特開 2024-99447 電磁誘導式発熱装置及び蒸留装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024099447

(43)【公開日】2024-07-25

(54)【発明の名称】電磁誘導式発熱装置及び蒸留装置

(51)【国際特許分類】

   H05B 6/02 20060101AFI20240718BHJP

   C02F 1/04 20230101ALI20240718BHJP

   B01D 1/00 20060101ALI20240718BHJP

【ＦＩ】

H05B6/02 A

C02F1/04 A

B01D1/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023003400

(22)【出願日】2023-01-12

(71)【出願人】

【識別番号】510075387

【氏名又は名称】活水プラント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100076473

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 昭夫

(74)【代理人】

【識別番号】100188765

【弁理士】

【氏名又は名称】赤座 泰輔

(74)【代理人】

【識別番号】100112900

【弁理士】

【氏名又は名称】江間 路子

(74)【代理人】

【識別番号】100163164

【弁理士】

【氏名又は名称】安藤 敏之

(72)【発明者】

【氏名】飯田 克己

(72)【発明者】

【氏名】飯田 祐史

(72)【発明者】

【氏名】鷹取 倫之

【テーマコード（参考）】

3K059

4D034

4D076

【Ｆターム（参考）】

3K059AA08

3K059AB28

4D034AA01

4D034BA03

4D034CA12

4D076AA22

4D076BA02

4D076BB01

4D076BC01

4D076DA23

4D076HA02

(57)【要約】

【課題】高い効率で熱量を得ることができる電磁誘導式発熱装置を提供すること。
【解決手段】電磁誘導式発熱装置１００は、円筒回転体４の側面に複数の永久磁石４１が設けられ、円筒回転体４が貫入する貫通孔２１の孔壁２２が導電材から形成される。円筒回転体４が回転することによって、永久磁石４１が発する磁束により、導電材の孔壁２２に渦電流を発生させる。渦電流は、孔壁２２の内部の電気抵抗によって、孔壁２２自体を発熱（電磁誘導発熱）させる。電磁誘導発熱によって、孔壁２２は、第１熱媒体を加熱する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１熱媒体が蓄積される媒体槽と、該媒体槽を貫通する円筒状の貫通孔と、該貫通孔内に貫入されて周方向に回転する円筒回転体と、該円筒回転体を回転させる回転動力装置と、を備え、
該円筒回転体の側面に複数の永久磁石が備えられ、該貫通孔の孔壁が導電材から形成されていることを特徴とする電磁誘導式発熱装置。

【請求項2】

前記円筒回転体の内側の軸方向に、第２熱媒体を通す媒体通路が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁誘導式発熱装置。

【請求項3】

前記第１熱媒体が液体であり、前記第２熱媒体が気体であり、
前記媒体槽から該第１熱媒体を建物の底面側を経て該媒体槽に循環させる循環路と、前記媒体通路から該第２熱媒体を該建物の室内に送出する送出路と、を備えることを特徴とする請求項２に記載の電磁誘導式発熱装置。

【請求項4】

前記第１熱媒体が液体であり、
請求項１に記載の電磁誘導式発熱装置の前記媒体槽の上に、該第１熱媒体から気化した溶媒を冷却器に接触させることにより液化させて該第１熱媒体から該溶媒を分離する蒸留塔が、連接されていることを特徴とする蒸留装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転運動のエネルギーを熱エネルギーに変換する装置に関し、永久磁石を固定した回転体を回転させることによって、回転体に近接した導電材料に渦電流を発生させ、渦電流からジュール熱を発生させる電磁誘導式発熱装置と、この電磁誘導式発熱装置を用いた蒸留装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、永久磁石を固定した円盤状の回転体を回転させることによって、回転体に近接した非磁性金属材料からなる発熱板に、渦電流を発生させて発熱させる構造の電磁誘導式発熱装置が、特許文献１に記載されている。また、特許文献２には、永久磁石が配置された円盤状の回転体を回転させることによって、永久磁石による磁界中に配置された導電体を含む発熱部に、渦電流からジュール熱を発生させ、ジュール熱を発熱部から熱風として捕集する構造の電磁誘導式発熱装置が、記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２－１６０３６９号公報

【特許文献2】国際公開ＷＯ２００９／０４８０４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、特許文献１及び２に記載された電磁誘導式発熱装置は、永久磁石が回転軸に直交する円盤状の回転体に配置されているため、回転軸から近い位置に配置された永久磁石からは、高い効率で熱量を得ることができないという課題があった。

【0005】

本発明は、上記にかんがみて、高い効率で熱量を得ることができる電磁誘導式発熱装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の電磁誘導式発熱装置は、第１熱媒体が蓄積される媒体槽と、該媒体槽を貫通する円筒状の貫通孔と、該貫通孔内に貫入されて周方向に回転する円筒回転体と、該円筒回転体を回転させる回転動力装置と、を備え、
該円筒回転体の側面に複数の永久磁石が備えられ、該貫通孔の孔壁が導電材から形成されていることを特徴とする。

【0007】

本発明の電磁誘導式発熱装置によれば、円筒回転体の側面に複数の永久磁石が設けられ、円筒回転体が貫入する貫通孔の孔壁が導電材から形成されているため、円筒回転体が回転させられることによって、永久磁石が発する磁束により、導電材からなる孔壁に渦電流を発生させる。渦電流は、ジュール熱を発生させ、孔壁を発熱させて第１熱媒体を加熱させることができる。磁束を発する永久磁石は、周方向に回転する円筒回転体の側面に複数備えられているため、円筒回転体の側面より内側、つまり、回転軸から近い位置に配置された永久磁石と比して、高い効率で熱量を得ることができる。

【0008】

ここで、上記電磁誘導式発熱装置において、前記円筒回転体の内側の軸方向に、第２熱媒体を通す媒体通路が形成されているものとすることができる。

【0009】

これによれば、電磁誘導式発熱装置は、貫通孔の孔壁から伝わる熱によって、第２熱媒体を加熱させることができ、より多くの熱量を得ることができる。

【0010】

また、上記電磁誘導式発熱装置において、前記第１熱媒体が液体であり、前記第２熱媒体が気体であり、
前記媒体槽から該第１熱媒体を建物の底面側を経て該媒体槽に循環させる循環路と、前記媒体通路から該第２熱媒体を該建物の室内に送出する送出路と、を備えるものとすることができる。

【0011】

これによれば、建物の底面側と室内とを同時に温めることができるため、効率よく建物を温めることができる。

【0012】

ここで、本発明の蒸留装置は、前記第１熱媒体が液体であり、
上記の電磁誘導式発熱装置の前記媒体槽の上に、該第１熱媒体から気化した溶媒を冷却器に接触させることにより液化させて該第１熱媒体から該溶媒を分離する蒸留塔が、連接されている構成とすることができる。

【0013】

これによれば、液体の蒸留や濃縮を行なうことができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明の電磁誘導式発熱装置によれば、高い効率で熱量を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の第１実施形態の電磁誘導式発熱装置の概念図である。

【図2】円筒回転体の斜視図である。

【図3】本発明の第２実施形態の蒸留装置の概念図である。

【図4】その他実施形態の電磁誘導式発熱装置の概念図である。

【図5】その他実施形態の円筒回転体の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

（第１実施形態）
以下、本発明の電磁誘導式発熱装置の第１実施形態について説明する。図１に示すように、第１実施形態の電磁誘導式発熱装置１００は、第１熱媒体としての水ＷＡを蓄積する媒体槽２と、媒体槽２を水平の前後方向に貫通する円筒状の貫通孔２１と、貫通孔２１内に貫入されて周方向に回転する円筒回転体４と、円筒回転体４を回転させる回転動力装置としてのモータ４８と、を備える。媒体槽２には、媒体槽２から加熱された水ＷＡを建物としてのビニールハウス８の底面側の土壌の熱交換器８２を経て媒体槽２に循環させる熱水循環路２４が設けられている。また、円筒回転体４の内側の軸方向には、第２熱媒体としての空気ＡＲを通す媒体通路としての通風路４３が形成され、通風路４３から温められた空気ＡＲをビニールハウス８の室内に送出する送出路としての送風路４６が設けられている。なお、本明細書において、図１又は図３に示すように、記載する前後は、円筒回転体４の回転軸４７の軸方向に沿う方向を前後方向とし、円筒回転体４の空気吸入口４４側が前であり送風羽根４５側が後ろであり、上下は、電磁誘導式発熱装置１００が設置された状態の上下であり、左右は、電磁誘導式発熱装置１００の前部をその前方から見たときの左右である。図示で使用する、Ｆは前、Ｂは後、Ｕは上、Ｄは下、Ｌは左、Ｒは右を示す。

【0017】

円筒回転体４は、図２に示すように、側面４２ａに複数の永久磁石４１が設けられ、回転することにより、媒体槽２の貫通孔２１の孔壁２２に渦電流を発生させて、孔壁２２を加熱（電磁誘導発熱）させる回転体である。円筒回転体４は、中空の円筒体４２を母体とし、側面４２ａに複数の永久磁石４１が備えられている。永久磁石４１には、ネオジム磁石（ＮｄＦｅＢ）が使用されている。図２に示すように、永久磁石４１は、前後に長い棒状体で、前後方向に磁化方向を有し、前後方向に並ぶ永久磁石４１はＮ極とＳ極とが交互になるように、つまり、全ての永久磁石４１の磁化方向が同じ向きに配置される。回転する周方向の隣り合う永久磁石４１の前後方向の列は、前後方向に半分ずつずらして配置され、永久磁石４１の配置として、煉瓦貼りの馬目地状に配置される。このため、回転する周方向の隣り合う永久磁石４１は、Ｎ極とＳ極とが交互に配置される。回転する周方向に対して、永久磁石４１のＮ極とＳ極とが交互に配置されることによって、円筒回転体４は、高い磁束密度を発熱板としての孔壁２２に吸収させることができ、孔壁２２に発生させる渦電流を大きいものとし、孔壁２２を効率よく加熱させることができる。永久磁石４１が備えられる円筒体４２には、非磁性体の金属であるアルミニウム板が使用されている。

【0018】

円筒回転体４は、図２に示すように、前方側の底面が空気吸入口４４を備える底面部材４２ｂで閉塞され、後方側の底面に、空気ＡＲを円筒体４２から後方に送風する送風羽根４５が備えられている。円筒回転体４が回転することによって、送風羽根４５が回転し、送風羽根４５は、空気ＡＲを円筒体４２から後方に送風し、円筒体４２には、円筒体４２前方の底面部材４２ｂの空気吸入口４４から空気ＡＲが供給される。つまり、空気ＡＲは、円筒体４２の前方の空気吸入口４４から円筒体４２の中に入り、円筒体４２の中の通風路４３内を後方に進み、送風羽根４５によって円筒体４２の後方の送出路としての送風路４６に流れるようになっている。円筒回転体４の円筒体４２の中で、空気ＡＲは、円筒回転体４が収められた貫通孔２１の孔壁２２から伝わる熱によって、加熱され、送風羽根４５から送風路４６に流れる空気ＡＲは温められたものとなる。

【0019】

円筒回転体４は、図１に示すように、前方側の底面の底面部材４２ｂから軸方向前方に、回転軸４７が延設されている。回転軸４７には、回転動力装置としてのモータ４８が接続され、円筒回転体４は、モータ４８の作動によって周方向に回転する。

【0020】

媒体槽２は、第１熱媒体の水ＷＡが蓄積される槽であり、前後方向に、媒体槽２を貫通する円筒状の貫通孔２１が設けられている。貫通孔２１を形成する孔壁２２には、導電材としてのアルミニウム板が使用されている。貫通孔２１には、円筒回転体４が収められ、円筒回転体４の回転によって、孔壁２２を貫通する永久磁石４１の磁束が、円筒回転体４と共に周方向に回転することで、孔壁２２のアルミニウム板に渦電流を発生させ、アルミニウム板の内部の電気抵抗によってアルミニウム板（孔壁２２）自体が発熱（電磁誘導発熱）する。円筒回転体４と発熱板としての孔壁２２との隙間は、円筒回転体４の回転により接触するおそれがなく、孔壁２２に磁束を十分に吸収させることができる隙間の間隔である、約５ｍｍとした。

【0021】

孔壁２２が電磁誘導発熱することによって、媒体槽２に蓄積されている水ＷＡが加熱されるとともに、孔壁２２から伝わる熱によって円筒体４２内の空気ＡＲが加熱される。

【0022】

媒体槽２には、加熱された水ＷＡを循環させて、建物としてのビニールハウス８の底面側の土壌を温める熱水循環路２４が設けられている。熱水循環路２４の回路内には、循環ポンプ２４ａと熱交換器８２とが設けられている。熱水循環路２４は、循環ポンプ２４ａが媒体槽２内の加熱された水ＷＡを熱水循環路２４内に循環させ、循環する加熱された水ＷＡの熱が熱交換器８２によってビニールハウス８内の土壌を温める。水ＷＡは、熱水循環路２４内を循環して、回収口２５から媒体槽２内へと戻される。また、媒体槽２には、水位調節器３が設置され、媒体槽２の水位ＷＬは、水位調節器３が供給バルブ３１を開閉することによって、水供給口３２から流入される水ＷＡの量が調整され、水位ＷＬがおよそ一定に保たれるように構成されている。

【0023】

円筒回転体４には、加熱され熱風となった空気ＡＲを送出させて、建物としてのビニールハウス８の室内８ａに送風する送出路としての送風路４６が設けられている。送風路４６は、加熱された空気ＡＲをビニールハウス８の室内８ａに送風することによって、室内８ａを温める。

【0024】

第１実施形態では、以下の仕様の電磁誘導式発熱装置１００を用いて、下記の条件で連続的にビニールハウス８の加温を行なった。なお、Ｗは左右の幅寸法、Ｌは前後の長さ、Ｈは上下の高さを表す。

【0025】

電磁誘導式発熱装置１００ Ｗ５００ｍｍ×Ｌ１４００ｍｍ×Ｈ８００ｍｍ
媒体槽２ Ｗ４００ｍｍ×Ｌ５００ｍｍ×Ｈ４００ｍｍ
水ＷＡ 井水
円筒回転体４ φ１８０ｍｍ×Ｌ５００ｍｍ
永久磁石４１ ネオジム磁石（ＮｄＦｅＢ） Ｌ６０ｍｍ×周方向の幅１０ｍｍ×半径方向の厚み５ｍｍ×１０８個
モータ４８ １８００ｒｐｍ １．５ｋＷ
循環ポンプ２４ａ ２０Ｌ／ｍｉｎ
送風羽根４５ φ１６０ｍｍ×６枚羽根
熱交換器８２ φ２５ｍｍ×２０ｍ

【0026】

第１実施形態の電磁誘導式発熱装置１００では、運転開始前の水ＷＡの水温が２５℃であったが、２５分の運転により、水ＷＡの水温が９５℃まで上昇して沸騰が開始された。循環ポンプ２４ａを作動させることにより、熱交換器８２に６０℃の水ＷＡが循環するようになった。送風路４６では、５５℃に加熱された空気ＡＲを３ｍ³／ｍｉｎの流量でビニールハウス８の室内８ａに送風させることができた。

【0027】

（第２実施形態）
以下、本発明の電磁誘導式発熱装置の第２実施形態としての蒸留装置２００について説明する。なお、第２実施形態において、第１実施形態と共通する要素については同じ符号を用いてその説明を省略する。第２実施形態の蒸留装置２００は、媒体槽２の上に、気化した溶媒を液化させて溶液から溶媒を分離する蒸留塔６が連接されていることが第１実施形態の電磁誘導式発熱装置１００と大きく異なる。

【0028】

図３に示すように、第２実施形態の蒸留装置２００は、媒体槽２に蒸留を行なう溶液としての海水ＳＷが充填され、海水ＳＷから水ＷＡを蒸留する装置であり、媒体槽２の上に、溶液から気化した溶媒としての蒸気ＳＴを液化させて溶液から水ＷＡを分離する蒸留塔６が連接されている。

【0029】

媒体槽２の上側には、媒体槽２を閉塞する円錐形状の突出壁６１が備えられ、突出壁６１の上端には、蒸気ＳＴを蒸留塔６に送出する開口した開口部６１ａが設けられている。突出壁６１と開口部６１ａの上には、閉塞された空間を有する蒸留塔６が連接され、蒸留塔６には、蒸気ＳＴを冷却・凝縮させる冷却器６４が備えられ、蒸留塔６の内周壁６ａと突出壁６１とで区画された集液樋６２が設けられている。集液樋６２には、蒸気ＳＴが冷却・凝縮された水ＷＡが溜まり、溜まった水ＷＡを排出する溶媒出口６２ａが備えられている。突出壁６１で囲まれた開口部６１ａの上側には、冷却器６４で凝縮した水ＷＡが開口部６１ａから媒体槽２内への落下を防ぐ、陣笠６３が設けられている。冷却器６４は、その内部に冷却水ＣＷが流れることによって、蒸気ＳＴを冷却・凝縮させる配管であり、蒸留塔６内の左右に亘って配設されている。

【0030】

円筒回転体４による電磁誘導発熱により、媒体槽２内の海水ＳＷは、加熱され、溶媒が気化して蒸気ＳＴとなって、媒体槽２の上側を閉塞する突出壁６１の上端の開口部６１ａから蒸留塔６に送出される。蒸留塔６に到達した蒸気ＳＴは、冷却器６４に接触することによって、冷却・凝縮され、液体の水ＷＡとなって、蒸留塔６の内周壁６ａと突出壁６１とで区画された集液樋６２に溜まる。集液樋６２に溜まった水ＷＡは、溶媒出口６２ａから回収槽６５に回収される。第２実施形態の蒸留装置２００よれば、海水ＳＷを蒸留して飲用可能な水ＷＡを得ることができる。

【0031】

第２実施形態では、以下の仕様の蒸留装置２００を用いて、下記の条件で連続的に海水ＳＷの蒸留を行なった。

【0032】

電磁誘導式発熱装置１００ Ｗ５００ｍｍ×Ｌ１４００ｍｍ×Ｈ１２００ｍｍ
媒体槽２ Ｗ４００ｍｍ×Ｌ５００ｍｍ×Ｈ４００ｍｍ
円筒回転体４ φ１８０ｍｍ×Ｌ５００ｍｍ
永久磁石４１ ネオジム磁石（ＮｄＦｅＢ） Ｌ６０ｍｍ×周方向の幅１０ｍｍ×半径方向の厚み５ｍｍ×１０８個
モータ４８ １８００ｒｐｍ １．５ｋＷ
冷却器６４ １０Ｌ／ｍｉｎ（海水）
第２実施形態の蒸留装置２００では、０．１Ｌ／ｍｉｎで飲用可能な水ＷＡを得ることができた。

【0033】

（その他実施形態）
以下、本発明のその他実施形態について説明する。なお、その他実施形態において、第１実施形態と共通する要素については同じ符号を用いてその説明を省略する。

【0034】

図４は、その他実施形態として、円筒回転体４の回転軸４７を上下方向に配置した電磁誘導式発熱装置３００の概念図である。その他実施形態の電磁誘導式発熱装置３００では、媒体槽２を貫通する円筒状の貫通孔２１は、垂直の上下方向に設けられ、円筒回転体４は、垂直の上下方向に設けられた貫通孔２１に、回転軸４７の軸方向を上下方向にして貫入される。円筒回転体４は、下側に空気吸入口４４を備え、上側に送風羽根４５が備えられ、空気ＡＲは下から上へ流れて加熱される構成になっている。

【0035】

図５は、その他実施形態として、永久磁石４１の磁化方向を変更した円筒回転体４Ａの斜視図である。その他実施形態の円筒回転体４Ａでは、前後に並ぶ永久磁石４１の同じ極が向き合うように配置される。

【0036】

なお、実施形態の電磁誘導式発熱装置１００は、以下のような形態であってもその実施をすることができる。

【0037】

実施形態の円筒回転体４を回転させる回転動力装置には、電動のモータ４８を使用したが、回転動力装置として、水流を水車などで回転動力に変換する水力動力装置や、風を風車などで回転動力に変換する風力動力装置なども使用することができる。また、水力や風力を電気エネルギーに変換して、その電気エネルギーを動力とする電動のモータを使用することもできる。水力や風力などの自然由来の動力を使用することにより、ライフラインとしての電力が整備されていない地域であっても、実施形態の電磁誘導式発熱装置１００を使用することができる。

【0038】

実施形態の円筒回転体４の円筒体４２には、非磁性材料として、アルミニウム板を使用したが、円筒体４２として、ステンレス板、銅板などの非磁性金属板、アクリル板、フェノール樹脂板、メラミン樹脂板などの非磁性合成樹脂板、アルミナ焼結体などの非磁性セラミックス板なども使用することができる。

【0039】

実施形態の永久磁石４１には、ネオジム磁石を使用したが、サマコバ磁石、アルニコ磁石も使用することができる。磁力では、ネオジム磁石が勝るが、高温安定性では、サマコバ磁石、アルニコ磁石が勝る。

【0040】

実施形態の発熱板としての孔壁２２には、非磁性導電材料のアルミニウム板を使用したが、ステンレス板、銅板などの非磁性導電材料の金属板なども使用することができる。

【0041】

実施形態の円筒回転体４と孔壁２２との隙間は、５ｍｍとしたが、２～１０ｍｍであれば、実施形態の電磁誘導式発熱装置１００として発熱させることができる。これによれば、発熱板としての孔壁２２を磁束密度が高い部分に置くことができるため、磁束を無駄なく孔壁２２に吸収させることができる。円筒回転体４と孔壁２２との隙間が２ｍｍ未満の場合には、円筒回転体４と孔壁２２とが接触するおそれがある。一方、円筒回転体４と孔壁２２との隙間が１０ｍｍを超える場合には、磁束密度が高くない部分に孔壁２２が置かれ、孔壁２２に磁束を十分に吸収させることができないおそれがある。より好ましくは、円筒回転体４と孔壁２２との隙間は、３～７ｍｍである。

【0042】

実施形態の電磁誘導式発熱装置１００では、熱水循環路２４の熱交換器８２をビニールハウス８の土壌に配設したが、住宅の床下に熱交換器８２を配設することもできる。

【0043】

実施形態の蒸留装置２００は、海水ＳＷから水ＷＡ（真水）を蒸留するものを例として記載したが、クロムなどの有害物質を含有する水から有害物質を含有しない水ＷＡの蒸留にも適用することができる。また、アルコール濃度を高める蒸留酒の蒸留などにも適用することができる。さらに、正確な温度管理が必要となるが、水と有機溶媒の混合物から、水又は有機溶媒を取り出す蒸留にも適用することができる。

【符号の説明】

【0044】

２ 媒体槽
３ 水位調節器
４ 円筒回転体
４Ａ 円筒回転体
６ 蒸留塔
６ａ 内周壁
８ ビニールハウス
８ａ 室内
２１ 貫通孔
２２ 孔壁
２４ 熱水循環路
２４ａ 循環ポンプ
２５ 回収口
３１ 供給バルブ
３２ 水供給口
４１ 永久磁石
４２ 円筒体
４２ａ 側面
４２ｂ 底面部材
４３ 通風路
４４ 空気吸入口
４５ 送風羽根
４６ 送風路
４７ 回転軸
４８ モータ
６１ 突出壁
６１ａ 開口部
６２ 集液樋
６２ａ 溶媒出口
６３ 陣笠
６４ 冷却器
６５ 回収槽
８２ 熱交換器
１００ 電磁誘導式発熱装置
２００ 蒸留装置
３００ 電磁誘導式発熱装置
ＡＲ 空気
ＣＷ 冷却水
ＳＴ 蒸気
ＳＷ 海水
ＷＡ 水
ＷＬ 水位

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】