Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

JP2019138613A - Magnetic heat pump device - Google Patents

Magnetic heat pump device Download PDF

Info

Publication number
JP2019138613A
JP2019138613A JP2018025316A JP2018025316A JP2019138613A JP 2019138613 A JP2019138613 A JP 2019138613A JP 2018025316 A JP2018025316 A JP 2018025316A JP 2018025316 A JP2018025316 A JP 2018025316A JP 2019138613 A JP2019138613 A JP 2019138613A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat
flow path
medium
magnetocaloric
transport medium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2018025316A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
明人 鳥居
Akito Torii
明人 鳥居
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2018025316A priority Critical patent/JP2019138613A/en
Publication of JP2019138613A publication Critical patent/JP2019138613A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]

Landscapes

  • Hard Magnetic Materials (AREA)

Abstract

To provide a magnetic heat pump device capable of improving cycle efficiency.SOLUTION: A device includes a magneto-caloric element 12, a container 21, a magnetic field modulation device, and a heat transport device. In the container 21, a working chamber 11 is formed where the magneto-caloric element 12 is arranged. The heat transport device allows a heat transport medium which heat-exchanges with the magneto-caloric element 12 to reciprocate so as to generate a high temperature end and a low temperature end in the magneto-caloric element 12, in a medium flow passage 120 formed in the working chamber 11. Then, so as to approximate the element heat capacity of the magneto-caloric element 12 and the medium heat capacity of the heat transport medium filling the medium flow passage 120, the capacity of the magneto-caloric element 12 arranged in the working chamber 11 is set.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

ここに開示される技術は、磁気熱量効果型のヒートポンプ装置に関する。   The technology disclosed herein relates to a magnetocaloric effect type heat pump apparatus.

従来から、磁気熱量素子の磁気熱量効果を利用する磁気ヒートポンプ装置が知られている。このような装置は、磁気熱量素子と、容器と、磁場変調装置と、熱輸送装置とを備えている。容器が形成する作業室には、磁気熱量素子が配置されている。磁場変調装置は、磁気熱量素子に印加する外部磁場を変調する。熱輸送装置は、作業室に高温端と低温端とを生成するように、磁気熱量素子と熱交換する熱輸送媒体を、外部磁場の変調に同期して作業室の内部で往復移動させる。作業室に配置される磁気熱量素子として、多数の球形の磁気熱量粒子を作業室に充填してなるものが知られている。このような装置は、例えば下記特許文献1に開示されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a magnetic heat pump device that uses the magnetocaloric effect of a magnetocaloric element is known. Such an apparatus includes a magnetocaloric element, a container, a magnetic field modulation device, and a heat transport device. A magnetocaloric element is disposed in the working chamber formed by the container. The magnetic field modulation device modulates an external magnetic field applied to the magnetocaloric element. The heat transport device reciprocates a heat transport medium that exchanges heat with the magnetocaloric element in the work chamber in synchronization with the modulation of the external magnetic field so as to generate a high temperature end and a low temperature end in the work chamber. 2. Description of the Related Art As a magnetocaloric element disposed in a work chamber, an element formed by filling a work chamber with many spherical magnetocaloric particles is known. Such an apparatus is disclosed in, for example, Patent Document 1 below.

特表2016−530479号公報JP-T-2006-530479

しかしながら、上記従来技術の装置では、磁気熱サイクルの効率が比較的低く、高効率が得難いという不具合を発生する。本発明者は鋭意検討を行ない、磁気熱量素子が発生する温熱や冷熱が大きくても熱輸送媒体に伝わり難く、熱量が磁気熱量素子内に留まることが不具合の原因であることを見出した。これにより、作業室内の磁気熱量効果材を単に増量するのではなく適正量とすることで、磁気熱サイクルの効率を向上することが可能であることを見出した。   However, the above prior art apparatus has a disadvantage that the efficiency of the magnetothermal cycle is relatively low and it is difficult to obtain high efficiency. The present inventor has intensively studied and found that even if the heat or cold generated by the magnetocaloric element is large, it is difficult to be transmitted to the heat transport medium, and the amount of heat remaining in the magnetocaloric element is the cause of the problem. As a result, it has been found that the efficiency of the magnetothermal cycle can be improved by making the amount of magnetocaloric effect material in the working chamber an appropriate amount rather than simply increasing the amount.

ここに開示される技術は、上記点に鑑みてなされたものであり、サイクル効率を向上することが可能な磁気ヒートポンプ装置を提供することを目的とする。   The technology disclosed herein has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a magnetic heat pump device capable of improving cycle efficiency.

上記目的を達成するため、開示される磁気ヒートポンプ装置では、
外部磁場の強弱により発熱と吸熱とを生じる磁気熱量素子(12、212、312)と、
磁気熱量素子が配置される作業室(11)が形成された容器(21)と、
磁気熱量素子に印加される外部磁場を変調する磁場変調装置(13)と、
作業室の内部に形成した媒体流路(120)において、磁気熱量素子に高温端と低温端とを生成するように、磁気熱量素子と熱交換する熱輸送媒体を往復移動させる熱輸送装置(14)と、を備え、
磁気熱量素子の素子熱容量と媒体流路を満たす熱輸送媒体の媒体熱容量との比に基づいて、作業室に配置される磁気熱量素子の容積が設定されている。
In order to achieve the above object, in the disclosed magnetic heat pump device,
Magnetocaloric elements (12, 212, 312) that generate heat and endotherm due to the strength of the external magnetic field;
A container (21) in which a working chamber (11) in which a magnetocaloric element is disposed;
A magnetic field modulation device (13) for modulating an external magnetic field applied to the magnetocaloric element;
In a medium flow path (120) formed inside the working chamber, a heat transport device (14) that reciprocates a heat transport medium that exchanges heat with the magnetocaloric element so as to generate a high temperature end and a low temperature end in the magnetocaloric element. ) And
Based on the ratio between the element heat capacity of the magnetocaloric element and the medium heat capacity of the heat transport medium that fills the medium flow path, the volume of the magnetocaloric element disposed in the work chamber is set.

これによると、磁気熱量素子の素子熱容量と熱輸送媒体の媒体熱容量との比に応じて決まる磁気熱量素子と熱輸送媒体との熱交換特性に基づいて、作業室内に配置される磁気熱量素子の容積を適正に設定することが可能である。したがって、磁気熱量素子と熱輸送媒体との熱交換を確実に行なうことで、磁気熱量素子が発生する温熱や冷熱を熱輸送媒体に良好に伝達することができる。このようにして、サイクル効率を向上することができる。   According to this, based on the heat exchange characteristics between the magnetocaloric element and the heat transport medium determined according to the ratio between the element heat capacity of the magnetocaloric element and the medium heat capacity of the heat transport medium, the magnetocaloric element disposed in the work chamber It is possible to set the volume appropriately. Therefore, by reliably performing heat exchange between the magnetocaloric element and the heat transport medium, the heat and cold generated by the magnetocaloric element can be satisfactorily transmitted to the heat transport medium. In this way, cycle efficiency can be improved.

なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、開示技術の範囲を限定するものではない。   In addition, the code | symbol in the parenthesis described in a claim and this clause shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later as one aspect, Comprising: The range of an indication technique is limited It is not a thing.

第1実施形態に係る熱機器のブロック図である。It is a block diagram of the thermal equipment concerning a 1st embodiment. 図1のII−II線断面図である。It is the II-II sectional view taken on the line of FIG. 第1実施形態の磁気熱量素子を含む容器を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the container containing the magnetocaloric element of 1st Embodiment. 第1実施形態の磁気熱量素子の一部の斜視図である。It is a one part perspective view of the magnetocaloric element of a 1st embodiment. 磁気熱量素子と熱輸送媒体との熱交換特性を示すグラフである。It is a graph which shows the heat exchange characteristic of a magnetocaloric element and a heat transport medium. 第1実施形態の磁気熱量素子の熱量変化を説明する図である。It is a figure explaining the calorie | heat amount change of the magnetocaloric element of 1st Embodiment. 比較例の磁気熱量素子の熱量変化を説明する図である。It is a figure explaining the calorie | heat amount change of the magnetocaloric element of a comparative example. 第1実施形態の磁気熱量素子の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the magnetocaloric element of 1st Embodiment. 第1実施形態の磁気熱量素子の別の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of the magnetocaloric element of 1st Embodiment. 第2実施形態の磁気熱量素子の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the magnetocaloric element of 2nd Embodiment. 第3実施形態の磁気熱量素子の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the magnetocaloric element of 3rd Embodiment.

以下に、図面を参照しながら開示技術を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組み合せることも可能である。   Hereinafter, a plurality of modes for carrying out the disclosed technology will be described with reference to the drawings. In each embodiment, parts corresponding to the matters described in the preceding embodiment may be denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted. In the case where only a part of the configuration is described in each embodiment, the other parts of the configuration are the same as those described previously. In addition to the combination of parts specifically described in each embodiment, the embodiments may be partially combined as long as the combination is not particularly troublesome.

(第1実施形態)
開示技術を適用した第1実施形態について、図1〜図9を参照して説明する。図1は、開示技術を適用した車両用空調装置1を示すブロック図である。図1に示すように、車両用空調装置1は、磁気熱量効果型ヒートポンプ装置10を備える。磁気熱量効果型ヒートポンプ装置10はMHP(Magneto-caloric effectHeat Pump)装置10とも呼ばれる。MHP装置10は、磁気ヒートポンプ装置10とも呼ばれる。MHP装置10は、熱磁気サイクル装置を提供する。
(First embodiment)
A first embodiment to which the disclosed technology is applied will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram illustrating a vehicle air conditioner 1 to which the disclosed technology is applied. As shown in FIG. 1, the vehicle air conditioner 1 includes a magnetocaloric effect type heat pump device 10. The magnetocaloric effect type heat pump apparatus 10 is also referred to as an MHP (Magneto-caloric effect Heat Pump) apparatus 10. The MHP device 10 is also called a magnetic heat pump device 10. The MHP device 10 provides a thermomagnetic cycle device.

この明細書においてヒートポンプ装置の語は広義の意味で使用される。すなわち、ヒートポンプ装置の語には、ヒートポンプ装置によって得られる冷熱を利用する装置と、ヒートポンプ装置によって得られる温熱を利用する装置との両方が含まれる。冷熱を利用する装置は、冷凍サイクル装置とも呼ばれることがある。よって、この明細書においてヒートポンプ装置の語は冷凍サイクル装置を包含する概念として使用される。   In this specification, the term heat pump device is used in a broad sense. That is, the term “heat pump device” includes both a device that uses the cold energy obtained by the heat pump device and a device that uses the heat energy obtained by the heat pump device. An apparatus using cold heat may be referred to as a refrigeration cycle apparatus. Therefore, in this specification, the term heat pump apparatus is used as a concept including a refrigeration cycle apparatus.

MHP装置10は、磁気熱量素子12を備える。磁気熱量素子12は、磁気熱量効果を有する磁気作業物質からなり、MCE(Magneto-CaloricEffect)素子12とも呼ばれる。以下、磁気熱量素子12を、MCE素子12、又は磁気作業物質12と呼ぶ場合がある。   The MHP device 10 includes a magnetocaloric element 12. The magnetocaloric element 12 is made of a magnetic working material having a magnetocaloric effect and is also referred to as an MCE (Magneto-Caloric Effect) element 12. Hereinafter, the magnetocaloric element 12 may be referred to as an MCE element 12 or a magnetic working material 12.

MHP装置10は、作業室11が内部に形成された容器21を備える。容器21は、ハウジング20内に配置され、少なくともひとつの作業室11を区画形成している。本実施形態では、円筒形状の容器21が、等間隔に配置された複数の作業室11を区画形成している。本例では、ひとつの容器21は、6つの作業室11を区画形成しており、6つの作業室11のそれぞれにMCE素子12が充填配置されている。容器21は、素子ベッド又は材料ベッドと呼ばれる場合がある。容器21は、非磁性材である例えば樹脂により形成されている。   The MHP apparatus 10 includes a container 21 in which a work chamber 11 is formed. The container 21 is disposed in the housing 20 and defines at least one working chamber 11. In the present embodiment, the cylindrical container 21 defines a plurality of work chambers 11 arranged at equal intervals. In this example, one container 21 defines six work chambers 11, and the MCE elements 12 are filled in each of the six work chambers 11. The container 21 may be called an element bed or a material bed. The container 21 is made of, for example, a resin that is a nonmagnetic material.

MCE素子12は、外部磁場の強弱により発熱と吸熱とを生じる。MCE素子12は、外部磁場の印加により発熱し、外部磁場の除去により吸熱する。MCE素子12は、外部磁場が印加されることによって電子スピンが磁場方向に揃うと、磁気エントロピーが減少し、熱を放出することによって温度が上昇する。また、MCE素子12は、外部磁場が除去されることによって電子スピンが乱雑になると、磁気エントロピーが増加し、熱を吸収することによって温度が低下する。MCE素子12は、常温域において高い磁気熱量効果を発揮する磁性体によって作られている。例えば、ガドリニウム系材料、またはランタン−鉄−シリコン化合物を用いることができる。また、マンガン、鉄、リンおよびゲルマニウムの混合物を用いることができる。   The MCE element 12 generates heat and absorbs heat due to the strength of the external magnetic field. The MCE element 12 generates heat when an external magnetic field is applied, and absorbs heat when the external magnetic field is removed. When the electron spin is aligned in the magnetic field direction by applying an external magnetic field, the MCE element 12 decreases in magnetic entropy and increases its temperature by releasing heat. In addition, when the electron spin becomes messy due to the removal of the external magnetic field, the MCE element 12 increases in magnetic entropy and decreases in temperature by absorbing heat. The MCE element 12 is made of a magnetic material that exhibits a high magnetocaloric effect in a normal temperature range. For example, a gadolinium-based material or a lanthanum-iron-silicon compound can be used. Also, a mixture of manganese, iron, phosphorus and germanium can be used.

一群のMCE素子12は、MCE素子12の長手方向、すなわち一次媒体の流れ方向に沿って配置された複数の部分を有する。複数の部分は、後述する複数の素子ブロックである。複数の部分のそれぞれを構成する材料は、キュリー温度が異なる。複数の部分は、異なる温度帯において高い磁気熱量効果(ΔS(J/kgK))を発揮する。高温端に近い部分は、定常運転状態において高温端に現れる温度の近傍において高い磁気熱量効果を発揮する材料組成を有する。中温部に近い部分は、定常運転状態において中温部に現れる温度の近傍において高い磁気熱量効果を発揮する材料組成を有する。低温端に近い部分は、定常運転状態において低温端に現れる温度の近傍において高い磁気熱量効果を発揮する材料組成を有する。   The group of MCE elements 12 has a plurality of portions arranged along the longitudinal direction of the MCE elements 12, that is, the flow direction of the primary medium. The plurality of portions are a plurality of element blocks to be described later. The materials constituting each of the plurality of portions have different Curie temperatures. The plurality of portions exhibit a high magnetocaloric effect (ΔS (J / kgK)) in different temperature zones. The portion close to the high temperature end has a material composition that exhibits a high magnetocaloric effect in the vicinity of the temperature appearing at the high temperature end in the steady operation state. The portion close to the intermediate temperature portion has a material composition that exhibits a high magnetocaloric effect in the vicinity of the temperature appearing in the intermediate temperature portion in the steady operation state. The portion close to the low temperature end has a material composition that exhibits a high magnetocaloric effect in the vicinity of the temperature appearing at the low temperature end in the steady operation state.

MCE素子12のそれぞれの部分が高い磁気熱量効果を発揮する温度帯は、高効率温度帯と呼ばれる。高効率温度帯の上限温度と下限温度とは、MCE素子12の材料組成などに依存する。複数の部分は、高温端と低温端との間において高効率温度帯が並ぶように直列に配列されている。言い換えると、複数の部分の高効率温度帯は、高温端と低温端との間において、高温端から徐々に低下する分布を示す。この高効率温度帯の分布は、定常状態における高温端と低温端との間の温度分布にほぼ対応する。   A temperature zone in which each portion of the MCE element 12 exhibits a high magnetocaloric effect is called a high efficiency temperature zone. The upper limit temperature and the lower limit temperature of the high efficiency temperature zone depend on the material composition of the MCE element 12 and the like. The plurality of portions are arranged in series so that a high efficiency temperature zone is arranged between the high temperature end and the low temperature end. In other words, the high-efficiency temperature zone of the plurality of portions shows a distribution that gradually decreases from the high temperature end between the high temperature end and the low temperature end. The distribution of the high efficiency temperature zone substantially corresponds to the temperature distribution between the high temperature end and the low temperature end in the steady state.

この実施形態では、定常運転において高温端と低温端との間に作り出される定常温度差を複数の部分が分担する。これにより、それぞれの部分において高い効率が得られる。言い換えると、MCE素子12は、定常温度差が得られるときに、それぞれの素子ブロックが所定の閾値を上回る磁気熱量効果を発揮するように調節されている。複数の素子ブロックは、作業室11内に、所謂カスケード配置されている。   In this embodiment, a plurality of portions share the steady temperature difference created between the high temperature end and the low temperature end in the steady operation. Thereby, high efficiency is obtained in each part. In other words, the MCE element 12 is adjusted such that each element block exhibits a magnetocaloric effect exceeding a predetermined threshold when a steady temperature difference is obtained. The plurality of element blocks are arranged in a so-called cascade in the work chamber 11.

MHP装置10は、MCE素子12の磁気熱量効果を利用する。MHP装置10は、MCE素子12をAMR(Active Magnetic Refrigeration)サイクルとして機能させるための磁場変調装置13と熱輸送装置14とを備える。   The MHP device 10 uses the magnetocaloric effect of the MCE element 12. The MHP device 10 includes a magnetic field modulation device 13 and a heat transport device 14 for causing the MCE element 12 to function as an AMR (Active Magnetic Refrigeration) cycle.

磁場変調装置13は、MCE素子12に外部磁場を与えるとともに、その外部磁場の強さを増減させる。磁場変調装置13は、MCE素子12を強い磁界内に置く励磁状態と、MCE素子12を弱い磁界内またはゼロ磁界内に置く消磁状態とを周期的に切換える。磁場変調装置13は、MCE素子12が強い外部磁場の中に置かれる励磁期間、およびMCE素子12が励磁期間より弱い外部磁場の中に置かれる消磁期間を周期的に繰り返すように外部磁場を変調する。磁場変調装置13は、外部磁場を生成するための磁力源、例えば永久磁石、又は電磁石を備える。本例では、磁力源を永久磁石としている。   The magnetic field modulator 13 applies an external magnetic field to the MCE element 12 and increases or decreases the strength of the external magnetic field. The magnetic field modulator 13 periodically switches between an excitation state in which the MCE element 12 is placed in a strong magnetic field and a demagnetization state in which the MCE element 12 is placed in a weak magnetic field or a zero magnetic field. The magnetic field modulation device 13 modulates the external magnetic field so as to periodically repeat an excitation period in which the MCE element 12 is placed in a strong external magnetic field and a demagnetization period in which the MCE element 12 is placed in an external magnetic field weaker than the excitation period. To do. The magnetic field modulation device 13 includes a magnetic force source for generating an external magnetic field, such as a permanent magnet or an electromagnet. In this example, the magnetic source is a permanent magnet.

熱輸送装置14は、MCE素子12が放熱または吸熱する熱を輸送するための熱輸送媒体を流すための流体機器を備える。熱輸送装置14は、MCE素子12と熱交換する熱輸送媒体をMCE素子12に沿って流す装置である。熱輸送装置14は、MCE素子12に高温端と低温端とを生成するように、熱輸送媒体を流す。熱輸送装置14は、磁場変調装置13による外部磁場の変化に同期して、熱輸送媒体の往復的な流れFM、FNを発生させる。以下、MCE素子12の一端から他端へ向かう流れFMを往流と呼び、他端から一端へ向かう流れFNを復流と呼ぶ場合がある。本例では、往流FMは、高温端11E1から低温端11E2へ向かう熱輸送媒体流れである。復流FNは、低温端11E2から高温端11E1へ向かう熱輸送媒体流れである。以下、高温端11E1を、端部11E1と呼ぶ場合がある。また、低温端11E2を、端部11E2と呼ぶ場合がある。   The heat transport device 14 includes a fluid device for flowing a heat transport medium for transporting heat that the MCE element 12 radiates or absorbs heat. The heat transport device 14 is a device that flows along the MCE element 12 a heat transport medium that exchanges heat with the MCE element 12. The heat transport device 14 flows the heat transport medium so as to generate a high temperature end and a low temperature end in the MCE element 12. The heat transport device 14 generates reciprocating flows FM and FN of the heat transport medium in synchronization with the change of the external magnetic field by the magnetic field modulation device 13. Hereinafter, the flow FM from one end to the other end of the MCE element 12 may be referred to as forward flow, and the flow FN from the other end to one end may be referred to as return flow. In this example, the forward flow FM is a heat transport medium flow from the high temperature end 11E1 toward the low temperature end 11E2. The return flow FN is a heat transport medium flow from the low temperature end 11E2 toward the high temperature end 11E1. Hereinafter, the high temperature end 11E1 may be referred to as an end 11E1. Further, the low temperature end 11E2 may be referred to as an end portion 11E2.

この実施形態では、MCE素子12と熱交換する熱輸送媒体は一次媒体と呼ばれる。一次媒体は、不凍液、水、油などの流体によって提供することができる。熱輸送媒体は、水、または、エチレングリコール等の不凍成分が溶解した水溶液であることが好ましい。熱輸送装置14は、磁場変調装置13による磁場の増減に同期して熱輸送媒体を往復的に移動させる。熱輸送装置14は、熱輸送媒体を流すためのポンプを含むことができる。熱輸送装置14は、一次媒体を流すためのポンプ62、72を備える。熱輸送装置14は、各作業室11の両端部にそれぞれ設けられた吸入弁111と吐出弁112とを備える。ポンプ62、72は、吸入弁111及び吐出弁112と協働して、作業室11のそれぞれに充填されたひとつのMCE素子12に関して一次媒体の往復流れを供給する。ひとつのMCE素子12は、複数の素子ブロックを組み合わせて提供される。   In this embodiment, the heat transport medium that exchanges heat with the MCE element 12 is called a primary medium. The primary medium can be provided by a fluid such as antifreeze, water, oil. The heat transport medium is preferably water or an aqueous solution in which an antifreeze component such as ethylene glycol is dissolved. The heat transport device 14 reciprocally moves the heat transport medium in synchronization with the increase / decrease of the magnetic field by the magnetic field modulation device 13. The heat transport device 14 may include a pump for flowing a heat transport medium. The heat transport device 14 includes pumps 62 and 72 for flowing the primary medium. The heat transport device 14 includes a suction valve 111 and a discharge valve 112 provided at both ends of each work chamber 11. The pumps 62 and 72 cooperate with the suction valve 111 and the discharge valve 112 to supply a reciprocating flow of the primary medium with respect to one MCE element 12 filled in each of the work chambers 11. One MCE element 12 is provided by combining a plurality of element blocks.

MHP装置10は、動力源としてのモータ15を備える。モータ15は、磁場変調装置13の動力源である。モータ15は、熱輸送装置14の動力源である。MHP装置10の動力源として設けられたモータ15は、例えば、車載の電池によって駆動される。また、モータ15は、磁場変調装置13を提供するロータコア31を回転駆動する。これにより、モータ15と磁場変調装置13とは、MCE素子12へ外部磁場を印加する状態と、MCE素子12から外部磁場を除去した状態との間での周期的な交互切換を生じさせる。モータ15は、熱輸送装置14のポンプ62、72を駆動する。これにより、モータ15とポンプ62、72とは、ひとつのMCE素子12において、一次媒体の往復的な流れを生じさせる。MHP装置10は、磁場変調装置13による磁場の増減と、熱輸送装置14による熱輸送媒体の往復的移動とを同期させるように、モータ15の出力軸に変速機構18を備えている。   The MHP device 10 includes a motor 15 as a power source. The motor 15 is a power source of the magnetic field modulator 13. The motor 15 is a power source of the heat transport device 14. The motor 15 provided as a power source of the MHP device 10 is driven by, for example, an in-vehicle battery. The motor 15 rotates the rotor core 31 that provides the magnetic field modulation device 13. As a result, the motor 15 and the magnetic field modulation device 13 cause periodic alternating switching between a state in which an external magnetic field is applied to the MCE element 12 and a state in which the external magnetic field is removed from the MCE element 12. The motor 15 drives the pumps 62 and 72 of the heat transport device 14. As a result, the motor 15 and the pumps 62 and 72 cause the reciprocating flow of the primary medium in one MCE element 12. The MHP device 10 includes a speed change mechanism 18 on the output shaft of the motor 15 so as to synchronize the increase / decrease of the magnetic field by the magnetic field modulation device 13 and the reciprocating movement of the heat transport medium by the heat transport device 14.

ポンプ62、72は、MCE素子12をAMRサイクルとして機能させるための一次媒体の往復流FM、FNを作業室11内に生じさせる。ポンプ62、72は、例えば、容積型のポンプである。ポンプ62、72は、例えば、ピストンポンプである。ポンプ62、72は、例えば、多気筒のラジアルピストンポンプである。ひとつのMCE素子12に、ポンプ62のひとつの気筒と、ポンプ72のひとつの気筒とが対応付けられている。ひとつのMCE素子12に対応付けられた2つの気筒は、同期的に作動する。ポンプ62、72、吸入弁111及び吐出弁112の機能により、ひとつのMCE素子12の長手方向に沿って流れる一次媒体の往復流FM、FNが提供される。この実施形態では、MHP装置10は、熱的に並列接続された複数のMCE素子12を備える。本例のMHP装置10は、熱的に並列接続された6基のMCE素子12を有する。ポンプ62、72は、6気筒である。   The pumps 62 and 72 generate the reciprocating flows FM and FN of the primary medium for causing the MCE element 12 to function as an AMR cycle in the working chamber 11. The pumps 62 and 72 are positive displacement pumps, for example. The pumps 62 and 72 are, for example, piston pumps. The pumps 62 and 72 are, for example, multi-cylinder radial piston pumps. One cylinder of the pump 62 and one cylinder of the pump 72 are associated with one MCE element 12. The two cylinders associated with one MCE element 12 operate synchronously. The functions of the pumps 62 and 72, the suction valve 111, and the discharge valve 112 provide the reciprocating flows FM and FN of the primary medium that flow along the longitudinal direction of one MCE element 12. In this embodiment, the MHP device 10 includes a plurality of MCE elements 12 that are thermally connected in parallel. The MHP device 10 of this example includes six MCE elements 12 that are thermally connected in parallel. The pumps 62 and 72 are 6 cylinders.

ハウジング20は、円筒部と端板部とを有する外形円柱状の筐体である。ハウジング20は、その中心軸上に回転軸22を回転可能に支持する。回転軸22は、モータ15の出力軸に連結されている。ハウジング20は、回転軸22の周囲に、磁場変調装置13を収容する。図2に示すように、磁場変調装置13は、ロータコア31、ヨーク部32、ベアリング33、及び磁石34、35を備える。   The housing 20 is a cylindrical outer casing having a cylindrical portion and an end plate portion. The housing 20 rotatably supports the rotating shaft 22 on its central axis. The rotating shaft 22 is connected to the output shaft of the motor 15. The housing 20 accommodates the magnetic field modulation device 13 around the rotation shaft 22. As shown in FIG. 2, the magnetic field modulation device 13 includes a rotor core 31, a yoke portion 32, a bearing 33, and magnets 34 and 35.

ロータコア31は、回転軸22に固定されている。ロータコア31は、磁場変調装置13のためのインナヨークを提供する。ロータコア31は、その周方向に沿って磁束を通しやすい範囲と、磁束を通しにくい範囲とを形成するように構成されている。ロータコア31は、例えば断面が扇状の一対の部材からなる。ロータコア31には、磁石34が固定されている。磁石34は、部分円筒状であり、その断面が扇紙型である。磁石34は、ロータコア31の外周面に固定されている。   The rotor core 31 is fixed to the rotating shaft 22. The rotor core 31 provides an inner yoke for the magnetic field modulation device 13. The rotor core 31 is configured to form a range in which the magnetic flux can easily pass along the circumferential direction and a range in which the magnetic flux cannot easily pass. The rotor core 31 is composed of a pair of members whose sections are fan-shaped, for example. A magnet 34 is fixed to the rotor core 31. The magnet 34 has a partially cylindrical shape and has a fan-shaped cross section. The magnet 34 is fixed to the outer peripheral surface of the rotor core 31.

ヨーク部32は、円筒形状をなしている。ヨーク部32は、ハウジング20の内周面に沿って配置されている。ヨーク部32は、保持機構であるベアリング33によってハウジング20の内周面に回転自在に保持されている。ベアリング33は、例えばボールベアリングである。ヨーク部32は、アウタヨークを提供する。ヨーク部32には、磁石35が固定されている。   The yoke portion 32 has a cylindrical shape. The yoke portion 32 is disposed along the inner peripheral surface of the housing 20. The yoke portion 32 is rotatably held on the inner peripheral surface of the housing 20 by a bearing 33 that is a holding mechanism. The bearing 33 is, for example, a ball bearing. The yoke part 32 provides an outer yoke. A magnet 35 is fixed to the yoke portion 32.

磁場変調装置13のうち、ロータコア31及び磁石34は、容器21の内周側に配置されている。また、磁場変調装置13のうち、ヨーク部32、ベアリング33及び磁石35は、容器21の外周側に配置されている。磁石34は、容器21の一側に配置される第1磁石である。磁石35は、容器21の他側に配置される第2磁石である。磁石34と磁石35とは、容器21の内外方の両側において、互いに異なる極が対向するように配置される。磁石34と磁石35とは、径方向の内側と外側とに配置されることによって、それらの間に位置付けられたMCE素子12に強い磁場を供給する。磁石34、35には、フェライト磁石や、ネオジム磁石等の希土類磁石を用いることができる。   In the magnetic field modulation device 13, the rotor core 31 and the magnet 34 are disposed on the inner peripheral side of the container 21. In the magnetic field modulation device 13, the yoke portion 32, the bearing 33, and the magnet 35 are arranged on the outer peripheral side of the container 21. The magnet 34 is a first magnet disposed on one side of the container 21. The magnet 35 is a second magnet disposed on the other side of the container 21. The magnet 34 and the magnet 35 are arranged so that different poles face each other on both the inner and outer sides of the container 21. The magnet 34 and the magnet 35 are arranged on the inner side and the outer side in the radial direction, thereby supplying a strong magnetic field to the MCE element 12 positioned between them. As the magnets 34 and 35, a rare earth magnet such as a ferrite magnet or a neodymium magnet can be used.

モータ15により回転軸22が回転されると、磁場変調装置13では、ロータコア31とともに磁石34が回転移動する。また、磁石34の回転移動に伴い、磁石34に対向する磁石35が磁石間に働く吸引力によって追従して移動し、ヨーク部32が回転する。これにより、ロータコア31、ヨーク部32、磁石34及び磁石35を有する構成が、MCE素子12に対して強力な励磁及び減磁を周期的に提供する磁場変調装置13となる。ロータコア31、ヨーク部32、磁石34及び磁石35を有する構成が、本実施形態における磁気回路部13Aである。磁気回路部13Aは、容器21に対し相対的に移動する相対的移動体である。容器21と磁気回路部13Aとを容器21外表面に沿った方向に相対的に移動させることで、磁場変調装置13はMCE素子12に印加される磁場を変調する。   When the rotating shaft 22 is rotated by the motor 15, the magnet 34 rotates and moves together with the rotor core 31 in the magnetic field modulation device 13. Further, as the magnet 34 rotates, the magnet 35 facing the magnet 34 moves following the attractive force acting between the magnets, and the yoke portion 32 rotates. Thus, the configuration including the rotor core 31, the yoke portion 32, the magnet 34, and the magnet 35 becomes the magnetic field modulation device 13 that periodically provides strong excitation and demagnetization to the MCE element 12. A configuration including the rotor core 31, the yoke portion 32, the magnet 34, and the magnet 35 is the magnetic circuit portion 13A in the present embodiment. The magnetic circuit unit 13 </ b> A is a relative moving body that moves relative to the container 21. The magnetic field modulator 13 modulates the magnetic field applied to the MCE element 12 by relatively moving the container 21 and the magnetic circuit unit 13 </ b> A in the direction along the outer surface of the container 21.

なお、ヨーク部32は、ベアリング33によりハウジング20の内周面に保持されていたが、これに限定されるものではない。例えば、潤滑油層や空気層を介して保持されるものであってもよい。   In addition, although the yoke part 32 was hold | maintained at the internal peripheral surface of the housing 20 with the bearing 33, it is not limited to this. For example, it may be held via a lubricating oil layer or an air layer.

容器21と磁石34とは相互に離間して配設され、ロータコア31とともに磁石34が回転しても容器21に干渉しないようになっている。容器21の外表面のうち内周側の内周側表面と、磁石34の外表面のうち外周側の外周側表面との間には、隙間部23が形成されている。一方、容器21と磁石35とも相互に離間して配設され、磁石34に追従して磁石35及びヨーク部32が回転しても容器21に干渉しないようになっている。容器21の外表面のうち外周側の外周側表面と、磁石35の外表面のうち内周側の内周側表面との間には、隙間部24が形成されている。   The container 21 and the magnet 34 are disposed so as to be separated from each other so that even if the magnet 34 rotates together with the rotor core 31, it does not interfere with the container 21. A gap 23 is formed between the inner peripheral side surface on the inner peripheral side of the outer surface of the container 21 and the outer peripheral side surface on the outer peripheral side of the outer surface of the magnet 34. On the other hand, the container 21 and the magnet 35 are disposed so as to be separated from each other so that they do not interfere with the container 21 even if the magnet 35 and the yoke portion 32 rotate following the magnet 34. A gap 24 is formed between the outer peripheral surface on the outer peripheral side of the outer surface of the container 21 and the inner peripheral side surface on the inner peripheral side of the outer surface of the magnet 35.

MHP装置10は、MHP装置10によって得られた高温の温熱を輸送する高温系統16を備える。高温系統16は、MHP装置10によって得られた温熱を利用する熱機器でもある。MHP装置10は、MHP装置10によって得られた低温の冷熱を輸送する低温系統17を備える。低温系統17は、MHP装置10によって得られた冷熱を利用する熱機器でもある。   The MHP device 10 includes a high-temperature system 16 that transports the high-temperature heat obtained by the MHP device 10. The high temperature system 16 is also a thermal device that uses the heat obtained by the MHP device 10. The MHP apparatus 10 includes a low-temperature system 17 that transports low-temperature cold energy obtained by the MHP apparatus 10. The low-temperature system 17 is also a thermal device that uses the cold energy obtained by the MHP device 10.

高温系統16は、一次媒体が循環的に流される通路61を備える。高温系統16は、一次媒体と他の媒体との間の熱交換を提供する熱交換器63を備える。例えば、熱交換器63は、一次媒体と空気との熱交換を提供する。高温系統16は、MHP装置10の高温端11E1からの温熱出力を利用して、熱交換器63から放熱して外部媒体を加熱する。高温系統16は、MHP装置10の高温端11E1からの温熱出力を熱交換器63で外部媒体へ放出する。   The high temperature system 16 includes a passage 61 through which the primary medium is circulated. The high temperature system 16 includes a heat exchanger 63 that provides heat exchange between the primary medium and the other medium. For example, the heat exchanger 63 provides heat exchange between the primary medium and air. The high temperature system 16 uses the thermal output from the high temperature end 11E1 of the MHP device 10 to radiate heat from the heat exchanger 63 and heat the external medium. The high temperature system 16 releases the heat output from the high temperature end 11E1 of the MHP device 10 to the external medium by the heat exchanger 63.

低温系統17は、一次媒体が循環的に流される通路71を備える。低温系統17は、一次媒体と他の媒体との間の熱交換を提供する熱交換器73を備える。例えば、熱交換器73は、一次媒体と空気との熱交換を提供する。高温系統16は、MHP装置10の低温端11E2からの冷熱出力を利用して、熱交換器63で吸熱して外部媒体を冷却する。低温系統17は、MHP装置10の低温端11E2からの冷熱出力を熱交換器73で外部媒体に放出するとも言える。   The low temperature system 17 includes a passage 71 through which the primary medium is circulated. The low temperature system 17 includes a heat exchanger 73 that provides heat exchange between the primary medium and the other medium. For example, the heat exchanger 73 provides heat exchange between the primary medium and air. The high temperature system 16 uses the cold output from the low temperature end 11E2 of the MHP device 10 to absorb heat in the heat exchanger 63 and cool the external medium. It can be said that the low temperature system 17 discharges the cold heat output from the low temperature end 11E2 of the MHP device 10 to the external medium by the heat exchanger 73.

図3に示すように、容器21内の作業室11には、複数の素子ブロックを配列したブロック群からなるMCE素子12が配設される。図3では、容器21のうち、ひとつの作業室11に対応する部分が図示されている。図中には、ブロック群の素子ブロック12A、12Bと、スペーサ124が図示されている。ひとつの作業室11に配置される素子ブロックは、2つに限定されるものではない。ひとつの作業室11に配置される素子ブロックの数は、3つ以上であってもよい。   As shown in FIG. 3, the work chamber 11 in the container 21 is provided with an MCE element 12 including a block group in which a plurality of element blocks are arranged. In FIG. 3, a portion of the container 21 corresponding to one work chamber 11 is illustrated. In the figure, element blocks 12A and 12B of the block group and spacers 124 are shown. The number of element blocks arranged in one work chamber 11 is not limited to two. The number of element blocks arranged in one work chamber 11 may be three or more.

素子ブロック12A、12Bのそれぞれは、素子片である素子プレートを積層して構成されている。図3に示すように、複数の素子ブロックは、熱輸送媒体の往復移動方向であるXX方向に配列されている。各素子ブロックの素子プレートは熱輸送媒体の往復移動方向に直交するYY方向に積層されている。以下、熱輸送媒体の往復移動方向でもある素子ブロックの配列方向を、単にXX方向と呼ぶ場合がある。また、素子プレートの積層方向を、単にYY方向と呼ぶ場合がある。また、XX方向及びYY方向の両者に直交する直交方向を、ZZ方向と呼ぶ場合がある。ZZ方向は、磁場変調装置13による磁力線の通過方向でもある。ZZ方向は、磁場変調装置13による外部磁場の印加方向とも言える。外部磁場の印加方向をYY方向とすることもできる。   Each of the element blocks 12A and 12B is configured by stacking element plates that are element pieces. As shown in FIG. 3, the plurality of element blocks are arranged in the XX direction that is the reciprocating direction of the heat transport medium. The element plates of each element block are stacked in the YY direction orthogonal to the reciprocating direction of the heat transport medium. Hereinafter, the arrangement direction of the element blocks, which is also the reciprocating direction of the heat transport medium, may be simply referred to as the XX direction. In addition, the stacking direction of the element plates may be simply referred to as the YY direction. In addition, an orthogonal direction orthogonal to both the XX direction and the YY direction may be referred to as a ZZ direction. The ZZ direction is also the direction of passage of magnetic field lines by the magnetic field modulator 13. It can be said that the ZZ direction is an application direction of an external magnetic field by the magnetic field modulation device 13. The application direction of the external magnetic field can also be the YY direction.

素子ブロック12A、12Bのそれぞれは、素子プレート121、端部素子プレート122を有する。素子プレート121は、薄い直方体状に形成されている。素子プレート121は、ひとつの広い面に凹状に形成された一つの流路溝121aを有する。流路溝121aは、断面形状が矩形状の溝であり、XX方向に沿って延びている。流路溝121aは、同一の断面形状がXX方向に連続するように形成されている。流路溝121aは、XX方向における両端に開口している。   Each of the element blocks 12 </ b> A and 12 </ b> B includes an element plate 121 and an end element plate 122. The element plate 121 is formed in a thin rectangular parallelepiped shape. The element plate 121 has one channel groove 121a formed in a concave shape on one wide surface. The channel groove 121a is a groove having a rectangular cross section, and extends along the XX direction. The channel groove 121a is formed so that the same cross-sectional shape is continuous in the XX direction. The channel groove 121a is open at both ends in the XX direction.

流路溝121aは、直方体状の素子プレートの一部を除去加工して形成することができる。除去加工として、ワイヤーカット加工、切削加工、研削加工等を採用することができる。流路溝121aの形成は、除去加工に限定されず、例えば、素子プレート形成時に予め形成してもよい。   The channel groove 121a can be formed by removing a part of a rectangular parallelepiped element plate. As the removal process, a wire cutting process, a cutting process, a grinding process, or the like can be employed. The formation of the channel groove 121a is not limited to the removal process, and may be formed in advance when the element plate is formed, for example.

素子ブロック12A、12Bは、それぞれ素子プレート121が複数枚積層され、積層構造体の図示上方の端部に板状の端部素子プレート122が配置されている。素子ブロック12A、12Bは、積層されたプレートの間に複数の媒体流路120を区画形成する。各素子ブロックのXX方向の両端部には、複数の流路溝121aにより提供される複数の媒体流路120が開口している。複数の媒体流路120は、素子ブロック12A、12Bの内部に熱輸送媒体を流す流路である。媒体流路120は、熱輸送媒体がMCE素子12の内部を流れるように形成された内部流路と呼ぶことができる。媒体流路120は、本実施形態における内部流路に相当する。以下、媒体流路120を内部流路120と呼ぶ場合がある。   In each of the element blocks 12A and 12B, a plurality of element plates 121 are laminated, and a plate-like end element plate 122 is disposed at the upper end of the laminated structure in the drawing. The element blocks 12A and 12B partition and form a plurality of medium flow paths 120 between the stacked plates. A plurality of medium flow paths 120 provided by a plurality of flow path grooves 121a are opened at both ends in the XX direction of each element block. The plurality of medium flow paths 120 are flow paths that allow the heat transport medium to flow inside the element blocks 12A and 12B. The medium flow path 120 can be referred to as an internal flow path formed so that the heat transport medium flows inside the MCE element 12. The medium flow path 120 corresponds to the internal flow path in the present embodiment. Hereinafter, the medium flow path 120 may be referred to as the internal flow path 120.

スペーサ124は、XX方向において隣り合う2つの素子ブロック12A、12Bの間に配設されている。スペーサ124は、本例では枠状体であり、素子ブロック12A、12Bの端部に開口した複数の開口を包含する大きな貫通穴を有する。貫通穴は、素子ブロック12Aに設けられた複数の媒体流路120と、素子ブロック12Bに設けられた複数の媒体流路120との連通を可能とする。スペーサ124は、例えば、ゴム材、樹脂材、または比較的硬度が低い金属材により形成することができる。スペーサ124は、弾性材からなる弾性部材である。スペーサ124は、素子ブロック12A、12Bの間の緩衝部材としても機能する。スペーサ124は、断熱性を有することが好ましい。   The spacer 124 is disposed between two element blocks 12A and 12B adjacent in the XX direction. The spacer 124 is a frame-like body in this example, and has a large through hole including a plurality of openings opened at the ends of the element blocks 12A and 12B. The through holes allow communication between the plurality of medium flow paths 120 provided in the element block 12A and the plurality of medium flow paths 120 provided in the element block 12B. The spacer 124 can be formed of, for example, a rubber material, a resin material, or a metal material having a relatively low hardness. The spacer 124 is an elastic member made of an elastic material. The spacer 124 also functions as a buffer member between the element blocks 12A and 12B. The spacer 124 preferably has a heat insulating property.

図4に素子プレート121の単体を示す。前述したように、薄い直方体状に形成された素子プレート121には、内部流路120を提供するための断面矩形状の流路溝121aが形成されている。素子プレート121は、流路溝121aの底部側となる部分に、XX方向およびZZ方向に拡がる平板部1211を有している。そして、平板部1211の板厚T12は、流路溝121aの溝深さD12に対して、0.45倍〜1.55倍となるように設定されている。   FIG. 4 shows a single element plate 121. As described above, the element plate 121 formed in a thin rectangular parallelepiped shape has the channel groove 121a having a rectangular cross section for providing the internal channel 120. The element plate 121 has a flat plate portion 1211 that extends in the XX direction and the ZZ direction at a portion on the bottom side of the flow channel 121a. The plate thickness T12 of the flat plate portion 1211 is set to be 0.45 times to 1.55 times the groove depth D12 of the flow channel groove 121a.

図3に示すように、各素子ブロック12A、12Bにおいて、複数の素子プレート121および一枚の端部素子プレート122は、複数の内部流路120を区画する板状の区画壁部12Wに相当する。この区画壁部12Wは、熱輸送媒体の往復移動方向であるXX方向に延びて互いに平行に並設された複数の平板部1211を有している。そして、互いに隣り合う平板部1211の間に内部流路120が形成されている。平板部1211の並設方向における内部流路120の高さ寸法は、流路溝121aの溝深さD12に相当する。以下、内部流路120の高さ寸法を、高さ寸法D12と呼ぶ場合がある。   As shown in FIG. 3, in each of the element blocks 12 </ b> A and 12 </ b> B, the plurality of element plates 121 and one end element plate 122 correspond to a plate-shaped partition wall portion 12 </ b> W that partitions the plurality of internal flow paths 120. . The partition wall portion 12W includes a plurality of flat plate portions 1211 extending in the XX direction which is the reciprocating direction of the heat transport medium and arranged in parallel to each other. An internal flow path 120 is formed between the flat plate portions 1211 adjacent to each other. The height dimension of the internal channel 120 in the direction in which the flat plate portions 1211 are arranged corresponds to the groove depth D12 of the channel groove 121a. Hereinafter, the height dimension of the internal flow path 120 may be referred to as a height dimension D12.

本実施形態では、内部流路120の流路断面の等価半径が、磁気作業物質からなる素子から熱輸送媒体への熱浸透距離dに基づいて設定されている。   In the present embodiment, the equivalent radius of the cross section of the internal flow path 120 is set based on the heat penetration distance d from the element made of the magnetic working material to the heat transport medium.

熱浸透距離dは、下記の式(1)により求められる。   The heat penetration distance d is obtained by the following equation (1).

d=(α/(π・f))1/2・・・(1)
ここで、αは、熱輸送媒体の熱浸透係数であり、fは、磁場変調装置13の磁場変調周波数である。fは、熱輸送装置14による熱輸送媒体往復移動周波数であるとも言える。
d = (α / (π · f)) 1/2 (1)
Here, α is the heat penetration coefficient of the heat transport medium, and f is the magnetic field modulation frequency of the magnetic field modulation device 13. It can be said that f is the heat transport medium reciprocating frequency by the heat transport device 14.

また、式(1)で用いる熱浸透係数αは、下記の式(2)により求められる。   Moreover, the thermal osmosis coefficient (alpha) used by Formula (1) is calculated | required by following formula (2).

α=λ/(ρ・Cp)・・・(2)
ここで、λは、熱輸送媒体の熱伝導率、ρは、熱輸送媒体の密度、Cpは、熱輸送媒体の比熱である。
α = λ / (ρ · Cp) (2)
Here, λ is the thermal conductivity of the heat transport medium, ρ is the density of the heat transport medium, and Cp is the specific heat of the heat transport medium.

なお、ここで言う等価半径は、等価水力半径、水力等価半径、または単に水力半径と呼ばれることがある。また、等価半径は、相当半径と呼ばれることもある。したがって、等価直径は、等価水力直径、水力等価直径、または単に水力直径と呼ぶことができる。また、等価直径を、相当直径と呼ぶこともある。   In addition, the equivalent radius said here may be called an equivalent hydraulic radius, a hydraulic equivalent radius, or just a hydraulic radius. In addition, the equivalent radius is sometimes called an equivalent radius. Thus, the equivalent diameter can be referred to as the equivalent hydraulic diameter, the hydraulic equivalent diameter, or simply the hydraulic diameter. In addition, the equivalent diameter may be referred to as an equivalent diameter.

本実施形態では、内部流路120は、その流路断面の等価半径が、磁気熱量素子から熱輸送媒体への熱浸透距離d以下となるように設定されている。これにより、サイクル運転中において、MCE素子12が発する冷熱や温熱を、内部流路120の中央部を流れる熱輸送媒体にまで確実に伝えることができる。すなわち、内部流路120内の全域で熱交換を行なうことができる。   In the present embodiment, the internal channel 120 is set so that the equivalent radius of the channel cross section is equal to or less than the heat penetration distance d from the magnetocaloric element to the heat transport medium. Thereby, during the cycle operation, the cold and warm heat generated by the MCE element 12 can be reliably transmitted to the heat transport medium flowing through the central portion of the internal flow path 120. That is, heat exchange can be performed throughout the internal flow path 120.

また、平板部1211の板厚T12は、平板部1211の並設方向であるYY方向における内部流路120の高さ寸法D12の0.45倍〜1.55倍に設定されている。板厚T12は、高さ寸法D12の0.45倍〜1.55倍に設定することが好ましく、高さ寸法D12の0.5倍〜1.25倍に設定することがより好ましい。さらに、板厚T12は、高さ寸法D12の0.65倍〜1倍に設定することがより一層好ましい。   In addition, the plate thickness T12 of the flat plate portion 1211 is set to 0.45 to 1.55 times the height dimension D12 of the internal channel 120 in the YY direction, which is the parallel arrangement direction of the flat plate portions 1211. The plate thickness T12 is preferably set to 0.45 to 1.55 times the height dimension D12, and more preferably 0.5 to 1.25 times the height dimension D12. Furthermore, the plate thickness T12 is more preferably set to 0.65 times to 1 time the height dimension D12.

図5は、磁気熱量素子と熱輸送媒体との熱交換特性を示すグラフである。横軸は、体積比、すなわち、各素子ブロックの内部流路120内の熱輸送媒体体積に対する各素子ブロックを構成する磁気作業物質体積の比である。縦軸は、熱交換特性、すなわち、熱輸送媒体が磁気熱量素子から獲得して利用できる温熱や冷熱の熱量を示している。なお、図5においては、MCE素子構成材としてランタン−鉄−シリコン化合物を採用し、熱輸送媒体としてエチレングリコール50%水溶液を採用した場合の特性を示している。   FIG. 5 is a graph showing the heat exchange characteristics between the magnetocaloric element and the heat transport medium. The horizontal axis represents the volume ratio, that is, the ratio of the magnetic working material volume constituting each element block to the heat transport medium volume in the internal flow path 120 of each element block. The vertical axis indicates the heat exchange characteristics, that is, the amount of heat or heat that the heat transport medium can acquire and use from the magnetocaloric element. FIG. 5 shows characteristics when a lanthanum-iron-silicon compound is employed as the MCE element constituent material and a 50% aqueous solution of ethylene glycol is employed as the heat transport medium.

図5から明らかなように、体積比が0.45〜1.55の場合には、比較的高い熱交換特性を得ることができる。また、体積比が0.5〜1.25の場合には、高い熱交換特性を確実に得ることができる。さらに、体積比が0.65〜1の場合には、高い熱交換特性をより確実に得ることができる。したがって、平板部1211の板厚T12は、内部流路120の高さ寸法D12の0.45倍〜1.55倍に設定することが好ましく、0.5倍〜1.25倍に設定することがより好ましく、0.65倍〜1倍に設定することがより一層好ましい。   As is clear from FIG. 5, when the volume ratio is 0.45 to 1.55, relatively high heat exchange characteristics can be obtained. Moreover, when the volume ratio is 0.5 to 1.25, high heat exchange characteristics can be obtained with certainty. Furthermore, when the volume ratio is 0.65 to 1, high heat exchange characteristics can be obtained more reliably. Therefore, the plate thickness T12 of the flat plate portion 1211 is preferably set to 0.45 times to 1.55 times the height dimension D12 of the internal flow path 120, and is set to 0.5 times to 1.25 times. Is more preferable, and it is even more preferable to set it to 0.65 times to 1 time.

このように、平板部1211の板厚T12と内部流路120の高さ寸法D12との対応関係を所定範囲に設定することで、MCE素子12の熱容量である素子熱容量と媒体流路120を満たす熱輸送媒体の熱容量である媒体熱容量との比を近似させることができる。換言すれば、素子熱容量と媒体熱容量とを実質的に一致させることができる。したがって、作業室11に配置されるMCE素子12の容積を好適に設定し、素子熱容量と媒体熱容量との比に応じて決まるMCE素子と熱輸送媒体との熱交換特性を良好なものとすることができる。   In this way, by setting the correspondence relationship between the plate thickness T12 of the flat plate portion 1211 and the height dimension D12 of the internal flow path 120 within a predetermined range, the element heat capacity that is the heat capacity of the MCE element 12 and the medium flow path 120 are satisfied. The ratio with the heat capacity of the medium that is the heat capacity of the heat transport medium can be approximated. In other words, the element heat capacity and the medium heat capacity can be substantially matched. Therefore, the volume of the MCE element 12 arranged in the working chamber 11 is suitably set, and the heat exchange characteristics between the MCE element and the heat transport medium determined according to the ratio of the element heat capacity and the medium heat capacity are made good. Can do.

図1に戻り、車両用空調装置1は、車両に搭載され、車両の乗員室の温度を調節する。2つの熱交換器63、73は、車両用空調装置1の一部を提供する。熱交換器63は、熱交換器73より高温になる高温側熱交換器である。熱交換器73は、熱交換器63より低温になる低温側熱交換器である。車両用空調装置1は、高温側の熱交換器63、および/または低温側の熱交換器73を室内空調のために利用するための空調ダクトおよび送風機などの空気系機器を備える。   Returning to FIG. 1, the vehicle air conditioner 1 is mounted on a vehicle and adjusts the temperature of the passenger compartment of the vehicle. The two heat exchangers 63 and 73 provide a part of the vehicle air conditioner 1. The heat exchanger 63 is a high temperature side heat exchanger that has a higher temperature than the heat exchanger 73. The heat exchanger 73 is a low-temperature side heat exchanger that has a lower temperature than the heat exchanger 63. The vehicle air conditioner 1 includes air-system equipment such as an air-conditioning duct and a blower for using the high-temperature side heat exchanger 63 and / or the low-temperature side heat exchanger 73 for indoor air conditioning.

車両用空調装置1は、冷房装置又は暖房装置として利用される。車両用空調装置1は、室内に供給される空気を冷却する冷却器と、冷却器によって冷却された空気を再び加熱する加熱器とを備えることができる。MHP装置10は、車両用空調装置1における冷熱供給源、または温熱供給源として利用される。すなわち、熱交換器63は上記加熱器として用いることができる。また、熱交換器73は上記冷却器として用いることができる。   The vehicle air conditioner 1 is used as a cooling device or a heating device. The vehicle air conditioner 1 can include a cooler that cools the air supplied to the room and a heater that reheats the air cooled by the cooler. The MHP device 10 is used as a cold supply source or a hot supply source in the vehicle air conditioner 1. That is, the heat exchanger 63 can be used as the heater. The heat exchanger 73 can be used as the cooler.

MHP装置10が温熱供給源として利用されるとき、熱交換器63を通過した空気は車両の室内に供給され、暖房のために利用される。熱交換器73を通過した空気は車両の室外に排出される。このとき、熱交換器63は、室内熱交換器とも呼ばれる。熱交換器73は、室外熱交換器とも呼ばれる。   When the MHP device 10 is used as a warm heat supply source, the air that has passed through the heat exchanger 63 is supplied to the vehicle interior and used for heating. The air that has passed through the heat exchanger 73 is discharged outside the vehicle. At this time, the heat exchanger 63 is also called an indoor heat exchanger. The heat exchanger 73 is also called an outdoor heat exchanger.

MHP装置10が冷熱供給源として利用されるとき、熱交換器73を通過した空気は車両の室内に供給され、冷房のために利用される。熱交換器63を通過した空気は車両の室外に排出される。このとき、熱交換器63は、室外熱交換器とも呼ばれる。熱交換器73は、室内熱交換器とも呼ばれる。   When the MHP device 10 is used as a cold heat supply source, the air that has passed through the heat exchanger 73 is supplied to the interior of the vehicle and is used for cooling. The air that has passed through the heat exchanger 63 is discharged to the outside of the vehicle. At this time, the heat exchanger 63 is also called an outdoor heat exchanger. The heat exchanger 73 is also called an indoor heat exchanger.

また、MHP装置10は、除湿装置として利用されることもある。この場合、熱交換器73を通過した空気は、その後に、熱交換器63を通過し、室内に供給される。MHP装置10は、冬期においても、夏期においても、温熱供給源として利用される。   In addition, the MHP device 10 may be used as a dehumidifying device. In this case, the air that has passed through the heat exchanger 73 then passes through the heat exchanger 63 and is supplied indoors. The MHP device 10 is used as a heat supply source both in winter and in summer.

上述の構成のMHP装置10によれば、以下に述べる効果を得ることができる。   According to the MHP device 10 configured as described above, the following effects can be obtained.

MHP装置10は、磁気熱量素子12と、容器21と、磁場変調装置13と、熱輸送装置14と、を備える。磁気熱量素子12は、外部磁場の強弱により発熱と吸熱とを生じる。容器21には、磁気熱量素子12が配置される作業室11が形成されている。磁場変調装置13は、磁気熱量素子12に印加される外部磁場を変調する。熱輸送装置14は、作業室11内部に形成した媒体流路120において、磁気熱量素子12に高温端と低温端とを生成するように、磁気熱量素子12と熱交換する熱輸送媒体を往復移動させる。そして、磁気熱量素子12の素子熱容量と媒体流路120を満たす熱輸送媒体の媒体熱容量との比に基づいて、作業室11に配置される磁気熱量素子12の容積が設定されている。   The MHP device 10 includes a magnetocaloric element 12, a container 21, a magnetic field modulation device 13, and a heat transport device 14. The magnetocaloric element 12 generates heat and absorbs heat due to the strength of the external magnetic field. A working chamber 11 in which the magnetocaloric element 12 is disposed is formed in the container 21. The magnetic field modulation device 13 modulates an external magnetic field applied to the magnetocaloric element 12. The heat transport device 14 reciprocates a heat transport medium that exchanges heat with the magnetocaloric element 12 so as to generate a high temperature end and a low temperature end in the magnetocaloric element 12 in the medium flow path 120 formed in the work chamber 11. Let The volume of the magnetocaloric element 12 arranged in the work chamber 11 is set based on the ratio between the element heat capacity of the magnetocaloric element 12 and the medium heat capacity of the heat transport medium that fills the medium flow path 120.

これによると、磁気熱量素子12の素子熱容量と熱輸送媒体の媒体熱容量との比に応じて決まる磁気熱量素子12と熱輸送媒体との熱交換特性に基づいて、作業室11内に配置される磁気熱量素子12の容積を適正に設定することが可能である。したがって、磁気熱量素子12と熱輸送媒体との熱交換を確実に行なうことで、磁気熱量素子12が発生する温熱や冷熱を熱輸送媒体に良好に伝達することができる。このようにして、サイクル効率を向上することができる。   According to this, it arrange | positions in the working chamber 11 based on the heat exchange characteristic of the magnetocaloric element 12 and heat transport medium determined according to the ratio of the element heat capacity of the magnetocaloric element 12 and the medium heat capacity of the heat transport medium. The volume of the magnetocaloric element 12 can be set appropriately. Therefore, by reliably performing heat exchange between the magnetocaloric element 12 and the heat transport medium, the heat and cold generated by the magnetocaloric element 12 can be satisfactorily transmitted to the heat transport medium. In this way, cycle efficiency can be improved.

また、媒体流路120は、熱輸送媒体が磁気熱量素子12の内部を流れるように形成された内部流路を有している。そして、磁気熱量素子12は、内部流路120を区画する板状の区画壁部12Wを備えている。この区画壁部12Wは、熱輸送媒体の往復移動方向に延びて互いに平行に並設された複数の平板部1211を有し、互いに隣り合う平板部1211の間に内部流路120が形成されている。   The medium flow path 120 has an internal flow path formed so that the heat transport medium flows inside the magnetocaloric element 12. The magnetocaloric element 12 includes a plate-shaped partition wall portion 12 </ b> W that partitions the internal flow path 120. The partition wall portion 12W includes a plurality of flat plate portions 1211 that extend in the reciprocating direction of the heat transport medium and are arranged in parallel to each other, and an internal flow path 120 is formed between the adjacent flat plate portions 1211. Yes.

内部流路120の等価半径が、磁気熱量素子12から熱輸送媒体への熱浸透距離d以下となるように設定され、平板部1211の板厚T12が、平板部1211の並設方向における内部流路120の高さ寸法D12の0.45倍〜1.55倍に設定されている。   The equivalent radius of the internal flow path 120 is set to be equal to or less than the heat penetration distance d from the magnetocaloric element 12 to the heat transport medium, and the plate thickness T12 of the flat plate portion 1211 is the internal flow in the parallel arrangement direction of the flat plate portions 1211. It is set to 0.45 times to 1.55 times the height dimension D12 of the path 120.

これによると、磁気熱量素子12からの熱を内部流路120の熱輸送媒体に確実に伝達できるとともに、平板部1211の板厚T12の増大を抑制することができる。したがって、磁気熱量素子12が不必要に大型化することを抑制できる。   According to this, the heat from the magnetocaloric element 12 can be reliably transmitted to the heat transport medium of the internal flow path 120, and an increase in the plate thickness T12 of the flat plate portion 1211 can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress the magnetocaloric element 12 from becoming unnecessarily large.

図6は、本例のMCE素子12のヒートポンプサイクル1サイクル運転中の熱量変化を模式的に示す図である。MCE素子12を励磁状態とする励磁工程では、素子が磁気熱量効果により昇温する。次の熱交換工程では昇温に伴い発生した温熱の一部が熱交換により熱輸送媒体へ移動する。このときの温熱移動量は、素子熱容量と媒体熱容量との比により決まる。本例では、素子熱容量と媒体熱容量とを近似させているので、約半分の温熱を熱輸送媒体へ移動させ、素子に残留する未利用熱量を抑制することができる。   FIG. 6 is a diagram schematically showing a change in the amount of heat during one cycle operation of the heat pump cycle of the MCE element 12 of this example. In the excitation process in which the MCE element 12 is excited, the element is heated by the magnetocaloric effect. In the next heat exchange step, part of the heat generated as the temperature rises moves to the heat transport medium by heat exchange. The amount of heat transfer at this time is determined by the ratio between the element heat capacity and the medium heat capacity. In this example, since the element heat capacity and the medium heat capacity are approximated, about half of the heat is moved to the heat transport medium, and the amount of unused heat remaining in the element can be suppressed.

次のMCE素子12を消磁状態とする消磁工程では、素子が磁気熱量効果により降温する。次の熱交換工程では降温に伴い発生した冷熱の一部が熱交換により熱輸送媒体へ移動する。このときの冷熱移動量は、前の熱交換工程と同様に素子熱容量と媒体熱容量との比により決まる。本例では、素子熱容量と媒体熱容量とを近似させているので、約半分の冷熱を熱輸送媒体へ移動させ、素子に残留する未利用熱量を抑制することができる。   In the next degaussing step of demagnetizing the MCE element 12, the element is cooled by the magnetocaloric effect. In the next heat exchange step, a part of the cold generated as the temperature falls moves to the heat transport medium by heat exchange. The amount of heat transfer at this time is determined by the ratio between the element heat capacity and the medium heat capacity, as in the previous heat exchange step. In this example, since the element heat capacity and the medium heat capacity are approximated, about half of the cold heat can be moved to the heat transport medium, and the amount of unused heat remaining in the element can be suppressed.

図7は、比較例のMCE素子のヒートポンプサイクル1サイクル運転中の熱量変化を模式的に示す図である。比較例は、励磁工程や消磁工程における発熱量を優先して、本例よりもMCE素子の配置密度を向上させた例である。   FIG. 7 is a diagram schematically showing a change in the amount of heat during one cycle operation of the heat pump cycle of the MCE element of the comparative example. The comparative example is an example in which the arrangement density of the MCE elements is improved as compared with this example by giving priority to the heat generation amount in the excitation process and the demagnetization process.

比較例では、MCE素子を励磁状態とする励磁工程では、素子が磁気熱量効果により昇温する。このとき発生する熱量は、図6で例示した本例の場合よりも大きい。次の熱交換工程では昇温に伴い発生した温熱の一部が熱交換により熱輸送媒体へ移動する。このときの温熱移動量は、素子熱容量と媒体熱容量との比により決まる。比較例では、素子熱容量が媒体熱容量よりも極めて大きいので、一部の温熱を熱輸送媒体へ移動できるものの、素子に残留する未利用熱量が極めて大きくなってしまう。   In the comparative example, the temperature of the element rises due to the magnetocaloric effect in the excitation process in which the MCE element is excited. The amount of heat generated at this time is larger than that in this example illustrated in FIG. In the next heat exchange step, part of the heat generated as the temperature rises moves to the heat transport medium by heat exchange. The amount of heat transfer at this time is determined by the ratio between the element heat capacity and the medium heat capacity. In the comparative example, since the element heat capacity is much larger than the medium heat capacity, some of the heat can be transferred to the heat transport medium, but the amount of unused heat remaining in the element becomes extremely large.

次のMCE素子12を消磁状態とする消磁工程では、素子が磁気熱量効果により降温する。この消磁工程では、比較的大きな冷熱を発生するものの、残留している温熱も大きいために降温の効果が小さくなり易い。次の熱交換工程では降温に伴い発生した冷熱の一部が熱交換により熱輸送媒体へ移動する。このときの冷熱移動量は、前の熱交換工程と同様に素子熱容量と媒体熱容量との比により決まる。比較例では、素子熱容量が媒体熱容量よりも極めて大きいので、一部の冷熱を熱輸送媒体へ移動できるものの、素子に残留する未利用熱量が極めて大きくなってしまう。   In the next degaussing step of demagnetizing the MCE element 12, the element is cooled by the magnetocaloric effect. In this demagnetization process, although a relatively large amount of cold heat is generated, the remaining heat is also large, so that the temperature lowering effect tends to be small. In the next heat exchange step, a part of the cold generated as the temperature falls moves to the heat transport medium by heat exchange. The amount of heat transfer at this time is determined by the ratio between the element heat capacity and the medium heat capacity, as in the previous heat exchange step. In the comparative example, since the element heat capacity is much larger than the medium heat capacity, a part of the cold heat can be transferred to the heat transport medium, but the amount of unused heat remaining in the element becomes extremely large.

このように、発生熱量のみを考慮して作業室内の素子容積を増大させると、発生熱量を有効利用することが困難であり、サイクル効率が悪化してしまう。これに対し、本例のように、作業室内への素子配設容積を適正に設定すれば、サイクル効率を向上することが可能である。   As described above, when the element volume in the working chamber is increased in consideration of only the generated heat amount, it is difficult to effectively use the generated heat amount, and the cycle efficiency is deteriorated. On the other hand, cycle efficiency can be improved by appropriately setting the element arrangement volume in the working chamber as in this example.

本実施形態では、素子熱容量と媒体熱容量と比に応じて決まる熱交換特性に着目して、作業室に配設される素子容積を設定している。熱容量は、体積比熱と容積との積である。例えば、ランタン−鉄−シリコン化合物の体積比熱は、3650KJ/(m・K)であり、エチレングリコール50%水溶液の体積比熱は、3520KJ/(m・K)である。これらの体積比熱から、素子熱容量と媒体熱容量とが近似するように、作業室内への素子配設容積を適正に設定している。 In the present embodiment, the element volume disposed in the work chamber is set by paying attention to the heat exchange characteristics determined according to the ratio between the element heat capacity and the medium heat capacity. The heat capacity is the product of volume specific heat and volume. For example, the volume specific heat of a lanthanum-iron-silicon compound is 3650 KJ / (m 3 · K), and the volume specific heat of an ethylene glycol 50% aqueous solution is 3520 KJ / (m 3 · K). The element arrangement volume in the working chamber is appropriately set so that the element heat capacity and the medium heat capacity are approximated from these volume specific heats.

また、本実施形態のMHP装置10では、熱輸送媒体は、水または不凍成分が溶解した水溶液である。熱輸送媒体を水または不凍成分が溶解した水溶液とすると、熱輸送媒体の入手が容易であるとともに、比較的体積比熱が大きい熱輸送媒体を用いることで、磁気熱量素子の素子熱容量と熱輸送媒体の媒体熱容量とを近似させることが容易である。   In the MHP device 10 of the present embodiment, the heat transport medium is water or an aqueous solution in which antifreeze components are dissolved. If the heat transport medium is an aqueous solution in which water or an antifreeze component is dissolved, the heat transport medium can be easily obtained, and the heat capacity of the magnetocaloric element and the heat transport can be obtained by using a heat transport medium having a relatively large volumetric specific heat. It is easy to approximate the medium heat capacity of the medium.

なお、上述した説明では、内部流路120の等価半径を、磁気熱量素子12から熱輸送媒体への熱浸透距離d以下となるように設定していた。これに加えて、平板部1211の板厚T12を、平板部1211の並設方向における内部流路120の高さ寸法D12の所定倍率に設定することで、熱容量比を好適に調節し、サイクル効率を向上させていた。   In the above description, the equivalent radius of the internal channel 120 is set to be equal to or less than the heat penetration distance d from the magnetocaloric element 12 to the heat transport medium. In addition, by setting the plate thickness T12 of the flat plate portion 1211 to a predetermined magnification of the height dimension D12 of the internal flow path 120 in the parallel arrangement direction of the flat plate portion 1211, the heat capacity ratio is suitably adjusted, and the cycle efficiency Had improved.

上述したサイクル効率を向上させる構成は、内部流路を区画する区画壁部12Wの板厚を内部流路の等価直径以下としたものであるとも言える。すなわち、媒体流路は、熱輸送媒体が磁気熱量素子12の内部を流れるように形成された内部流路120を有している。そして、磁気熱量素子12は、内部流路120を区画する板状の区画壁部12Wを備えている。内部流路120の等価半径が、磁気熱量素子12から熱輸送媒体への熱浸透距離d以下となるように設定されている。さらに、区画壁部12Wの板厚が、内部流路120の等価直径以下に設定されている。   It can be said that the configuration for improving the cycle efficiency described above is such that the thickness of the partition wall portion 12W that partitions the internal flow path is equal to or less than the equivalent diameter of the internal flow path. That is, the medium flow path has an internal flow path 120 formed so that the heat transport medium flows inside the magnetocaloric element 12. The magnetocaloric element 12 includes a plate-shaped partition wall portion 12 </ b> W that partitions the internal flow path 120. The equivalent radius of the internal flow path 120 is set to be equal to or less than the heat penetration distance d from the magnetocaloric element 12 to the heat transport medium. Furthermore, the plate thickness of the partition wall 12W is set to be equal to or less than the equivalent diameter of the internal flow path 120.

これによると、磁気熱量素子12からの熱を内部流路120の熱輸送媒体に確実に伝達できるとともに、区画壁部12Wの板厚の増大を抑制することができる。区画壁部12Wの板厚を抑制して素子熱容量と媒体熱容量とが近似させ、サイクル効率を向上することができる。   According to this, the heat from the magnetocaloric element 12 can be reliably transmitted to the heat transport medium of the internal flow path 120, and an increase in the plate thickness of the partition wall portion 12W can be suppressed. It is possible to improve the cycle efficiency by suppressing the plate thickness of the partition wall 12W to approximate the element heat capacity and the medium heat capacity.

このような特徴的な構成は、例えば、図8に示すように、内部流路120を区画する格子形状の区画壁部12Wを有するMCE素子や、図9に示すように、内部流路120を区画するハニカム形状の区画壁部12Wを有するMCE素子にも適用可能である。これらによっても、前述のプレート積層構造のMCE素子と同様の効果を得ることができる。   Such a characteristic configuration includes, for example, an MCE element having a lattice-shaped partition wall portion 12W that partitions the internal flow path 120 as shown in FIG. 8, and an internal flow path 120 as shown in FIG. The present invention is also applicable to an MCE element having a partition wall portion 12W having a honeycomb shape for partitioning. Also by these, it is possible to obtain the same effect as the MCE element having the plate laminated structure described above.

(第2実施形態)
次に、第2実施形態について図10に基づいて説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described based on FIG.

第2実施形態は、前述の第1実施形態と比較して、MCE素子及び内部流路の構成が異なる。なお、第1実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。第1実施形態に係る図面と同一符号を付した構成部品、第2実施形態において説明しない他の構成は、第1実施形態と同様であり、また同様の作用効果を奏するものである。   The second embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the MCE element and the internal flow path. In addition, about the part similar to 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted. Components having the same reference numerals as those in the drawings according to the first embodiment and other configurations not described in the second embodiment are the same as those in the first embodiment and have the same effects.

図10は、本実施形態のMCE素子212を構成する素子ブロック群のうち一つの素子ブロック212Aを示す斜視図である。本実施形態では、他の素子ブロックにも素子ブロック212Aと同様の構成を採用している。   FIG. 10 is a perspective view showing one element block 212A in the element block group constituting the MCE element 212 of the present embodiment. In the present embodiment, the same configuration as that of the element block 212A is adopted for the other element blocks.

図10に示すように、素子ブロック212Aは、素子片である素子プレートを積層して構成されている。素子ブロック212Aは、素子プレート2121、端部素子プレート2122を有する。素子プレート2121は、薄い直方体状に形成されている。素子プレート2121は、媒体流路120を提供するために、ひとつの広い面に凹状に形成された一つの流路溝121aを有する。   As shown in FIG. 10, the element block 212 </ b> A is configured by stacking element plates that are element pieces. The element block 212 </ b> A includes an element plate 2121 and an end element plate 2122. The element plate 2121 is formed in a thin rectangular parallelepiped shape. In order to provide the medium flow path 120, the element plate 2121 has one flow path groove 121a formed in a concave shape on one wide surface.

素子ブロック212Aは、それぞれ素子プレート2121が複数枚積層され、積層構造体の図示上方の端部に板状の端部素子プレート2122が配置されている。素子ブロック212Aは、積層されたプレートの間に複数の媒体流路120を区画形成する。各素子ブロックのXX方向の両端部には、複数の流路溝121aにより提供される複数の媒体流路120が開口している。複数の媒体流路120は、素子ブロック212Aの内部に熱輸送媒体を流す流路である。媒体流路120は、熱輸送媒体がMCE素子212の内部を流れるように形成された内部流路と呼ぶことができる。媒体流路120は、本実施形態における内部流路に相当する。本実施形態においても、媒体流路120を内部流路120と呼ぶ場合がある。   In the element block 212A, a plurality of element plates 2121 are stacked, and a plate-shaped end element plate 2122 is disposed at the upper end of the stacked structure in the drawing. The element block 212A defines a plurality of medium flow paths 120 between the stacked plates. A plurality of medium flow paths 120 provided by a plurality of flow path grooves 121a are opened at both ends in the XX direction of each element block. The plurality of medium flow paths 120 are flow paths that allow the heat transport medium to flow inside the element block 212A. The medium flow path 120 can be referred to as an internal flow path formed so that the heat transport medium flows inside the MCE element 212. The medium flow path 120 corresponds to the internal flow path in the present embodiment. Also in this embodiment, the medium flow path 120 may be referred to as the internal flow path 120.

本実施形態では、内部流路120の流路断面の等価半径が、磁気作業物質を含む素子から熱輸送媒体への熱浸透距離dに基づいて設定されている。内部流路120は、流路断面の等価半径が、磁気熱量素子から熱輸送媒体への熱浸透距離d以下となるように設定されている。これにより、サイクル運転中において、MCE素子212が発する冷熱や温熱を、内部流路120の中央部を流れる熱輸送媒体にまで確実に伝えることができる。すなわち、内部流路120内の全域で熱交換を行なうことができる。   In this embodiment, the equivalent radius of the cross section of the internal flow path 120 is set based on the heat penetration distance d from the element including the magnetic working material to the heat transport medium. The internal flow path 120 is set so that the equivalent radius of the flow path cross section is not more than the heat penetration distance d from the magnetocaloric element to the heat transport medium. Thereby, during the cycle operation, the cold and warm heat generated by the MCE element 212 can be reliably transmitted to the heat transport medium flowing through the central portion of the internal flow path 120. That is, heat exchange can be performed throughout the internal flow path 120.

また、素子プレート2121、および端部素子プレート2122は、いずれも、磁気熱量効果材と磁気熱量効果材よりも体積比熱が小さい樹脂材とが混合された成形材により構成されている。磁気熱量効果材としては、ガドリニウム系材料、ランタン−鉄−シリコン化合物を用いることができる。また、マンガン、鉄、リンおよびゲルマニウムの混合物を用いることができる。樹脂材としては、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂のいずれか1つもしくは複数を用いることができる。   Each of the element plate 2121 and the end element plate 2122 is formed of a molding material in which a magnetocaloric effect material and a resin material having a volume specific heat smaller than that of the magnetocaloric effect material are mixed. As the magnetocaloric effect material, a gadolinium-based material or a lanthanum-iron-silicon compound can be used. Also, a mixture of manganese, iron, phosphorus and germanium can be used. As the resin material, one or more of epoxy resin, melamine resin, phenol resin, fluororesin, polyethylene resin, and polypropylene resin can be used.

磁気熱量効果材と磁気熱量効果材よりも体積比熱が小さい樹脂材とを混合した成形材でMCE素子を構成することで、MCE素子の体積比熱を、熱輸送媒体の体積比熱よりも小さくしている。磁気熱量効果材としてランタン−鉄−シリコン化合物を採用し、樹脂材としてエポキシ樹脂を採用した例について説明する。磁気熱効果材の体積比熱は3650KJ/(m・K)であり、樹脂材の体積比熱は例えば1440KJ/(m・K)である。これによると、MCE素子212を構成する成形材を、磁気熱量効果材を40体積%、樹脂材60体積%の混合材とした場合には、混合成形材の体積比熱は2324KJ/(m・K)となる。 By configuring the MCE element with a molding material that is a mixture of a magnetocaloric effect material and a resin material having a volume specific heat smaller than that of the magnetocaloric effect material, the volume specific heat of the MCE element is made smaller than the volume specific heat of the heat transport medium. Yes. An example in which a lanthanum-iron-silicon compound is employed as the magnetocaloric effect material and an epoxy resin is employed as the resin material will be described. The volume specific heat of the magnetothermal effect material is 3650 KJ / (m 3 · K), and the volume specific heat of the resin material is 1440 KJ / (m 3 · K), for example. According to this, when the molding material constituting the MCE element 212 is a mixed material of 40 volume% of magnetocaloric effect material and 60 volume% of resin material, the volume specific heat of the mixed molding material is 2324 KJ / (m 3. K).

なお、熱輸送媒体は、例えば体積比熱が3520KJ/(m・K)のエチレングリコール50%水溶液である。体積比熱が比較的小さい樹脂材を混合した成形材を用いることで、MCE素子の体積比熱を、熱輸送媒体の体積比熱よりも容易に小さくできる。 The heat transport medium is, for example, a 50% aqueous solution of ethylene glycol having a volume specific heat of 3520 KJ / (m 3 · K). By using a molding material in which a resin material having a relatively small volume specific heat is mixed, the volume specific heat of the MCE element can be easily made smaller than the volume specific heat of the heat transport medium.

そして、作業室11内においてMCE素子212が占める容積を60体積%、媒体流路120が占める容積、すなわち媒体流路120を満たす熱輸送媒体が占める容積を40体積%とした場合には、MCE素子/熱輸送媒体の熱容積比は、約0.99となる。すなわち、素子熱容量と媒体熱容量とを実質的に一致させる程度に近似させることができる。   When the volume occupied by the MCE element 212 in the working chamber 11 is 60% by volume and the volume occupied by the medium flow path 120, that is, the volume occupied by the heat transport medium filling the medium flow path 120 is 40% by volume, the MCE The heat volume ratio of the element / heat transport medium is about 0.99. That is, it is possible to approximate the element heat capacity and the medium heat capacity to substantially coincide with each other.

本実施形態のMHP装置によれば、第1実施形態と同様に、磁気熱量素子212の素子熱容量と媒体流路を満たす熱輸送媒体の媒体熱容量との比に基づいて、作業室に配置される磁気熱量素子の容積が設定されている。   According to the MHP apparatus of the present embodiment, as in the first embodiment, the MHP device is arranged in the work chamber based on the ratio between the element heat capacity of the magnetocaloric element 212 and the medium heat capacity of the heat transport medium that fills the medium flow path. The volume of the magnetocaloric element is set.

これによると、磁気熱量素子の素子熱容量と熱輸送媒体の媒体熱容量との比に応じて決まる磁気熱量素子と熱輸送媒体との熱交換特性に基づいて、作業室内に配置される磁気熱量素子の容積を適正に設定することが可能である。したがって、磁気熱量素子と熱輸送媒体との熱交換を確実に行なうことで、磁気熱量素子が発生する温熱や冷熱を熱輸送媒体に良好に伝達することができる。このようにして、サイクル効率を向上することができる。   According to this, based on the heat exchange characteristics between the magnetocaloric element and the heat transport medium determined according to the ratio between the element heat capacity of the magnetocaloric element and the medium heat capacity of the heat transport medium, the magnetocaloric element disposed in the work chamber It is possible to set the volume appropriately. Therefore, by reliably performing heat exchange between the magnetocaloric element and the heat transport medium, the heat and cold generated by the magnetocaloric element can be satisfactorily transmitted to the heat transport medium. In this way, cycle efficiency can be improved.

また、媒体流路120は、熱輸送媒体が磁気熱量素子212の内部を流れるように形成された内部流路を有している。そして、内部流路の等価半径が、磁気熱量素子212から熱輸送媒体への熱浸透距離d以下となるように設定されている。さらに、磁気熱量素子212の体積比熱を、熱輸送媒体の体積比熱よりも小さく設定している。   The medium flow path 120 has an internal flow path formed so that the heat transport medium flows inside the magnetocaloric element 212. The equivalent radius of the internal flow path is set to be equal to or less than the heat penetration distance d from the magnetocaloric element 212 to the heat transport medium. Further, the volume specific heat of the magnetocaloric element 212 is set smaller than the volume specific heat of the heat transport medium.

これによると、磁気熱量素子212からの熱を内部流路120の熱輸送媒体に確実に伝達できるとともに、磁気熱量素子212の素子熱容量と熱輸送媒体の媒体熱容量とを近似させ易い。したがって、磁気熱量素子212と熱輸送媒体との間の温熱や冷熱の熱交換を確実に行なうことができ、磁気熱量素子212が発生する温熱や冷熱を熱輸送媒体に良好に伝達することができる。   According to this, the heat from the magnetocaloric element 212 can be reliably transmitted to the heat transport medium of the internal flow path 120, and the element heat capacity of the magnetocaloric element 212 and the medium heat capacity of the heat transport medium can be easily approximated. Therefore, heat exchange between the heat and cold between the magnetocaloric element 212 and the heat transport medium can be reliably performed, and the heat and cold generated by the magnetocaloric element 212 can be transmitted to the heat transport medium satisfactorily. .

また、磁気熱量素子212は、磁気熱量効果材と磁気熱量効果材よりも体積比熱が小さい樹脂材とが混合された成形材からなる。これによると、磁気熱量効果材に樹脂材を混合した成形材を用いることで、磁気熱量素子212の体積比熱を熱輸送媒体の体積比熱よりも小さく設定することが容易である。   The magnetocaloric element 212 is made of a molding material in which a magnetocaloric effect material and a resin material having a volume specific heat smaller than that of the magnetocaloric effect material are mixed. According to this, it is easy to set the volume specific heat of the magnetocaloric element 212 smaller than the volume specific heat of the heat transport medium by using a molding material in which a resin material is mixed with the magnetocaloric effect material.

また、本実施形態のMHP装置においても、熱輸送媒体は水または不凍成分が溶解した水溶液である。熱輸送媒体を水または不凍成分が溶解した水溶液とすると、熱輸送媒体の入手が容易であるとともに、比較的体積比熱が大きい熱輸送媒体を用いることで、磁気熱量素子の素子熱容量と熱輸送媒体の媒体熱容量とを近似させることが容易である。   Also in the MHP apparatus of this embodiment, the heat transport medium is an aqueous solution in which water or an antifreeze component is dissolved. If the heat transport medium is an aqueous solution in which water or an antifreeze component is dissolved, the heat transport medium can be easily obtained, and the heat capacity of the magnetocaloric element and the heat transport can be obtained by using a heat transport medium having a relatively large volumetric specific heat. It is easy to approximate the medium heat capacity of the medium.

(第3実施形態)
次に、第3実施形態について図11に基づいて説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described based on FIG.

第3実施形態は、前述の第2実施形態と比較して、MCE素子及び内部流路の構成が異なる。なお、第1、第2実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。第1、第2実施形態に係る図面と同一符号を付した構成部品、第3実施形態において説明しない他の構成は、第1、第2実施形態と同様であり、また同様の作用効果を奏するものである。   The third embodiment differs from the second embodiment described above in the configuration of the MCE element and the internal flow path. In addition, about the part similar to 1st, 2nd embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted. The components denoted by the same reference numerals as those in the drawings according to the first and second embodiments, and other configurations not described in the third embodiment are the same as those in the first and second embodiments, and have the same effects. Is.

図11は、本実施形態のMCE素子312が作業室11に収容された容器21を示す斜視図である。図11に示すように、容器21の作業室11には、粒子群からなるMCE素子312が充填されている。MCE素子312を構成する粒子群の間には媒体流路120が形成されている。本実施形態の媒体流路120は、複数の粒子間に熱輸送媒体を流通し、熱輸送媒体が分流や合流を繰り返す内部流路を提供する。媒体流路120は、熱輸送媒体がMCE素子312の内部を流れるように形成された内部流路と呼ぶことができる。媒体流路120は、本実施形態における内部流路に相当する。本実施形態においても、媒体流路120を内部流路120と呼ぶ場合がある。   FIG. 11 is a perspective view showing the container 21 in which the MCE element 312 of the present embodiment is accommodated in the work chamber 11. As shown in FIG. 11, the working chamber 11 of the container 21 is filled with an MCE element 312 made of a particle group. A medium flow path 120 is formed between the particle groups constituting the MCE element 312. The medium flow path 120 of the present embodiment provides an internal flow path that circulates a heat transport medium between a plurality of particles, and the heat transport medium repeats diversion and merging. The medium flow path 120 can be referred to as an internal flow path formed so that the heat transport medium flows inside the MCE element 312. The medium flow path 120 corresponds to the internal flow path in the present embodiment. Also in this embodiment, the medium flow path 120 may be referred to as the internal flow path 120.

本実施形態では、内部流路120は、網目状の各部において流路断面の等価半径が、磁気作業物質を含む素子から熱輸送媒体への熱浸透距離dに基づいて設定されている。内部流路120は、流路断面の等価半径が、磁気熱量素子から熱輸送媒体への熱浸透距離d以下となるように設定されている。これにより、サイクル運転中において、MCE素子312が発する冷熱や温熱を、内部流路120の中央部を流れる熱輸送媒体にまで確実に伝えることができる。すなわち、内部流路120内の全域で熱交換を行なうことができる。   In the present embodiment, the internal flow path 120 has an equivalent radius of the cross section of the flow path at each mesh portion based on the heat penetration distance d from the element containing the magnetic working material to the heat transport medium. The internal flow path 120 is set so that the equivalent radius of the flow path cross section is not more than the heat penetration distance d from the magnetocaloric element to the heat transport medium. Thereby, during the cycle operation, the cold and warm heat generated by the MCE element 312 can be reliably transmitted to the heat transport medium flowing through the central portion of the internal flow path 120. That is, heat exchange can be performed throughout the internal flow path 120.

MCE素子312は、磁気熱量効果材からなる粒子3121と磁気熱量効果材よりも体積比熱が小さい樹脂材からなる粒子3122とを混在させて構成されている。粒子3121には、ガドリニウム系材料の粒子、ランタン−鉄−シリコン化合物の粒子を用いることができる。また、マンガン、鉄、リンおよびゲルマニウムの混合物の粒子を用いることができる。粒子3122には、エポキシ樹脂の粒子を用いることができる。粒子3121の粒径と粒子3122の粒径とは、ほぼ同一とすることができる。   The MCE element 312 is configured by mixing particles 3121 made of a magnetocaloric effect material and particles 3122 made of a resin material having a volume specific heat smaller than that of the magnetocaloric effect material. As the particles 3121, particles of a gadolinium-based material and particles of a lanthanum-iron-silicon compound can be used. Alternatively, particles of a mixture of manganese, iron, phosphorus, and germanium can be used. As the particles 3122, particles of an epoxy resin can be used. The particle size of the particles 3121 and the particle size of the particles 3122 can be substantially the same.

磁気熱量効果材からなる粒子3121と磁気熱量効果材よりも体積比熱が小さい樹脂材からなる粒子3122とを混在させることで、MCE素子312の体積比熱を、熱輸送媒体の体積比熱よりも小さくしている。粒子3121としてランタン−鉄−シリコン化合物の粒子を採用し、粒子3122としてエポキシ樹脂の粒子を採用した例について説明する。粒子3121を40体積%、粒子3122を60体積%で混在させた場合には、混在粒子群からなるMCE素子312の平均体積比熱は、第2実施形態のMCE素子212と同様に、2324KJ/(m・K)となる。 By mixing the particles 3121 made of the magnetocaloric effect material and the particles 3122 made of the resin material having a smaller volume specific heat than the magnetocaloric effect material, the volume specific heat of the MCE element 312 is made smaller than the volume specific heat of the heat transport medium. ing. An example in which lanthanum-iron-silicon compound particles are used as the particles 3121 and epoxy resin particles are used as the particles 3122 will be described. When the particles 3121 are mixed at 40 volume% and the particles 3122 are mixed at 60 volume%, the average volume specific heat of the MCE element 312 composed of the mixed particle group is 2324 KJ / ( m 3 · K) to become.

なお、熱輸送媒体は、例えば体積比熱が3520KJ/(m・K)のエチレングリコール50%水溶液である。粒子3121に体積比熱が比較的小さい樹脂材の粒子3122をほぼ均一に混在させた粒子群を用いることで、MCE素子312の体積比熱を、熱輸送媒体の体積比熱よりも容易に小さくできる。 The heat transport medium is, for example, a 50% aqueous solution of ethylene glycol having a volume specific heat of 3520 KJ / (m 3 · K). By using a particle group in which particles 3122 of resin material having a relatively small volume specific heat are mixed in particles 3121 almost uniformly, the volume specific heat of the MCE element 312 can be easily made smaller than the volume specific heat of the heat transport medium.

そして、作業室11内においてMCE素子312が占める容積が60体積%、媒体流路120が占める容積、すなわち媒体流路120を満たす熱輸送媒体が占める容積が40体積%である場合には、MCE素子/熱輸送媒体の熱容積比は、約0.99となる。すなわち、素子熱容量と媒体熱容量とをほぼ一致する程度に近似させることができる。   When the volume occupied by the MCE element 312 in the working chamber 11 is 60% by volume and the volume occupied by the medium flow path 120, that is, the volume occupied by the heat transport medium satisfying the medium flow path 120 is 40% by volume, the MCE. The heat volume ratio of the element / heat transport medium is about 0.99. That is, the element heat capacity and the medium heat capacity can be approximated to approximately the same degree.

本実施形態のMHP装置によれば、第1、第2実施形態と同様に、磁気熱量素子312の素子熱容量と媒体流路を満たす熱輸送媒体の媒体熱容量との比に基づいて、作業室に配置される磁気熱量素子の容積が設定されている。   According to the MHP apparatus of this embodiment, in the same manner as in the first and second embodiments, based on the ratio between the element heat capacity of the magnetocaloric element 312 and the medium heat capacity of the heat transport medium that fills the medium flow path, The volume of the magnetocaloric element to be arranged is set.

これによると、磁気熱量素子の素子熱容量と熱輸送媒体の媒体熱容量との比に応じて決まる磁気熱量素子と熱輸送媒体との熱交換特性に基づいて、作業室内に配置される磁気熱量素子の容積を適正に設定することが可能である。したがって、磁気熱量素子と熱輸送媒体との熱交換を確実に行なうことで、磁気熱量素子が発生する温熱や冷熱を熱輸送媒体に良好に伝達することができる。このようにして、サイクル効率を向上することができる。   According to this, based on the heat exchange characteristics between the magnetocaloric element and the heat transport medium determined according to the ratio between the element heat capacity of the magnetocaloric element and the medium heat capacity of the heat transport medium, the magnetocaloric element disposed in the work chamber It is possible to set the volume appropriately. Therefore, by reliably performing heat exchange between the magnetocaloric element and the heat transport medium, the heat and cold generated by the magnetocaloric element can be satisfactorily transmitted to the heat transport medium. In this way, cycle efficiency can be improved.

また、媒体流路120は、熱輸送媒体が磁気熱量素子312の内部を流れるように形成された内部流路を有している。そして、内部流路の等価半径が、磁気熱量素子312から熱輸送媒体への熱浸透距離d以下となるように設定されている。さらに、磁気熱量素子312の体積比熱を、熱輸送媒体の体積比熱よりも小さく設定している。   The medium flow path 120 has an internal flow path formed so that the heat transport medium flows inside the magnetocaloric element 312. The equivalent radius of the internal flow path is set to be equal to or less than the heat penetration distance d from the magnetocaloric element 312 to the heat transport medium. Furthermore, the volume specific heat of the magnetocaloric element 312 is set smaller than the volume specific heat of the heat transport medium.

これによると、磁気熱量素子312からの熱を内部流路120の熱輸送媒体に確実に伝達できるとともに、磁気熱量素子312の素子熱容量と熱輸送媒体の媒体熱容量とを近似させ易い。したがって、磁気熱量素子312と熱輸送媒体との間の温熱や冷熱の熱交換を確実に行なうことができ、磁気熱量素子312が発生する温熱や冷熱を熱輸送媒体に良好に伝達することができる。   According to this, heat from the magnetocaloric element 312 can be reliably transmitted to the heat transport medium of the internal flow path 120, and the element heat capacity of the magnetocaloric element 312 and the medium heat capacity of the heat transport medium can be easily approximated. Therefore, heat exchange between the heat and cold between the magnetocaloric element 312 and the heat transport medium can be performed reliably, and the heat and cold generated by the magnetocaloric element 312 can be transmitted to the heat transport medium satisfactorily. .

また、磁気熱量素子312は、磁気熱量効果材からなる粒子3121と磁気熱量効果材よりも体積比熱が小さい樹脂材からなる粒子3122とを混在させて作業室11に充填してなる。これによると、磁気熱量効果材粒子と樹脂粒子とを混在させることで、磁気熱量素子312の体積比熱を熱輸送媒体の体積比熱よりも小さく設定することが容易である。   The magnetocaloric element 312 is formed by filling the work chamber 11 with a mixture of particles 3121 made of a magnetocaloric effect material and particles 3122 made of a resin material having a volume specific heat smaller than that of the magnetocaloric effect material. According to this, it is easy to set the volume specific heat of the magnetocaloric element 312 smaller than the volume specific heat of the heat transport medium by mixing the magnetocaloric effect material particles and the resin particles.

また、粒子3121の粒径と粒子3122の粒径とをほぼ同一としている。これによると、粒子3121と粒子3122との混合が容易であり、粒子の偏在を抑制し易い。なお、粒子3121の粒径と粒子3122の粒径とを異ならせてもよい。これによれば、内部流路120の等価半径を調節することが容易である。   Further, the particle size of the particle 3121 and the particle size of the particle 3122 are substantially the same. According to this, mixing of the particles 3121 and the particles 3122 is easy, and uneven distribution of the particles is easily suppressed. Note that the particle diameter of the particle 3121 may be different from the particle diameter of the particle 3122. According to this, it is easy to adjust the equivalent radius of the internal flow path 120.

また、本実施形態のMHP装置においても、熱輸送媒体は水または不凍成分が溶解した水溶液である。熱輸送媒体を水または不凍成分が溶解した水溶液とすると、熱輸送媒体の入手が容易であるとともに、比較的体積比熱が大きい熱輸送媒体を用いることで、磁気熱量素子の素子熱容量と熱輸送媒体の媒体熱容量とを近似させることが容易である。   Also in the MHP apparatus of this embodiment, the heat transport medium is an aqueous solution in which water or an antifreeze component is dissolved. If the heat transport medium is an aqueous solution in which water or an antifreeze component is dissolved, the heat transport medium can be easily obtained, and the heat capacity of the magnetocaloric element and the heat transport can be obtained by using a heat transport medium having a relatively large volumetric specific heat. It is easy to approximate the medium heat capacity of the medium.

(他の実施形態)
この明細書に開示される技術は、その開示技術を実施するための実施形態に何ら制限されることなく、種々変形して実施することが可能である。開示される技術は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、種々の組み合わせによって実施可能である。実施形態は追加的な部分をもつことができる。実施形態の部分は、省略される場合がある。実施形態の部分は、他の実施形態の部分と置き換え、または組み合わせることも可能である。実施形態の構造、作用、効果は、あくまで例示である。開示技術の技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示技術のいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。
(Other embodiments)
The technology disclosed in this specification is not limited to the embodiment for carrying out the disclosed technology, and can be implemented with various modifications. The disclosed technology is not limited to the combinations shown in the embodiments, and can be implemented in various combinations. Embodiments can have additional parts. The portion of the embodiment may be omitted. The parts of the embodiments can be replaced or combined with the parts of the other embodiments. The structure, operation, and effect of the embodiment are merely examples. The technical scope of the disclosed technology is not limited to the description of the embodiments. Some technical scope of the disclosed technology is indicated by the description of the claims, and should be understood to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the description of the claims. .

上記各実施形態では、作業室11内を流れる熱輸送媒体の媒体流路120は、MCE素子内部の内部流路であったが、これに限定されるものではない。媒体流路は、例えば、MCE素子の外表面に沿って熱輸送媒体を流通する媒体流路であってもよい。また、例えば、内部流路に加えて、MCE素子の外表面に沿って熱輸送媒体を流通する媒体流路を備えるものであってもよい。   In each of the above embodiments, the medium flow path 120 of the heat transport medium flowing in the work chamber 11 is an internal flow path inside the MCE element, but is not limited to this. The medium flow path may be a medium flow path that circulates the heat transport medium along the outer surface of the MCE element, for example. For example, in addition to the internal flow path, a medium flow path that circulates the heat transport medium along the outer surface of the MCE element may be provided.

また、上記第1、第2実施形態では、各素子ブロックにXX方向に延びる複数の媒体流路が形成されていたが、これに限定されるものではない。媒体流路の数は、上記実施形態で例示したものに限定されない。媒体流路の数は、図で例示した数よりも少なくてもかまわない。また、図で例示した数よりも多い微細な媒体流路を設けてもかまわない。さらに、媒体流路は、上記各実施形態のようにXX方向に直線的に延びるものに限定されない。例えば、作業室内においてXX方向に熱輸送媒体の往復流が形成できるのであれば、若干屈曲する媒体流路であってもかまわない。   In the first and second embodiments, the plurality of medium flow paths extending in the XX direction are formed in each element block. However, the present invention is not limited to this. The number of medium flow paths is not limited to that exemplified in the above embodiment. The number of medium flow paths may be smaller than the number illustrated in the figure. Further, a larger number of medium flow paths than the number illustrated in the figure may be provided. Further, the medium flow path is not limited to one that linearly extends in the XX direction as in the above embodiments. For example, the medium flow path may be slightly bent as long as a reciprocating flow of the heat transport medium can be formed in the XX direction in the working chamber.

また、上記各実施形態では、磁気ヒートポンプ装置の磁場変調装置が、容器の一側に配置された第1磁石及びヨークと、容器の他側で第1磁石に対して異なる極が対向するように配置された第2磁石及びヨークと、を備えている。そして、第1磁石及びヨークに連結された駆動装置と、第2磁石及びヨークを第1磁石及びヨークに追従して回転するように保持する保持機構とを備えるものであった。しかしながら、これに限定されるものではない。   In each of the above embodiments, the magnetic field modulation device of the magnetic heat pump device is configured such that the first magnet and the yoke disposed on one side of the container and the different poles face the first magnet on the other side of the container. And a second magnet and a yoke arranged. The driving device is connected to the first magnet and the yoke, and the holding mechanism is configured to hold the second magnet and the yoke so as to rotate following the first magnet and the yoke. However, the present invention is not limited to this.

例えば、第2磁石が取り付けられたヨークを、外部から駆動する外部駆動機構を設けて、第2磁石及びヨークを第1磁石及びヨークに追従して回転させるものであってもよい。この外部駆動機構の駆動源は、第1磁石が取り付けられたヨークを回転させる駆動装置であってもよいし、第1磁石が取り付けられたヨークを回転させる駆動装置とは別の駆動装置であってもよい。   For example, an external drive mechanism that drives the yoke to which the second magnet is attached from the outside may be provided, and the second magnet and the yoke may be rotated following the first magnet and the yoke. The drive source of the external drive mechanism may be a drive device that rotates the yoke to which the first magnet is attached, or a drive device that is different from the drive device that rotates the yoke to which the first magnet is attached. May be.

また、上記各実施形態では、磁気回路部は、容器を間にして相互に対向する第1磁石である磁石34と第2磁石である磁石35とを有していたが、これに限定されるものではない。例えば、第1磁石および第2磁石のいずれかのみを備える磁気回路部としてもかまわない。   Moreover, in each said embodiment, although the magnetic circuit part had the magnet 34 which is a 1st magnet and the magnet 35 which were the 2nd magnet which mutually oppose with the container in between, it is limited to this. It is not a thing. For example, the magnetic circuit unit may include only one of the first magnet and the second magnet.

また、上記各実施形態では、素子ベッドである容器21を静止させておき、磁石34、35側を回転する構成を採用した。これに代えて、素子ベッドである容器21と磁場変調装置13との間の相対的な回転を提供するための多様な構成を採用することができる。例えば、作業室11とMCE素子12とを有する素子ベッドである容器を、永久磁石を含む磁場変調装置に対して相対的に回転移動させてもよい。これにより、ひとつのMCE素子12に与えられる磁場を変動させることができる。換言すれば、磁場変調装置は、磁石を有する相対的移動体に対して容器を容器外表面に沿った方向に移動させるものであってもよい。すなわち、容器と相対的移動体とを容器外表面に沿った方向に相対的に移動させて、磁気作業物質へ印加する磁場の大きさを変更するものであればよい。   Moreover, in each said embodiment, the container 21 which is an element bed was made stationary, and the structure which rotates the magnets 34 and 35 side was employ | adopted. Instead, various configurations for providing relative rotation between the container 21 as the element bed and the magnetic field modulation device 13 can be employed. For example, a container which is an element bed having the working chamber 11 and the MCE element 12 may be rotated and moved relative to a magnetic field modulation device including a permanent magnet. Thereby, the magnetic field given to one MCE element 12 can be changed. In other words, the magnetic field modulation device may move the container in a direction along the outer surface of the container with respect to the relative moving body having the magnet. That is, it is only necessary to change the magnitude of the magnetic field applied to the magnetic working substance by relatively moving the container and the relative moving body in the direction along the outer surface of the container.

また、上記各実施形態では、熱輸送媒体の移動装置としてのポンプを高温端及び低温端を有する容器の両側に設けていたが、これに限定されるものではない。例えば、ポンプの両側に、高温端を有する容器と低温端を有する容器とをそれぞれ配置したものであってもよい。また、ポンプの形態も前述したタイプに限定されるものではない。   Moreover, in each said embodiment, although the pump as a moving apparatus of a heat transport medium was provided in the both sides of the container which has a high temperature end and a low temperature end, it is not limited to this. For example, a container having a high temperature end and a container having a low temperature end may be disposed on both sides of the pump. Further, the form of the pump is not limited to the type described above.

また、上記各実施形態では、磁場変調装置は、磁力源として永久磁石を有する磁気回路部を備え、磁気回路部と容器とを相対的に移動させて磁気作業物質に印加する外部磁場を変調していた。そして、磁力源は永久磁石に限定されず、電磁石でもよいことを説明した。磁力源として電磁石を採用する場合には、磁場変調装置は、磁気回路部と容器との相対的移動を行なわなくてもかまわない。電磁石を採用する場合には、磁気回路部と容器との相対的移動がなくても磁場変調が可能である。   In each of the above embodiments, the magnetic field modulation device includes a magnetic circuit unit having a permanent magnet as a magnetic force source, and modulates an external magnetic field applied to the magnetic work substance by relatively moving the magnetic circuit unit and the container. It was. Then, it has been explained that the magnetic source is not limited to a permanent magnet but may be an electromagnet. When an electromagnet is employed as the magnetic force source, the magnetic field modulator does not have to perform relative movement between the magnetic circuit unit and the container. When an electromagnet is employed, magnetic field modulation is possible without relative movement between the magnetic circuit unit and the container.

また、上記各実施形態では、MHP装置の外部の熱交換器63、73に熱輸送媒体を供給した。これに代えて、一次媒体である熱輸送媒体と、二次媒体とを熱交換する熱交換器をMHP装置内に設け、二次媒体を低温系統と高温系統とに供給してもよい。   In each of the above embodiments, the heat transport medium is supplied to the heat exchangers 63 and 73 outside the MHP device. Alternatively, a heat exchanger that exchanges heat between the heat transport medium that is the primary medium and the secondary medium may be provided in the MHP device, and the secondary medium may be supplied to the low-temperature system and the high-temperature system.

また、上記各実施形態では、車両用空調装置に開示技術を適用した。これに代えて、車両以外の船舶や航空機等の移動体用の空調装置に開示技術を適用してもよい。また、住宅用等の定置式の空調装置に開示技術を適用してもよい。また、水を加熱する給湯装置や水を冷却する冷水機として利用してもよい。また、上記実施形態では、室外の空気を主要な熱源とするMHP装置を説明した。これに代えて、水、土などの他の熱源を主要熱源として利用してもよい。   In the above embodiments, the disclosed technology is applied to the vehicle air conditioner. Instead, the disclosed technology may be applied to an air conditioner for a moving body such as a ship or an aircraft other than the vehicle. Further, the disclosed technology may be applied to a stationary air conditioner for home use or the like. Moreover, you may utilize as a hot-water supply apparatus which heats water, and a cold water machine which cools water. In the above-described embodiment, the MHP apparatus using outdoor air as a main heat source has been described. Instead, other heat sources such as water and soil may be used as the main heat source.

10 磁気熱量効果型ヒートポンプ装置(MHP装置、磁気ヒートポンプ装置)
11 作業室
12、212、312 磁気熱量素子(MCE素子、磁気作業物質)
13 磁場変調装置
14 熱輸送装置
21 容器
10 Magneto-caloric effect type heat pump device (MHP device, magnetic heat pump device)
11 Working room 12, 212, 312 Magneto-caloric element (MCE element, magnetic working substance)
13 Magnetic Field Modulator 14 Heat Transport Device 21 Container

Claims (7)

外部磁場の強弱により発熱と吸熱とを生じる磁気熱量素子(12、212、312)と、
前記磁気熱量素子が配置される作業室(11)が形成された容器(21)と、
前記磁気熱量素子に印加される前記外部磁場を変調する磁場変調装置(13)と、
前記作業室の内部に形成した媒体流路(120)において、前記磁気熱量素子に高温端と低温端とを生成するように、前記磁気熱量素子と熱交換する熱輸送媒体を往復移動させる熱輸送装置(14)と、を備え、
前記磁気熱量素子の素子熱容量と前記媒体流路を満たす前記熱輸送媒体の媒体熱容量との比に基づいて、前記作業室に配置される前記磁気熱量素子の容積が設定された磁気ヒートポンプ装置。
Magnetocaloric elements (12, 212, 312) that generate heat and endotherm due to the strength of the external magnetic field;
A container (21) in which a working chamber (11) in which the magnetocaloric element is disposed is formed;
A magnetic field modulation device (13) for modulating the external magnetic field applied to the magnetocaloric element;
Heat transport that reciprocates a heat transport medium that exchanges heat with the magnetocaloric element so as to generate a high temperature end and a low temperature end in the magnetocaloric element in a medium flow path (120) formed inside the working chamber. An apparatus (14),
A magnetic heat pump device in which a volume of the magnetocaloric element disposed in the working chamber is set based on a ratio between an element heat capacity of the magnetocaloric element and a medium heat capacity of the heat transport medium filling the medium flow path.
前記媒体流路は、前記熱輸送媒体が前記磁気熱量素子の内部を流れるように形成された内部流路を有しており、
前記磁気熱量素子(12)は、前記内部流路を区画する板状の区画壁部(12W)を備えており、
前記内部流路の等価半径が、前記磁気熱量素子から前記熱輸送媒体への熱浸透距離以下となるように設定され、
前記区画壁部の板厚が、前記内部流路の等価直径以下に設定された請求項1に記載の磁気ヒートポンプ装置。
The medium flow path has an internal flow path formed so that the heat transport medium flows inside the magnetocaloric element,
The magnetocaloric element (12) includes a plate-shaped partition wall (12W) that partitions the internal flow path,
The equivalent radius of the internal flow path is set to be equal to or less than the heat penetration distance from the magnetocaloric element to the heat transport medium,
The magnetic heat pump device according to claim 1, wherein a thickness of the partition wall is set to be equal to or less than an equivalent diameter of the internal flow path.
前記媒体流路は、前記熱輸送媒体が前記磁気熱量素子の内部を流れるように形成された内部流路を有しており、
前記磁気熱量素子(12)は、前記内部流路を区画する板状の区画壁部(12W)を備えており、
前記区画壁部は、前記熱輸送媒体の往復移動方向に延びて互いに平行に並設された複数の平板部(1211)を有し、互いに隣り合う前記平板部の間に前記内部流路が形成されており、
前記内部流路の等価半径が、前記磁気熱量素子から前記熱輸送媒体への熱浸透距離以下となるように設定され、
前記平板部の板厚が、前記平板部の並設方向における前記内部流路の高さ寸法の0.45倍〜1.55倍に設定された請求項1に記載の磁気ヒートポンプ装置。
The medium flow path has an internal flow path formed so that the heat transport medium flows inside the magnetocaloric element,
The magnetocaloric element (12) includes a plate-shaped partition wall (12W) that partitions the internal flow path,
The partition wall portion has a plurality of flat plate portions (1211) extending in the reciprocating direction of the heat transport medium and arranged in parallel to each other, and the internal flow path is formed between the adjacent flat plate portions. Has been
The equivalent radius of the internal flow path is set to be equal to or less than the heat penetration distance from the magnetocaloric element to the heat transport medium,
2. The magnetic heat pump device according to claim 1, wherein a thickness of the flat plate portion is set to be 0.45 to 1.55 times the height dimension of the internal flow path in the parallel arrangement direction of the flat plate portions.
前記媒体流路は、前記熱輸送媒体が前記磁気熱量素子の内部を流れるように形成された内部流路を有し、
前記内部流路の等価半径が、前記磁気熱量素子から前記熱輸送媒体への熱浸透距離以下となるように設定されており、
前記磁気熱量素子(212、312)の体積比熱を、前記熱輸送媒体の体積比熱よりも小さく設定した請求項1に記載の磁気ヒートポンプ装置。
The medium flow path has an internal flow path formed so that the heat transport medium flows inside the magnetocaloric element,
The equivalent radius of the internal flow path is set to be equal to or less than the heat penetration distance from the magnetocaloric element to the heat transport medium,
The magnetic heat pump device according to claim 1, wherein a volume specific heat of the magnetocaloric element (212, 312) is set smaller than a volume specific heat of the heat transport medium.
前記磁気熱量素子(212)は、磁気熱量効果材と前記磁気熱量効果材よりも体積比熱が小さい樹脂材とが混合された成形材からなる請求項4に記載の磁気ヒートポンプ装置。   The magnetic heat pump device according to claim 4, wherein the magnetocaloric element (212) is made of a molding material in which a magnetocaloric effect material and a resin material having a volume specific heat smaller than that of the magnetocaloric effect material are mixed. 前記磁気熱量素子(312)は、磁気熱量効果材からなる粒子(3121)と前記磁気熱量効果材よりも体積比熱が小さい樹脂材からなる粒子(3122)とを混在させて前記作業室に充填してなる請求項4に記載の磁気ヒートポンプ装置。   In the magnetocaloric element (312), particles (3121) made of a magnetocaloric effect material and particles (3122) made of a resin material having a volume specific heat smaller than that of the magnetocaloric effect material are mixed to fill the working chamber. The magnetic heat pump device according to claim 4. 前記熱輸送媒体は、水または不凍成分が溶解した水溶液である請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の磁気ヒートポンプ装置。   The magnetic heat pump device according to any one of claims 1 to 6, wherein the heat transport medium is an aqueous solution in which water or an antifreeze component is dissolved.
JP2018025316A 2018-02-15 2018-02-15 Magnetic heat pump device Pending JP2019138613A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018025316A JP2019138613A (en) 2018-02-15 2018-02-15 Magnetic heat pump device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018025316A JP2019138613A (en) 2018-02-15 2018-02-15 Magnetic heat pump device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2019138613A true JP2019138613A (en) 2019-08-22

Family

ID=67693641

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018025316A Pending JP2019138613A (en) 2018-02-15 2018-02-15 Magnetic heat pump device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2019138613A (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014095486A (en) * 2012-11-07 2014-05-22 Denso Corp Method of producing magnetic refrigeration material
JP2016080206A (en) * 2014-10-10 2016-05-16 株式会社デンソー Magneto-caloric element and thermomagnetic cycle device
JP2017026305A (en) * 2011-06-30 2017-02-02 ケンフリッジ リミテッド Active type regenerative magnetic heat amount heat engine and multiple material blades for active type regenerative magnetic heat amount heat engine
JP2017522532A (en) * 2014-07-28 2017-08-10 アストロノーティックス コーポレイション オブ アメリカ Magnetic cooling system with separate inlet and outlet streams

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017026305A (en) * 2011-06-30 2017-02-02 ケンフリッジ リミテッド Active type regenerative magnetic heat amount heat engine and multiple material blades for active type regenerative magnetic heat amount heat engine
JP2014095486A (en) * 2012-11-07 2014-05-22 Denso Corp Method of producing magnetic refrigeration material
JP2017522532A (en) * 2014-07-28 2017-08-10 アストロノーティックス コーポレイション オブ アメリカ Magnetic cooling system with separate inlet and outlet streams
JP2016080206A (en) * 2014-10-10 2016-05-16 株式会社デンソー Magneto-caloric element and thermomagnetic cycle device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6601309B2 (en) Magnetic heat pump device
US10443905B2 (en) Magnetocaloric refrigeration using fully solid state working medium
CN104930749B (en) Magnetic regenerator unit and magnetic cooling system having the same
JP5278486B2 (en) Thermomagnetic engine device and reversible thermomagnetic cycle device
JP6003879B2 (en) Thermomagnetic cycle equipment
KR100962136B1 (en) Air Conditioning System
JP5267689B2 (en) Magnetic heat pump device
JP5267613B2 (en) Magneto-caloric effect type heat pump device
US20140366557A1 (en) Magnetic cooling apparatus and method of controlling the same
JP2009507168A (en) Thermoelectric generator with magneto-thermal conversion material
JP6589706B2 (en) Thermomagnetic cycle equipment
JP5724603B2 (en) Magnetic refrigeration system and air conditioner using the magnetic refrigeration system
JP6344103B2 (en) Thermomagnetic cycle equipment
JP6384256B2 (en) Magneto-caloric element and thermomagnetism cycle device
JP2016080205A (en) Magneto-caloric element and thermomagnetic cycle device
JP6583143B2 (en) Thermomagnetic cycle equipment
US9322579B2 (en) Thermo-magnetic cycle apparatus
JP2019138613A (en) Magnetic heat pump device
JP6060789B2 (en) Thermomagnetic cycle equipment
JP6683138B2 (en) Thermomagnetic cycle device
JP6361413B2 (en) Magnetic heat pump device
JP6365173B2 (en) Magnetic heat pump device
JP2020008247A (en) Magneto-caloric element and thermomagnetic cycle device
JP2019086170A (en) Thermomagnetic cycle device
JP2019031722A (en) Magneto-caloric element body, thermomagnetic cycle apparatus using a magneto-caloric element body and manufacturing method for a magneto-caloric element body

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20201209

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20211022

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20211116

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20220517