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技術 磁気熱変換材料による熱発電機

出願人 クールテックアプリケーションズエス.エー.エス.
発明者 ドゥピン,ジャン-ルイスヘイツラー,ジャン-クラウドミューラー,クリスチャン
出願日 2006年8月16日 (14年4ヶ月経過) 出願番号 2008-528547
公開日 2009年2月19日 (11年10ヶ月経過) 公開番号 2009-507168
状態 特許登録済
技術分野 その他の冷凍機械 特殊原動機
主要キーワード 固定支持材 管状区域 冷却熱媒体 中央支持軸 二重回路 熱伝達液 複数液体 機械伝動装置
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (8)

課題・解決手段

本発明は、サイズの伸縮が可能で、多様性がありかつユニット組合せの方式であるにもかかわらず、極めて高いエネルギー効率と単純かつ経済的な設計、低エネルギー消費を有する非公害熱発電機に関する。この熱発電機(1)は、磁気熱変換材料から構成される各熱要素(3)に、2つの別々の収集回路(31,32)、すなわち、熱伝達液回路(51)に接続される熱収集回路(31)、および冷熱伝達液回路(52)に接続される冷気収集回路(32)が含まれる。熱伝達液は、熱要素(3)が、熱要素(3)に関する中央軸(B)周りに回転する磁石(40)によって発生する磁場を受けるか否かに応じていずれかの収集回路(31,32)内で交互の運動状態に設定される。熱伝達液回路(51,52)は一部で熱要素(3)を支持する板(2)に一体化されるとともに、熱要素(3)によって発生する熱量および負熱量を利用する熱交換器(55,56)が含まれる外部回路に接続される。本発明の用途には、すべての産業設備とすべての家庭用途の暖房温度調節、空調、および冷凍が含まれる。

概要

背景

磁気熱変換材料熱発電機は、磁場の影響下で加熱されると同時に、磁場の消滅後またはこの磁場の減少とともに当初温度より低い温度まで冷却される特徴を示すある種のガドリニウム合金といったある一定材料の磁気熱特性を利用するものである。この磁気熱変換効果は材料のキューリー点近傍で生じる。この新たな熱発電機発電無公害性なので極めて生態環境的な解決方案をもたらすというメリットを示す。しかしながら、経済的に収益が上がると同時に良好なエネルギー効率をもたらすためには、この発電機とこれらの材料により放出されるこれらの熱量および冷気回収手段の考え方が極めて重要なものとなる。

国際公開特許WO-A-03/050456には、磁気熱変換材料の熱発電機に、継手により分離されると同時にそれぞれ多孔質形態のガドリニウムを受け入れる12区画区分する単一区間管状区域が含まれる第1例が挙げられている。各区画には、加熱回路に接続されるその入口と出口および冷却回路に接続されるその入口と出口の4つの孔が備えられている。異なる区画に連続して異なる磁場を受けさせながらこれらの区画を走査するように、2つの永久磁石連続回転運動で動かされる。異なる区画のガドリニウムにより放出される熱量と冷気量は、熱媒体液が中を循環するとともにこれらの熱交換器がその回転が磁石の回転と同期がとられる回転継手を介して連続して接続される、加熱および冷却の回路を通じて熱交換器に向けて誘導される。同期をとる回転にしばられるこの必須要件によってこの装置が技術的に難しくなるとともに製作費用がかかるものとなる。さらに、その機能原理によりその将来の技術上の進展が極めて限定されている。加熱および冷却の回路製作に必要な種々の導管接続具および仕切弁を考慮するとその構造はなお、さらに複雑でかつ費用がかかるものとなる。その一方で、この発電機の効率も不十分なままでその用途は限定されている。実際、磁気熱変換材料の細孔を通過して循環する熱媒液は、加熱回路に関しても冷却回路に関しても同じであり、その循環方向逆転されるだけであるので、この点からの熱慣性によりかなりの不利益がもたらされる。

仏国特許出願公開FR- A-2 861 454では、熱要素が磁気熱変換材料の近傍に位置すると同時に、これらが取り付けられる地板を通過する熱媒体液回路と通じる導管を通過する第2例が挙げられている。この地板には熱媒体液が中を循環すると同時に、熱要素の導管が導管も中間接続も無しに、直接、接続される加熱および冷却回路を定める導管が含まれる。このタイプの構造には、この発電機の製作費用を実質的に削減すると同時に、構成の柔軟性を大きくするメリットがある。しかしながら、冷却回路についても加熱回路についても熱要素中を循環する唯一の熱媒体液にしばられるデメリットがある。従って、この解決方案の熱効率は不十分である。
国際公開特許WO-A-03/050456
仏国特許出願公開FR- A-2 861 454

概要

本発明は、サイズの伸縮が可能で、多様性がありかつユニット組合せの方式であるにもかかわらず、極めて高いエネルギー効率と単純かつ経済的な設計、低エネルギー消費を有する非公害型熱発電機に関する。この熱発電機(1)は、磁気熱変換材料から構成される各熱要素(3)に、2つの別々の収集回路(31,32)、すなわち、熱伝達液回路(51)に接続される熱収集回路(31)、および冷熱伝達液回路(52)に接続される冷気収集回路(32)が含まれる。熱伝達液は、熱要素(3)が、熱要素(3)に関する中央軸(B)周りに回転する磁石(40)によって発生する磁場を受けるか否かに応じていずれかの収集回路(31,32)内で交互の運動状態に設定される。熱伝達液回路(51,52)は一部で熱要素(3)を支持する板(2)に一体化されるとともに、熱要素(3)によって発生する熱量および負熱量を利用する熱交換器(55,56)が含まれる外部回路に接続される。本発明の用途には、すべての産業設備とすべての家庭用途の暖房温度調節、空調、および冷凍が含まれる。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
6件
牽制数
2件

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請求項1

磁気熱変換材料の少なくとも2つの熱要素(3)を支える少なくとも1つの固定支持材(2)、該熱要素が温度変動を目的に磁場の変動を受けるように前記熱要素(3)に関連して移動する複数磁気手段(4)、回収される熱量または冷気の排出に適当な少なくとも1台の熱交換器(55,56)および対応する前記熱要素(3)を前記回路(51,52)内に交互におくために設置される切替手段(57,58)に連結されるいわば「加熱」回路(51)ならびにいわば「冷却」回路(52)の、熱媒体液が中を循環する少なくとも2つの別々の回路(51,52)が含まれる前記熱要素(3)により放出される熱量および冷気回収手段(5)が含まれるものにおいて、各熱要素(3)に、磁場を受ける前記熱要素(3)による放出熱量収集を担う加熱回路(51)の熱媒体液が中を循環するいわば「加熱」収集回路(31)および磁場を受けない前記熱要素(3)による放出冷気の収集を担う冷却回路(52)の熱媒体液が中を循環するいわば「冷却」収集回路(32)の、少なくとも2つの別々の収集回路(31,32)を形成する液体通路(35)が含まれ、前記熱要素(3)が磁場を受けるか否かと同時に熱量か冷気のいずれを放出するかに応じて前記熱媒体液が収集回路(31,32)のいずれかの中で交互に運動状態におかれることを特徴とする磁気熱変換材料に記載の熱発電機(1)

請求項2

熱要素(3)が非中空版、非中空版または非中空板(30)の積層、粒子集合多孔性版、多孔性版または多孔性板の積層、これらの形態の組み合わせが含まれる集団の中で選択される少なくとも1形態下で示される電磁熱材料製作される少なくとも部分であることを特徴とする請求項1に記載の発電

請求項3

前記収集回路(31,32)が広い熱交換面積の提供のために熱要素(3)の厚み上に割付けられる複数液体通路(35)からそれぞれ形成されることを特徴とする請求項2に記載の発電機

請求項4

前記液体通路(35)が前記熱要素(3)を通過する前記熱媒体液の流れを生じさせるのに適当な0.01ミリ から5ミリの間に含まれる、好ましくは0.15ミリに等しい狭いサイズのものであり、前記流れがほぼ層流状であることを特徴とする請求項3に記載の発電機

請求項5

各熱要素(3)の2つの収集回路(31,32)の液体通路(35)が異なる方向を有することを特徴とする請求項3に記載の発電機

請求項6

各熱要素(3)の2つの収集回路(31,32)の液体通路(35)がほぼ平行であることを特徴とする請求項3に記載の発電機

請求項7

前記液体通路(35)が少なくとも穿孔、溝、スリット、隙間、これらの形態の組合せが含まれる集団の中から選択される形態により定められ、これらの形態が加工、化学的イオン的、または機械的なエッチング成型、版または板間の差込板、粒子間空間により得られることを特徴とする請求項3に記載の発電機

請求項8

前記固定支持材に、前記熱要素(3)をそこに受け入れるための複数空洞(20)の境界を定める少なくとも2つの開口部を備えた少なくとも1枚の地板(2)ならびに、熱媒体液の前記加熱(51)および冷却(52)回路の一部を形成すると同時に、前記熱要素(3)に対応する液体通路(35)との連絡に適当な各熱媒体液回路(51,52)用の入口孔および出口孔、すなわち、空洞(20)を通る2つの入口孔と2つの出口孔を通じて各空洞(20)内に通じる少なくとも2連の導管(21,22)が含まれることを特徴とする請求項1に記載の発電機

請求項9

前記導管(21,22)が前記地板(20)の少なくとも1面上に割付けられる溝により形成されること、ならびに熱発電機(1)に前記導管(21,22)を塞ぐと同時に出入りを封ずる前記地板(2)面に設置される少なくとも1つの側板(60)が含まれることを特徴とする請求項8に記載の発電機

請求項10

前記熱要素(3)と前記空洞(20)が相互補完的嵌合の形態を有することを特徴とする請求項4に記載の発電機

請求項11

これらの相互補完的嵌合形態がほぼ平行6面体であること、空洞(20)の各側面に前記加熱(51)および冷却(52)の熱媒体液回路の入口孔または出口孔が含まれることならびに熱要素(3)の各側面にその収集回路(31、32)の入口または出口が含まれることを特徴とする請求項10に記載の発電機

請求項12

0.05ミリから 15ミリの間にある、好ましくは1ミリに等しい遊びが空洞(20)と熱要素(3)との間の各側面に設けられ、この遊びが前記熱空間(3)の厚みにわたる前記熱媒体液の割付空間を形成することならびに出入遮断手段が空洞(20)の各隅に配されることを特徴とする請求項11に記載の発電機

請求項13

前記支持材(2)の中央軸(B)の周囲にほぼ円状に割付けられる1組の熱要素(3)が含まれることならびに前記磁気手段(4)がこの中央軸(B)廻り回転噛合手段に連結されることを特徴とする請求項1に記載の発電機

請求項14

磁気手段(4)に熱要素(3)の数に一致する多数の磁石(40)が含まれ、これらの磁石(40)が組毎に結合されると同時に、該磁石2個につき1個の熱要素(3)に前記磁場を受けさせるために前記熱要素(3)の両側に配置されることを特徴とする請求項13に記載の発電機

請求項15

複数熱要素(3)が複数組の磁石(40)が磁場を破壊せずにあるセットの熱要素(3)から次のセットのものに移るように相互に隣接して配置されることを特徴とする請求項14に記載の発電機

請求項16

加熱(51)および冷却(52)の熱媒体液が互いに逆の方向に循環することを特徴とする請求項1に記載の発電機

請求項17

熱量および冷気の回収手段に、熱媒体液回路(51,52)の少なくとも1つに設けられる前記熱媒体液の強制循環手段(53)が含まれることを特徴とする請求項1に記載の発電機

請求項18

加熱(51)と冷却(52)の回路が閉鎖ループ状態で接続され、該熱媒体液加熱回路(51)により冷却熱交換器(56)の出口(Sf)が加熱熱交換器(55)の入口(Ec)に接続されるとともに、該熱媒体液冷却回路(52)により加熱熱交換器(55)の出口(Sc)が冷却熱交換器(56)の入口(Ef)に接続されることを特徴とする請求項17に記載の発電機

請求項19

熱量および冷気回収手段に各熱媒体液回路(51、52)に設置される前記熱媒体液の強制循環手段(53)が含まれ、これらの回路により独立しかつ閉鎖したループがそれぞれ形成されることを特徴とする請求項1に記載の発電機

請求項20

切替手段に、加熱(51)および冷却(52)の各熱媒体液回路に設置されると同時に、これらが磁場を受けるか否かさらに熱量あるいは冷気のいずれを放出するかに応じて、熱要素(3)の収集回路(31,32)を相互に連続させるために設置される少なくとも1つの仕切り弁(57,58)が含まれることを特徴とする請求項1に記載の発電機

技術分野

0001

本発明は少なくとも2つの磁気熱変換材料熱要素が含まれる少なくとも1つの固定支持材、前記熱要素がその温度を変化させるために磁場の変動を受けるようにこれらに対して可動する磁気手段、少なくとも2つの熱媒体液回路が含まれる前記熱要素により放出される熱量および冷気回収手段であるいわば「加熱」回路および「冷却」回路が含まれ、各回路が少なくとも1台の熱交換器に連結されると同時に対応する熱要素を前記回路中におくための切替手段を備える磁気熱変換材料の熱発電機に関する。

背景技術

0002

磁気熱変換材料の熱発電機は、磁場の影響下で加熱されると同時に、磁場の消滅後またはこの磁場の減少とともに当初温度より低い温度まで冷却される特徴を示すある種のガドリニウム合金といったある一定材料の磁気熱特性を利用するものである。この磁気熱変換効果は材料のキューリー点近傍で生じる。この新たな熱発電機発電無公害性なので極めて生態環境的な解決方案をもたらすというメリットを示す。しかしながら、経済的に収益が上がると同時に良好なエネルギー効率をもたらすためには、この発電機とこれらの材料により放出されるこれらの熱量および冷気の回収手段の考え方が極めて重要なものとなる。

0003

国際公開特許WO-A-03/050456には、磁気熱変換材料の熱発電機に、継手により分離されると同時にそれぞれ多孔質形態のガドリニウムを受け入れる12区画区分する単一区間管状区域が含まれる第1例が挙げられている。各区画には、加熱回路に接続されるその入口と出口および冷却回路に接続されるその入口と出口の4つの孔が備えられている。異なる区画に連続して異なる磁場を受けさせながらこれらの区画を走査するように、2つの永久磁石連続回転運動で動かされる。異なる区画のガドリニウムにより放出される熱量と冷気量は、熱媒体液が中を循環するとともにこれらの熱交換器がその回転が磁石の回転と同期がとられる回転継手を介して連続して接続される、加熱および冷却の回路を通じて熱交換器に向けて誘導される。同期をとる回転にしばられるこの必須要件によってこの装置が技術的に難しくなるとともに製作費用がかかるものとなる。さらに、その機能原理によりその将来の技術上の進展が極めて限定されている。加熱および冷却の回路製作に必要な種々の導管接続具および仕切弁を考慮するとその構造はなお、さらに複雑でかつ費用がかかるものとなる。その一方で、この発電機の効率も不十分なままでその用途は限定されている。実際、磁気熱変換材料の細孔を通過して循環する熱媒液は、加熱回路に関しても冷却回路に関しても同じであり、その循環方向逆転されるだけであるので、この点からの熱慣性によりかなりの不利益がもたらされる。

0004

仏国特許出願公開FR- A-2 861 454では、熱要素が磁気熱変換材料の近傍に位置すると同時に、これらが取り付けられる地板を通過する熱媒体液回路と通じる導管を通過する第2例が挙げられている。この地板には熱媒体液が中を循環すると同時に、熱要素の導管が導管も中間接続も無しに、直接、接続される加熱および冷却回路を定める導管が含まれる。このタイプの構造には、この発電機の製作費用を実質的に削減すると同時に、構成の柔軟性を大きくするメリットがある。しかしながら、冷却回路についても加熱回路についても熱要素中を循環する唯一の熱媒体液にしばられるデメリットがある。従って、この解決方案の熱効率は不十分である。
国際公開特許WO-A-03/050456
仏国特許出願公開FR- A-2 861 454

0005

本発明は、発展的で、柔軟性のある、家庭用用途に関するだけでなく大規模工業用施設でも利用可能なユニット組合せによる、非常にエネルギー効率の良い、単純な概念でかつ経済的で、エネルギー消費の少ない無公害熱発電機を提案してこれらのデメリットの改善をめざすものである。

0006

この目的で、本発明は序文で指摘されたジャンルの熱発電機に関するもので、各熱要素に少なくとも2つの別個収集回路を形成する液体(35)の通路、すなわち、磁場を受ける前記熱要素により放出される熱量の収集を担う加熱回路の熱媒体液が中を循環するいわば「加熱」収集回路、および磁場を受けない前記熱要素により放出される冷気の回収を担う冷却回路の熱媒体液が循環するいわゆる「冷却」収集回路が含まれ、前記熱要素が磁場を受けるか否かと同時にこれが放出するものが熱量または冷気のいずれであるかに応じて前記熱媒体液がいずれかの回収回路内で交互に運動状態におかれることを特徴とする。

0007

熱要素は少なくとも非中空版、非中空版または非中空板の積層、粒子集合多孔性版、多孔性版または多孔性板の積層、これらの形態の組合せが含まれる集団から選択される形態のもとで示される磁気熱変換材料で製作される少なくとも1部分である。

0008

回収回路はそれぞれ広い熱交換面積をもたらすため、熱要素の厚み内に割付けられる複数の液体通路から形成されるのが好ましく、これらの液体通路は熱要素を通過する熱媒体液がほぼ層流の流れを作り出すのに適切な0.01ミリと5ミリの間に含まれる好ましくは0.15ミリに等しい薄いサイズである。各熱要素の2つの収集回路の液体通路は平行あるいは例えば垂直な異なる方向を有しえる。これらは穿孔、溝、スリット、隙間、これらの組合せを含む集団から選択される少なくとも1形態により定められ、これらの形態は加工、化学的イオン的、または機械的なエッチング成型、版または板間の差込板、粒子間空間により得られる。

0009

本発明の好ましい実施形態では、固定支持材に、そこに熱要素を受け入れるための複数空洞の境界を定める少なくとも2つの開口部、および加熱および冷却熱媒体液回路の1部分を形成すると同時に、熱要素に対応する液体通路との連絡に適切な入口孔出口孔すなわち、空洞を通る2つの入口孔および出口孔を通じて各空洞に通じる少なくとも2連の導管を備えた少なくとも1枚の地板が含まれる。

0010

該導管は該地板の両面のうちのどちらかまたは両方の面に割り付けられる溝により形成可能であり、その片面あるいは両面はこれらの導管を塞ぎかつ出入遮断するために設置される側板により覆われる。

0011

熱要素と空洞は、ほぼ平行6面体であってよい相互補完の嵌合形態を有し、空洞の各側面には加熱および冷却熱媒体液回路の内のどちらかの入口孔または出口孔が含まれると同時に、熱要素の各側面にはその回収回路のうちのいずれかの入口または出口が含まれるのが有利な方法である。

0012

好ましい実施形態では、0.05ミリから15ミリ間に含まれる、好ましくは1ミリに等しい遊びが空洞間の各側面に設けられると同時に、熱要素により熱要素の厚みにわたる熱媒体液の割付空間が形成され、出入遮断手段が空洞の各隅に配置される。

0013

この熱発電機には中央支持軸周囲にほぼ円状に割り付けられる多数の組の熱要素が含まれると都合が良いと同時に、磁気手段はこの中央軸廻りに回転する噛合手段に連結されるのが好ましい。

0014

これらの磁気手段には多数の熱要素に対応する多数の磁石が含まれることが可能で、これらの磁石は組毎に結合されると同時に、2つの磁石毎に1つの熱要素が磁場を受けるよう熱要素の両側に配置される。好ましい実施形態では、1組の磁石が磁場を壊さずに次々とセットの熱要素を通過するように熱要素が相互に隣接するよう配置される。

0015

これらの熱量および冷気の回収手段には熱媒体液回路のどちらかまたは両方に設置される熱媒体液の複数強制循環手段が含まれうる。第1の場合には、加熱および冷気熱媒体液の2回路は閉ループ状態に接続され、加熱熱媒体液回路では冷却熱交換器の出口が加熱熱交換器入口に接続されると同時に、冷却熱媒体液回路では加熱熱交換器の出口が冷気熱交換器に入口に接続される。第2の場合には、加熱および冷却熱媒体液の2回路は独立していると同時に、それぞれ閉ループを形成する。加熱および冷却の2回路の熱媒体液は逆の方向に循環するのが好ましい。

0016

切替手段には加熱および冷却熱媒体液の各回路上に設置されると同時に、磁場を受けるか否かまた生じるのは熱量か冷気かに応じて熱要素の収集回路を相互に連続させるために設置される少なくとも1つ仕切り弁が含まれうる。

0017

図1および図2を参照すると、本発明による熱磁気材料熱発電機1に、少なくとも2つの、図示例では、磁気熱変換材料の8つの熱要素3を支えるために設置される地板2の形で示される固定支持材が含まれる。これにはまた熱要素3にその温度が変化するよう磁場の変動を受けさせるためにこれら熱要素と関連して可動である磁気手段4ならびに該熱要素3により放出される熱量および冷気の回収手段5も含まれる。
これらの熱量および冷気の回収手段5には、特に、別々の2つの、つまり相互に圧力の出入りを封じられた熱媒体液回路51,52、すなわち、熱量を回収する「加熱」回路51および冷気を回収する「冷却」回路52が含まれ、各回路51,52は家庭用のみならず産業用暖房温度調節冷房、空調等の用途に向けたこれらの熱量および冷気量の利用に適当な少なくとも1台の熱交換器に連結される。

0018

図示の例では、熱要素3は地板2の空洞20内に置かれるとともに、中央軸Bの周囲にほぼ円状に割り付けられる。磁気手段4には磁場を該手段2つに1つの熱要素3に受けさせるように地板2の両側に組毎に割り充てられる永久磁石40が含まれる。これらの永久磁石40は地板2の各側面に設置される2つの極板41により支えられるとともに、原動機原動減速機、逐次原動機サーボ原動機、回転ジャッキ等といったあらゆるタイプの作動装置に直接、またはあらゆるタイプの適合した機械伝動装置を通じて連結される駆動軸(図示されず)により回転駆動される。

0019

この軸B廻りの円状熱要素3からなる構成形態のメリットにより同一方向の連続回転による単純な磁気手段4駆動形態の利用が可能となる。その他のあらゆる構成形態においても対応可能であることは勿論である。たとえば、熱要素3が直線に並んで配置される場合には、交互平行移動による磁気手段4の駆動形態が選択されよう。

0020

永久磁石はその磁場線を熱要素3の方向に集中させると同時に向けさせる1種あるいは複数種磁性材料に関連した非中空焼結化、または薄板化されたものであっても良い。電磁石または超伝導体といったその他のあらゆるタイプの磁石にも対応可能である。しかしながら、永久磁石は、大きさ、利用の単純性、ならびにコストが低いなどの点で確かなメリットを示す。最低テスラの磁場の発生可能な永久磁石40が選択されるのが好ましい。

0021

さらに、熱要素3は1組の磁石40が、磁気の流れを壊すことなくある1組の熱要素3から次のものまで通過するように隣接して相互間に配置される。この配置により磁力を妨げる必要がない限りに磁気手段4を運動状態にするために必要な原動力が相当抑制されるメリットを有する。

0022

地板2は断熱性でかつ非磁性の材料で製作されるのが好ましい板から構成される。これには、熱要素3と相互に補完しあう嵌合形態と熱要素3が地板2の面と合うようほぼ等しい厚みとを有する空洞20を形成する開口部が含まれる。その他の構成形態も可能であり、必須なことは各熱要素3が永久磁石40の磁場により活発に動くようにできることである。

0023

さらに、特に、図3を参照すると、この地板2には加熱51および冷却52熱媒体液回路の内部部分を形成する2連の導管21,22が含まれる。各一連の導管21,22は、一方では、熱要素3と通じるために設置される入口および出口の孔を通って、すなわち、空洞20、2つの入口孔および2つの出口孔を通って空洞20内に通じ、他方で、特に熱交換器が含まれる加熱51および冷却52の熱媒体液回路の外側部分の接続用に設置される入口孔および出口孔を通って地板2の外側に通じる。示された例では、これらの導管21,22は地板20の両面にわたり割り付けられると同時に、例えば、加工、エッチング、成型、またはその他の適当な技術により製作される溝が形成される。この実施例では、地板2はこうして導管21,22を塞ぎかつ出入の遮断を可能にする薄膜形態の継手61を介して、地板2の片面へのそれぞれ取付け用に設置される非金属の2枚の側板60の形態にある出入遮断手段6と結合される。
示された例では、側板60と継手61には熱要素3に対応して配置される溝62,63が含まれるとともに、例えばビス止めあるいは他の等価な任意手段により地板2に組立てられる。側板60と継手61は非中空であっても良い。導管21,22が地板2の片面にのみ設置されてもよいことも勿論である。この地板2も、2部品で別々に成型されて組立てられて製作されて良く、例えば、導管21,22は内部に置かれる。同様に、継手61は適当な接着剤あるいは同様剤の層により置き換えられても良い。

0024

熱要素3は、例えば、ガドリニウム(Gd)、例えば、シリカ(Si)、ゲルマニウム(Ge)、例えば鉄(Fe)、マグネシウム(Mg)、燐(P)またはその他の任意材料が含まれるマンガン合金が含まれるガドリニウム合金、または等価な磁性合金といった少なくとも部分的に好ましくは全体的に磁気熱変換材料で製作される。これらの磁気熱変換材料間の選択は求められる熱量および冷気性能および必要な温度範囲に応じて行われる。一般的方法では、磁気熱変換材料は非中空版、非中空版または非中空板の積層、粉末または粒子形態の粒子の集合、多孔性版、多孔性版または多孔性板の積層の形態あるいはこれらの形態の組合せといったその他の任意の適合した形態を呈しうる。同様に、熱要素3は異なる磁気熱変換材料の集合から構成されても良い。これらは1種類あるいは複数種類の磁気熱変換材料が含まれる熱伝導体材料で製作されても良い。

0025

これらの熱要素3は、それぞれ少なくとも2つの別々の、つまり、相互に圧力上の出入が遮断される収集回路31,32、すなわち、加熱熱媒体液回路21,51に接続される「加熱」収集回路31、と冷却熱媒体液回路22,52に接続される「冷却」収集回路32が含まれ、これらの回路のそれぞれの熱媒体液が、熱要素3が磁場を受けるか否か、かつ、これが熱量と冷気のいずれを放出するかに応じて相互の収集回路31,32内で交互に運動状態におかれるという特徴を有する。

0026

図4および図4Aに示され詳細説明される例では、熱要素3は、ガドリニウムで製作される非中空板30の積層から構成される。これらは四角形状であるとともに、板30が液の通路35を形成する2ヶ所の狭く平行な溝に重ねられるときに、これらの間を区画するために設置される中央リブ33と2つの端部リブ34のそれぞれ3つのリブが含まれる。板30は2つの別々の収集回路31,32を形成する2組の液体通路35を形成するように交互に垂直な方向に向けられる。このように、これらの収集回路31,32は、かなり広い熱交換表面積が提供されるように熱要素3の厚みにわたり割り付けられる多数の液体通路35から形成される。これらの板30はミリ程度の厚みを有し、液体通路35は、最小量の熱媒体液を利用してこの熱交換効率をさらに促進する、熱要素3を通る熱媒体液の層状の流れを作るのにふさわしい0.1ミリ程度のものである。これらの熱要素3はこうして交互の磁化脱磁化に応じて通過する熱媒体液を利用する熱量と冷気量の発生と交換に有効なミニあるいはマイクロ熱交換器から構成される。これらの液体通路35は平行な方向に向けられることも可能である。

0027

各収集回路31,32は、熱要素3が地板2に取り付けられるときに、各空洞20と通じ合って設置される加熱21および冷却22の回路の熱媒体液の入口および出口孔と自然に通じる流体の入口と出口を通って、熱要素3の対向する2側面上に到達する。このため、0.05ミリと15ミリの間にある、好ましくは1ミリに等しい遊びが、熱要素3の厚みにわたり拡がる熱媒体割付けの空間を区切るため、地板2の対応する側面と熱要素3との間に設けられる。収集回路31,32の出入の遮断性は、一方で、例えば、割付空間間で空洞20の4隅に設置される継手(図示されない)により、他方で、地板2の表裏面上で側板60と継手61により確保される。

0028

これらの収集回路31,32は、磁気熱変換材料の形態に応じて様々に製作可能であることは当然である。図示される例では、板30およびこれらのリブ33,34は加工、圧延プレス放電加工または類似な方法により得られる。もうひとつの実施形態では、地板30は平面でありえると同時に、液体通路の境界を定める挿入薄片またはスペーサー間に挿入される。液体通路35は穿孔、様々な形態の溝、スリット、隙間、これらの形態の組合せにより形成可能であり、これらの形態は加工、化学的、イオン的、または機械的エッチング、成型、粒子間の隙間により得られる。これらの液体通路35は、0.01ミリと5ミリの間にある好ましくは0.15ミリに等しいサイズであり、この薄いサイズがいわゆる層状の熱媒体液の流れを作り出すのに寄与する。

0029

さて、図5Aおよび図5Bを参照すると、少なくともいずれかの熱媒体液回路51,52には、例えば、ポンプ53、熱サイホンまたはその他任意の等価な手段といった熱媒体液の強制循環手段が含まれる。この循環は、熱媒体液の温度差の働きにより単純に自由でかつ自然であることもできる。

0030

熱媒体液の化学的構成は最大限熱交換を得るために所望されかつ選択される温度範囲に合わせられる。例えば、プラス温度用の純水、ならびに、マイナス温度用の例えば、グリコール化生成物凍結防止剤添加水が利用される。この熱発電機1はこうして腐食性または人および/またはその環境に有害な液体の利用をしないで済むことが可能になる。

0031

熱媒体液の各回路51,52には、例えば、加熱熱交換器55と冷却熱交換器56またはその他の等価な任意手段といったそれぞれ加熱および冷却用に収集される熱量および冷気量の排出手段が含まれる。同様に、各回路51,52には、例えば、2方電磁弁57,58またはその類似品といった当該熱要素3を当該回路51,52内に置くために切替手段が含まれる。これらの電磁弁57,58の制御は、後でさらに説明されるように磁石40の回転と同期が取られるのは当然である。これらの切替手段は、加工および/または成型および成分の集合により地板2に一体化されても良く、切替は、弁を定める2つの部分間を動くピストン鋼球等の磁気引力により得られる。

0032

本発明による熱発電機1の機能が、4つの熱要素3および2組の磁石40とともに熱発電機1の2つの機能サイクル単純化のため模式的に説明する図5A図5Bを参照して説明される。この例では、回収手段に加熱回路51に設置されるポンプ53、1台だけが含まれると同時に、加熱51と冷却52の2回路は閉ループ状態に接続され、熱媒体液の加熱回路51により冷却熱交換器56の出口Sfが加熱熱交換器55の入口Ecに接続されると同時に、冷却回路52により加熱熱交換器55の出口Scが冷却熱交換器56の加熱熱交換器の入口Efに接続される。それぞれ、閉鎖ループを形成する完全に独立した2回路51,52の設置も可能である。この場合には、各回路51,52にその適当なポンプ53が含まれる。すべての場合において、これらの2回路51,52内の熱媒体液の循環方向は、逆であるのが好ましい。単純化のため、加熱および冷却の回路は51,52で参照され、これらの加熱冷却回路の1部分は熱発電機1より内側にあると同時に、参照記号21,22のもとにある地板2に一体化されることが知れる。

0033

図5Aにより説明される機能の第1サイクルでは、磁石40は磁場効果のもとで加熱される2つの熱要素3(1)、3(3)に向き合っており、2つのその他熱要素、3(2)、3(4)は磁場を受けないので冷却される。電磁弁57,58は第1位置に移動し、加熱される熱要素3(1)、3(3)を加熱回路51内で連続状態に、そして、冷却される熱要素3(2)、3(4)を冷却回路52内で連続状態にすることを可能にし、両回路内では熱媒体液が実線で示される運動状態となる。冷却熱交換器56の出口Sfは電磁弁58により、熱要素3(1)の入口Ec(1)に接続され、この出口Sc(1)は熱要素3(3)の入口Ec(3)に、またその出口Sc(3)は加熱熱交換器51の入口Ecに接続される。この加熱回路51は熱要素3(1)、3(3)の加熱収集回路31内で熱媒体液を運動状態におき、その他は動かない。同様にして、加熱熱交換器55の出口Scは、電磁弁57により熱要素3(4)の入口Ef(4)に接続され、その出口Sf(4)は熱要素3(2)の入口Ef(2)に、またその出口Sf(2)は冷却熱交換器56の入口Efに接続される。冷却回路52は熱要素3(2)、3(4)の冷却収集回路32内で熱媒体液を運動状態におき、その他は動かない。このサイクルはつかの間であると同時に、熱要素3(1)および3(3)の前の磁石40の通過時間に対応して千分の数秒から20秒の間、好ましくは1秒の間持続する。

0034

熱要素3(2)および3(4)の前にくるためこれらの熱要素を去るときには、電磁仕切弁57,58は、磁石40が磁場効果のもとで加熱される残りの2つの熱要素3(2)、3(4)と向かい合う第2機能サイクルに対応する図5Bに示される第2位置内に移動し、2つの第1熱要素3(1)、3(3)はもはや磁場を受けないので冷却される。これらの第2位置に移動した電磁仕切弁57,58は、加熱される熱要素3(2)、3(4)を加熱回路51に、また、冷却される熱要素3(1)、3(3)を冷却回路52におくが、これらの熱媒体液は運動状態にある回路が実線で示されている。冷却熱交換器56の出口Sfは電磁仕切弁58を通じて熱要素3(2)の入口Ec(2)に接続され、その出口Sc(2)は熱要素3(4)の入口Ec(4)に、その出口Sc(4)は加熱熱交換器55の入口Ecに接続される。加熱回路51は熱要素3(2)、3(4)の加熱収集回路31内で熱媒体液を運動状態におき、その他は動かない。同様にして、加熱熱交換器55の出口Scは、電磁気弁57を通じて、熱要素3(3)の入口Ef(3)に接続され、その出口Sf(3)は、熱要素3(1)の入口Ef(1)に、その出口Sf(1)は冷却熱交換器56の入口Efに接続される。冷却回路52は、熱要素3(1)、3(3)の冷却収集回路32内で熱媒体液を運動状態におき、その他は動かない。この手短なサイクルは熱要素3(2)と3(4)の前の磁石40の通過時間に対応する。これらが熱要素3(1)と3(3)の前に再度くるためにこれらの熱要素を離れるときに、電磁仕切弁57,58は図5Aに示されるこれらの第1位置に移行するとともに、第1機能サイクルが再開される。

0035

熱媒体液として液体、および非液体のガスを利用する点により抗戻り弁を利用しないで済むことになる。この例は図5A図5Bの中の加熱55と冷却56熱交換器の入口EcとEfに見ることができ、加熱51と冷却52加熱の二重回路はそれぞれつながる。液体である熱媒体液は圧縮不可能でありかつ閉じられた回路内に自然と向けられると同時に開放されたものには向けられない。

0036

2つの加熱51および冷却52の回路は、熱要素3がすべて活用されるばかりでなく、2つの機能サイクル内を動きかつ動的であるというこの説明ははっきり分かる。さらに、熱量の回収を担う熱媒体液はこの機能に限定され、冷気の回収を担う熱媒体液についても同様である。先行技術の場合のような温度の異なる熱媒体液の混合が一切ない以上、2つの加熱51および冷却52の回路は別個なものであり、特に、熱要素3内の収集回路31,32の領域では、回路間で熱の交換も混合も一切ない。この新技術により、こうして、かなりの熱損失の低減、機能サイクルの加速、熱発電機1の能力向上、ならびに磁石40の回転に必要な低伝動能力を考慮したごく少ないエネルギーニーズに向けた極めて高い熱効率の達成が可能となる。

0037

さらに、この加熱21,31,51、と冷却22,32,52の別々の回路の技術により「AMR」といわれるサイクルの実用化が可能となり、熱発電機1の新しい各機能サイクルにおいて、それぞれ加熱回路51と冷却回路52上のサイクルの最初と最後の温度間の温度差が増加し、これにより、このタイプの現在知られる発電機より大きな加熱と冷却の温度領域に到達可能となる。さらに、発明の熱発電機1は人についても環境についても一切の危険がない。実際に、加熱51および冷却52回路内で熱媒体液が不足するようになると、熱交換はもはやなくなるので過熱の危険はない。

0038

この熱発電機1の用途は暖房、温度調節、冷房、空調が必要であるあらゆる分野内で、
すなわち、冷蔵および冷凍向け家電製品、家庭用や産業上の空調および暖房において、
また車両や農産加工業向け陳列棚および冷凍庫、空調されるワインセラーにおいてさえも、そしてさらにはあらゆるタイプの冷蔵、冷凍区画においても見出される。

0039

本発明は説明された実施例に限定されず、専門家にとって明らかなあらゆる修正変型にも、付録の請求項に定義される保護の範囲が保持されて拡張される。特に、図示された諸形態、熱要素3と磁石40の数、収集回路31,32の創出方法、および加熱21および冷却22回路の地板2への一体化方法は異なる場合がある。

図面の簡単な説明

0040

本発明とそのメリットは付録図面を参照して例として与えられる実施形態に関する以降の説明の中でより明らかになろう。すなわち、

0041

本発明による熱発電機が単純化された透視図
図1の発電機の分解図
熱要素が無い状態の図1の発電機の地板の透視図
図3の地板への取り付けに向けられる熱要素の透視図
図4のA部詳細の拡大図
2サイクル運転による熱媒体液回路を説明する模式図
2サイクル運転による熱媒体液回路を説明する模式図

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