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JP4247941B2 - Magnetic heater - Google Patents

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JP4247941B2
JP4247941B2 JP19568899A JP19568899A JP4247941B2 JP 4247941 B2 JP4247941 B2 JP 4247941B2 JP 19568899 A JP19568899 A JP 19568899A JP 19568899 A JP19568899 A JP 19568899A JP 4247941 B2 JP4247941 B2 JP 4247941B2
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conductor
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Usui Co Ltd
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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熱媒体用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)などにも用いる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】
しかし、上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の耐熱性は240℃程度が限界であり、シリコンオイル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て高温に発熱するまでに時間がかかるとともに、シリコンオイルの温度が上昇すると粘度が低下することによりせん断抵抗が低下して単位時間当りの発熱量が次第に減少する傾向があ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。
【0005】
かかる対策として、うず電流発熱ヒーターをエンジン冷却水などを加熱する補助ヒーターとして使用する暖房装置がある。このうず電流発熱ヒーターは、ギャップを介して対向する磁石と導体との間に構成される磁気回路において、磁気回路の磁界の向きや磁気抵抗の変化に対応して、磁束が変化することにより生ずるうず電流が導体内を流れるときに発生するジュール熱を利用したもので、特開昭57−178912号公報、特開昭57−164805号公報などに開示されている。この特開昭57−178912号公報、特開昭57−164805号公報に開示されているものは、磁石と導体とが駆動軸と平行な面上に配設されているため、うず電流発熱ヒーターの設置スペースに制約がある場合発生熱量を大きく設定できないという構造上の問題があった。かかる問題を解決する手段として、磁石と導体とに駆動軸の軸線に対して半径方向に延在する対向面部を形成し、この対向面部を僅かなギャップを介して対面させて構成したうず電流発熱ヒーターが特開平11−78495号公報に開示されている。この特開平11−78495号公報に記載されているものは、駆動軸に軸線に対して半径方向に延在する対向面部の外周部分が磁束変化部となるので、所要スペースを大きくすることなく、発生熱量を大きくすることができる上、狭いスペースにも設置できるという利点がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のうず電流発熱ヒーターには発熱量や熱回収効率をより効果的に高めるための手段など、エンジンの暖房機能を向上させるための改良がほとんどなされていない上、小型化や低コスト化をはかるための工夫もなされていない。また、従来のうず電流発熱ヒーターはすべて1種類の熱媒体用流体しか加熱することができないため、例えば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)と、車両のキャビン暖房を同時に行うことができなかった。
【0007】
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みなされたもので、小型化と低コスト化を実現でき、また熱回収効率も高く、さらに1種類だけでなく2種類の熱媒体用流体、例えば液体(水など)と気体(空気など)を同時に加熱し、かつ一方の熱媒体用流体に速度エネルギーを与えることができる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熱媒体用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熱媒体用流体を加熱する方式のマグネット式ヒーターにおいて、駆動軸に軸受装置を介して支承されたケーシングの内部に、前記駆動軸により回動可能に設けられた遠心ファンのバックプレートの背面側に永久磁石が取着され、該該永久磁石と僅かなギャップを隔てて対向配置した導体を有する熱媒体用流体ジャケットが前記ケーシングに設けられ、前記遠心ファンの回転により前記熱媒体用流体ジャケットの導体に生じるスリップ発熱により、前記熱媒体用流体ジャケットの第1の熱媒体用流体とケーシング内の第2の熱媒体用流体が同時に共に加熱され、かつ第2の熱媒体用流体には速度エネルギーを与える構造となしたことを特徴とするものである。
また前記永久磁石に替えてサーマルフェライトまたは電磁石を用いたり、前記導体にエディカレント材を磁石側表面に設けた磁性材、ヒステリシス材またはエディカレント材を用いたりするものである。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である。
【0009】
本発明の対象とするマグネット式ヒーターは、基本的には永久磁石、サーマルフェライトなどの磁石と、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つの部材で構成され、この2つの部材が僅かなギャップを隔てて向かい合い、永久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、本発明では前記永久磁石として希土類磁石を用い、かつ前記発熱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℃の温度に導体側を発熱させることができるという特徴を有する。
【0010】
なお、上記した「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主に意味する。
【0011】
本発明において、ケーシングの内部に導入された第2の熱媒体用流体は、回動する永久磁石と固定の導体とのギャップ間を通流する際に導体に直接または間接に接触して熱交換が行われるとと同時に、ケーシングに設けられた熱媒体用流体ジャケットに導入された第1の熱媒体用流体も、固定の導体に生じるスリップ発熱により直接または間接に接触して同時に熱交換が行われる。すなわち、本発明によれば2種類の熱媒体用流体、例えば液体(水など)と気体(空気など)を同時に加熱することができ、発熱エネルギーを効率よく熱交換できる。また、本発明では第2の熱媒体用流体に回動する遠心ファンにより速度エネルギーが与えられるものであり、さらに磁石側の回転により導体が発熱し、磁石も導体からの輻射熱を受けるが、回動する永久磁石は常時冷却されるので安定した磁気回路が形成され、発熱量は高い値を維持し続けることができる。
【0012】
なお、本発明における回転駆動源としては、エンジンによりプーリなどを介して駆動軸を駆動する方式、あるいはエンジンとは別設の専用のモーターや風力、水力などを用いることができる。
【0013】
さらに、本発明のマグネット式ヒーターのON/OFF制御手段としては、電磁クラッチ、サーマルフェライト、電磁ブレーキ、電磁コイルなどを用いることができる。なお、サーマルフェライトは、永久磁石にソフトフェライトを貼り付けたものが一般的であり、ある温度以上に発熱すると磁路がソフトフェライト中を通るようになり、反対に発熱温度がある温度以下に下がると磁路がソフトフェライトの外側に形成されるという特性を有する磁石であるため、永久磁石に替えてサーマルフェライトを用いた場合は、自動的にON/OFF制御が可能となることによりON/OFF制御系が不要となる。
【0014】
【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一実施例を示す縦断側面図、図2は本発明に係るマグネット式ヒーターの他の実施例を示す縦断側面図であり、1、11は駆動軸、2、12はケーシング、3は遠心ファン、3−1はバックプレート、3−2はインペラー、4は永久磁石、5は導体、6は熱媒体用流体ジャケット、7は軸受装置、8aは流入ポート、8bは流出ポート、9aは入水ポート、9bは出水ポートをそれぞれ示す。
【0015】
図1は遠心ファンを用いたマグネット式ヒーターを例示したもので、駆動軸1の外周に軸受装置7を介して支承されたケーシング2内に遠心ファン3と、該遠心ファン3と対向する側にドーナツ状の熱媒体用流体ジャケット6を設けている。前記遠心ファン3は駆動軸1に取着されたバックプレート3−1の駆動軸側にインペラー3−2が設けられており、該バックプレート3−1の反対面側に取付けられたドーナツ状の永久磁石4と僅かなギャップを隔てて導体5がその背面に取着されたプレート5−1と共に熱媒体用流体ジャケット6部に取付けられている。バックプレート3−1には第2の熱媒体用流体としての空気の通孔3−1aが穿設されている。なお、前記プレート5−1には図示していないが、所望箇所に開口部を設けて水などの第1の熱媒体用流体と導体5とが直接接触するよう構成することもできる。
前記導体5はヒステリシス材、好ましくは鉄板、鋳鉄、鋳鋼などの磁性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あるいはエディカレント材そのものである。
遠心ファン3、永久磁石4および導体5を内蔵し、熱媒体用流体ジャケット6を備えたケーシング1には、第2の熱媒体用流体としての空気の流入ポート8aおよび流出ポート8bと、もう一つの第1の熱媒体用流体としての循環水の入水ポート9aおよび出水ポート9bが設けられている。
一方、駆動軸1は車両のエンジンまたは専用のモーターや風水力などで駆動されるようになっている。
【0016】
上記構成のマグネット式ヒーターにおいて、駆動軸1が車両のエンジンなどにより駆動されると、遠心ファン3により第2の熱媒体用流体である空気が速度エネルギーを与えられて圧送されるとともに、該遠心ファン3と一体に回動する永久磁石4と導体5との間に形成されている磁路がせん断されて導体5にスリップ発熱が生じる。この導体5の発熱は、流入ポート8aからケーシング内に導入された空気と入水ポート9aから熱媒体用流体ジャケット6内に導入された第1の熱媒体用流体である循環水に熱交換され、加熱された空気は速度エネルギーを付与されて圧送され循環水と共にそれぞれ流出ポート8b、出水ポート9bから流出し、共に暖房回路などで車両などの暖房に供されることとなる。
【0017】
つぎに、図2に示すマグネット式ヒーターは、図1に示すマグネット式ヒーターにおける駆動軸を熱媒体用流体ジャケット6側に設け、第2の熱媒体用流体としての空気の流入ポート8aを熱媒体用流体ジャケット6と反対側に設けた構造となしたもので、駆動軸11の外周に軸受装置7を介して支承されたケーシング12内に遠心ファン3と、該遠心ファン3の駆動軸11側にドーナツ状の熱媒体用流体ジャケット6を設けている。前記遠心ファン3は駆動軸11と一体構造のバックプレート3−1の背面側にインペラー3−2が設けられており、該バックプレート3−1と反対側の熱媒体用流体ジャケット6側の面に取付けられたドーナツ状の永久磁石4と僅かなギャップを隔てて導体5がその背面に取着されたプレート5−1と共に熱媒体用流体ジャケット6部に取付けられている。バックプレート3−1には第2の熱媒体用流体としての空気の通孔3−1aが穿設されている。
本実施例においても、前記プレート5−1に図示していないが、所望箇所に開口部を設けて水などの第1の熱媒体用流体と導体5とが直接接触するよう構成してもよく、また導体5はヒステリシス材、好ましくは鉄板、鋳鉄、鋳鋼などの磁性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あるいはエディカレント材そのものである。
遠心ファン3、永久磁石4および導体5を内蔵し、熱媒体用流体ジャケット6を備えたケーシング12には、第2の熱媒体用流体としての空気の流入ポート8aおよび流出ポート8bと、もう一つの第1の熱媒体用流体としての循環水の入水ポート9aおよび出水ポート9bが設けられている。
【0018】
上記図2に示す構成のマグネット式ヒーターの場合も、駆動軸11が車両のエンジンなどにより駆動されると、遠心ファン3と一体に回動する永久磁石4と導体5との間に形成されている磁路がせん断されて導体5にスリップ発熱が生じる。この導体5の発熱は、流入ポート8aからケーシング12内に導入された空気と入水ポート9aから熱媒体用流体ジャケット6内に導入された第1の熱媒体用流体としての循環水に熱交換され、加熱された第2の熱媒体用流体としての空気は速度エネルギーを与えられて圧送され前記循環水と共にそれぞれ流出ポート8b、出水ポート9bから流出し、共に暖房回路などで車両などの暖房に供されることとなる。
【0019】
なお、上記図1、図2に示す構成のマグネット式ヒーターにおけるON/OFF制御手段としては、電磁クラッチを用いる方式や、永久磁石に替えてサーマルフェライトなどを用いてON/OFF制御する方式などを用いることができる。また第1の熱媒体用流体が水などの液体の場合、遠心ファンが高速回転して導体が高温に達した状態で停止された時にも、高温に達した導体は液体によって冷却されるので熱害の発生を防止することができる。
【0020】
図3は本発明者が試験的に行った希土類永久磁石とエディカレント材との組合わせ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、希土類永久磁石とエディカレント材(導体)を僅かなギャップを隔てて対向配置し、該磁石とエディカレント材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、導体側にウォータージャケットを取付けた場合には、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。
【0021】
なお、熱媒体用流体として水、空気の外、熱媒体油、シリコンオイル、冷媒あるいは空気以外のガス体なども採用できる。
【0022】
【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、サーマルフェライトなどの磁石と、エディカレント材を磁石側表面に設けた磁性材、ヒステリシス材またはエディカレント材からなる導体とを組合わせ、熱媒体用流体中で導体側を回転させることにより当該導体に生じるスリップ発熱を利用したることができるばかりでなく、従来のものに比べより小型化と低コスト化を実現でき、さらに熱媒体用流体中で導体にスリップ発熱を生じさせるので熱回収効率も高く、例えばエンジン冷間時、急速に暖房が必要な場合、導体側をエンジンなどにより駆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効果が得られる。
また本発明によれば2種類の熱媒体用流体、例えば液体(水など)と気体(空気など)を同時に共に加熱することができるので、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)と、車両のキャビン暖房を同時に行うことができるという優れた効果を奏する。したがって、本発明はより短時間にかつ効率よく1種類または2種類の熱媒体用流体を高温に共に加熱し、かつ一方の熱媒体用流体に速度エネルギーを与え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。
【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一実施例を示す縦断側面図である。
【図2】本発明に係るマグネット式ヒーターの他の実施例を示す縦断側面図である。
【図3】本発明者が試験的に行った希土類永久磁石とエディカレント材との組合わせの発熱データの一例を示す図である。
【符号の説明】
1、11 駆動軸
2、12 ケーシング
3 遠心ファン
3−1 バックプレート
3−2 インペラー
4 永久磁石
5 導体
6 熱媒体用流体ジャケット
7 軸受装置
8a 流入ポート
8b 流出ポート
9a 入水ポート
9b 出水ポート
[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. Preheating or rapid heating of engine cooling water for generators, welding machines, compressors, construction machines, etc. that are used as auxiliary heating means for heat medium fluid such as engine cooling water (shortening warm-up time) It is related with the magnet type heater used also.
[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 generates heat by shearing a viscous fluid such as silicon oil and uses it as a heating heat source by exchanging heat with circulating water circulating in the water jacket. A water jacket is formed in the chamber and the outer area of the heat generating chamber, 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. A viscous fluid such as silicone oil is sealed in the gap between the wall surface of the heat generating 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]
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 increased. However, when the auxiliary heater is not required, the operation is automatically stopped by temperature control, so that useless energy is not used. However, the heat resistance of silicone oil used as a viscous fluid is limited to about 240 ° C. The temperature of the silicone oil cannot be increased too much, and it takes time until the silicone oil is stirred and generates heat to a high temperature. At the same time, when the temperature of the silicone oil rises, the viscosity decreases and the shear resistance decreases. Because the amount of heat generated per unit time tends to decrease gradually, the rapid heating effect during engine cold time cannot be obtained. There is a drawback.
[0005]
As a countermeasure, there is a heating device that uses an eddy current heating heater as an auxiliary heater for heating engine cooling water or the like. This eddy current heating heater is generated by a change in magnetic flux in a magnetic circuit configured between a magnet and a conductor facing each other with a gap corresponding to a change in magnetic field direction and magnetic resistance of the magnetic circuit. This method uses Joule heat generated when eddy current flows in a conductor, and is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 57-178912 and 57-164805. JP-A-57-178912 and JP-A-57-164805 disclose that an eddy current heating heater is provided with a magnet and a conductor disposed on a plane parallel to a drive shaft. There is a structural problem that the amount of generated heat cannot be set large when there is a restriction on the installation space. As a means for solving such a problem, an eddy current heat generation in which a facing surface portion extending in the radial direction with respect to the axis of the drive shaft is formed on the magnet and the conductor, and the facing surface portion is faced through a slight gap. A heater is disclosed in JP-A-11-78495. As described in Japanese Patent Laid-Open No. 11-78495, the outer peripheral portion of the facing surface portion extending in the radial direction with respect to the axis of the drive shaft is a magnetic flux changing portion, so that the required space is not increased. The amount of generated heat can be increased, and there is an advantage that it can be installed in a narrow space.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional eddy current heating heater described above has hardly been improved to improve the heating function of the engine, such as a means for more effectively increasing the heat generation amount and the heat recovery efficiency, and it has been reduced in size and weight. No device has been devised for cost reduction. In addition, since all conventional eddy current heaters can heat only one type of heat medium fluid, for example, preheating or rapid temperature rise (shortening warm-up time) of engine cooling water and cabin heating of the vehicle are performed simultaneously. I couldn't.
[0007]
The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and can realize downsizing and cost reduction, high heat recovery efficiency, and not only one type but also two types of heat medium fluids, for example, An object of the present invention is to provide a magnet heater capable of simultaneously heating a liquid (such as water) and a gas (such as air) and giving velocity energy to one heat medium fluid.
[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 heat-exchanged with a fluid for a heat medium by shearing a magnetic path formed between the magnet and the conductor. In a magnet-type heater that heats a fluid for a heat medium by slip heat generated in a conductor by rotating the magnet and the conductor relative to each other with a slight gap therebetween, a bearing device is provided on the drive shaft. A permanent magnet is attached to the back side of the back plate of the centrifugal fan that is rotatably provided by the drive shaft, and is disposed opposite to the permanent magnet with a slight gap. A heat medium fluid jacket having a conductive conductor is provided on the casing, and a slip generated in the conductor of the heat medium fluid jacket by rotation of the centrifugal fan. A structure in which the first heat medium fluid of the heat medium fluid jacket and the second heat medium fluid in the casing are simultaneously heated by the heat, and velocity energy is given to the second heat medium fluid; It is characterized by what has been done.
Further, instead of the permanent magnet, a thermal ferrite or an electromagnet is used, or a magnetic material, a hysteresis material or an eddy current material in which an eddy current material is provided on the magnet side surface for the conductor is used. The gap is not particularly limited, but is usually 0.3 to 1.0 mm.
[0009]
The magnet heater targeted by the present invention basically includes a magnet such as a permanent magnet and thermal ferrite, 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. These two members face each other with a slight gap, and utilize the heat generated by slip generated on the conductor side by rotating the permanent magnet and the conductor relatively to shear the magnetic path. In the present invention, the conductor side can be heated to a temperature of 200 to 600 ° C. in a few seconds to a few tens of seconds by using a rare earth magnet as the permanent magnet and using an eddy current material or a hysteresis material for the heating element. It has the characteristics.
[0010]
The above-mentioned “slip heat generation” means that when a conductor is moved (rotated) in a direction in which the magnetic field is cut in the magnetic field generated by the magnet, an eddy current (eddy current) is generated in the conductor. It mainly means that heat is generated due to electric resistance in the current conductor.
[0011]
In the present invention, the second heat medium fluid introduced into the casing contacts the conductor directly or indirectly when passing through the gap between the rotating permanent magnet and the fixed conductor to exchange heat. At the same time, the first heat medium fluid introduced into the heat medium fluid jacket provided in the casing also directly or indirectly contacts with the heat generated by the slip heat generated in the fixed conductor and simultaneously performs heat exchange. Is called. That is, according to the present invention, two types of heat medium fluid, for example, a liquid (such as water) and a gas (such as air) can be heated at the same time, and the heat generated can be efficiently exchanged. Further, in the present invention, speed energy is given by the centrifugal fan that rotates to the second heat medium fluid. Further, the conductor generates heat due to the rotation of the magnet side, and the magnet also receives the radiant heat from the conductor. Since the moving permanent magnet is constantly cooled, a stable magnetic circuit is formed, and the calorific value can be maintained at a high value.
[0012]
In addition, as a rotational drive source in the present invention, a system in which a drive shaft is driven via a pulley or the like by an engine, or a dedicated motor, wind power, hydraulic power, etc. separately provided from the engine can be used.
[0013]
Furthermore, an electromagnetic clutch, a thermal ferrite, an electromagnetic brake, an electromagnetic coil, etc. can be used as an ON / OFF control means of the magnet type heater of the present invention. Thermal ferrite is generally a soft magnet attached to a permanent magnet. When heat is generated above a certain temperature, the magnetic path passes through the soft ferrite, and conversely, the heat generation temperature drops below a certain temperature. The magnetic path is formed on the outside of the soft ferrite, so when using a thermal ferrite instead of a permanent magnet, the ON / OFF control is automatically enabled. A control system becomes unnecessary.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a longitudinal side view showing an embodiment of the magnet heater according to the present invention, FIG. 2 is a longitudinal side view showing another embodiment of the magnet heater according to the present invention, 1 and 11 are drive shafts, 2 and 12 are casings, 3 is a centrifugal fan, 3-1 is a back plate, 3-2 is an impeller, 4 is a permanent magnet, 5 is a conductor, 6 is a fluid jacket for a heat medium, 7 is a bearing device, and 8a is an inflow port. 8b is an outflow port, 9a is a water inlet port, and 9b is a water outlet port.
[0015]
FIG. 1 illustrates a magnet heater using a centrifugal fan. A centrifugal fan 3 is mounted in a casing 2 supported on the outer periphery of a drive shaft 1 via a bearing device 7, and the centrifugal fan 3 is disposed on the side facing the centrifugal fan 3. A doughnut-shaped heat medium fluid jacket 6 is provided. The centrifugal fan 3 is provided with an impeller 3-2 on the drive shaft side of the back plate 3-1, which is attached to the drive shaft 1, and has a donut shape attached to the opposite surface side of the back plate 3-1. A conductor 5 is attached to a heat jacket fluid jacket 6 together with a plate 5-1 attached to the back surface of the permanent magnet 4 with a slight gap. The back plate 3-1 has a through hole 3-1 a for air as a second heat medium fluid. Although not illustrated in the plate 5-1, an opening may be provided at a desired location so that the first heat medium fluid such as water and the conductor 5 are in direct contact with each other.
The conductor 5 is a hysteresis material, preferably a material formed by adhering an eddy current material to the magnet side surface of a magnetic material such as iron plate, cast iron, cast steel, or the eddy current material itself.
The casing 1 including the centrifugal fan 3, the permanent magnet 4 and the conductor 5 and including the heat medium fluid jacket 6 includes an inflow port 8a and an outflow port 8b for air as the second heat medium fluid, and another one. An inlet port 9a and an outlet port 9b for circulating water as the first heat medium fluid are provided.
On the other hand, the drive shaft 1 is driven by a vehicle engine or a dedicated motor or wind hydraulic power.
[0016]
In the magnet heater having the above-described configuration, when the drive shaft 1 is driven by a vehicle engine or the like, air, which is the second heat medium fluid, is given pressure energy by the centrifugal fan 3 and pumped. A magnetic path formed between the permanent magnet 4 that rotates integrally with the fan 3 and the conductor 5 is sheared, and slip heat is generated in the conductor 5. The heat of the conductor 5 is heat-exchanged between the air introduced into the casing from the inflow port 8a and the circulating water, which is the first heat medium fluid introduced into the heat medium fluid jacket 6 from the water inlet port 9a, The heated air is pumped with velocity energy applied, and flows out from the outflow port 8b and the outflow port 9b together with the circulating water, and both are used for heating the vehicle or the like by a heating circuit or the like.
[0017]
Next, the magnet type heater shown in FIG. 2 is provided with the drive shaft in the magnet type heater shown in FIG. 1 on the heat medium fluid jacket 6 side, and the air inflow port 8a as the second heat medium fluid is provided as the heat medium. The centrifugal fan 3 is provided in a casing 12 supported on the outer periphery of the drive shaft 11 via a bearing device 7, and the drive shaft 11 side of the centrifugal fan 3. Is provided with a doughnut-shaped heat medium fluid jacket 6. The centrifugal fan 3 is provided with an impeller 3-2 on the back side of a back plate 3-1, which is integral with the drive shaft 11. The surface on the heat medium fluid jacket 6 side opposite to the back plate 3-1. The conductor 5 is attached to the heat medium fluid jacket 6 together with the plate 5-1 attached to the back surface of the doughnut-shaped permanent magnet 4 attached to the back of the permanent magnet 4 with a slight gap. The back plate 3-1 has a through hole 3-1 a for air as a second heat medium fluid.
Also in this embodiment, although not shown in the plate 5-1, an opening may be provided at a desired location so that the first heat medium fluid such as water and the conductor 5 are in direct contact with each other. The conductor 5 is a hysteresis material, preferably a magnetic material such as an iron plate, cast iron, cast steel or the like, which is formed by adhering an eddy current material to the surface of the magnet, or the eddy current material itself.
The casing 12 including the centrifugal fan 3, the permanent magnet 4, and the conductor 5 and including the heat medium fluid jacket 6 includes an inflow port 8a and an outflow port 8b for air as the second heat medium fluid, and another one. An inlet port 9a and an outlet port 9b for circulating water as the first heat medium fluid are provided.
[0018]
2 is also formed between the permanent magnet 4 and the conductor 5 that rotate together with the centrifugal fan 3 when the drive shaft 11 is driven by a vehicle engine or the like. The generated magnetic path is sheared and slip heat is generated in the conductor 5. The heat generated in the conductor 5 is heat-exchanged between the air introduced into the casing 12 from the inflow port 8a and the circulating water as the first heat medium fluid introduced into the heat medium fluid jacket 6 from the water inlet port 9a. The heated air as the second heat medium fluid is pumped by being given velocity energy and flows out from the outflow port 8b and the outflow port 9b together with the circulating water, and both are used for heating a vehicle or the like by a heating circuit or the like. Will be.
[0019]
In addition, as an ON / OFF control means in the magnet type heater having the configuration shown in FIGS. 1 and 2, a method using an electromagnetic clutch, a method of performing ON / OFF control using a thermal ferrite instead of a permanent magnet, and the like. Can be used. When the first heat medium fluid is a liquid such as water, the high temperature conductor is cooled by the liquid even when the centrifugal fan is rotated at a high speed and stopped when the conductor has reached a high temperature. The occurrence of harm can be prevented.
[0020]
FIG. 3 exemplifies heat generation data of a combination of a rare earth permanent magnet and an eddy current material experimentally conducted by the present inventor. This data sets the gap between the permanent magnet and the eddy current material to 1.0 mm. The relationship between time (sec) and temperature measured by changing the number of rotations on the magnet side in a state of being opposed to each other and fixing the eddy current material side is shown.
From this data, the rare earth permanent magnet and the eddy current material (conductor) are arranged facing each other with a slight gap, and the magnet and the eddy current material are rotated relative to each other, so that the conductor is 200 to 200 seconds in a few seconds to several tens of seconds. It can be seen that 600 ° C. slip heat is generated. Therefore, when a water jacket is attached to the conductor 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.
[0021]
As the heat medium fluid, water, air, heat medium oil, silicon oil, refrigerant, or a gas body other than air can be used.
[0022]
【The invention's effect】
As described above, the magnet heater according to the present invention is a combination of a magnet such as a permanent magnet or thermal ferrite and a conductor made of a magnetic material, hysteresis material or eddy current material provided with an eddy current material on the magnet side surface. Rotating the conductor side in the fluid for the heat medium not only can utilize the slip heat generated in the conductor, but also can be reduced in size and cost as compared with the conventional one, and further the heat medium Heat generation efficiency is also high because slip heat is generated in the conductor in the working fluid. For example, when heating is required rapidly when the engine is cold, the engine cooling water is rapidly heated by driving the conductor side with an engine or the like. The effect that the heating function of the engine can be remarkably improved is obtained.
In addition, according to the present invention, two types of heat medium fluid, for example, liquid (water, etc.) and gas (air, etc.) can be heated at the same time, so that the engine cooling water is preheated or rapidly heated (shortening the warm-up time). ) And the cabin heating of the vehicle can be performed at the same time. Therefore, the present invention has an excellent effect as an auxiliary heater that can efficiently heat one type or two types of heat medium fluid to a high temperature in a shorter time and can give velocity energy to one of the heat medium fluids. It is extremely effective especially for cold district specification vehicles equipped with diesel engines.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal side view showing an embodiment of a magnet heater according to the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal side view showing another embodiment of the magnet heater according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an example of heat generation data of a combination of a rare earth permanent magnet and an eddy current material experimentally conducted by the present inventors.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 11 Drive shaft 2, 12 Casing 3 Centrifugal fan 3-1 Back plate 3-2 Impeller 4 Permanent magnet 5 Conductor 6 Heat medium fluid jacket 7 Bearing device 8a Inflow port 8b Outflow port 9a Inlet port 9b Outlet port

Claims (3)

永久磁石と導体を僅かなギャップを隔てて対向配置し、該永久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熱媒体用流体を加熱する方式のマグネット式ヒーターにおいて、駆動軸に軸受装置を介して支承されたケーシングの内部に、前記駆動軸により回動可能に設けられた遠心ファンの背面側に永久磁石が取着され、該永久磁石と僅かなギャップを隔てて対向配置した導体を有する熱媒体用流体ジャケットが前記ケーシングに設けられ、前記遠心ファンの回転により前記熱媒体用流体ジャケットの導体に生じるスリップ発熱により、前記熱媒体用流体ジャケットの熱媒体用流体とケーシング内の熱媒体用流体が同時に加熱される構造となしたことを特徴とするマグネット式ヒーター。In a magnet-type heater in which a permanent magnet and a conductor are opposed to each other with a slight gap and the fluid for a heat medium is heated by slip heat generated in the conductor by rotating the permanent magnet and the conductor relatively, a drive shaft A permanent magnet is mounted on the back side of a centrifugal fan rotatably provided by the drive shaft, and is opposed to the permanent magnet with a slight gap in a casing supported by a bearing device. A heat medium fluid jacket having a conductor formed thereon is provided in the casing, and slip heat generated in the conductor of the heat medium fluid jacket by rotation of the centrifugal fan causes the heat medium fluid in the heat medium fluid jacket and the casing to A magnet-type heater characterized in that the heat medium fluid is heated at the same time. 永久磁石に替えてサーマルフェライトを用いることを特徴とする請求項1記載のマグネット式ヒーター。2. The magnet heater according to claim 1, wherein thermal ferrite is used instead of the permanent magnet. 導体にエディカレント材を磁石側表面に設けた磁性材、ヒステリシス材またはエディカレント材を用いることを特徴とする請求項1または2記載のマグネット式ヒーター。3. The magnet heater according to claim 1, wherein a magnetic material, a hysteresis material or an eddy current material in which an eddy current material is provided on the magnet side surface is used as a conductor.
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