13 is periodically changed, so that an eddy current is generated in the heating unit 13. This is the same as the induction heating device 101 of the first embodiment in that the heating unit 13 is induction-heated and the heat medium in the pipe 17 is heated. Further, in the induction heating device 102, the rotation of the rotating body 11 causes the distance between the convex portion 111 of the rotating body 11 and the protrusion 121 of the stator portion 12 to be narrow → wide or wide → narrow. The magnetic flux flowing through 121 changes (see FIGS. 5A and 5B). As a result, an induced electromotive force (counterelectromotive force) is generated in the heating portion around the protrusion and a current flows, whereby the heating portion 13 is heated and the heat medium in the pipe 17 is heated.

このように、誘導加熱装置102では、誘導起電力が発生した際に、突起部121の周囲に存在する加熱部13の導電材料により、突起部121の周囲に連続する電流経路が形成されることから、実施の形態1の誘導加熱装置101と異なり、誘導起電力も利用して熱媒体を加熱する。   Thus, in the induction heating device 102, when an induced electromotive force is generated, a continuous current path is formed around the protrusion 121 by the conductive material of the heating part 13 that exists around the protrusion 121. Therefore, unlike the induction heating apparatus 101 of the first embodiment, the heat medium is heated using the induced electromotive force.

この実施の形態2の誘導加熱装置102では、ステータ部12における突起部121の形状が、突出方向と直交方向に切断にした断面が略矩形状の四角柱状である場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図6に示すように、ステータ部12の突起部121をステータ部12の軸方向に対して傾斜させたスキュー構造とすることができる。スキュー構造を採用することで、コギングトルクを低減して、回転体11の回転を滑らかにすることができる。また、回転体11の凸部111をスキュー構造としてもよい。   In the induction heating device 102 of the second embodiment, the case where the shape of the protrusion 121 in the stator portion 12 is a quadrangular prism having a substantially rectangular cross section cut in a direction orthogonal to the protruding direction is described as an example. It is not limited to this. For example, as shown in FIG. 6, a skew structure in which the protrusion 121 of the stator portion 12 is inclined with respect to the axial direction of the stator portion 12 can be employed. By adopting the skew structure, the cogging torque can be reduced and the rotation of the rotating body 11 can be made smooth. Further, the convex portion 111 of the rotating body 11 may have a skew structure.

(実施の形態3)
上記した実施の形態1、2の誘導加熱装置101、102では、支持柱部14に1つのコイル15を装着した場合を例に説明したが、誘導加熱装置を後述する本発明に係る発電システムに利用する場合、支持柱部14の直径が1m以上、例えば2m程度に達することが考えられる。そこで、複数のコイルや永久磁石を用いて磁場発生手段を構成することが好ましい場合も考えられる。
(Embodiment 3)
In the induction heating devices 101 and 102 according to the first and second embodiments described above, the case where one coil 15 is attached to the support column 14 has been described as an example. However, the induction heating device is used in the power generation system according to the present invention described later. When used, it is conceivable that the diameter of the support column 14 reaches 1 m or more, for example, about 2 m. Thus, it may be preferable to configure the magnetic field generating means using a plurality of coils and permanent magnets.

図7に示す実施の形態3に係る誘導加熱装置103は、複数のコイルを用いて磁場発生手段を構成した一例である。例えば、複数のコイルを用いる場合、図7に例示するように、複数の支持柱部14を円筒状に配置し、各支持柱部14にコイル15cを装着することが挙げられる。この構成の場合、各コイル15cの発生磁場の方向を同じとすることで、図2(B)に示す誘導加熱装置101と同じように、支持柱部14の一端側から、回転体11、ステータ部12、ヨーク部16(ヨーク片161及び基部板162)を通り、支持柱部14の他端側に至る磁気回路が形成される(図7(A)参照)。複数のコイルを用いて磁場発生手段を構成することで、1つあたりのコイルを小型化することができ、コイルの製造が容易である。   The induction heating apparatus 103 according to Embodiment 3 shown in FIG. 7 is an example in which a magnetic field generating unit is configured using a plurality of coils. For example, when using a plurality of coils, as illustrated in FIG. 7, it is possible to arrange a plurality of support pillars 14 in a cylindrical shape and attach the coils 15 c to each support pillar 14. In the case of this configuration, by making the direction of the magnetic field generated by each coil 15c the same, the rotating body 11, stator, and the stator are formed from one end side of the support column portion 14 as in the induction heating device 101 shown in FIG. A magnetic circuit that passes through the portion 12 and the yoke portion 16 (the yoke piece 161 and the base plate 162) and reaches the other end side of the support column portion 14 is formed (see FIG. 7A). By configuring the magnetic field generating means using a plurality of coils, one coil can be reduced in size, and the manufacture of the coils is easy.

また、複数の永久磁石を用いる場合は、図8に例示するように、支持部材14の周方向に複数のスリットを設け、各スリットに永久磁石15mを埋め込んで装着することが挙げられる。この構成によっても、各永久磁石15cの発生磁場の方向を同じとすることで、図2(B)に示す誘導加熱装置101と同じように、磁気回路が形成される。   In the case of using a plurality of permanent magnets, as illustrated in FIG. 8, a plurality of slits are provided in the circumferential direction of the support member 14, and the permanent magnets 15m are embedded in each slit. Also with this configuration, by making the direction of the generated magnetic field of each permanent magnet 15c the same, a magnetic circuit is formed as in the induction heating device 101 shown in FIG.

上記した実施の形態1〜3の誘導加熱装置101〜103では、加熱部13の内部に流通路を形成し、加熱部13と配管17とを一体に形成した場合を例に説明したが、加熱部13と配管17とを別体で形成してもよい。その場合、配管も導電材料で形成することが好ましい。配管を導電材料で形成することで、配管を加熱部として兼用することができる。また、加熱部と配管とを別体とし、配管を加熱部の表面に設けてもよい。ここで、配管を導電材料で形成し、配管を加熱部として兼用する場合は、例えば、配管のみを配置する他、円筒状の支持台の表面に配管を取り付けるようにしてもよい。このとき、円筒状の支持台を導電材料以外の材料で形成してもよい。   In the induction heating devices 101 to 103 according to the first to third embodiments described above, the flow path is formed inside the heating unit 13, and the case where the heating unit 13 and the pipe 17 are integrally formed has been described as an example. The part 13 and the pipe 17 may be formed separately. In that case, it is preferable that the pipe is also formed of a conductive material. By forming the pipe with a conductive material, the pipe can also be used as a heating unit. Moreover, a heating part and piping may be made into a different body, and piping may be provided in the surface of a heating part. Here, when the pipe is formed of a conductive material and the pipe is also used as a heating unit, for example, the pipe may be attached to the surface of a cylindrical support base in addition to the pipe. At this time, the cylindrical support base may be formed of a material other than the conductive material.

図9は、配管を導電材料で形成し、かつ、配管のみ配置する場合の配管の配置例を示す展開平面図である。ここでは、円筒状のステータ部12の内周面に配管17を這わして取り付けた場合を例に説明し、図9は、配管17をステータ部12の内周面側から見た展開平面図である。また、図9中の黒塗り矢印は、熱媒体の供給、並びに排出方向を示す。   FIG. 9 is a developed plan view showing an arrangement example of pipes when the pipes are made of a conductive material and only the pipes are arranged. Here, the case where the pipe 17 is wound and attached to the inner peripheral surface of the cylindrical stator portion 12 will be described as an example, and FIG. 9 is a developed plan view of the pipe 17 viewed from the inner peripheral surface side of the stator portion 12. It is. In addition, black arrows in FIG. 9 indicate the supply and discharge directions of the heat medium.

図9(A)は、1つの配管17で構成した場合であり、ステータ部12の内周面全体に周方向に蛇行するように配管17を折り曲げ形成して配設している。配管17を蛇行させることで、熱媒体の加熱距離を長くすることができる。この場合、配管17の供給側端部と排出側端部とは周方向に略360°ずれる、即ち供給側端部と排出側端部とは周方向の略同じ位置に位置することになる。そのため、排出側端部から排出される加熱された熱媒体が、供給側端部から供給される熱媒体によって冷やされ、加熱効率が低下することが懸念される。そこで、配管17の供給側端部と排出側端部とは周方向にある程度ずらすことが好ましく、例えば10°以上ずらすことが好ましい。   FIG. 9A shows a case where a single pipe 17 is used, and the pipe 17 is bent and disposed on the entire inner peripheral surface of the stator portion 12 so as to meander in the circumferential direction. By causing the pipe 17 to meander, the heating distance of the heat medium can be increased. In this case, the supply-side end portion and the discharge-side end portion of the pipe 17 are displaced by approximately 360 ° in the circumferential direction, that is, the supply-side end portion and the discharge-side end portion are located at substantially the same position in the circumferential direction. Therefore, there is a concern that the heated heat medium discharged from the discharge side end portion is cooled by the heat medium supplied from the supply side end portion, and the heating efficiency is lowered. Therefore, the supply side end and the discharge side end of the pipe 17 are preferably shifted to some extent in the circumferential direction, for example, by 10 ° or more.

図9(B)は、2つの配管17で構成した場合であり、図9(A)と同様に、ステータ部12の内周面全体に配管17が蛇行状態で配設されている。この場合、配管17の供給側端部と排出側端部とは周方向に略180°ずれることになる。また、この例では、隣り合う配管17の供給側端部同士、並びに排出側端部同士がそれぞれ周方向の略同じ位置に位置している。そのため、配管17の排出側端部から排出される加熱された熱媒体が、別の配管17の供給側端部から供給される熱媒体によって冷やされることもない。   FIG. 9B shows a case where two pipes 17 are configured. Like FIG. 9A, the pipes 17 are arranged in a meandering manner on the entire inner peripheral surface of the stator portion 12. In this case, the supply-side end portion and the discharge-side end portion of the pipe 17 are shifted by approximately 180 ° in the circumferential direction. Further, in this example, the supply side end portions and the discharge side end portions of the adjacent pipes 17 are located at substantially the same position in the circumferential direction. Therefore, the heated heat medium discharged from the discharge side end of the pipe 17 is not cooled by the heat medium supplied from the supply side end of another pipe 17.

図9(C)は、4つの配管17で構成した場合であり、図9(B)と同様に、ステータ部12の内周面全体に配管17が蛇行状態で配設され、また、隣り合う配管17の供給側端部同士、並びに排出側端部同士がそれぞれ周方向の略同じ位置に位置している。この場合、配管17の供給側端部と排出側端部とは周方向に略90°ずれることになる。   FIG. 9C shows a case where four pipes 17 are configured. Like FIG. 9B, the pipes 17 are arranged in a meandering manner on the entire inner peripheral surface of the stator portion 12 and are adjacent to each other. The supply-side ends and the discharge-side ends of the pipes 17 are located at substantially the same position in the circumferential direction. In this case, the supply-side end portion and the discharge-side end portion of the pipe 17 are displaced by approximately 90 ° in the circumferential direction.

このように、配管を蛇行状態で配置する場合は、複数の配管を用いて構成してもよい。また、図9(A)〜(C)に示した例では、配管17の供給側端部と排出側端部とをステータ部12の軸方向の一方側に設けているが、供給側端部を一方側又は他方側に、排出側端部を他方側又は一方側に設けることも可能である。   Thus, when arrange | positioning piping in a meandering state, you may comprise using several piping. Further, in the example shown in FIGS. 9A to 9C, the supply side end and the discharge side end of the pipe 17 are provided on one side in the axial direction of the stator part 12, but the supply side end Can be provided on one side or the other side, and the discharge side end can be provided on the other side or one side.

さらに、上記した実施の形態2、3の誘導加熱装置102、103のように、ステータ部12が突起部121を有する場合は、突起部を挟むように蛇行させた配管のうち、折り曲げ部とは突起部を挟んで反対側の配管部分同士が離隔する側に配管の部分同士を電気的に接続する接続導体171を別途取り付けて(図9(D)参照)、導電材料からなる配管17と接続導体171とで突起部121の周囲を囲むようにしてもよい。これにより、突起部121に流れる磁束が変化することに起因して発生する誘導起電力に伴う電流が、配管17と接続導体171とで形成されるループ状の電流経路を流れることになり、配管17を伝って電流が外部に漏れるのを防ぐことができる。   Further, when the stator portion 12 has the protruding portion 121 as in the induction heating devices 102 and 103 of the second and third embodiments described above, the bent portion of the pipe meandering so as to sandwich the protruding portion is A connecting conductor 171 that electrically connects the pipe parts is separately attached to the side where the pipe parts on the opposite side are separated from each other with the protrusions interposed therebetween (see FIG. 9D), and connected to the pipe 17 made of a conductive material. The conductor 171 may surround the periphery of the protrusion 121. As a result, the current associated with the induced electromotive force generated due to the change in the magnetic flux flowing through the protrusion 121 flows through a loop-shaped current path formed by the pipe 17 and the connection conductor 171. It is possible to prevent current from leaking outside through 17.

また、ステータ部が突起部を有する場合は、例えば図10に例示するように、突起部121の外周に導電材料からなる配管17を巻回して取り付けてもよい。この構成によっても、突起部121に流れる磁束が変化することで、配管17に誘導起電力が発生し、配管17に電流が流れることで、配管17が加熱され、配管17内の熱媒体が加熱される。さらに、配管17を伝って電流が外部に漏れるのを防ぐため、配管17の巻き始めと巻き終わりの端部同士を接続導体で電気的に接続してもよい。   Further, when the stator portion has a protruding portion, for example, a pipe 17 made of a conductive material may be wound around and attached to the outer periphery of the protruding portion 121 as illustrated in FIG. Even with this configuration, an induced electromotive force is generated in the pipe 17 due to a change in the magnetic flux flowing through the protrusion 121, and an electric current flows through the pipe 17, whereby the pipe 17 is heated and the heat medium in the pipe 17 is heated. Is done. Furthermore, in order to prevent current from leaking to the outside through the pipe 17, the ends of the winding start and the winding end of the pipe 17 may be electrically connected by a connecting conductor.

以上説明した本発明の実施の形態に係る誘導加熱装置は、回転体に対して磁場発生手段が回転体の中心から軸方向にずれた位置に位置するため、回転体とステータ部との間に配置された加熱部と磁場発生手段とを距離を離して配置することができ、加熱部から磁場発生手段への熱影響を抑えることができる。また、超電導コイルを採用したことで、大電流を流すことによるコイルの発熱を抑制することができ、また、より強い磁場を発生させることができる。さらに、加熱部(配管)が回転しない構造としたことで、例えば配管に連通して外部から熱媒体を供給・排出する給排管と配管との接続に、配管の回動を許容する回転継手を用いる必要がなく、簡易な構成で、堅牢な接続を実現できる。   In the induction heating apparatus according to the embodiment of the present invention described above, the magnetic field generating means is located at a position shifted in the axial direction from the center of the rotating body with respect to the rotating body. The arranged heating unit and the magnetic field generating unit can be arranged at a distance from each other, and the thermal influence from the heating unit to the magnetic field generating unit can be suppressed. In addition, by adopting the superconducting coil, it is possible to suppress the heat generation of the coil caused by flowing a large current, and it is possible to generate a stronger magnetic field. In addition, the heating part (pipe) does not rotate, so that, for example, a rotary joint that allows rotation of the pipe to connect the pipe to the supply / discharge pipe that communicates with the pipe and supplies and discharges the heat medium from the outside. There is no need to use a simple connection, and a robust connection can be realized.

<発電システム>
次に、図11を用いて、本発明に係る発電システムの全体構成の一例を説明する。図11に示す発電システムPは、誘導加熱装置10と、風車20と、蓄熱器50と、発電部60とを備える。塔91の上部に設置されたナセル92に風車20が取り付けられ、ナセル92内に誘導加熱装置10が格納されている。また、塔91の下部(土台)に建てられた建屋93に蓄熱器50及び発電部60が設置されている。以下、発電システムPの構成を詳しく説明する。
<Power generation system>
Next, an example of the overall configuration of the power generation system according to the present invention will be described with reference to FIG. A power generation system P shown in FIG. 11 includes an induction heating device 10, a windmill 20, a heat accumulator 50, and a power generation unit 60. The wind turbine 20 is attached to a nacelle 92 installed at the upper part of the tower 91, and the induction heating device 10 is stored in the nacelle 92. Further, the heat accumulator 50 and the power generation unit 60 are installed in a building 93 built at the lower part (base) of the tower 91. Hereinafter, the configuration of the power generation system P will be described in detail.

誘導加熱装置10は、本発明の誘導加熱装置であり、例えば、上記した実施の形態1〜3に係る誘導加熱装置101〜103を利用することができる。また、回転軸21の他端側が後述する風車20に直結され、回転体を回転させる動力に風力を利用している。なお、ここでは、熱媒体が水である場合を例に説明する。   The induction heating device 10 is the induction heating device of the present invention, and for example, the induction heating devices 101 to 103 according to the above-described first to third embodiments can be used. Further, the other end side of the rotating shaft 21 is directly connected to a windmill 20 described later, and wind power is used as power for rotating the rotating body. Here, a case where the heat medium is water will be described as an example.

風車20は、水平方向に延びる回転軸21を中心に、3枚の翼201を回転軸21に放射状に取り付けた構造である。出力が5MWを超える風力発電システムの場合、直径が120m以上、回転数が10〜20rpm程度である。   The windmill 20 has a structure in which three blades 201 are radially attached to the rotary shaft 21 around a rotary shaft 21 extending in the horizontal direction. In the case of a wind power generation system with an output exceeding 5 MW, the diameter is 120 m or more and the rotation speed is about 10 to 20 rpm.

誘導加熱装置10の配管には、誘導加熱装置10に水を供給する給水管73と、誘導加熱装置10により加熱した水を蓄熱器50に送る輸送管51が接続されている。そして、誘導加熱装置10は、コイルの直流通電により、回転体とステータ部を通る磁気回路が形成され、回転体の回転により、回転体とステータ部との間に配置された加熱部を通過する磁束を変化させることで、加熱部を誘導加熱し、配管内の水を加熱する。誘導加熱装置10は、磁場発生手段にコイルを用いているため、強い磁場を発生させることができ、熱媒体である水を例えば100℃〜600℃といった高温に加熱することが可能である。また、誘導加熱装置10は、加熱部(配管)が回転しない構造であるので、配管と輸送管51及び給水管73との接続に回転継手を用いる必要がなく、例えば溶接などを用いて、簡易な構成で、堅牢な接続を実現できる。   Connected to the piping of the induction heating apparatus 10 are a water supply pipe 73 that supplies water to the induction heating apparatus 10 and a transport pipe 51 that sends the water heated by the induction heating apparatus 10 to the regenerator 50. The induction heating device 10 forms a magnetic circuit that passes through the rotating body and the stator portion by direct current energization of the coil, and passes through a heating portion disposed between the rotating body and the stator portion by rotation of the rotating body. By changing the magnetic flux, the heating unit is inductively heated to heat the water in the pipe. Since the induction heating apparatus 10 uses a coil as the magnetic field generating means, it can generate a strong magnetic field and can heat water as a heat medium to a high temperature such as 100 ° C. to 600 ° C., for example. In addition, since the induction heating device 10 has a structure in which the heating unit (pipe) does not rotate, it is not necessary to use a rotary joint for connecting the pipe to the transport pipe 51 and the water supply pipe 73. With a simple configuration, a robust connection can be realized.

この発電システムPは、誘導加熱装置10により水を発電に適した温度(例えば200℃〜350℃)まで加熱し、高温高圧水を発生させる。高温高圧水は、誘導加熱装置10と蓄熱器50とを連結する輸送管51を通って蓄熱器50に送られる。蓄熱器50は、輸送管51を通って送られてきた高温高圧水の熱を蓄え、また、熱交換器を用いて発電に必要な蒸気を発電部60に供給する。なお、誘導加熱装置10により蒸気を発生させてもよい。   In the power generation system P, water is heated to a temperature suitable for power generation (for example, 200 ° C. to 350 ° C.) by the induction heating device 10 to generate high-temperature and high-pressure water. The high-temperature high-pressure water is sent to the regenerator 50 through a transport pipe 51 that connects the induction heating device 10 and the regenerator 50. The heat accumulator 50 stores the heat of the high-temperature and high-pressure water sent through the transport pipe 51, and supplies steam necessary for power generation to the power generation unit 60 using a heat exchanger. Note that steam may be generated by the induction heating device 10.

蓄熱器50としては、例えば、蒸気アキュムレーターや、溶融塩や油などを用いた顕熱型、或いは、融点の高い溶融塩の相変化を利用した潜熱型の蓄熱器を利用することができる。潜熱型の蓄熱方式は蓄熱材の相変化温度で蓄熱を行うため、一般に、顕熱型の蓄熱方式に比べて蓄熱温度域が狭帯域であり、蓄熱密度が高い。   As the heat accumulator 50, for example, a steam accumulator, a sensible heat type using a molten salt or oil, or a latent heat type heat accumulator using a phase change of a molten salt having a high melting point can be used. Since the latent heat type heat storage method stores heat at the phase change temperature of the heat storage material, the heat storage temperature range is generally narrower than that of the sensible heat type heat storage method, and the heat storage density is high.

発電部60は、蒸気タービン61と発電機62とを組み合わせた構造であり、蓄熱器50から供給された蒸気によって蒸気タービン61が回転し、発電機62を駆動して発電する。   The power generation unit 60 has a structure in which a steam turbine 61 and a generator 62 are combined. The steam turbine 61 is rotated by the steam supplied from the heat accumulator 50, and the generator 62 is driven to generate power.

蓄熱器50に送られた高温高圧水又は蒸気は、復水器71で冷却され水に戻される。その後、ポンプ72に送られ、高圧水にして給水管73を通って誘導加熱装置10に送られることで循環する。   The high-temperature high-pressure water or steam sent to the regenerator 50 is cooled by the condenser 71 and returned to the water. After that, it is sent to the pump 72 and is circulated by being made into high-pressure water and sent to the induction heating device 10 through the water supply pipe 73.

この発電システムPによれば、再生可能エネルギー(例、風力)を動力として回転エネルギーを得て熱を発生させ、その熱を蓄熱器に蓄熱して発電することで、高価な蓄電池を用いなくても、需要に応じた安定的な発電を実現できる。また、従来の風力発電システムのように増速機を設ける必要がなく、ギアボックスのトラブルを回避することが可能である。さらに、熱媒体の熱を輸送管により例えば塔の下部(土台)に設置された発電部に供給することで、ナセルに発電部を格納する必要がなく、塔の上部に設置されるナセルを小型・軽量化することができる。   According to this power generation system P, it is possible to generate rotational energy by using renewable energy (eg, wind power) as power, generate heat, and store the heat in a heat accumulator to generate electricity, so that an expensive storage battery is not used. However, stable power generation according to demand can be realized. Further, it is not necessary to provide a speed increaser unlike the conventional wind power generation system, and it is possible to avoid a gearbox trouble. Furthermore, by supplying the heat of the heat medium to the power generation unit installed in the lower part (base) of the tower, for example, by a transport pipe, there is no need to store the power generation part in the nacelle, and the nacelle installed in the upper part of the tower is made small -It can be reduced in weight.

上記した発電システムでは、熱媒体に水を用いた場合を例に説明したが、水よりも熱伝導率の高い液体金属を熱媒体に用いてもよい。このような液体金属としては、例えば液体金属ナトリウムが挙げられる。液体金属を熱媒体に用いる場合は、例えば、加熱部から熱を受け取る一次熱媒体に液体金属を用い、輸送管を通って送られてきた液体金属の熱で熱交換器を介して二次熱媒体(水)を加熱し、蒸気を発生させることが考えられる。   In the power generation system described above, the case where water is used as the heat medium has been described as an example. However, a liquid metal having a higher thermal conductivity than water may be used as the heat medium. An example of such a liquid metal is liquid metal sodium. When using a liquid metal as the heat medium, for example, the liquid metal is used as the primary heat medium that receives heat from the heating unit, and the secondary heat is transmitted through the heat exchanger using the heat of the liquid metal sent through the transport pipe. It is conceivable that the medium (water) is heated to generate steam.

また、常圧で100℃以上の沸点を有する例えば油、液体金属、溶融塩などを熱媒体に用いた場合は、水に比較して、所定の温度まで加熱したときに、配管内の熱媒体の気化による内圧上昇を抑制し易い。   In addition, when oil, liquid metal, molten salt, or the like having a boiling point of 100 ° C. or higher at normal pressure is used as the heat medium, the heat medium in the pipe when heated to a predetermined temperature compared to water It is easy to suppress an increase in internal pressure due to vaporization.

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、回転体やステータ部の形状を適宜変更したり、回転体及びステータ部を形成する材料を適宜変更したりすることも可能である。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified as appropriate without departing from the gist of the present invention. For example, it is possible to appropriately change the shapes of the rotating body and the stator part, and to appropriately change the material forming the rotating body and the stator part.

本発明の誘導加熱装置は、再生可能エネルギーを利用した発電システムに利用する他、例えば給湯システムや暖房システムに利用することも可能である。また、本発明の発電システムは、再生可能エネルギーを利用した発電の分野に好適に利用可能である。   The induction heating apparatus of the present invention can be used for, for example, a hot water supply system and a heating system, in addition to being used for a power generation system using renewable energy. Moreover, the power generation system of the present invention can be suitably used in the field of power generation using renewable energy.

10、101〜103 誘導加熱装置 P 発電システム
11 回転体 111 凸部 115 遊嵌穴
12 ステータ部 121 突起部
13 加熱部 131 孔
14 支持柱部
15 磁場発生手段(コイル) 15c コイル 15m 永久磁石
16 ヨーク部 161 ヨーク片 162 基部板
17 配管 171 接続導体
21 回転軸
20 風車 201 翼
50 蓄熱器 51 輸送管
60 発電部 61 蒸気タービン 62 発電機
71 復水器 72 ポンプ 73 給水管
91 塔 92 ナセル 93 建屋
10, 101-103 Induction heating device P Power generation system
11 Rotating body 111 Convex part 115 Free fitting hole
12 Stator part 121 Projection part
13 Heating part 131 Hole
14 Support column
15 Magnetic field generation means (coil) 15c Coil 15m Permanent magnet
16 Yoke part 161 Yoke piece 162 Base plate
17 Piping 171 Connecting conductor
21 Rotation axis
20 Windmill 201 Wings
50 Heat storage unit 51 Transport pipe
60 Power generation section 61 Steam turbine 62 Generator
71 Condenser 72 Pump 73 Water supply pipe
91 Tower 92 Nasser 93 Building

Claims (6)

回転軸の一端側に固定され、外形が非円形の磁性材料からなる回転体と、
前記回転体の外周に所定間隔をあけて配置され、磁性材料からなるステータ部と、
前記回転体と前記ステータ部との間に配置され、導電材料からなる加熱部と、
前記回転体の一端側に一端側が対向するように配置される柱状の支持柱部と、
前記支持柱部に装着され、前記回転体に対し磁場を発生させる磁場発生手段と、
前記ステータ部と前記支持柱部の他端側とを磁気的につなぐ磁性材料からなるヨーク部と、
前記加熱部に設けられ、熱媒体が流通する配管と、を備え、
前記磁場発生手段により、前記支持柱部の一端側から、前記回転体、前記ステータ部、前記ヨーク部を通り、前記支持柱部の他端側に至る磁気回路が形成され、
前記回転軸の回転により、前記回転体が回転し、前記回転体と前記ステータ部との間に配置された前記加熱部の少なくとも一部を通過する磁束が変化することで、前記加熱部が誘導加熱され、前記熱媒体を加熱することを特徴とする誘導加熱装置。
A rotating body fixed to one end of the rotating shaft and made of a magnetic material having a non-circular outer shape;
A stator portion arranged at a predetermined interval on the outer periphery of the rotating body, and made of a magnetic material;
A heating unit disposed between the rotating body and the stator unit and made of a conductive material;
A columnar support pillar portion arranged so that one end side thereof faces one end side of the rotating body;
Magnetic field generating means mounted on the support column and generating a magnetic field for the rotating body;
A yoke portion made of a magnetic material that magnetically connects the stator portion and the other end side of the support pillar portion;
A pipe provided in the heating unit and through which a heat medium flows,
The magnetic field generating means forms a magnetic circuit from one end side of the support column part to the other end side of the support column part through the rotating body, the stator part, and the yoke part,
The rotating body rotates due to the rotation of the rotating shaft, and the magnetic flux passing through at least a part of the heating unit disposed between the rotating body and the stator unit changes, whereby the heating unit is guided. An induction heating apparatus that is heated to heat the heat medium.
前記ステータ部が、筒状であり、この筒状部分から求心状に突出する突起部を有し、
前記加熱部は、前記ステータ部の内周面に取り付けられ、前記突起部が挿通される孔を有することを特徴とする請求項1に記載の誘導加熱装置。
The stator portion is cylindrical, and has a protruding portion that projects centripetally from the cylindrical portion,
The induction heating apparatus according to claim 1, wherein the heating unit is attached to an inner peripheral surface of the stator unit and has a hole through which the projection is inserted.
前記回転体の形状が、径方向に突出する凸部を有する歯車形状であることを特徴とする請求項1又は2に記載の誘導加熱装置。   The induction heating device according to claim 1 or 2, wherein the shape of the rotating body is a gear shape having a convex portion protruding in a radial direction. 前記磁場発生手段が、超電導コイルであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の誘導加熱装置。   The induction heating apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the magnetic field generating means is a superconducting coil. 前記回転軸の他端側が、風車に接続され、
前記回転体を回転させる動力に風力を利用することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の誘導加熱装置。
The other end side of the rotating shaft is connected to a windmill,
The induction heating apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein wind power is used as power for rotating the rotating body.
請求項1〜5のいずれか一項に記載の誘導加熱装置と、
前記熱媒体の熱を電気エネルギーに変換する発電部と、を備えることを特徴とする発電システム。
Induction heating apparatus according to any one of claims 1 to 5,
And a power generation unit that converts heat of the heat medium into electrical energy.
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