JP4208106B2

JP4208106B2 - Magnetic heater

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Publication number: JP4208106B2
Application number: JP12362099A
Authority: JP
Inventors: 正佳臼井; 洋井上; 一儀滝川
Original assignee: Usui Co Ltd
Current assignee: Usui Co Ltd
Priority date: 1998-05-12
Filing date: 1999-04-30
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2019-04-30
Also published as: JP2000038022A

Description

【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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is used for improving the startability of various vehicle engines such as automobiles mainly powered by a diesel engine or a gasoline engine in cold or extremely cold conditions, or for cabin heating of various vehicles or ships including electric vehicles. It is used as an auxiliary heating means for fluid in pipes such as engine cooling water, and for preheating or rapid heating (reducing warm-up time) of engine cooling water for generators, welding machines, compressors, construction machines, etc. that are driven by engines Further, the present invention relates to a magnet heater that can be used as a catalyst device for engine exhaust gas and for raising the temperature of fuel gas for fuel cells.
[0002]
[Prior art]
As an auxiliary heating heat source for a vehicle such as an automobile used for heating engine cooling water at the time of starting in a cold region, a viscous heater is known (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 2-246823, Japanese Utility Model Laid-Open No. 4-11716). JP-A-9-254637, JP-A-9-66729, JP-A-9-323530, etc.).
The viscous heater is a system in which a viscous fluid such as silicone oil is heated by shearing, and is used as a heating heat source by exchanging heat with circulating water circulating in the water jacket. A water jacket is formed in the heat generating chamber and the outer region of the heat generating chamber, and a drive shaft is rotatably supported on the housing via a bearing device, and a rotor rotatable in the heat generating chamber is fixed to the drive shaft. Viscous fluid such as silicone oil is sealed in the gap between the wall of the heat generation chamber and the rotor, and circulating water is taken in from the water inlet port in the water jacket and circulated to be sent out from the water outlet port to the external heating circuit. .
[0003]
In this viscous heater incorporated in a vehicle heating device, if the drive shaft is driven by the engine, the rotor rotates in the heat generating chamber, so that viscous fluid is sheared in the gap between the wall surface of the heat generating chamber and the outer surface of the rotor. The generated heat is exchanged with the circulating water in the water jacket, and the heated circulating water is used for heating the vehicle such as engine cooling water in the heating circuit.
[0004]
Further, as a method of reducing and purifying NOx in engine exhaust gas, there is a method of purifying exhaust gas by heating a catalyst provided in a pipe with an energizing heater (EHC) arranged close to the catalyst. .
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-mentioned viscous heater can be reduced in size and cost by a simple structure, and can be secured with high reliability and safety by a non-contact mechanism without wear, and the water temperature can be further increased. However, since the operation is automatically stopped by temperature control when the auxiliary heater is not required, the use of wasted energy is not used. However, the viscosity of silicon oil used as a viscous fluid increases as the rotor speed increases. The temperature due to the heat generation of silicone oil is limited to about 240 ° C because it gradually decreases and the shear resistance falls, and the temperature of the circulating water cannot be raised too much, and it takes time until the silicone oil is stirred at start-up. There is a drawback that the rapid heating effect in the engine cold time cannot be obtained. For this reason, especially in cold district specification vehicles equipped with a diesel engine, such a viscous heater is not sufficient in effectiveness, and it is possible to efficiently heat the fluid in the pipe to a high temperature in a short time and efficiently. A heater was desired.
[0006]
Further, in the method of heating and activating the catalyst with an energizing heater (EHC), it takes time to increase the temperature to the catalyst activation temperature. For example, in the case of a diesel engine, the exhaust gas temperature is lowered due to high performance. At the time of idling or the like, the temperature becomes as low as about 100 ° C., and the NOx catalyst purification ability is not fully exhibited.
[0007]
The present invention has been considered in view of the problems of the above-described viscous heater and the problem that the purification performance of the NOx catalyst of the conventional engine exhaust gas is low, and the temperature is higher and shorter than that of the viscous heater. In addition, the temperature of the fluid in the pipe can be raised, and it has excellent heat resistance, and is also effective in reducing NOx and HC (hydrocarbon) contained in exhaust gas of gasoline engines and diesel engines. Another object of the present invention is to provide a magnet heater that can be used for raising the temperature of a fuel gas such as hydrogen for a fuel cell.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The magnet heater according to the present invention is a system in which slip heat generated on the conductor side is exchanged with the fluid in the pipe by shearing the magnetic path formed between the magnet and the conductor. Are arranged opposite to each other with a slight gap, and the fluid in the pipe is heated by slip heat generated in the conductor by relatively rotating the magnet and the conductor, and the first embodiment includes the fluid A permanent magnet disposed opposite to the conductor with a slight gap inside a cylindrical housing rotatably supported on the fluid pipe via a bearing device so as to surround a conductor fitted on the outer periphery of the pipe. It is provided in a fixed manner, and the fluid in the pipe is heated by the slip heat generated in the conductor by the rotation of the cylinder type housing,
In a second embodiment, the conductor is formed of a pipe body having the same inner diameter as the fluid pipe, and the conductor is slightly placed in the inside of a cylindrical housing rotatably supported on the outer periphery of the conductor via a bearing device. A permanent magnet disposed oppositely across a gap is fixed, and the fluid in the pipe is heated by the slip heat generated in the conductor by the rotation of the cylinder-type housing. In the second embodiment, the conductor is connected to a part of the fluid piping by a joint, or a heat radiating fin is provided on the inner peripheral surface of the conductor.
In a third embodiment, the fluid pipe is made of a conductor, and a pair of pipes supported on the outside of the conductor pipe so as to be rotatable on a plane center line in the radial direction of the pipe and parallel to the pipe axis direction. The disk-shaped permanent magnets are arranged to face each other with a slight gap, and the fluid in the pipe is heated by the slip heat generated in the conductor-made fluid pipe by the rotation of the disk-shaped permanent magnet, In addition, the pipe cross section disposed opposite to the disk-shaped permanent magnet of the conductor-made fluid pipe in the third embodiment is formed into a flat shape such as an ellipse or an ellipse, or the disk-shaped permanent magnet of the conductor-made fluid pipe is used. A pipe portion to be opposed is configured by a plurality of pipes having a flat cross section.
In the fourth embodiment, the fluid pipe is made of resin, and a pair of bearings are rotatably supported on a plane parallel to the pipe axis direction on the radial center line of the pipe outside the conductor fluid pipe. Disc-shaped permanent magnets are arranged to face each other with a slight gap, and a conductor tube is fitted and fixed in a fluid pipe facing the disc-shaped permanent magnet, and the conductor-made tube is rotated by the rotation of the disc-shaped permanent magnet. The structure is such that the fluid in the pipe is heated by slip heat generated in the body.
According to a fifth embodiment, the fluid pipe is made of a conductor, and a cylindrical permanent magnet disposed opposite to the outer circumference of the conductor fluid pipe with a slight gap is rotatably supported via a bearing device. In addition, a heat exchange core is provided in the fluid pipe disposed opposite to the cylindrical permanent magnet, and flows through the heat exchange core by slip heat generated in the conductor fluid pipe by the rotation of the cylindrical permanent magnet. It is characterized by a structure in which the fluid is heated,
According to a sixth embodiment, a conductor heat exchange core is disposed in the fluid pipe, and a permanent magnet with a flow hole arranged opposite to the conductor heat exchange core with a slight gap is interposed between the fluid via the bearing device. The structure is such that the fluid flowing in the heat exchange core is heated by slip heat generated in the heat exchange core made of conductor by the rotation of the permanent magnet with flow hole, which is rotatably supported in the pipe. Features and
In the seventh embodiment, a conductor heat exchange core is arranged in tandem in the fluid pipe, and a small gap is separated from each conductor heat exchange core between the upstream and downstream conductor heat exchange cores. The permanent magnets with flow holes arranged opposite to each other are rotatably supported on the fluid pipe line via a bearing device, and are generated in the upstream and downstream conductor heat exchange cores by the rotation of the permanent magnets with flow holes. It is characterized in that the fluid flowing through the upstream and downstream heat exchange cores is heated by slip heat generation,
In the eighth embodiment, a hollow conductor heat exchange core is disposed in the fluid pipe, and a cylindrical permanent magnet disposed opposite to the hollow conductor heat exchange core with a slight gap interposed therebetween via a bearing device. A structure that is rotatably supported in the fluid pipe and heats the fluid flowing through the hollow conductor heat exchange core by slip heat generated in the hollow conductor heat exchange core by the rotation of the cylindrical permanent magnet. It is characterized by
In the ninth embodiment, a hollow conductor heat exchange core is rotatably supported in the fluid pipe via a bearing device, and is further disposed opposite to the hollow conductor heat exchange core with a slight gap. A cylinder-shaped permanent magnet is rotatably supported in the fluid pipe via a bearing device, and the cylinder-shaped permanent magnet and the hollow conductor heat are produced by relative rotation of the cylinder-shaped permanent magnet and the hollow conductor heat-exchange core. It is characterized in that the fluid flowing through the hollow conductor heat exchange core is heated by slip heat generated in the hollow conductor heat exchange core by relatively rotating the exchange cores in opposite directions, Further, the heat exchange core in each of the fifth to ninth embodiments is constituted by a honeycomb core body, and further, a catalyst is supported on the honeycomb core body, and the treatment is performed through the honeycomb core body. Heating the fluid in which or to perform the catalytic reaction. As the conductor, a hysteresis material provided with a hysteresis material or an eddy current material on the magnet side can also be used.
[0009]
In the present invention, “slip heat generation” means that when a conductor is moved (rotated) in a direction to cut the magnetic field in the magnetic field generated by the magnet, an eddy current (eddy current) is generated in the conductor. This means that heat is generated by electrical resistance in the conductor.
[0010]
That is, according to the present invention, a permanent magnet (ferrite, rare earth, etc.) and a conductor (heating element) such as a material having a large magnetic hysteresis (hereinafter referred to as “hysteresis material”) or an eddy current material are separated by a slight gap. It uses slip heat generated on the conductor side by shearing the magnetic path by rotating the magnet and the conductor relative to each other. By using an eddy current material or a hysteresis material for the conductor, several seconds to several It has a feature that heat can be generated at a temperature of 200 to 600 ° C. in 10 seconds. The gap is not particularly limited, but is usually about 0.3 to 1.0 mm.
[0011]
As a heat exchange system in the present invention, a system in which a fluid in a pipe is brought into direct or indirect contact with a conductor which is a heating element can be used. As a method of exchanging heat by directly contacting the fluid in the pipe with the conductor, there are a method in which a window hole is provided in the fluid pipe in the pipe and the surface of the conductor is exposed in the fluid pipe in the pipe, or a method in which it is in contact with the radiation fin. In addition, as a method of exchanging heat by indirectly contacting the fluid in the pipe with the conductor, a method of exchanging heat through a fluid pipe wall in the pipe or by providing a heat exchange core in the pipe can be used.
[0012]
In addition, as a rotational drive system of the permanent magnet and the heat exchange core in the present invention, for example, a system that rotates using a rotating body or a pulley or a gear that is rotationally driven by a motor drive or an engine drive can be used. . Especially in the case of a motor drive system, the heat generation amount is set as desired by controlling the rotation speed, or the drive motor is turned off when the temperature reaches a predetermined temperature or reversely rotated for rapid heating. It is also possible.
[0013]
As the magnet heater ON / OFF control means, for example, a temperature sensor is used to measure the temperature of the fluid in the pipe, and when the temperature reaches a predetermined temperature, the rotation drive of the permanent magnet or the heat exchange core is stopped. Can be used.
[0014]
In the present invention, the conductor generates heat due to the relative rotation between the magnet and the conductor, and the amount of generated heat is not as high as that of the above-described viscous heater, and the amount of generated heat can be maintained at a high value. In addition, by using an eddy current material or a hysteresis material for the conductor, heat can be generated at a temperature of 200 to 600 ° C. in a few seconds to a few tens of seconds, so that a catalyst is supported on the honeycomb core body to reduce NOx in the exhaust gas. In addition, the catalyst activation temperature can be raised in a short time.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a longitudinal side view showing a first embodiment of the magnet heater according to the present invention, FIG. 2 is a view corresponding to FIG. 1 showing the second embodiment, and FIG. 3 is a view showing the third embodiment. FIG. 4 is a longitudinal sectional view taken along the line AA in FIG. 3, FIG. 5 is an illustration of the types of fins in FIG. 3, (a) is a ribbon-shaped fin, (b) is a cross-shaped fin. FIG. 6 is a longitudinal front view showing the fourth embodiment, FIG. 7 is a longitudinal front view showing the fifth embodiment, and FIG. 8 is a longitudinal front view showing the sixth embodiment. FIG. 9 is a longitudinal side view showing the seventh embodiment, FIG. 10 is an eighth embodiment, FIG. 9A is a longitudinal side view, and FIG. FIGS. 11A and 11B show the ninth embodiment, wherein FIG. 11A is a longitudinal side view, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along the line E in FIG. FIG. 12 also shows the tenth embodiment, where (a) is a longitudinal side view, (b) is a cross-sectional view on the Ea line of (a), and FIG. 13 is a longitudinal side view showing the eleventh embodiment. 14 is a longitudinal side view showing the twelfth embodiment, FIG. 15 is a longitudinal side view showing the thirteenth embodiment, FIG. 16 is a longitudinal front view showing the fourteenth embodiment, and FIG. It is a systematic diagram which shows the example which incorporated the magnet type heater of this invention in the heating apparatus of a vehicle, 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 is a magnet heater, 2 is a fluid pipe, 3 is a conductor tube, 3-1 Is an eddy current material, 4 is a fixed ring, 5 is a cylinder housing, 6 is a bearing device, 7 is a permanent magnet, 8 is a drive motor, 'Is a pulley driven and rotated by an engine, 9 is a rotating disk, 9-1 is a ring gear, 9-2 is a pinion gear, 10 is a flange joint, 10-1 is a fastening flange, 10-2 is a joint bolt, 11 is Radiation fins, 12 is a heat exchange core body, 12-1 is a honeycomb core body, 13 is an engine, 14 is an engine cooling water pipe, 15 is a heater core, and V is a valve.
[0016]
That is, in the magnet heater 1-1 shown in FIG. 1, the conductor tube 3 fitted around the fluid pipe 2 is fixed by the fixing rings 4 fitted around both sides of the conductor. A cylinder-type housing 5 is rotatably supported on the outer periphery of the fixed ring 4 via a bearing device 6 so as to surround. On the inner periphery of the cylinder-type housing 5, a cylindrical permanent magnet 7 arranged to face the conductor tube 3 with a slight gap is attached via a yoke 7a. A rotating disk 9 provided on the rotating shaft of the drive motor 8 is in contact with the outer peripheral surface of the cylinder type housing 5, and the cylinder type housing 5 is rotated via the rotating disk 9 when the drive motor 8 is activated. It is like that. In addition, the said conductor pipe 3 is comprised by sticking an eddy current material on the magnet side surface of base materials, such as a hysteresis material or this hysteresis material, or an iron material, an alnico material.
[0017]
In the magnet heater 1-1 having the above-described configuration, when the drive motor 8 is started, the cylinder-type housing 5 is rotated around the tube axis via the rotating disk 9 provided on the rotating shaft, and the permanent magnet 7 is a conductor. By rotating around the tube-forming body 3, the magnetic path formed between the conductor-made tube body 3 and the permanent magnet 7 is sheared, and slip heat is generated in the conductor 3. The heat generated by the conductor tube 3 is heated by exchanging heat with the fluid in the fluid pipe 2.
[0018]
Next, the magnet type heater 1-2 shown in FIG. 2 uses the fluid pipe 2 as a conductor, and the fluid pipe 2 is generally an iron pipe. A conductor is formed by sticking an eddy current material 3-1 made of copper or the like to the outside in a cylindrical shape.
[0019]
In the case of the magnet heater 1-2 shown in FIG. 2, when the drive motor 8 is activated, the cylinder-type housing 5 is rotated around the tube axis via the rotating disk 9 provided on the rotating shaft, and the cylinder is moved. As the permanent magnet 7 rotates around the eddy current material 3-1, the fluid pipe 2 as a conductor and the magnetic path formed between the eddy current material 3-1 and the permanent magnet 7 are sheared. In this manner, slip heat is generated mainly in the eddy current material 3-1.
[0020]
Moreover, the magnet type heater 1-3 shown in FIG. 3 is a system in which a part of the fluid pipe 2 is cut and a magnet type heater assembled separately from the fluid pipe 2 is incorporated in the cut portion. The cylindrical permanent magnet 7 is arranged on the outer periphery of the conductor tube 3 having the same inner diameter as the fluid pipe 2 and having the heat dissipating fins 11 on the inner peripheral surface with a slight gap therebetween. The cylinder housing 5 attached via the yoke 7a is rotatably supported via the bearing device 6, and is externally fitted to both ends of the conductor tube 3 and the joint pipe ends of the fluid pipe 2. In this structure, a flange joint 10 including a fixed fastening flange 10-1 and a joint bolt 10-2 for fastening the flange is incorporated into the fluid pipe 2.
[0021]
In addition, as the radiation fin 11 in the magnet type heater 1-3 shown in FIG. 3, the ribbon-shaped radiation fin 11-1 shown in FIG. 5A, the cross-type fin 11-2 shown in FIG. Can also be used. The ribbon-shaped radiating fin 11-1 is formed by twisting a single thin plate so as to be almost the same length as the conductor-made tubular body 3, and the ribbon-shaped radiating fin 11-1 is made of a conductor-made tubular body. 3. Insert into 3 and fix the appropriate part to the wall of the tube by brazing. For example, the cross-shaped fins 11-2 are formed by assembling two short flat plates into a cross shape, and the cross-shaped fins 11-2 are arranged at intervals in the tube axis direction by changing the phase to constitute a heat radiation fin. This cross-shaped fin 11-2 is also fixed to the inner wall of the tube by brazing at an appropriate location.
[0022]
In the case of the magnet heater 1-3 shown in FIG. 3, the conductor tube 3 constitutes a cut portion of the fluid pipe 2, and the operation is the same as that of the magnet heater 1-1 shown in FIG. When 8 is activated, the cylinder-type housing 5 is rotated around the tube axis via the rotating disk 9 provided on the rotating shaft, and the permanent magnet 7 is rotated around the conductor tube 3. The magnetic path formed between the conductor tube 3 and the permanent magnet 7 is sheared to generate slip heat in the conductor tube 3, and this slip heat is heat exchanged with the fluid in the conductor tube 3. Heated. Moreover, when the radiation fin 11 is provided in the conductor tube 3, the heat exchange efficiency with the fluid in the fluid pipe 2 is increased by increasing the heat transfer area.
[0023]
In addition, the rotation drive system of the cylinder type housing 5 in the embodiment shown in FIGS. 1 to 3 is not limited to the motor drive system as described above, and may be driven by an engine via a pulley, for example. Further, gears are provided on the outer peripheral surface of the cylinder-type housing 5 and the outer peripheral surface of the rotary disk 9 so as to mesh with each other, or a belt is stretched between the outer peripheral surface of the cylinder-type housing 5 and the outer peripheral surface of the rotary disk 9 to drive the belt. A desired driving method can be used as appropriate.
[0024]
The magnet type heater 1-4 shown in FIG. 6 is made of a plurality of segments having a fluid pipe 2 made of a conductor and attached to the magnet support 17-1 via a yoke 7a outside the conductor fluid pipe 2. Two disk-shaped permanent magnets 7-1 are arranged on the radial center line of the pipe so as to be rotatable on a plane parallel to the pipe axis direction of the conductor fluid pipe 2 with a slight gap therebetween. Has been. The two pairs of disk-shaped permanent magnets 7-1 are rotatably supported by pulleys 8 'driven by an engine, and parallel to the pipe axis direction of the conductor fluid piping 2 by the rotation of the pulleys 8'. They are preferably rotated on the same plane in the same direction and at the same rotational speed.
[0025]
In the magnet heater 1-4 having the configuration shown in FIG. 6, if each pulley 8 ′ is rotated by driving the engine, a pair of two disk-shaped permanent magnets 7-1 are respectively connected to the conductor fluid pipe 2. By rotating on a plane parallel to the axial direction, a magnetic path formed between the conductor fluid pipe 2 and the conductor fluid pipe 2 is sheared, and slip heat is generated in the conductor fluid pipe 2. The heat generated in the conductor fluid pipe 2 is heated by exchanging heat with the fluid in the fluid pipe 2.
[0026]
The magnet heater 1-5 shown in FIG. 7 is energy efficient by making the distance between the disk-shaped permanent magnet 7-1 and the pipe wall surface of the pipe 2 constant in the magnet heater 1-4 configured as shown in FIG. In order to improve, the pipe cross section in which the disk-shaped permanent magnet 7-1 attached to the magnet support 17-1 via the yoke 7a is opposed to each other has a flat shape such as an oval shape or an oval shape. The two pairs of disk-shaped permanent magnets 7-1 are supported on the outside of the flat conductor-made fluid piping 2 by the drive motor 8, preferably in the same direction and at the same speed. Is.
[0027]
Therefore, in the case of the magnet heater 1-5 having the configuration shown in FIG. 7, a stable magnetic path is formed between the flat conductor fluid pipe 2 and the disk-shaped permanent magnet 7-1. In addition, slip heat generation is efficiently generated in the flat conductor fluid pipe 2.
[0028]
The magnet type heater 1-6 shown in FIG. 8 replaces the pipe-shaped permanent magnet 7-1 of the conductor fluid pipe 2 with the flat conductor fluid pipe 2 shown in FIG. It is composed of a plurality of conductor fluid pipes 2-1 having a flat cross section. In this case, a pipe section disposed opposite to the disk-shaped permanent magnet 7-1 of the conductor fluid pipe 2 having a circular cross section is formed in a circular cross section. A plurality of conductor fluid pipes 2-1 having a flat cross section are branched from the conductor fluid pipe 2 on the same plane, and the conductor fluid pipes 2-1 having a flat cross section are formed. A disk-shaped permanent magnet 7-1 attached to the magnet support 17-1 via a yoke 7a is disposed on the outside of the pipe group so as to face the pipe group with a slight gap. Also in this case, the two pairs of disk-shaped permanent magnets 7-1 are each rotatably supported by the drive motor 8 on a plane parallel to the pipe axis direction of the pipe group, and the conductors are activated by the activation of each drive motor 8. The fluid pipe 2 is rotated on the plane parallel to the pipe axis direction, preferably in the same direction and at the same rotational speed.
[0029]
In the magnet heater 1-6 having the configuration shown in FIG. 8, when each drive motor 8 is activated, a pair of disk-shaped permanent magnets 7-1 each have a plurality of conductor fluid pipes 2 each having a flat cross section. -1 is rotated on a plane parallel to the pipe axis direction, the magnetic path formed with the conductor fluid pipe 2-1 is sheared, and slip heat is generated in the conductor fluid pipe 2-1. Occurs. In this case as well, a stable magnetic path is formed between the flat conductor fluid pipes 2-1 and the disk-shaped permanent magnet 7-1, so that a plurality of flat conductor fluids are formed. Slip heat is efficiently generated in the pipe 2-1, and heat is exchanged with the fluid in the fluid pipe 2-1, and the pipe is heated.
[0030]
A magnet heater 1-7 shown in FIG. 9 is applied to a resin-made fluid pipe. In this case, a conductor-made pipe body 3 having a predetermined length is fitted and fixed in the resin-made fluid pipe 2P. The disk-shaped permanent magnet 7-1 attached to the magnet support 17-1 via the yoke 7a at the pipe outer side position opposite to each other via the pipe wall of the pipe making body 3 and the resin fluid pipe 2P. Is disposed opposite to the resin fluid piping 2P with a slight gap therebetween. Also in this case, the two pairs of disk-shaped permanent magnets 7-1 are each rotatably supported by the drive motor 8 on a plane parallel to the pipe axis direction of the pipe group, and the conductors are activated by the activation of each drive motor 8. The fluid pipe 2 is rotated on the plane parallel to the pipe axis direction, preferably in the same direction and at the same rotational speed.
[0031]
In the magnet heater 1-7 having the configuration shown in FIG. 9, when each drive motor 8 is activated, two pairs of disk-shaped permanent magnets 7-1 are planes parallel to the tube axis direction of the resin fluid piping 2P. By rotating above, the magnetic path formed between the resin fluid pipe 2P and the conductor pipe body 3 inside the pipe is sheared, and slip heat is generated in the conductor pipe body 3. The heat generated in the conductor tube 3 is heated by exchanging heat with the fluid in the resin fluid pipe 2P. However, in the case of the magnet heater 1-7, the magnetic path formed between the disk-shaped permanent magnet 7-1 and the conductor tube 3 is formed through the tube wall of the resin fluid pipe 2P. The heat generation efficiency is slightly lower than that of each of the above-described magnet heaters having no inclusion between the magnet and the conductor.
[0032]
Next, a magnet type heater in which a heat exchange core is built in a conductor fluid pipe will be described with reference to FIGS.
First, a magnet type heater 1-8 shown in FIG. 10 is provided on the inner periphery of a cylinder-type housing 5 rotatably supported via a bearing device 6 on the outer periphery of a fixing ring 4 fitted on the conductor fluid pipe 2. A cylindrical permanent magnet 7 arranged opposite to the conductor fluid pipe 2 with a slight gap is attached via a yoke 7a. A heat exchange core 12 is built in the conductor fluid pipe 2 at a position facing the cylindrical permanent magnet 7. As the heat exchange core 12, for example, as shown in FIG. 2B, a honeycomb structure in which a flat plate made of a magnetic material and a corrugated plate are stacked and wound can be used. The honeycomb structure as the heat exchange core is preferably made of a metal carrier usually used for purifying the exhaust gas of the engine from the viewpoint of vibration resistance and heat resistance.
The cylinder housing 5 is rotated by a drive motor 8 through a pinion gear 9-2 that meshes with a ring gear 9-1 attached to the outer peripheral surface thereof.
[0033]
In the magnet heater 1-8 having the configuration shown in FIG. 10, when the drive motor 8 is activated, a cylinder housing is provided via a pinion gear 9-2 provided on the rotating shaft and a ring gear 9-1 meshing with the gear. 5 rotates around the pipe axis and the permanent magnet 7 rotates around the conductor fluid pipe 2, so that the magnetic path formed between the conductor fluid pipe 2 and the permanent magnet 7 is sheared. Slip heat is generated in the conductor fluid pipe 2. The heat generated in the conductor fluid pipe 2 is heated by heating the heat exchange core 12 installed in the conductor fluid pipe 2 and exchanging heat with the fluid flowing in the core.
[0034]
A magnet type heater 1-9 shown in FIG. 11 has a conductor heat exchange core (for example, made of ferritic steel) 12 installed in a fluid pipe 2 made of conductor or nonconductor, and upstream of the conductor heat exchange core 12. On the side, a segment-like permanent magnet 7 arranged to face the heat exchange core made of conductor with a slight gap is rotatably supported in the fluid pipe via a bearing device 6. The permanent magnet 7 is provided alternately with the flow hole 17-2a on a magnet support 17-2 having a flow hole 17-2a on the surface facing the conductor heat exchange core 12 as shown in FIG. And is configured to be rotationally driven by a drive motor 8 installed outside the fluid pipe 2. Also in this case, the conductor heat exchange core 12 may be a honeycomb structure made of a magnetic material in which flat plates and corrugated plates similar to those described above are stacked and wound.
[0035]
In the case of the magnet heater 1-9 configured as shown in FIG. 11, when the drive motor 8 is activated, it is attached to the magnet support 17-2 with the flow hole 17-2a supported on the rotating shaft. When the permanent magnet 7 rotates, the magnetic path formed between the permanent magnet 7 and the conductor heat exchange core 12 is sheared, and slip heat is generated in the conductor heat exchange core 12. The heat generated by the conductor heat exchange core 12 is heat-exchanged and heated by the fluid flowing in the core through the flow hole 17-2a of the magnet support 17-2 installed on the upstream side of the core. It has become so.
[0036]
A magnet heater 1-10 shown in FIG. 12 is a heater of a type in which conductor heat exchange cores are arranged in tandem in a fluid pipe, and the structure thereof is a fluid made of a conductor or a nonconductor on the downstream side and the upstream side. Permanent magnets in which a conductor heat exchange core 12 is disposed in the pipe 2 and is disposed between the upstream and downstream conductor heat exchange cores 12 so as to face each conductor heat exchange core with a slight gap therebetween. A magnet support 17-2 with a flow hole 17-2a having a bearing 7 is rotatably supported via the bearing device 6, and the magnet support 17-2 meshes with a ring gear 9-1 attached to the outer peripheral surface thereof. It is rotated by a drive motor 8 via a pinion gear 9-2. The magnet support 17-2 with the flow holes 17-2a has the flow holes 17-2a alternately with the segment-like permanent magnets 7 on the surface facing the conductor heat exchange core 12, as shown in FIG. It has a perforated structure. Also in this case, the conductor heat exchange core 12 may be a honeycomb structure made of a magnetic material in which flat plates and corrugated plates similar to those described above are stacked and wound.
[0037]
In the case of the magnet heater 1-10 having the configuration shown in FIG. 12, when the drive motor 8 is activated, the pinion gear 9-2 provided on the rotating shaft and the ring gear 9-1 meshing with the gear are used. By rotating the magnet support 17-2 around the tube axis, the magnetic paths formed between the upstream and downstream conductor heat exchange cores 12 and the respective permanent magnets 7 are sheared, so that Slip heat is generated in the conductor heat exchange core 12. The heat generated in the conductor heat exchange core 12 is heated by heat exchange with the fluid flowing in the core.
[0038]
A magnet heater 1-11 shown in FIG. 13 is a heater using a hollow conductor-made heat exchange core, and the structure thereof is a conductor-made or non-conductor-made fluid pipe 2 in a hollow conductor-made heat exchange core 12-1. The cylindrical permanent magnet 7 disposed opposite to the hollow conductor heat exchange core 12-1 with a slight gap is rotatably supported in the fluid pipe via the bearing device 6. Then, it is rotated by a drive motor 8 disposed outside the fluid pipe 2. Also in this case, as the conductor-made heat exchange core 12-1, a honeycomb structure made of a magnetic material in which flat plates and corrugated plates similar to those described above are stacked and wound can be used. The hollow conductor heat exchange core 12-1 may be attached using a conductor inner case.
[0039]
In the case of the magnet heater 1-11 having the configuration shown in FIG. 13, when the drive motor 8 is activated, the cylindrical permanent magnet 7 supported on the rotating shaft is rotated to thereby rotate the permanent magnet 7. And the hollow conductor heat exchange core 12-1 are sheared, and slip heat is generated in the hollow conductor heat exchange core 12-1. The heat generated by the hollow conductor heat exchange core 12-1 is heated by heat exchange with the fluid flowing in the core.
[0040]
A magnet heater 1-12 shown in FIG. 14 is a heater of a system in which a hollow conductor-made heat exchange core and a cylindrical permanent magnet are separately rotated, and the structure thereof is made of non-conductors on the upstream side and the downstream side. A hollow conductor heat exchange core 12-1 is supported on the inner wall of the pipe through the bearing device 6 so as to be able to rotate around the pipe axis so as to straddle the fluid pipe in the fluid pipe 2. The hollow conductor heat exchange core 12-1 is attached to the outer periphery thereof and is rotated by the drive motor 8 via a ring gear 9-1 and a pinion gear 9-2 meshing with the gear. . On the other hand, a cylindrical permanent magnet 7 disposed opposite to the hollow conductor heat exchange core 12-1 with a slight gap is rotatably supported in the fluid pipe 2 via a bearing device 6. It is rotated by a drive motor 8 disposed outside the fluid pipe 2. Also in this case, as the conductor-made heat exchange core 12-1, a honeycomb structure made of a magnetic material in which flat plates and corrugated plates similar to those described above are stacked and wound can be used. 12-1 may be attached using a conductor inner case.
[0041]
In the case of the magnet type heater 1-12 having the configuration shown in FIG. 14, the hollow conductor-made heat exchange core 12-1 and the cylindrical permanent magnet 7 can be separately rotated and driven, for example, the permanent magnet 7 Fluid that flows through the hollow conductor heat exchange core by slip heat generated in the hollow conductor heat exchange core by fixing the side and rotating the hollow conductor heat exchange core 12-1 side by the drive motor 8 Is heated. Further, by fixing the hollow conductor heat exchange core 12-1 side and rotating the permanent magnet 7 side by the drive motor 8, it is possible to generate slip heat generation in the hollow conductor heat exchange core. Furthermore, in the case of this magnet type heater 1-12, the permanent magnet 7 side and the hollow conductor heat exchange core 12-1 side can be driven to rotate in opposite directions. It can be secured in a sufficiently wide range, and heat exchange can be performed with high heat generation efficiency.
[0042]
Magnet heaters 1-13 and 1-14 shown in FIGS. 15 and 16 are applied to, for example, an exhaust gas catalyst device of a diesel engine, and the magnet heater 1-13 shown in FIG. Two disk-shaped permanent magnets 7-1 attached to the magnet support 17-1 via the yoke 7a outside the conductor fluid pipe 2 with the same configuration as the magnet heater 1-4 shown in FIG. The pipes are disposed opposite to each other with a slight gap so as to be rotatable on a plane parallel to the pipe axis direction of the conductor fluid pipe 2 on the center line in the radial direction of the pipe. The permanent magnet 7-1 is rotatably supported by each drive motor 8, and in addition to a mechanism that is rotated on a plane parallel to the pipe axis direction of the conductor fluid piping 2 by the activation of each drive motor 8, For example, disk-shaped permanent magnet 7-1 It is slidable to each tube-axis direction by the fluid pressure cylinder mode. A honeycomb core body 12-1 is built in the conductor fluid piping 2 at a position opposite to the permanent magnet 7, and a catalyst is supported on the honeycomb core body 12-1. The reason why the disk-shaped permanent magnet 7-1 is slidable in the tube axis direction is to prevent the permanent magnet from being heated to a temperature above the Curie point by slip heat generation, exhaust heat, or reaction heat, and the magnetic force disappearing. is there.
[0043]
In the case of the magnet heater 1-13 shown in FIG. 15, when each drive motor 8 is activated, a pair of two disk-shaped permanent magnets 7-1 are parallel to the pipe axis direction of the conductor fluid pipe 2 respectively. By rotating on a flat plane, the magnetic path formed between the conductor fluid pipe 2 is sheared and slip heat is generated in the conductor fluid pipe 2. The honeycomb core body 12-1 in the fluid pipe 2 is heated to activate the catalyst. In this case, the temperature can be raised to the catalyst activation temperature in a short time by the slip heat generated in the conductor fluid pipe 2. When the catalyst reaches a high temperature, the disk-shaped permanent magnet 7-1 is slid in the tube axis direction and retracted to prevent the permanent magnet from being heated above the Curie point to lose its magnetic force. On the other hand, when the temperature of the catalyst becomes low, the disk-shaped permanent magnet 7-1 is again slid in the opposite direction to the predetermined position, and the same operation as described above is performed.
In the magnet heater 1-13 shown in FIG. 15, the disk-shaped permanent magnet 7-1 is slidable in the tube axis direction, but the disk-shaped permanent magnet 7-1 is slidable in the direction perpendicular to the tube axis. It is good.
[0044]
16 is structurally the same as the magnet heater 1-5 shown in FIG. 7, and the distance between the disk-shaped permanent magnet 7-1 and the pipe wall surface of the pipe 2 is set. In order to improve the energy efficiency by keeping constant, the pipe cross section in which the disk-shaped permanent magnets 7-1 attached to the magnet support 17-1 via the yoke 7a are opposed to each other has a flat shape such as an ellipse or an ellipse. In this structure, the two pairs of disk-shaped permanent magnets 7-1 are rotatably supported by the drive motor 8 on the outside of the flat conductor fluid pipe 2. The permanent magnet 7-1 can be moved in the pipe diameter direction by, for example, a fluid pressure cylinder system. A honeycomb core body 12-1 is built in the conductor fluid piping 2 at a position opposite to the permanent magnet 7, and a catalyst is supported on the honeycomb core body 12-1. The disk-shaped permanent magnet 7-1 is made slidable in the tube diameter direction, as described above, because the permanent magnet is heated above the Curie point by slip heat generation, exhaust heat and reaction heat, and the magnetic force disappears. This is to prevent it.
[0045]
Also in the case of the magnet heater 1-14 shown in FIG. 16, if each drive motor 8 is activated, a pair of two disk-shaped permanent magnets 7-1 are parallel to the pipe axis direction of the conductor fluid pipe 2 respectively. By rotating on a flat plane, the magnetic path formed between the conductor fluid pipe 2 is sheared and slip heat is generated in the conductor fluid pipe 2. The honeycomb core body 12-1 in the fluid pipe 2 is heated to activate the catalyst. In the case of this heater, a stable magnetic path is formed between the flat conductor fluid pipe 2 and the disk-shaped permanent magnet 7-1, so that slip heat is generated in the flat conductor fluid pipe 2. Is efficiently generated, and the temperature can be raised to the catalyst activation temperature in a shorter time. When the catalyst reaches a high temperature, the disk-shaped permanent magnet 7-1 is moved outward in the radial direction of the tube and retracted to prevent the permanent magnet from being heated to a temperature above the Curie point to lose its magnetic force. On the other hand, when the temperature of the catalyst becomes low, the disk-shaped permanent magnet 7-1 is moved again in the opposite direction to the predetermined position, and the same operation as described above is performed.
[0046]
FIG. 17 shows an example in which the magnet heater of the present invention is incorporated in a piping configuration in which the cooling water of the engine 13 is circulated through the cooling water piping 14 through the valve V and the heater core 15. The engine coolant as the flowing fluid in the pipe is heated by exchanging heat by slip heat generation when passing through the magnet heater MH.
[0047]
FIG. 18 exemplifies heat generation data in the case where a rare earth magnet and an eddy current material were experimentally tested by the present inventor. This data indicates that the gap between the permanent magnet and the eddy current material is 1.0 mm. It shows the relationship between time (sec) and temperature measured by varying the number of rotations on the magnet side with the eddy current material side fixed, set and opposed.
From this data, when a magnet and a conductor are arranged facing each other with a slight gap and the magnet and the conductor are rotated relative to each other, slip heat generation of 200 to 600 ° C. occurs in the conductor in several seconds to several tens of seconds. Recognize. Therefore, when a conductor is attached to the engine cooling water piping side, the temperature of the heat exchange surface with the circulating water can be heated to a high temperature of 200 to 600 ° C. in a very short time.
[0048]
Needless to say, as the fluid in the pipe, liquids such as heat medium oil and silicon oil, or gas bodies such as gasoline, exhaust gas from diesel engines, air, and fuel gas from fuel cells can be used as the fluid in the pipe. . Further, the number of magnet heaters is not limited to one, and a necessary number may be installed according to the application.
[0049]
【The invention's effect】
As described above, the magnet heater according to the present invention utilizes the slip heat generated in the conductor by relatively rotating the permanent magnet and the conductor made of the hysteresis material provided with the hysteresis material or the eddy current material on the magnet side surface. As a result, the structure can be simplified, the size and cost can be reduced, and the non-contact mechanism without wear can ensure higher reliability and safety. For example, when heating is required rapidly when the engine is cold, the engine cooling water is rapidly warmed by starting the drive motor, and the heating function of the engine can be remarkably improved. Therefore, the present invention exhibits an excellent effect as an auxiliary heater capable of heating the fluid in the pipe to a high temperature in a shorter time and efficiently, and is particularly effective for a cold district specification vehicle equipped with a diesel engine.
Moreover, not only can the temperature rise characteristics be improved by the heat exchange core, but also the catalyst activation temperature can be raised in a short time by supporting the catalyst on the heat exchange core having a honeycomb structure, so that the catalyst is heated by an energizing heater (EHC). Compared with the conventional method of purifying exhaust gas, the purifying ability of a catalyst such as NOx is excellent, and the effect of reducing NOx and HC in exhaust gas of a gasoline engine, a diesel engine, etc. is greatly exhibited.
Furthermore, the present invention has an excellent effect that it can be used for raising the temperature of a fuel gas such as hydrogen gas for a fuel cell.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal side view showing a first embodiment of a magnet heater according to the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal side view showing the second embodiment.
FIG. 3 is a longitudinal side view showing the third embodiment.
4 is a longitudinal sectional view taken along the line E—I in FIG. 3;
FIGS. 5A and 5B exemplify the types of fins in FIG. 3, wherein FIG. 5A is a perspective view showing a ribbon-type fin and FIG. 5B is a cross-type fin.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a fourth embodiment.
FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing a fifth embodiment.
FIG. 8 is a longitudinal front view showing the sixth embodiment.
FIG. 9 is a longitudinal sectional side view showing a seventh embodiment.
FIGS. 10A and 10B show an eighth embodiment, wherein FIG. 10A is a longitudinal side view, and FIG. 10B is a cross-sectional view on the Ea line of FIG.
FIGS. 11A and 11B show a ninth embodiment, wherein FIG. 11A is a longitudinal side view, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along the line E in FIG.
FIGS. 12A and 12B show the tenth embodiment, in which FIG. 12A is a longitudinal side view, and FIG. 12B is a cross-sectional view taken along the Ea line of FIG.
FIG. 13 is a longitudinal side view showing the eleventh embodiment.
FIG. 14 is a longitudinal sectional view showing the twelfth embodiment.
FIG. 15 is a longitudinal sectional side view showing the thirteenth embodiment.
FIG. 16 is a longitudinal sectional view showing the fourteenth embodiment.
FIG. 17 is a system diagram showing an example in which the magnet heater of the present invention is incorporated in a vehicle heating device.
FIG. 18 is a diagram showing an example of heat generation data when a rare earth magnet and an eddy current material were experimentally tested by the present inventors.
[Explanation of symbols]
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 Magnet heater
2 Fluid piping
3 Conductor tube
3-1 Eddy current material
4 Fixing ring
5 Cylinder type housing
6 Bearing device
7 Permanent magnet
8 Drive motor
9 rotating disk
9-1 Ring gear
9-2 Pinion gear
10 flange joint
10-1 Flange for fastening
10-2 Joint bolt
11, 11-1, 11-2 Radiation fin
12 Heat exchange core body
12-1 Honeycomb core body
13 engine
14 Engine cooling water piping
15 Heater core
V valve

Claims

A system in which a magnet and a conductor are opposed to each other with a slight gap and the fluid is heated by slip heat generated in the conductor by relatively rotating the magnet and the conductor, and the fluid pipe is made of resin. Arranged inside the cylinder housing rotatably supported by the fluid pipe via a bearing device so as to surround the conductor fitted on the outer periphery of the resin fluid pipe with a slight gap therebetween. The permanent magnet is fixed, and a conductor tube is fitted and fixed in the resin fluid pipe facing the permanent magnet, and the fluid in the pipe is caused by slip heat generated in the conductor by the rotation of the cylinder housing. A magnet-type heater characterized by a heated structure.

A system in which a magnet and a conductor are opposed to each other with a slight gap and the fluid is heated by slip heat generated in the conductor by relatively rotating the magnet and the conductor, and the fluid pipe is made of resin. A pair of disk-shaped permanent magnets rotatably supported on a plane parallel to the pipe axis direction on the radial center line of the pipe is arranged opposite to each other with a slight gap on the outside of the resin fluid pipe, A structure in which a conductor tube is fitted and fixed in a fluid pipe facing the disk-shaped permanent magnet, and the fluid in the pipe is heated by slip heat generated in the conductor tube by rotation of the disk-shaped permanent magnet; A magnet type heater characterized by what has been done.