JP2020071007A - Heat exchanger and magnetic heat pump device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気熱量効果を利用した磁気ヒートポンプ装置に用いられる熱交換器、及び、その熱交換器を備えた磁気ヒートポンプ装置に関するものである。 The present invention relates to a heat exchanger used in a magnetic heat pump device that utilizes a magnetocaloric effect, and a magnetic heat pump device including the heat exchanger.
磁気ヒートポンプ装置に用いられる熱交換器として、磁気熱量効果材料を円筒状のケースに収容したものが知られている(例えば特許文献1参照)。 As a heat exchanger used in a magnetic heat pump device, there is known one in which a magnetocaloric effect material is housed in a cylindrical case (see, for example, Patent Document 1).
上記の熱交換器では、ケースの形状を円筒状として、当該ケース内での流体の流速分布を均一化することで、熱交換効率の向上が図られている。 In the above heat exchanger, the case has a cylindrical shape, and the flow velocity distribution of the fluid in the case is made uniform to improve the heat exchange efficiency.
一方、磁気ヒートポンプ装置では、一対の磁石の間で熱交換器を相対的に往復移動させることで、磁気熱量効果材料に対して磁場の印加/除去が繰り返される。この際、上記の熱交換器のようにケースが円筒状であると、磁石とケースとの間に比較的広い空間が形成され、当該空間によって磁束密度が低下し、磁気熱量効果材料の吸発熱量が低下してしまう、という問題がある。 On the other hand, in the magnetic heat pump device, the heat exchanger is relatively reciprocated between the pair of magnets, whereby the application / removal of the magnetic field is repeated with respect to the magnetocaloric effect material. At this time, if the case is cylindrical like the above heat exchanger, a relatively wide space is formed between the magnet and the case, the magnetic flux density is reduced by the space, and the heat absorption and heat generation of the magnetocaloric effect material. There is a problem that the amount decreases.
本発明が解決しようとする課題は、熱交換効率の向上を図りつつ、磁気熱量効果材料の吸発熱量の低下を抑制することが可能な熱交換器、及び、それを備えた磁気ヒートポンプ装置を提供することである。 A problem to be solved by the present invention is to provide a heat exchanger capable of suppressing a decrease in the amount of heat absorbed and generated by a magnetocaloric effect material while improving heat exchange efficiency, and a magnetic heat pump device including the heat exchanger. Is to provide.
[1]本発明に係る熱交換器は、一対の磁石を備えた磁気ヒートポンプ装置に用いられる熱交換器であって、磁気熱量効果材料を収容した円筒状のケースと、前記ケースの外周面に接するように装着された強磁性体と、を備え、前記強磁性体は、一方の前記磁石の表面に沿うように延在する第1の対向面と、他方の前記磁石の表面に沿うように延在する第2の対向面と、を有する熱交換器である。 [1] A heat exchanger according to the present invention is a heat exchanger used in a magnetic heat pump device including a pair of magnets, and includes a cylindrical case accommodating a magnetocaloric effect material and an outer peripheral surface of the case. A ferromagnetic body mounted so as to be in contact with each other, wherein the ferromagnetic body has a first facing surface extending along the surface of one of the magnets and a second facing surface of the other magnet. A second opposing surface that extends and a heat exchanger having a second opposing surface.
[2]上記発明において、前記強磁性体は、前記ケースを中心として前記第1の対向面側と前記第2の対向面側とに離間するように分割されていてもよい。 [2] In the above invention, the ferromagnetic body may be divided so as to be separated from the first facing surface side and the second facing surface side around the case.
[3]上記発明において、一方の前記磁石から他方の前記磁石に向かって透視した場合に、前記強磁性体の端面は、前記磁気熱量効果材料と重なっていてもよい。 [3] In the above invention, the end face of the ferromagnetic material may overlap the magnetocaloric effect material when seen through from one of the magnets to the other magnet.
[4]上記発明において、前記強磁性体は、前記ケースを中心として、前記第1の対向面側の2つの部分と前記第2の対向面側の2つの部分とからなる4つの部分に分割されていてもよい。 [4] In the above invention, the ferromagnetic body is divided into four parts, centering on the case, including two parts on the first facing surface side and two parts on the second facing surface side. It may have been done.
[5]本発明に係る磁気ヒートポンプ装置は、上記の前記熱交換器と、一対の前記磁石を含み、前記磁気熱量効果材料に磁場を印加すると共に前記磁場の大きさを変更する磁場印加装置と、を備えており、前記熱交換器は、少なくとも前記磁気熱量効果材料に磁場が印加される際に、一対の前記磁石の間に介在する磁気ヒートポンプ装置である。 [5] A magnetic heat pump device according to the present invention includes the heat exchanger described above and a pair of the magnets, and applies a magnetic field to the magnetocaloric effect material and changes the magnitude of the magnetic field. The heat exchanger is a magnetic heat pump device interposed between the pair of magnets when a magnetic field is applied to at least the magnetocaloric effect material.
[6]上記発明において、前記磁気ヒートポンプ装置は、配管を介して前記熱交換器にそれぞれ接続された第1及び第2の外部熱交換器と、前記磁場印加装置により前記磁気熱量効果材料に印加される磁場の大きさの変更に伴って、前記熱交換器から前記第1の外部熱交換器又は前記第2の外部熱交換器に流体を供給する流体供給装置と、を備えてもよい。 [6] In the above invention, the magnetic heat pump device applies first and second external heat exchangers, which are respectively connected to the heat exchanger via a pipe, to the magnetocaloric effect material by the magnetic field applying device. A fluid supply device that supplies a fluid from the heat exchanger to the first external heat exchanger or the second external heat exchanger according to a change in the magnitude of the magnetic field to be performed.
本発明によれば、円筒状の容器と一対の磁石との間に形成された空間に強磁性体が存在しているので、熱交換効率の向上を図りつつ、磁気熱量効果材料の吸発熱量の低下を抑制することができる。 According to the present invention, since the ferromagnetic substance exists in the space formed between the cylindrical container and the pair of magnets, the heat absorption efficiency of the magnetocaloric effect material is improved while the heat exchange efficiency is improved. Can be suppressed.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1及び図2は本実施形態における磁気ヒートポンプ装置の全体構成を示す図、図3及び図4は本実施形態におけるMCM熱交換器を示す分解斜視図及び断面図である。 1 and 2 are views showing the overall configuration of a magnetic heat pump device according to this embodiment, and FIGS. 3 and 4 are an exploded perspective view and a cross-sectional view showing an MCM heat exchanger according to this embodiment.
本実施形態における磁気ヒートポンプ装置1は、磁気熱量効果(Magnetocaloric effect)を利用したヒートポンプ装置である。この磁気ヒートポンプ装置1は、図1及び図2に示すように、MCM熱交換器10と、磁場印加装置40と、高温側熱交換器51と、低温側熱交換器52と、ポンプ装置60と、配管91〜94と、を備えている。
The magnetic
本実施形態におけるMCM熱交換器10が本発明における熱交換器の一例に相当し、本実施形態における磁場印加装置40が本発明における磁場印加装置の一例に相当し、本実施形態における磁気ヒートポンプ装置1が本発明における磁気ヒートポンプ装置の一例に相当する。また、本実施形態における高温側熱交換器51及び低温側熱交換器52が本発明における外部熱交換器の一例に相当し、本実施形態におけるポンプ装置60が本発明における流体供給装置の一例に相当する。
The
MCM熱交換器10は、図3及び図4に示すように、磁気熱量効果を有する磁気熱量効果材料11(MCM:Magnetocaloric Effect Material)と、当該MCM11を収容するケース12(容器)と、ケース12の外周面に装着された2つの強磁性体20,30と、を備えている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
MCM11に磁場を印加すると、電子スピンが揃うことで磁場エントロピーが減少し、当該MCM11は温度が上昇して発熱する。一方、MCM11から磁場を除去すると、電子スピンが乱雑となり磁気エントロピーが増加し、当該MCM11は温度が低下して吸熱する。
When a magnetic field is applied to the
このMCM11は、磁性体であれば特に限定されないが、例えば、10℃〜30℃程度の常温域にキュリー温度(キュリー点)を有し、常温域で高い磁気熱量効果を発揮する磁性体であることが好ましい。こうしたMCMの具体例としては、例えば、ガドリニウム(Gd)、ガドリニウム合金、ランタン−鉄−シリコン(La−Fe−Si)系化合物等を例示することができる。 The MCM 11 is not particularly limited as long as it is a magnetic material. For example, the MCM 11 is a magnetic material that has a Curie temperature (Curie point) in a normal temperature range of about 10 ° C. to 30 ° C. and exhibits a high magnetocaloric effect in the normal temperature range. Preferably. Specific examples of such an MCM include gadolinium (Gd), gadolinium alloy, and lanthanum-iron-silicon (La-Fe-Si) compounds.
上記のMCM11の形状は、特に限定されないが、例えば、線状、メッシュ状、粒状、板状等を例示することができる。複数の線材を相互に撚り合わせて構成した集合体をケースに収容してもよい。或いは、数本の線材を撚り合わせることで個々の撚線を構成し、当該複数の撚線を相互に束ねることで集合体を構成してもよい。
The shape of the
ケース12は、図3及び図4に示すように、円筒状の形状を有しており、上述のMCM11は、このケース12の内部に充填されている。ケース12は、例えば、ABS樹脂等の樹脂材料から構成されており、すなわち、このケース12は非磁性体である。ケース12の一方の端部には接続部材121が取り付けられており、この接続部材121の接続口121aには、第1の配管91が接続されている(図1及び図2参照)。同様に、ケース12の他方の端部も接続部材122が取り付けられており、この接続部材122の接続口122aには、第2の配管92が接続されている(図1及び図2参照)。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
第1及び第2の強磁性体20,30は、ケース12の外周面に装着されており、磁場印加装置40によってMCM11に対して磁場を印加する際に、磁場印加装置40の磁石41,42とケース12の間に介在する。ケース12の外周面に装着された第1及び第2の強磁性体20,30は、互いが離間している。本実施形態における第1及び第2の強磁性体20,30が、本発明における強磁性体の一例に相当し、本実施形態にける第1及び第2の磁石41,42が、本発明における一対の磁石の一例に相当する。
The first and second
第1の強磁性体20は、第1の内側面21と、第1の対向面22と、一対の第1の端面23と、有しており、全体として略U字状の断面形状を有している。
The first
第1の内側面21は、第1の強磁性体20の下面を構成している。この第1の内側面21は、ケース12の上半分の外周面に対応した半円状の断面を有する曲面であり、ケース12の外周面に接している。第1の強磁性体20は、接着剤等を用いて、この第1の内側面21でケース12に貼り付けられ、ケース12の外周面に接している。
The first
第1の対向面22は、第1の強磁性体20の上面を構成している。この第1の対向面22は、磁場印加装置40によってMCM11に対して磁場を印加する際に、第1の磁石41と対向する外側面である。この第1の対向面22は、第1の磁石41の主面411と実質的に平行に延在する平坦な平面であり、当該第1の磁石41の主面411に沿うように延在している。第1の強磁性体20は、第1の対向面22が第1の磁石41と間隔を空けて延在するように、ケース12と第1の磁石41との間に介在している。
The first facing
第1の端面23は、第1の強磁性体20の側面を構成している。この第1の端面23の下端は、第1の内側面21に接続されており、この第1の端面23の上端は、第1の対向面22に接続されている。本実施形態では、第1の磁石41から第2の磁石42に向かって透視した場合(図4中においてZ方向に沿って見た場合)に、この第1の端面23の位置が、ケース12と重なっており、MCM11とは重なっていない。
The
第2の強磁性体30も、第2の内側面31と、第2の対向面32と、第2の端面33と、を有しており、全体として略U字状の断面形状を有している。
The second
第2の内側面31は、第2の強磁性体30の上面を構成している。この第2の内側面31は、ケース12の下半分の外周面に対応した半円状の断面を有する曲面であり、ケース12の外周面に接している。第2の強磁性体30は、接着剤等を用いて、この第2の内側面31でケース12に貼り付けられ、ケース12の外周面に接している。
The second
第2の対向面32は、第2の強磁性体30の下面を構成している。この第2の対向面32は、磁場印加装置40によってMCM11に対して磁場を印加する際に、第2の磁石42と対向する外側面である。この第2の対向面32は、第2の磁石42の主面421と実質的に平行に延在する平坦な平面であり、当該第2の磁石42の主面421に沿うように延在している。第2の強磁性体30は、第2の対向面32が第2の磁石44と間隔を空けて延在するように、ケース12と第2の磁石42との間に介在している。
The second facing
第2の端面33は、第2の強磁性体30の側面を構成している。この第2の端面33の上端は、第2の内側面31に接続されており、この第2の端面33の下端は、第2の対向面32に接続されている。本実施形態では、第1の磁石41から第2の磁石42に向かって透視した場合(図4中においてZ方向に沿って見た場合)に、この第2の端面33の位置が、ケース12と重なっており、MCM11とは重なっていない。
The
第1及び第2の強磁性体20,30は、Feを主成分とするFe系の強磁性材料から構成されている。なお、第1及び第2の強磁性体20,30を構成する強磁性材料は、例えば、Fe−Co合金、Fe−Ni合金、Fe−Co−Ni合金、Fe−N合金等の、Fe、Co、及びNiの中から選ばれる一種以上を主成分として含む金属材料で構成してもよい。この際、第1及び第2の強磁性体20,30を構成する強磁性材料は、Fe、Co、Ni等を主成分として含む金属類であれば、強磁性材料としての特性を阻害しない範囲内で、他の副成分(他の金属、炭素、窒素等)が含まれていてもよい。
The first and second
図5は本実施形態におけるMCM熱交換器の第1変形例を示す断面図、図6は本実施形態におけるMCM熱交換器の第2変形例を示す断面図である。 FIG. 5 is a sectional view showing a first modification of the MCM heat exchanger according to this embodiment, and FIG. 6 is a sectional view showing a second modification of the MCM heat exchanger according to this embodiment.
なお、図5に示すように、第1の強磁性体のZ方向の厚みを小さくして、第1の強磁性体を2つの部分20a,20bに分割すると共に、第2の強磁性体のZ方向の厚みを小さくして、第2の強磁性体を2つの部分30a,30bに分割してもよい。すなわち、ケース12を囲む強磁性体を、当該ケース12を中心として四分割した4つの部分20a,20b,30a,30bから構成してもよい。これにより、距離D1(図4参照)だけMCM11を第1の磁石41,42の近くに配置することができる。
As shown in FIG. 5, the thickness of the first ferromagnetic body in the Z direction is reduced to divide the first ferromagnetic body into two
この図5に示す例では、一方の第1の強磁性体20aの第1の内側面21aは、ケース12の上左半分の外周面に対応した曲面であり、当該第1の強磁性体20aの第1の対向面22aは、第1の磁石41の主面411の左半分と対向する平面である。これに対し、他方の第2の強磁性体20bの第1の内側面21bは、ケース12の上右半分の外周面に対応した曲面であり、当該第1の強磁性体20bの第1の対向面22bは、第1の磁石41の主面411の右半分と対向する平面である。
In the example shown in FIG. 5, the first
同様に、一方の第2の強磁性体30aの第2の内側面31aは、ケース12の下左半分の外周面に対応した曲面であり、当該第2の強磁性体30aの第2の対向面32aは、第2の磁石42の主面421の左半分と対向する平面である。これに対し、他方の第2の強磁性体30bの第2の内側面31bは、ケース12の下右半分の外周面に対応した曲面であり、当該第2の強磁性体30bの第2の対向面32bは、第2の磁石42の主面421の右半分と対向する平面である。
Similarly, the second
さらに、図6に示すように、第1の強磁性体のZ方向の厚みを小さくして2つの部分20a,20bに分割すると共に、第2の強磁性体のZ方向の厚みを小さくして2つの部分30a,30bに分割することに加えて、第1及び第2の強磁性体20a,20b,30a,30bを次のように構成してもよい。
Further, as shown in FIG. 6, the thickness of the first ferromagnetic body in the Z direction is reduced to divide it into two
すなわち、第1の磁石41から第2の磁石42に向かって透視した場合(図6中においてZ方向に沿って見た場合)に、第1の強磁性体20aの端面23aと第2の強磁性体30aの端面33aとが、MCM11の一方の端部111と重なっていてもよい。同様に、第1の強磁性体20bの端面23bと第2の強磁性体30bの端面33bとが、MCM11の他方の端部112と重なってもよい。
That is, when seen through from the
換言すれば、図6においてZ方向に延在する仮想直線VL1上に、強磁性体20a,30aの端面23a,33aと、MCM11の一方の端部111とが位置してもよい。同様に、5においてZ方向に延在する仮想直線VL2上に、強磁性体20b,30bの端面23b,33bと、MCM11の他方の端部112とが位置してもよい。
In other words, the end surfaces 23a and 33a of the
なお、特に図示しないが、第1の磁石41から第2の磁石42に向かって透視した場合に、強磁性体20a,30aの端面23a,33aが、MCM11において端部111よりも若干内側の部分と重なっていてもよい。同様に、強磁性体20b,30bの端面23b,33bが、MCM11において端部112よりも若干内側の部分と重なっていてもよい。
Although not shown in particular, when viewed from the
磁場印加装置40は、図1及び図2に示すように、一対の磁石41,42と、磁石41,42を支持するヨーク43と、ヨーク43に固定された支持部材44と、支持部材44を介して磁石41,42を往復移動させるアクチュエータ45と、を備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the magnetic
図4に示すように、一対の磁石41,42は、略板状の永久磁石であり、XY平面方向に沿って延在する平坦な主面411,421をそれぞれ有している。ヨーク43は、略コの字形状を有しており、一対の磁石41,42を相互に対向するように保持している。このヨーク43は、上述の第1及び第2の強磁性体20,30と同様の強磁性材料から構成されている。アクチュエータ45は、磁石41,42をY方向に沿って往復移動させることが可能となっている。アクチュエータ45の具体例としては、例えば、エアシリンダ等を例示することができる。
As shown in FIG. 4, the pair of
一対の磁石41,42は、アクチュエータ45によって、MCM熱交換器10から離脱した(MCM熱交換器10を挟まない)「第1の位置」(図1に示す状態)と、MCM熱交換器10を挟む「第2の位置」(図2に示す状態)との間を往復移動することが可能となっている。
The pair of
磁石41,42が「第1の位置」に移動すると、MCM熱交換器10のMCM11が消磁されて当該MCM11が吸熱する。この「第1の位置」では、強磁性体20,30の対向面22,32は、磁石41,42の主面411,421に対向していない。これに対し、磁石41,42が「第2の位置」に移動すると、MCM熱交換器10のMCM11が励磁されて、当該MCM11が発熱する。この「第2の位置」では、強磁性体20,30の対向面22,32は、磁石41,42の主面411,421に対向している。
When the
なお、一対の磁石41,42が、永久磁石に代えて、電磁石であってもよい。また、磁石41,42が電磁石である場合には、アクチュエータ45を省略してもよい。さらに、磁石41,42が電磁石である場合には、MCM11に対する磁場の印加/除去に代えて、MCM11に印加した磁場の大きさを変更するようにしてもよい。因みに、磁石41,42が電磁石であり、磁場印加装置40がアクチュエータ45を備えていない場合には、強磁性体20,30は磁石41,42に常時対向している。
The pair of
図1及び図2に示すように、高温側熱交換器51の第1のポート511には、第1の配管91の他端が接続されており、高温側熱交換器51は、この第1の配管91を介して、MCM熱交換器10に接続されている。一方、この高温側熱交換器51の第2のポート512には、第3の配管93の一端が接続されており、当該第3の配管93の他端は、ポンプ装置60が有する一方の往復ポンプ71に接続されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the other end of the
低温側熱交換器52の第1のポート521には、第2の配管92の他端が接続されており、低温側熱交換器52は、この第2の配管92を介して、MCM熱交換器10に接続されている。一方、この低温側熱交換器52の第2のポート522には、第4の配管94の一端が接続されており、当該第4の配管94の他端は、ポンプ装置60が有する他方の往復ポンプ72に接続されている。
The other end of the
例えば、本実施形態における磁気ヒートポンプ装置1を用いた空気調和装置を冷房として機能させる場合には、低温側熱交換器52と室内の空気との間で熱交換を行うことで室内を冷やすと共に、高温側熱交換器51と室外との間で熱交換を行うことで室外に放熱する。
For example, when the air conditioner using the magnetic
これに対し、当該空気調和装置を暖房として機能させる場合には、高温側熱交換器51と室内の空気との間で熱交換を行うことで室内を暖めると共に、低温側熱交換器52と室外の空気との間で熱交換を行うことで室外から吸熱する。
On the other hand, when the air conditioner is to function as heating, the room is warmed by exchanging heat between the high temperature
以上に説明した熱交換器10,51,52及び配管91〜94からなる配管系内において、ポンプ装置60によって熱輸送液体CLが圧送される。熱輸送液体CLの具体例としては、例えば、水、不凍液、エタノール溶液、または、これらの混合物等の液体を例示することができる。本実施形態における熱輸送液体CLが、本発明における液体の一例に相当する。
The heat transporting liquid CL is pressure-fed by the
本実施形態におけるポンプ装置60は、図1及び図2に示すように、一対の往復ポンプ71,72と、当該往復ポンプ71,72を駆動させるアクチュエータ80と、を備えている。一方の往復ポンプ71は、MCM熱交換器10から低温側熱交換器52に向かって熱輸送液体CLを圧送するのに対し、他方の往復ポンプ72は、MCM熱交換器10から高温側熱交換器51に向かって熱輸送液体CLを圧送する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
一方の往復ポンプ71は、筒状のシリンダ711と、当該シリンダ711内を往復移動することが可能なプランジャ712と、を備えており、シリンダ711の連結口711aに第3の配管93が接続されている。すなわち、この往復ポンプ71は、第3の配管93、高温側熱交換器51、及び、第1の配管91を介して、MCM熱交換器10に接続されている。
One
他方の往復ポンプ72も、筒状のシリンダ721と、当該シリンダ721内を往復移動することが可能なプランジャ722と、を備えており、シリンダ721の連結口721aに第4の配管94が接続されている。すなわち、この往復ポンプ72は、第4の配管94、低温側熱交換器52、及び、第2の配管92を介して、MCM熱交換器10に接続されている。
The
図1及び図2に示すように、往復ポンプ71,72は、プランジャ712,722の後端部で連結部材81によって連結されており、2つのプランジャ712,722が相互に反対の方向を向いている。連結部材81は、アクチュエータ80に接続されており、2つのプランジャ712,722は一つのアクチュエータ80によって往復移動することが可能となっている。アクチュエータ80の具体例としては、例えば、エアシリンダ等を例示することができる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the reciprocating pumps 71 and 72 are connected by a connecting
ポンプ装置60のアクチュエータ80の動作は、制御装置(不図示)の制御によって、上述の磁場印加装置40のアクチュエータ45の動作と同期している。具体的には、アクチュエータ80の動作によって、図1に示す「第1の位置」では、一方の往復ポンプ71のプランジャ712が前進すると共に、他方の往復ポンプ72のプランジャ722が後退する。これに対し、図2に示す「第2の位置」では、一方の往復ポンプ71のプランジャ712が後退すると共に、他方の往復ポンプ72のプランジャ722が前進する。
The operation of the
次に、本実施形態における磁気ヒートポンプ装置1の動作について、図1及び図2を参照しながら説明する。
Next, the operation of the magnetic
先ず、磁場印加装置40のアクチュエータ45を駆動させて、一対の磁石41,42を「第2の位置」から「第1の位置」に移動させる。これにより、MCM熱交換器10が磁石41,42と対向しない状態となるので、MCM熱交換器10内のMCM11が消磁されて、当該MCM11の温度が低下する。
First, the
また、これと同時に、ポンプ装置60のアクチュエータ80を駆動させて、一方の往復ポンプ71のプランジャ712をシリンダ711内で前進させると共に、他方の往復ポンプ72のプランジャ722をシリンダ721内で後退させる。これにより、熱輸送液体CLが高温側熱交換器51から低温側熱交換器52に向かって移動し、当該熱輸送液体CLは、MCM熱交換器10を通過する際に、温度が低下したMCM11によって冷却される。
At the same time, the
次いで、図2に示すように、磁場印加装置40のアクチュエータ45により、一対の磁石41,42を「第1の位置」から「第2の位置」に移動させる。これにより、MCM熱交換器10が磁石41,42の間に挟まれて、MCM11が励磁されて、当該MCM11の温度が上昇する。
Then, as shown in FIG. 2, the
また、これと同時に、ポンプ装置40のアクチュエータ80により、一方の往復ポンプ71のプランジャ712をシリンダ711内で後退させると共に、他方の往復ポンプ72のプランジャ722をシリンダ721内で前進させる。これにより、熱輸送液体CLが低温側熱交換器52から高温側熱交換器51に向かって移動し、当該熱輸送液体CLは、MCM熱交換器10を通過する際に、温度が上昇したMCM11によって加熱される。
At the same time, the
そして、以上に説明した磁石41,42及びプランジャ712,722の「第1の位置」と「第2の位置」との間の往復移動を繰り返し、MCM熱交換器10内のMCM11に対する磁場の印加/除去を繰り返すことにより、高温側熱交換器51の加熱と、低温側熱交換器52の冷却とが継続される。
Then, the reciprocating movement of the
以上のように、本実施形態では、MCM熱交換器10のケース12が円筒形状を有しており、ケース12内での熱輸送液体CLの流速分布が均一化されるので、熱交換効率に優れている。因みに、ケースの断面形状が矩形状である場合には、角部で冷媒が流れ難くなるので、ケース内での熱輸送液体の流速分布が不均一となってしまう。
As described above, in the present embodiment, the
また、本実施形態では、円筒状のケース12と磁石41,42との間に形成された空間に第1及び第2の強磁性体20,30が存在している。そして、この強磁性体20,30は、空気、ケース12、及び、MCM11よりも高い透磁率を有している。このため、ケース12の形状を変えることなく、磁石41,42とケース12の間に形成される透磁率の低い空間を最小限にすることができ、MCM11における磁束密度を高めることができるので、磁気熱量効果材料の吸発熱量の低下を抑制することができる。
Further, in this embodiment, the first and second
すなわち、本実施形態では、MCM熱交換器10のケース12の形状を円筒形とすることで熱交換効率の向上を図りつつ、ケース12と磁石41,42との間に強磁性体20,30を介在させることで、MCM11の吸発熱量の低下を抑制することができる。
That is, in the present embodiment, by making the shape of the
また、図5に示す例では、強磁性体を4つの部分20a,20b,30a,30bに分割することで、距離D1(図4参照)だけMCM11を磁石41,42の近くに配置することができる。この磁石41,42は、強磁性体20a,20b,30a,30bよりも高い透磁率を有している。このため、MCM11における磁束密度を一層高めることができる。
In the example shown in FIG. 5, the ferromagnetic material is divided into four
さらに、図6に示す例では、強磁性体20a,30aの端面23a,33aをMCM11の端部111と重ならせると共に、強磁性体20b,30bの端面23b,33bをMCM11の端部112と重ならせることで、MCM11を通過しない磁束を低減することができる。このため、MCM11における磁束密度をより一層高めることができる。
Further, in the example shown in FIG. 6, the end faces 23a and 33a of the
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。 The embodiments described above are described to facilitate understanding of the present invention, and are not described to limit the present invention. Therefore, each element disclosed in the above-described embodiments is intended to include all design changes and equivalents within the technical scope of the present invention.
例えば、上述の実施形態では、ケース12を中心として強磁性体を2つ或いは4つに分割するように構成したが、強磁性体の構成は、特にこれに限定されない。例えば、分割されていない単一の強磁性体に貫通孔を形成し、当該貫通孔にケース12を挿入するように構成してもよい。
For example, in the above-described embodiment, the ferromagnetic material is divided into two or four with the
また、上記の磁気ヒートポンプ装置1では、磁気印加装置40のアクチュエータ45によって磁石41,42をMCM熱交換器10に対して往復移動させたが、MCM熱交換器10が磁石41,42に対して相対移動するのであれば、特にこれに限定されない。例えば、磁石41,42を移動させずに、アクチュエータによってMCM熱交換器10を往復移動させてもよい。
Further, in the magnetic
また、上述した磁気ヒートポンプ装置の構成は一例であり、上述したMCM熱交換器10を他の構成を有するAMR(Active Magnetic Refrigerataion)方式の磁気ヒートポンプ装置に適用してもよい。
The configuration of the magnetic heat pump device described above is an example, and the
さらに、上述の実施形態では、磁気ヒートポンプ装置を家庭用或いは自動車等の空気調和装置に適用した例について説明したが、特にこれに限定されない。例えば、用途に応じた適切なキュリー温度を有するMCMを選定することで、冷凍機のような極低温域での用途、或いは、ある程度高温域での用途に、本発明に係る磁気ヒートポンプ装置を適用してもよい。 Furthermore, in the above-described embodiment, an example in which the magnetic heat pump device is applied to an air conditioner for homes or automobiles has been described, but the present invention is not limited to this. For example, by selecting an MCM having an appropriate Curie temperature according to the application, the magnetic heat pump device according to the present invention is applied to an application in an extremely low temperature range such as a refrigerator or an application in a high temperature range to some extent. You may.
1…磁気ヒートポンプ装置
10…MCM熱交換器
11…磁気熱量効果材料
111,112…端部
12…ケース
121,122…接続部材
121a,122a…接続口
20,20a,20b…第1の強磁性体
21,21a,21b…第1の内側面
22,22a,22b…第1の対向面
23,23a,23b…第1の端面
30,30a,30b…第2の強磁性体
31,31a,31b…第2の内側面
32,32a,32b…第2の対向面
33,33a,33b…第2の端面
40…磁場印加装置
41…第1の磁石
411…主面
42…第2の磁石
421…主面
43…ヨーク
44…支持部材
45…アクチュエータ
51…高温側熱交換器
511,512…ポート
52…低温側熱交換器
521,522…ポート
60…ポンプ装置
71,72…往復ポンプ
711,721…シリンダ
711a,721a…連結口
712,722…プランジャ
80……アクチュエータ
81…連結部材
82…支持部材
91〜94…第1〜第4の配管
CL…熱輸送液体
DESCRIPTION OF
Claims (6)
磁気熱量効果材料を収容した円筒状のケースと、
前記ケースの外周面に接するように装着された強磁性体と、を備え、
前記強磁性体は、
一方の前記磁石の表面に沿うように延在する第1の対向面と、
他方の前記磁石の表面に沿うように延在する第2の対向面と、を有する熱交換器。 A heat exchanger used in a magnetic heat pump device comprising a pair of magnets,
A cylindrical case containing a magnetocaloric effect material,
A ferromagnetic material mounted so as to contact the outer peripheral surface of the case,
The ferromagnetic material is
A first facing surface extending along the surface of one of the magnets;
A second facing surface extending along the surface of the other magnet, and a heat exchanger having the second facing surface.
前記強磁性体は、前記ケースを中心として前記第1の対向面側と前記第2の対向面側とに離間するように分割されている熱交換器。 The heat exchanger according to claim 1, wherein
The heat exchanger in which the ferromagnetic body is divided so as to be separated from the first facing surface side and the second facing surface side with the case as a center.
一方の前記磁石から他方の前記磁石に向かって透視した場合に、前記強磁性体の端面は、前記磁気熱量効果材料と重なっている熱交換器。 The heat exchanger according to claim 1 or 2, wherein
A heat exchanger in which an end surface of the ferromagnetic material overlaps with the magnetocaloric effect material when seen through from the one magnet toward the other magnet.
前記強磁性体は、前記ケースを中心として、前記第1の対向面側の2つの部分と前記第2の対向面側の2つの部分とからなる4つの部分に分割されている熱交換器。 The heat exchanger according to any one of claims 1 to 3,
The heat exchanger, wherein the ferromagnetic body is divided into four parts, centering on the case, including two parts on the first facing surface side and two parts on the second facing surface side.
一対の前記磁石を含み、前記磁気熱量効果材料に磁場を印加すると共に前記磁場の大きさを変更する磁場印加装置と、を備えており、
前記熱交換器は、少なくとも前記磁気熱量効果材料に磁場が印加される際に、一対の前記磁石の間に介在する磁気ヒートポンプ装置。 The heat exchanger according to any one of claims 1 to 4,
A pair of the magnets, a magnetic field applying device for applying a magnetic field to the magnetocaloric effect material and changing the magnitude of the magnetic field, and
The heat exchanger is a magnetic heat pump device interposed between a pair of the magnets when a magnetic field is applied to at least the magnetocaloric effect material.
前記磁気ヒートポンプ装置は、
配管を介して前記熱交換器にそれぞれ接続された第1及び第2の外部熱交換器と、
前記磁場印加装置により前記磁気熱量効果材料に印加される磁場の大きさの変更に伴って、前記熱交換器から前記第1の外部熱交換器又は前記第2の外部熱交換器に流体を供給する流体供給装置と、を備えた磁気ヒートポンプ装置。 The magnetic heat pump device according to claim 5, wherein
The magnetic heat pump device,
First and second external heat exchangers respectively connected to the heat exchanger via piping,
A fluid is supplied from the heat exchanger to the first external heat exchanger or the second external heat exchanger in accordance with a change in the magnitude of the magnetic field applied to the magnetocaloric effect material by the magnetic field applying device. And a magnetic heat pump device including the fluid supply device.
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2018
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