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Die vorliegende Erfindung bzw. Offenbarung betrifft ein magnetisches Wärmepumpensystem und eine Klimaanlagenvorrichtung, welche selbiges aufweist.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird ein Wärmetransportmedium in dem magnetischen Wärmepumpensystem verwendet, wobei solch ein Material, welches einen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten aufweist, der höher ist als derjenige des Wärmetransportmediums, oder solch ein Material, welches eine spezifische Wärme oder eine volumenspezifische Wärme aufweist, die höher ist als diejenige des Wärmetransportmediums, in das Wärmetransportmedium gemischt ist. Mit solch einem Wärmetransportmedium sind das magnetische Wärmepumpensystem und die Klimaanlagenvorrichtung, welche dasselbige aufweist, vorgesehen, gemäß welchen die Kühlkapazität sowie die Heizkapazität verbessert ist.
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Im Stand der Technik ist ein magnetisches Wärmepumpensystem bekannt, zum Beispiel wie es in dem
japanischen Patent Nr. 4387892 offenbart ist, als ein Wärmepumpensystem einer Klimaanlagenvorrichtung für ein Fahrzeug, zum Beispiel einer Klimaanlagenvorrichtung für ein Kraftfahrzeug oder ein Schienenfahrzeug. Bei dem magnetischen Wärmepumpensystem wird eine bestimmte Art eines magnetischen Materials (welches in dem obigen japanischen Patent als „magnetisches Arbeitsmaterial” bezeichnet wird, jedoch in dieser Offenbarung ebenfalls als „Material mit magnetokalorischer Wirkung” bezeichnet wird) verwendet. Wenn ein magnetisches Feld an das Material mit magnetokalorischer Wirkung angelegt wird, wird Wärme in dem Material mit magnetokalorischer Wirkung erzeugt, während, wenn das magnetische Feld entfernt wird, die Temperatur davon verringert wird (dieses Phänomen wird als „magnetokalorische Wirkung” bezeichnet).
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Im Vergleich mit einem Gaswärmepumpensystem ist es umweltfreundlich, da ein Flurchlorkohlenwasserstoff oder Alternativen für Fluorchlorkohlenwasserstoff nicht für das magnetische Wärmepumpensystem verwendet werden. Zusätzlich ist, da ein Kompressionshub und ein Expansionshub, welche für das Gaswärmepumpensystem erforderlich sind, das einen Kompressor verwendet, nicht für das magnetische Wärmepumpensystem erforderlich sind, die Energieeffizienz hoch. Die Komponenten, welche für das magnetische Wärmepumpensystem erforderlich sind, sind (i) eine Pumpe zum Bewegen des Wärmetransportmediums, so dass es durch das Material mit magnetokalorischer Wirkung hindurchgeht, um einen Wärmeaustausch damit auszuführen, und (ii) eine Magnetfeldänderungseinrichtung zum Verändern des magnetischen Felds, welches auf das Material mit magnetokalorischer Wirkung anzulegen ist.
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Bei einem konventionellen magnetischen Wärmepumpensystem oder bei einer konventionellen Klimaanlagenvorrichtung, welche das magnetische Wärmepumpensystem aufweist, wird Wasser oder eine Frostschutzflüssigkeit (LLC: Langzeitkühlmittel, engl.: long life coolant) als ein Wärmetransportmedium verwendet, welches durch das Material mit magnetokalorischer Wirkung derart hindurchgeht, dass ein Wärmeaustausch zwischen dem Wärmetransportmedium und dem Material mit magnetokalorischer Wirkung ausgeführt wird. Das Wasser oder die Frostschutzflüssigkeit wird im Allgemeinen als ein Wärmetransportmedium verwendet, jedoch ist die Wärmeaustauschleistung nicht hoch.
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In einem Fall, dass eine Kühlleistung für das magnetische Wärmepumpensystem erhöht wird, in welchem das Wasser oder die Frostschutzflüssigkeit verwendet wird, ist es daher notwendig, das magnetische Wärmepumpensystem in seiner Größe größer zu machen. Dann ist es ein Nachteil, dass das Gewicht des magnetischen Wärmepumpensystems erhöht werden wird.
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Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die obigen Punkte gemacht worden. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein magnetisches Wärmepumpensystem und/oder eine Klimaanlagenvorrichtung, welche das magnetische Wärmepumpensystem aufweist, vorzusehen, gemäß welchen das Wärmetransportmedium, welches einen hohen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten aufweist, derart verwendet wird, dass der Wärmeaustausch zwischen dem Wärmetransportmedium und dem Material mit magnetokalorischer Wirkung in wirksamer Weise ausgeführt werden kann. Als ein Ergebnis kann die Kühlleistung erhöht werden, ohne das magnetische Wärmepumpensystem in seiner Größe größer zu machen.
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Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung (zum Beispiel wie es in dem angehängten Anspruch 1 definiert ist) weist ein magnetisches Wärmepumpensystem auf:
eine magnetische Wärmepumpeneinrichtung (30A);
eine Wärmestrahleinrichtung (5) zum Abstrahlen von Wärme von dem Wärmetransportmedium (42), das von dem einen Ende des Behälters (25) ausgelassen wird, nach außen von der Wärmestrahleinrichtung (5); und
eine Wärmeabsorbiereinrichtung (2) zum Absorbieren von Wärme von einer Außenseite von der Wärmeabsorbiereinrichtung (2) in das Wärmetransportmedium (42), welches von dem anderen Ende des Behälters (25) ausgelassen wird.
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Die magnetische Wärmepumpeneinrichtung (30A) weist auf:
einen Behälter (25), in welchem Material (26) mit magnetokalorischer Wirkung aufgenommen ist und durch welchen ein Wärmetransportmedium (42) hindurchgeht;
eine Magnetfeldänderungseinheit (22, 23) zum Ändern des Ausmaßes des magnetischen Felds, welches auf das Material (26) mit magnetokalorischer Wirkung anzulegen ist; und
eine Arbeitsfluidbewegungseinheit (13) zum Bewegen des Wärmetransportmediums (42) in einer hin- und hergehenden Weise in dem Behälter (25), so dass das Wärmetransportmedium (42) in den Behälter durch ein Ende von dem Behälter (25) angesaugt wird und das Wärmetransportmedium (42) von dem Behälter durch das andere Ende von dem Behälter (25) ausgelassen wird und umgekehrt.
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Und in dem obigen magnetischen Wärmepumpensystem ist eines von den nachfolgenden ersten und zweiten Materialien in das Wärmetransportmedium (42) gemischt:
- – ein erstes Material (40), welches einen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten aufweist, der höher ist als derjenige des Wärmetransportmediums (42), und
- – ein zweites Material (40), welches eine spezifische Wärme oder eine volumenspezifische Wärme aufweist, die höher ist als diejenige des Wärmetransportmediums (42).
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Gemäß dem obigen Merkmal ist der Koeffizient für die thermische Leitfähigkeit erhöht, und dadurch kann der Wärmeaustausch zwischen dem Material mit magnetokalorischer Wirkung und dem Wärmetransportmedium auf wirksame Weise (bei einer hohen Geschwindigkeit) ausgeführt werden.
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Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung deutlicher offenbar werden, welche mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt. In den Zeichnungen:
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1 ist eine schematische Darstellung, welche eine gesamte Struktur einer Klimaanlagenvorrichtung für ein Fahrzeug zeigt, welche ein magnetisches Wärmepumpensystem gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist;
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2A ist eine schematische Querschnittsansicht, welche eine detaillierte Struktur einer magnetischen Wärmepumpeneinrichtung, die in der 1 gezeigt ist, zeigt;
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2B ist eine schematische Querschnittsansicht, welche ein anderes Beispiel für die Struktur der magnetischen Wärmepumpeneinrichtung, die in der 1 gezeigt ist, zeigt;
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3A ist eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Linie IIIA-IIIA in der 2A oder 2B;
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3B ist eine schematische Perspektivansicht, welche einen Behälter zum Aufnehmen von Material mit magnetokalorischer Wirkung zeigt;
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3C ist eine schematische Perspektivansicht, welche einen Rotor zeigt, der Permanentmagnete aufweist;
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4A ist eine Darstellung, welche einen Zustand eines Wärmetransportmediums zeigt, in welchem ein Wärmeleitfähigkeitskoeffizient hoch ist;
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4B ist eine Darstellung, welche einen Zustand des Wärmetransportmediums zeigt, in welchem ein Wärmeleitfähigkeitskoeffizient niedrig ist;
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4C ist eine Darstellung, welche einen Zustand zeigt, in welchem das Wärmetransportmedium gerührt bzw. bewegt wird;
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4D ist eine Darstellung, welche einen Zustand zeigt, in welchem ein kleinstes magnetisches Material in das Wärmetransportmedium gemischt wird und solch ein Wärmetransportmedium bewegt wird;
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5A ist eine schematische Perspektiv- und Explosionsansicht, welche eine Bewegungseinheit für den Behälter gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5B ist eine schematische Querschnittsansicht, welche eine magnetische Wärmepumpeneinrichtung zeigt, in welcher die Bewegungseinheit der 5A eingesetzt ist;
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5C ist eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Linie VC-VC in der 5B;
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6A, 6B, 6C, 6D, 6E und 6F sind schematische Darstellungen, welche jeweils einen Zustand des Rotors in seiner jeweiligen Drehposition zum Erläutern eines Drehbetriebs eines Rührstabs zeigen;
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7 ist eine schematische Darstellung, welche eine Bewegungseinheit (eine Bewegungsstruktur) gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Erläutern einer Struktur der Bewegungseinheit zeigt;
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8A ist eine schematische Perspektivansicht der Bewegungseinheit (der Bewegungsstruktur);
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8B ist eine schematische Vorderansicht der Bewegungseinheit;
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8C ist eine schematische Darstellung, welche eine Bewegung des Wärmetransportmediums zeigt, das durch den Behälter hindurchgeht;
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9A ist eine schematische Vorderansicht, welche einen Behälter gemäß einer ersten Modifikation der dritten Ausführungsform zeigt;
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9B ist eine schematische Darstellung, welche eine Bewegung des Wärmetransportmediums zeigt, das durch den Behälter der 9A hindurchgeht;
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9C ist eine schematische Vorderansicht, welche einen Behälter gemäß einer zweiten Modifikation der dritten Ausführungsform zeigt;
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9D ist eine schematische Darstellung, welche eine Bewegung des Wärmetransportmediums zeigt, das durch den Behälter der 9C hindurchgeht;
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10A ist eine schematische Perspektivansicht, welche einen Behälter gemäß einer dritten Modifikation der dritten Ausführungsform zeigt; und
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10B ist eine schematische Draufsicht von oben, welche einen Behälter gemäß einer vierten Modifikation der dritten Ausführungsform zeigt.
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Die vorliegende Erfindung wird mittels mehrerer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. Die gleichen Bezugszeichen werden durchgängig bei den Ausführungsformen für den Zweck des Bezeichnens der gleichen oder ähnlichen Teile und/oder Komponenten verwendet.
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Erste Ausführungsform
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Die 1 zeigt eine Struktur einer Klimaanlagenvorrichtung 10 für ein Fahrzeug, an welcher ein magnetisches Wärmepumpensystem 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform angewendet ist. Einige Komponenten der Klimaanlagenvorrichtung 10 sind auf einer Seite der Fahrgastzelle des Fahrzeugs montiert. Eine Kühlereinheit 2 (eine Wärmeabsorbiereinrichtung) ist in einem Hauptkörpergehäuse 1 der Vorrichtung 10 vorgesehen. Ein Kaltluftdurchlass 3 und ein Heißluftdurchlass 4 sind in dem Gehäuse 1 an einer stromabwärtigen Seite der Kühlereinheit 2 gebildet, wobei eine Heizeinheit 5 (eine Wärmestrahleinrichtung) und ein Heizkern 6 in dem Heißluftdurchlass 4 für ein Abstrahlen von Wärme von dem Wärmetransportmedium an eine Außenseite davon vorgesehen sind. Eine Luftmischklappe 7 ist an stromaufwärtigen Enden des Kaltluftdurchlasses 3 und des Heißluftdurchlasses 4 so vorgesehen, um einen Strom von kalter Luft zu steuern, welcher durch die Kühlereinheit 2 hindurchgegangen ist. Als ein Ergebnis wird die Kaltluft gesteuert, um durch entweder den Kaltluftdurchlass 3 oder den Heißluftdurchlass 4 hindurchzugehen.
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Eine magnetische Wärmepumpeneinrichtung 30A des magnetischen Wärmepumpensystems 30, welche zusammengesetzt ist aus einem Kaltwassererzeugungsabschnitt 11, einem Heißwassererzeugungsabschnitt 12 und einer Kolbenpumpe 13 (eine Arbeitsfluidbewegungseinheit zum Bewegen des Wärmetransportmediums), ist in einem Motorraum des Fahrzeugs angeordnet. Die magnetische Wärmepumpeneinrichtung 30A wird durch einen Motor 20 über eine rotierende Welle 21 betrieben. Wie es unten erläutert wird, bewegt die Kolbenpumpe 13 bzw. oszillierende Pumpe das Wärmetransportmedium in einer hin- und hergehenden Art und Weise. Eine mehr detaillierte innere Struktur der magnetischen Wärmepumpeneinrichtung 30A wird unten erläutert werden.
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Der Kaltwassererzeugungsabschnitt 11 kühlt das Wärmetransportmedium durch eine magnetische Wirkung herunter. Das Wärmetransportmedium, welches durch den Kaltwassererzeugungsabschnitt 11 heruntergekühlt wird, wird durch die Kolbenpumpe 13 in ein Kaltwasserzirkulationsrohr 15 (ein erstes Zirkulationsrohr) ausgelassen und wird zu der Kühlereinheit 2 geliefert. Das Wärmetransportmedium wird sodann zu dem Kaltwassererzeugungsabschnitt 11 zurückgebracht.
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Der Heißwassererzeugungsabschnitt 12 heizt das Wärmetransportmedium durch die magnetische Wirkung auf. Das Wärmetransportmedium, welches durch den Heißwassererzeugungsabschnitt 12 aufgeheizt wird, wird durch die Kolbenpumpe 13 in ein Heißwasserzirkulationsrohr 16 (ein zweites Zirkulationsrohr) ausgelassen und wird zu der Heizeinheit 5 geliefert. Das Wärmetransportmedium wird sodann zu dem Heißwassererzeugungsabschnitt 12 zurückgebracht.
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Gemäß der Klimaanlagenvorrichtung 10 wird Motorkühlwasser, welches einen Verbrennungsmotor 8 heruntergekühlt hat, zu dem Heizkern 6 über einen Heißwasserkreislauf 9 geliefert, der in dem Heißluftdurchlass 4 vorgesehen ist, so dass die Luft, welche durch den Heißluftdurchlass 4 hindurchgeht, nicht nur durch die Heizeinheit 5 aufgeheizt wird, sondern auch durch den Heizkern 6.
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Eine Struktur für den Kaltwasserzirkulationsdurchlass 15 sowie eine Struktur für den Heißwasserzirkulationsdurchlass 16 werden erläutert werden. Der Kaltwassererzeugungsabschnitt 11 weist mehrere Zylinder auf, mit welchen jeweils ein Abzweigrohr 15A verbunden ist. Die mehreren Abzweigrohre 15A werden an einem Versorgungsrohr 15B zusammengebracht, so dass das Wärmetransportmedium an die Kühlereinheit 2 geliefert wird. Das Wärmetransportmedium, welches von der Kühlereinheit 2 ausgelassen wird, strömt zu dem Kaltwassererzeugungsabschnitt 11 über ein Rückkehrrohr 15C und wird schließlich in die jeweiligen Zylinder über jeweilige Abzweigrohre 15D geliefert (verteilt), von denen jedes mit den jeweiligen Zylindern verbunden ist.
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Ein Bypassrohr 17A (ein erster Bypassdurchlass) ist zwischen dem Versorgungsrohr 15B und dem Rückkehrrohr 15C derart vorgesehen, dass ein Fluiddurchlass (für das Wärmetransportmedium) die Kühlereinheit 2 umgeht. Ein Ende von dem Bypassrohr 17A ist direkt mit dem Rückkehrrohr 15C verbunden, während das andere Ende des Bypassrohres 17A mit dem Versorgungsrohr 15B über ein erstes Schaltventil 17 verbunden ist.
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Im Heizbetrieb der Klimaanlagenvorrichtung 10 wird die Strömung von dem Wärmetransportmedium in dem Versorgungsrohr 15B zu der Kühlereinheit 2 durch das erste Schaltventil 17 blockiert, so dass das Wärmetransportmedium zu dem Kaltwassererzeugungsabschnitt 11 über das Bypassrohr 17A zurückgebracht wird. Zusätzlich ist ein drittes Schaltventil 19 in dem Rückkehrrohr 15C an einer stromaufwärtigen Seite von den Abzweigrohren 15D vorgesehen. Ein Bypassrohr 19A (ein dritter Bypassdurchlass) ist mit dem dritten Schaltventil 19 derart verbunden, dass das Wärmetransportmedium zu den Abzweigrohren 15D über eine Außeneinheit 14 zurückgebracht werden kann.
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Daher strömt im Heizbetrieb das Wärmetransportmedium in dem Rückkehrrohr 15C in das Bypassrohr 19A über das dritte Schaltventil 19, um Wärme von der Außenluft in der Außeneinheit 14 zu absorbieren. Das Wärmetransportmedium strömt dann wieder in das Rückkehrrohr 15C und zu den Abzweigrohren 15D, so dass das Wärmetransportmedium schließlich zu dem Kaltwassererzeugungsabschnitt 11 zurückgebracht wird.
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Auf ähnliche Art und Weise zu dem Kaltwassererzeugungsabschnitt 11 weist der Heißwassererzeugungsabschnitt 12 mehrere Zylinder für das Aufheizen des Wärmetransportmediums auf, um heißes Wasser zu erzeugen. Jedes der Enden von den mehreren Abzweigrohren 16A ist jeweils mit jedem von den Zylindern verbunden, während andere Enden von den Abzweigrohren 16A an einem Versorgungsrohr 16B zusammengebracht sind, so dass das Wärmetransportmedium an die Heizeinheit 5 geliefert wird. Das Wärmetransportmedium, welches von der Heizeinheit 5 ausgelassen wird, strömt zu dem Heißwassererzeugungsabschnitt 12 über ein Rückkehrrohr 16C und wird schließlich in die jeweiligen Zylinder über jeweilige Abzweigrohre 16D geliefert (verteilt), von denen jedes mit den jeweiligen Zylindern verbunden ist.
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Ein zweites Schaltventil 18 ist zusätzlich in dem Rückkehrrohr 16C an einer stromaufwärtigen Seite von den Abzweigrohren 16D vorgesehen. Ein Bypassrohr 18A (ein zweiter Bypassdurchlass) ist mit dem zweiten Schaltventil 18 derart verbunden, dass das Wärmetransportmedium zu den Abzweigrohren 16D über die Außeneinheit 14 zurückgebracht werden kann.
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Das Wärmetransportmedium in dem Rückkehrrohr 16C strömt daher in das Bypassrohr 18A über das zweite Schaltventil 18 in Abhängigkeit von einer Ventilposition davon, um Wärme von der Außenluft in der Außeneinheit 14 zu absorbieren. Das Wärmetransportmedium strömt sodann wieder in das Rückkehrrohr 16C und zu den Abzweigrohren 16D, so dass das Wärmetransportmedium schließlich zu dem Heißwassererzeugungsabschnitt 12 zurückgebracht wird.
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Die inneren Strukturen der magnetischen Wärmepumpeneinrichtung 30A (der Kaltwassererzeugungsabschnitt 11, der Heißwassererzeugungsabschnitt 12 und die Kolbenpumpe 13) werden mit Bezugnahme auf die 2A, 2B und 3A bis 3C erläutert werden. Die 2A zeigt ein Beispiel der magnetischen Wärmepumpeneinrichtung 30A, in welchem eine Pumpe vom Radialkolbentyp als die Kolbenpumpe 13 verwendet wird, während die 2B ein anderes Beispiel der magnetischen Wärmepumpeneinrichtung 30A zeigt, in welchem ein Kompressor vom Taumelscheibentyp als die Kolbenpumpe 13 verwendet wird.
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Die innere Struktur des Kaltwassererzeugungsabschnitts 11 und die innere Struktur des Heißwassererzeugungsabschnitts 12, welche an beiden Seiten der Kolbenpumpe 13 vorgesehen sind, sind zueinander identisch. Daher werden die gleichen Bezugszeichen den gleichen Teilen und/oder Abschnitten gegeben. Die Struktur des Kaltwassererzeugungsabschnitts 11 wird als ein repräsentatives Beispiel erläutert werden, wenn die Pumpe vom Radialkolbentyp als die Kolbenpumpe 13 verwendet wird.
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Der Kaltwassererzeugungsabschnitt 11 weist eine zylindrische Traverse 24 (engl.: yoke) auf, welche koaxial zu der drehenden Welle 21 angeordnet ist. Ein Rotor 22 weist ein Paar von Rotorelementen auf, von denen jedes eine Sektorform in seinem Querschnitt aufweist, wie es in den 3A oder 3C gezeigt ist. Die Rotorelemente sind zueinander gegenüberliegend mit Bezug auf die drehende Welle 21 vorgesehen. Ein Permanentmagnet 23 ist an einer äußeren peripheren Oberfläche von jedem sektorförmigen Rotorelement vorgesehen. Eine äußere Oberfläche eines Magneten 23 ist als ein N-Pol magnetisiert, während eine äußere Oberfläche des anderen Magneten 23 als ein S-Pol magnetisiert ist.
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Mehrere (sechs) Behälter 25, in welche ein Material 26 mit magnetokalorischer Wirkung (welches eine magnetokalorische Wirkung aufweist) eingefüllt ist, sind zwischen einer Außenseite von einer rotierenden Exkursion bzw. Umlauf der Magnete 23 und einer Innenseite von der Traverse 24 angeordnet. Das Wärmetransportmedium kann durch die Behälter 25 hindurchgehen, welche mit dem Material mit magnetokalorischer Wirkung gefüllt sind.
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Die mehreren Behälter 25 für den Kaltwassererzeugungsabschnitt 11 werden zusammen als eine erste Behältereinheit bezeichnet, während die mehreren Behälter 25 für den Heißwassererzeugungsabschnitt 12 zusammen als eine zweite Behältereinheit bezeichnet werden.
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Wie es in der 3B gezeigt ist, weist jeder der Behälter 25 eine hohle Sektorform bzw. Kreisausschnittsform in seinem Querschnitt auf, und ein Material 26 mit magnetokalorischer Wirkung vom Typ Pellets ist in einen Innenraum von jedem Behälter 25 eingefüllt. Beide axialen Enden des Behälters 25 sind durch netzartige Endplatten 25M verschlossen, so dass das Material 26 mit magnetokalorischer Wirkung in dem Behälter 25 gehalten wird. Ein Arbeitsfluid (Flüssigkeit) strömt in das Innere des Behälters 25 durch die netzartige Endplatte 25M an einem axialen Ende des Behälters 25, geht durch die Räume unter dem Material 26 mit magnetokalorischer Wirkung hindurch und strömt nach außen durch die netzartige Endplatte 25M an dem anderen axialen Ende von dem Behälter 25 heraus.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die sechs Behälter 25, von denen jeder die gleiche Form zu dem anderen aufweist, an der Innenseite der zylindrischen Traverse 24 angeordnet. Die Permanentmagnete 23, welche an der äußeren Peripherie des Rotors 22 befestigt sind, werden in einem Raum gedreht, der von den inneren peripheren Oberflächen der Behälter 25 gebildet wird. Der Rotor 22, die Permanentmagnete 23 und die Traverse 24 arbeiten als ein Abschnitt zum Ändern eines magnetischen Felds, das an das Material 26 mit magnetokalorischer Wirkung anzulegen ist, welches in die Behälter 25 eingefüllt ist (sie werden zusammen als eine Magnetfeldänderungseinheit bezeichnet).
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Wie es in der 2A gezeigt ist, ist die Kolbenpumpe 13 aus der Pumpe vom Typ Radialkolben zusammengesetzt, wobei ein Gehäuse für die Pumpe 13 integral mit der zylindrischen Traverse 24 für die Kaltwasser- und Heißwassererzeugungsabschnitte 11 und 12 gebildet ist. Sechs Zylinder 34 (entsprechend zu der Anzahl der Behälter 25) sind in der Pumpe 13 vom Radialkolbentyp in einem radialen Muster mit Bezug auf die drehende Welle 21 gebildet. Ein hin- und hergehender Kolben 33 ist in jedem der Zylinder 34 beweglich vorgesehen. Ein Steuernockenelement 32A ist in der drehenden Welle 21 gebildet, welche durch den Motor 20 zu drehen ist, wobei das Nockenelement 32A exzentrisch zu der drehenden Welle 21 gebildet ist. Jedes axiale innere Ende von den Kolben 33 steht mit einem äußeren Profil des Steuernockenelements 32A in Kontakt. Wenn das Steuernockenelement 32A um eine Drehung (360-Grad-Drehung) gedreht wird, wird jeder der Kolben 33 einmal in dem jeweiligen Zylinder hin- und herbewegt. Eine Seitenwand von jedem Zylinder 34, welche an einem axialen äußeren Ende von dem Kolben 33 angeordnet ist, d. h. an einer Position entfernt von der drehenden Welle 21, ist mit einem axialen Ende von den entsprechenden Behältern 25 für den Kaltwasser- und Heißwassererzeugungsabschnitt 11 und 12 durch jeweilige Kommunikationsdurchlässe 38 verbunden.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die in der 2A gezeigt ist, ist eine äußere Endplatte 29 an einem axialen äußeren Ende von dem Kaltwassererzeugungsabschnitt 11 angebracht, was auf einer Seite (eine Seite linker Hand in der Zeichnung) entfernt von der Radialkolbenpumpe 13 ist. Ein Einlassventil 28, um es dem Wärmetransportmedium zu erlauben, in den Behälter 25 zu strömen, und ein Auslassventil 27, um es dem Wärmetransportmedium zu erlauben, von dem Behälter 25 herauszuströmen, sind in der äußeren Endplatte 29 an solchen Abschnitten vorgesehen, welche mit dem inneren Raum von jedem Behälter 25 in Kommunikation zu bringen sind.
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Jedes von den Abzweigrohren 15A für das Versorgungsrohr 15B ist mit dem jeweiligen Auslassventil 27 verbunden, wohingegen jedes von den Abzweigrohren 15D für das Rückkehrrohr 15C mit dem jeweiligen Einlassventil 28 verbunden ist. In dem Fall der Radialkolbenpumpe 13 ist eine Drehposition der Permanentmagnete 23 mit Bezug auf die drehende Welle 21 für den Kaltwassererzeugungsabschnitt 11 von derjenigen für den Heißwassererzeugungsabschnitt 12 um 90 Grad versetzt.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die in der 2B gezeigt ist, welche ein anderes Beispiel für die Struktur der magnetischen Wärmepumpeneinrichtung 10A zeigt, ist die Kolbenpumpe 13 aus dem Kompressor vom Taumelscheibentyp zusammengesetzt, welcher als eine separate Komponente von dem Kaltwassererzeugungsabschnitt 11 und dem Heißwassererzeugungsabschnitt 12 strukturiert ist. Sechs Zylinder 34 (entsprechend der Anzahl der Behälter 25) sind in der Pumpe 13 vom Taumelscheibentyp gebildet. Ein hin- und hergehender Kolben 33 ist beweglich in jedem der Zylinder 34 vorgesehen. Ein äußerer peripherer Abschnitt der Taumelscheibe 32B, welcher an einem drehenden Element 31, das mit dem Motor 20 zu drehen ist, angebracht ist, ist mit jedem Kolben 33 operativ in Eingriff. Die Taumelscheibe 32B ist an dem drehenden Element 31 in einem geneigten bzw. schrägen Zustand angebracht. Wenn das drehende Element 31 gedreht wird, wird jeder der Kolben 33 durch die Taumelscheibe 32B einmal für jede Umdrehung des drehenden Elements 31 hin- und herbewegt.
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Eines der axialen Enden von jedem Zylinder 34 (ein Ende linker Hand) ist jeweils mit dem axialen Ende (das Ende rechter Hand) von dem entsprechenden Behälter 25 für den Kaltwassererzeugungsabschnitt 11 über einen Kommunikationsdurchlass 38 verbunden, der in einem Verbindungsrohr 37 gebildet ist. Auf ähnliche Weise ist das andere axiale Ende von jedem Zylinder 34 (ein Ende rechter Hand) jeweils mit dem axialen Ende (das Ende linker Hand) von dem entsprechenden Behälter 25 für den Heißwassererzeugungsabschnitt 12 über einen Kommunikationsdurchlass 38 verbunden, der in einem Verbindungsrohr 37 gebildet ist. Das Bezugszeichen 36 bezeichnet Zahnräder.
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Wieder zurückkehrend zu der 2A ist auf ähnliche Weise zu dem Kaltwassererzeugungsabschnitt 11 eine äußere Endplatte 29 an einem axialen äußeren Ende von dem Heißwassererzeugungsabschnitt 12 angebracht, welches auf einer Seite (Seite rechter Hand in der Zeichnung) entfernt von der Radialkolbenpumpe 13 ist. Ein Einlassventil 28 und ein Auslassventil 27 sind ebenfalls in der äußeren Endplatte 29 an solchen Abschnitten vorgesehen, die mit dem inneren Raum von jedem Behälter 25 in Kommunikation zu bringen sind. Jedes von den Abzweigrohren 16A für das Versorgungsrohr 16B ist mit dem jeweiligen Auslassventil 27 verbunden, während jedes von den Abzweigrohren 16D für das Rückkehrrohr 16C mit dem jeweiligen Einlassventil 28 verbunden ist.
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Wenn die Kolben 33 der Pumpe 13 vom Radialkolbentyp so bewegt werden, dass das Wärmetransportmedium in den Behälter 25 des Kaltwassererzeugungsabschnitts 11 angesaugt wird, wird das Wärmetransportmedium ebenso in den Behälter 25 von dem Heißwassererzeugungsabschnitt 12 (entsprechend zu dem Behälter 25 des Kaltwassererzeugungsabschnitts 11) angesaugt. Im Falle der Pumpe 13 vom Taumelscheibentyp wird jedoch, wenn das Wärmetransportmedium in den Behälter 25 des Kaltwassererzeugungsabschnitts 11 angesaugt wird, das Wärmetransportmedium von dem Behälter 25 von dem Heißwassererzeugungsabschnitt 12 (entsprechend zu dem Behälter 25 von dem Kaltwassererzeugungsabschnitt 11) herausgepumpt.
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Wenn das Wärmetransportmedium aus dem Behälter 25 von dem Kaltwassererzeugungsabschnitt 11 herausgepumpt wird, wird das magnetische Feld, welches an das Material 26 mit magnetokalorischer Wirkung in dem Behälter 25 angelegt worden ist, entfernt werden. Die Temperatur des Materials 26 mit magnetokalorischer Wirkung wird dann verringert, und dadurch wird das Wärmetransportmedium, welches herauszupumpen ist, heruntergekühlt. Solch heruntergekühltes Wärmetransportmedium wird in das Kaltwasserzirkulationsrohr 15 geliefert.
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Auf der anderen Seite, wenn das Wärmetransportmedium aus dem Behälter 25 von dem Heißwassererzeugungsabschnitt 12 herausgepumpt wird, wird das magnetische Feld an das Material 26 mit magnetokalorischer Wirkung in dem Behälter 25 angelegt. Wärme wird sodann in dem Material 26 mit magnetokalorischer Wirkung erzeugt, und dadurch wird das Wärmetransportmedium, welches herauszupumpen ist, aufgeheizt. Solch aufgeheiztes Wärmetransportmedium wird in das Heißwasserzirkulationsrohr 16 geliefert. Die Permanentmagnete 23 sind in dem Rotor 22 so angeordnet, um den obigen Betrieb auszuführen.
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Gemäß dem obigen magnetischen Wärmepumpensystem 30 und der Klimaanlagenvorrichtung 10, welche solch ein Wärmepumpensystem 30 aufweist, wird solch ein Material, welches einen höheren Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten aufweist als denjenigen des Wärmetransportmediums, in das Wärmetransportmedium gemischt. Das Material, welches den höheren Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten als denjenigen des Wärmetransportmediums aufweist, umfasst zum Beispiel Kohlenstoffnanoröhrchen, Graphen, Tonerde, Goldpartikel usw. Wenn das Material, welches einen höheren Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten aufweist, in das Wärmetransportmedium gemischt wird, wird ein Wärmeleitfähigkeitskoeffizient für das Wärmetransportmedium erhöht. Wenn das Wärmetransportmedium durch den Behälter 25 geht, wird daher ein Wärmeaustausch auf wirksame Weise zwischen dem Wärmetransportmedium und dem Material 26 mit magnetokalorischer Wirkung ausgeführt. Das Wärmetransportmedium kann dadurch innerhalb einer kurzen Zeitperiode heruntergekühlt oder aufgeheizt werden.
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Als ein Ergebnis kann in einem Fall, in dem es nicht erforderlich ist, das Wärmetransportmedium weiter herunterzukühlen oder aufzuheizen (wenn verglichen mit einem Fall, in welchem das magnetische Wärmepumpensystem 30 mit dem Wärmetransportmedium betrieben wird, in welches das Material, welches einen höheren Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten aufweist, nicht hineingemischt ist), die Strömungsgeschwindigkeit des Wärmetransportmediums, welches durch den Behälter 25 hindurchgeht, erhöht werden. Daher kann eine Startzeitdauer für eine Kühlfunktion oder eine Heizfunktion der Klimaanlagenvorrichtung 10 in einem Zustand niedriger Temperatur kürzer gemacht werden. Auf der anderen Seite wird in einem Fall, in welchem die Strömungsgeschwindigkeit des Wärmetransportmediums, welches durch den Behälter 25 hindurchgeht, auf einem konstanten Wert gehalten wird, die Temperaturabnahme oder die Temperaturzunahme des Wärmetransportmediums, welches durch den Behälter 25 hindurchgegangen ist, größer werden. Eine Kühlkapazität oder eine Heizkapazität der Klimaanlagenvorrichtung 10 kann daher erhöht werden.
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Es wird weiterhin eine Erläuterung für solch einen Fall gegeben, in welchem das Material, welches einen höheren Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten als denjenigen des Wärmetransportmediums aufweist (z. B. Kohlenstoffnanoröhrchen), in das Wärmetransportmedium gemischt ist. Wie es in der 4A gezeigt ist, wird in einem Fall, dass die Kohlenstoffnanoröhrchen 40 in das Wärmetransportmedium 42 gemischt werden, das in einem Raum enthalten ist, der zwischen einem Paar von flachen Platten 100 gebildet ist (welche zum Beispiel aus einem Material mit magnetokalorischer Wirkung hergestellt sind), und dass beide Enden in der gleichen Richtung in Richtung zu den flachen Platten 100 ausgerichtet sind, der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient erhöht. Auf der anderen Seite wird, wie es in der 4B gezeigt ist, in einem Fall, dass die beiden Enden der Kohlenstoffnanoröhrchen 40 in der gleichen Richtung parallel zu den flachen Platten 100 ausgerichtet sind, der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient nicht erhöht. Wenn die Kohlenstoffnanoröhrchen 40 miteinander verklumpen, wird zusätzlich der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient ebenfalls nicht erhöht. Selbst in einem Fall, in welchem das andere Material als die Kohlenstoffnanoröhrchen 40, welches einen höheren Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten als denjenigen des Wärmetransportmediums aufweist, in das Wärmetransportmedium gemischt ist, wird der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient ebenfalls nicht erhöht, wenn solch ein Material zusammen verklumpt.
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Daher ist es wichtig, wie es in der 4C gezeigt ist, die Kohlenstoffnanoröhrchen 40 daran zu hindern, miteinander zu verklumpen, und die Kohlenstoffnanoröhrchen 40 nicht in der gleichen Richtung auszurichten, wenn die Kohlenstoffnanoröhrchen 40, welche in das Wärmetransportmedium 42 gemischt sind, durch den Raum zwischen den flachen Platten 100 hindurchgehen. Wie es in der 4C gezeigt ist, wird, wenn die Kohlenstoffnanoröhrchen 40 nicht miteinander verklumpen und nicht in der gleichen Richtung ausgerichtet sind, der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient des Wärmetransportmediums 42 nicht verringert.
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Eine der Methoden zum Hindern der Kohlenstoffnanoröhrchen 40 (welche in das Wärmetransportmedium 42 gemischt sind), miteinander zu verklumpen, und zum Ausrichten der Kohlenstoffnanoröhrchen 40 in verschiedenen Richtungen ist, dass kleinstes magnetisches Material 41 in das Wärmetransportmedium 42 zusammen mit den Kohlenstoffnanoröhrchen 40 gemischt wird, wie es in der 4D gezeigt ist. Alternativ kann das kleinste magnetische Material (z. B. eine Eisenkomponente) mit den Kohlenstoffnanoröhrchen 40 gemischt werden.
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Das kleinste magnetische Material 41 oder die Kohlenstoffnanoröhrchen 40 (in welche das magnetische Material 41 gemischt ist) werden abhängig von einer Änderung des magnetischen Felds, welches an den Behälter 25 angelegt wird, bewegt, wenn das Wärmetransportmedium 42 durch den Raum zwischen den Platten 100 (entsprechend dem Innenraum des Behälters 25) hindurchgeht. Da die Kohlenstoffnanoröhrchen 40 bewegt werden, werden die Ausrichtungen der Kohlenstoffnanoröhrchen 40 in verschiedenen Richtungen in dem Wärmetransportmedium 42 ausgerichtet. Der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient für das Wärmetransportmedium 42 wird daher nicht verringert, wenn das Wärmetransportmedium 42 durch den Raum zwischen den Platten 100 (den Raum in dem Behälter 25) hindurchgeht.
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Zweite Ausführungsform
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Eine andere Methode zum Hindern der Kohlenstoffnanoröhrchen 40, welche in das Wärmetransportmedium 42 gemischt sind, miteinander zu verklumpen, und zum Ausrichten der Kohlenstoffnanoröhrchen 40 in verschiedenen Richtungen ist es, das Wärmetransportmedium in dem Behälter 25 zwangsweise herumzubewegen. Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezugnahme auf die 5A bis 5C und die 6A bis 6F erläutert werden.
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In den 5A bis 5C und den 6A bis 6F sind Bewegungsstrukturen 50 gezeigt.
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Wie es in der 5A gezeigt ist, sind mehrere Rührstäbe 51 in jedem Behälter 25 vorgesehen, wobei die Rührstäbe 51 in Übereinstimmung mit der Änderung des magnetischen Feldes gedreht werden. Der Behälter 25 ist mehr im Detail in einen ersten Behälterabschnitt 25A und einen zweiten Behälterabschnitt 25B unterteilt, und drei Rührstäbe 51 sind an jedem axialen Ende von den ersten und zweiten Behälterabschnitten 25A und 25B vorgesehen. Mehrere Rahmenelemente 53, von denen jedes einen identischen Querschnitt zu demjenigen des ersten und zweiten Behälterabschnitts 25A und 25B aufweist, sind an beiden axialen Enden der ersten und zweiten Behälterabschnitte 25A und 25B angebracht. Jeder der Rührstäbe 51 ist in jedem Rotationsraum 52 aufgenommen, der an einer Innenseite von dem Rahmenelement 53 gebildet ist, so dass der Rührstab 51 in dem Rotationsraum 52 drehbar ist. Netzartige Endplatten 25M, welche die gleichen sind wie die netzartigen Endplatten 25M der 3B, sind an den äußeren axialen Enden der jeweiligen Rahmenelemente 53 angebracht. Die netzartigen Endplatten 25M sind nicht immer erforderlich.
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Die 5B zeigt eine Querschnittsansicht des Kaltwassererzeugungsabschnitts 11, in welchem eine andere Bewegungsstruktur 50 (ähnlich zu der Struktur 50 der 5A) eingebaut ist, wenn ein Kompressor vom Taumelscheibentyp als die Kolbenpumpe 13 verwendet wird. Die 5C ist eine vergrößerte Querschnittsansicht entlang einer Linie VC-VC der 5B. Wie es oben erläutert wurde, sind die Rührstäbe 51 in den jeweiligen Rotationsräumen 52 der Rahmenelemente 53 drehbar.
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Ein Betrieb für die Drehung der Rührstäbe 51 wird mit Bezugnahme auf die 6A bis 6F erläutert werden. Jeder der Rührstäbe 51 ist magnetisiert, so dass er einen N-Pol und einen S-Pol aufweist.
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Ein Betrieb für den Rührstab 51A wird erläutert, welcher in einer am weitesten links liegenden Stelle in jeder der Zeichnungen der 6A bis 6F gezeigt ist. Wenn der Rotor 22 in einer Position ist, die in der 6A gezeigt ist, d. h. wenn das Paar der Magnete 23 in einer horizontalen Richtung positioniert ist, weist der N-Pol des Magneten 23 (ein Magnet 23 auf der Seite linker Hand in der Zeichnung, welcher als der erste Magnet bezeichnet wird) gerade zu dem Rührstab 51A. In dieser Position ziehen sich der S-Pol des Rührstabs 51 und der N-Pol des ersten Magneten 23 zueinander an, und der Rührstab 51 wird in der horizontalen Richtung ausgerichtet.
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Die 6B zeigt eine andere Position des Rotors 22, wobei der Rotor 22 um 60 Grad in einer Richtung im Uhrzeigersinn von der Position der 6A gedreht ist. In dieser Position ist der N-Pol des ersten Magneten 23 von dem Rührstab 51A in einer Richtung nach rechts oben getrennt. Der S-Pol des Rührstabs 51A folgt der Drehung des Rotors 22 und ist in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn derart gedreht, dass der S-Pol des Rührstabs 51A in Richtung zu dem N-Pol des ersten Magneten 23 ausgerichtet ist.
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Die 6C zeigt eine weitere Position des Rotors 22, wobei der Rotor 22 weiter um 60 Grad in der Richtung im Uhrzeigersinn von der Position der 6B gedreht ist. In dieser Position ist der N-Pol des ersten Magneten 23 weiter von dem Rührstab 51A getrennt, während der S-Pol eines zweiten Magneten 23 näher zu dem Rührstab 51A von einer unteren Seite kommt. Dann wird der N-Pol des Rührstabs 51A durch den S-Pol des zweiten Magneten 23 angezogen, so dass der N-Pol des Rührstabs 51A weiter in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird. Der N-Pol des Rührstabs 51A wird in Richtung zu dem S-Pol des zweiten Magneten 23 ausgerichtet.
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Die 6D zeigt eine weitere Position des Rotors 22, wobei der Rotor 22 um 60 Grad in der Richtung im Uhrzeigersinn von der Position der 6C gedreht ist. In dieser Position ist das Paar von Magneten 23 in der horizontalen Richtung positioniert, und der S-Pol des zweiten Magneten 23 weist gerade zu dem Rührstab 51A. In dieser Position ziehen sich der N-Pol des Rührstabs 51 und der S-Pol des zweiten Magneten 23 zueinander an, und der Rührstab 51 wird in der horizontalen Richtung ausgerichtet.
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Die 6E zeigt eine weitere Position des Rotors 22, wobei der Rotor 22 um 60 Grad in der Richtung im Uhrzeigersinn von der Position der 6D gedreht ist. In dieser Position ist der S-Pol des zweiten Magneten 23 von dem Rührstab 51A in der Richtung nach oben rechts getrennt. Der N-Pol des Rührstabs 51A folgt der Drehung des Rotors 22 und wird in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn derart gedreht, dass der N-Pol des Rührstabs 51A in Richtung zu dem S-Pol des zweiten Magneten 23 ausgerichtet ist.
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Die 6F zeigt eine weitere Position des Rotors 22, wobei der Rotor 22 um 60 Grad in der Richtung im Uhrzeigersinn von der Position der 6E gedreht ist. In dieser Position ist der S-Pol des zweiten Magneten 23 weiter von dem Rührstab 51A getrennt, während der N-Pol des ersten Magneten 23 näher zu dem Rührstab 51A von der unteren Seite kommt. Sodann wird der S-Pol des Rührstabs 51A durch den N-Pol des ersten Magneten 23 derart angezogen, dass der S-Pol des Rührstabs 51A weiter in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird. Der S-Pol des Rührstabs 51A wird in Richtung zu dem N-Pol des ersten Magneten 23 ausgerichtet. Wenn der Rotor 22 weiter um 60 Grad in der Richtung im Uhrzeigersinn von der Position der 6F gedreht wird, gelangt der Rotor 22 zu seiner anfänglichen Position der 6A zurück.
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Wie oben folgt der Rührstab 51A der Drehung des Rotors 22, um sich selbst zu drehen. Wenn der Rotor 22 in der Richtung im Uhrzeigersinn um eine Umdrehung gedreht wird, wird der Rührstab 51A in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn um 360 Grad gedreht. Da die Rührstäbe 51 in Abhängigkeit von der Drehung des Rotors 22 gedreht werden, wird das Wärmetransportmedium durch die Rührstäbe 51 gerührt bzw. bewegt und strömt dann in die ersten und zweiten Behälterabschnitte 25A und 25B.
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Gemäß der obigen zweiten Methode sind die Kohlenstoffnanoröhrchen 40, welche in das Wärmetransportmedium 42 gemischt sind, zwangsweise in dem Behälter 25 herum gemischt, so dass die Kohlenstoffnanoröhrchen 40 daran gehindert werden, miteinander zu verklumpen, und sie in verschiedenen Richtungen ausgerichtet sind. Die zweite Methode kann auch auf einen Fall angewendet werden, in welchem das andere Material als die Kohlenstoffnanoröhrchen, welches einen höheren Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten als denjenigen des Wärmetransportmediums aufweist, in das Wärmetransportmedium gemischt ist.
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Dritte Ausführungsform
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Die 7 zeigt eine andere Bewegungsstruktur für den Behälter 25 der magnetischen Wärmepumpeneinrichtung 30A gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Für den Zweck einer Vereinfachung der Erläuterung ist die Form des Behälters 25 als eine rechteckige Form gezeigt. Die Form des Behälters 25 kann jedoch derart geformt sein, um die Form der ersten und zweiten Ausführungsform aufzuweisen. Gemäß der dritten Ausführungsform ist das Material mit magnetokalorischer Wirkung in einer kreisförmigen Säulenform 26C oder in einer rechteckigen Säulenform 26S gebildet, und solch ein Material 26C und/oder 26S mit magnetokalorischer Wirkung ist in dem Behälter 25 anstatt des Materials mit magnetokalorischer Wirkung vom Typ Pellets angeordnet, um das Wärmetransportmedium, welches durch den Behälter 25 hindurchgeht, wirksamer zu bewegen.
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Die 8A bis 8C zeigen eine detaillierte Struktur der Bewegungsstruktur für den Behälter 25 gemäß der dritten Ausführungsform. Wie es in der 8A gezeigt ist, sind mehrere kreisförmige Säulen 26C des Materials mit magnetokalorischer Wirkung in mehreren geraden Linien von einem Öffnungsende zu dem anderen Öffnungsende des Behälters 25 angeordnet. Gemäß solch einer Struktur strömt das Wärmetransportmedium (welches in den Behälter 25 eingesaugt worden ist oder welches von dem Behälter 25 ausgelassen werden wird) in einer Zickzackform, wie es mit der durchgezogenen Linie in der 8C angegeben ist, in dem Raum zwischen den kreisförmigen Säulen 26C des Materials mit magnetokalorischer Wirkung, das in geraden Linien angeordnet ist. Als ein Ergebnis wird das Wärmetransportmedium in dem Behälter 25 bewegt.
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Erste Modifikation
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Die 9A und 9B zeigen eine Bewegungsstruktur des Behälters 25 gemäß einer ersten Modifikation der dritten Ausführungsform. Gemäß der vorliegenden Modifikation sind mehrere kreisförmige Säulen 26C des Materials mit magnetokalorischer Wirkung in dem Behälter 25 von einem Öffnungsende in Richtung zu dem anderen Öffnungsende angeordnet, wobei eine gewisse Anzahl von kreisförmigen Säulen 26C eine Gruppe bildet und mehrere Gruppen der kreisförmigen Säulen 26C in einer Zickzackform angeordnet sind. Gemäß solch einer Struktur strömt das Wärmetransportmedium (welches in den Behälter 25 angesaugt worden ist oder welches von dem Behälter 25 ausgelassen werden wird) in einer größeren Zickzackform, wie es mit der durchgezogenen Linie gezeigt ist, in die Räume zwischen den Gruppen von den kreisförmigen Säulen 26C des Materials mit magnetokalorischer Wirkung, die in der Zickzackform angeordnet sind. Das Wärmetransportmedium wird als ein Ergebnis in dem Behälter 25 bewegt.
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Zweite Modifikation
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Die 9C und 9D zeigen eine Bewegungsstruktur des Behälters 25 gemäß einer zweiten Modifikation der dritten Ausführungsform. Gemäß der vorliegenden Modifikation sind mehrere rechteckige Säulen 26S des Materials mit magnetokalorischer Wirkung in mehreren geraden Linien von einem Öffnungsende zu dem anderen Öffnungsende des Behälters 25 angeordnet. Gemäß solch einer Struktur strömt das Wärmetransportmedium (welches in den Behälter 25 angesaugt worden ist oder welches von dem Behälter 25 ausgelassen werden wird) in einer Zickzackform, wie es mit einer durchgezogenen Linie angegeben ist, in den Raum zwischen den rechteckigen Säulen 26S des Materials mit magnetokalorischer Wirkung, die in geraden Linien angeordnet sind. Als ein Ergebnis wird das Wärmetransportmedium in dem Behälter 25 bewegt. Die rechteckige Säule weist abgewinkelte Ecken auf. Daher wird, wenn die Strömung des Wärmetransportmediums gegen die rechteckigen Säulen 26S stößt, die Strömung noch stärker gestört als im Fall der dritten Ausführungsform der 8A bis 8C (der kreisförmigen Säulen). Als ein Ergebnis strömt das Wärmetransportmedium in der Zickzackform, welche stärker ist als diejenige der dritten Ausführungsform der 8A bis 8C.
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Dritte Modifikation
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Die 10A zeigt eine Bewegungsstruktur des Behälters 25 gemäß einer dritten Modifikation der dritten Ausführungsform. Gemäß der dritten Modifikation sind mehrere kreisförmige Säulen 26C des Materials mit magnetokalorischer Wirkung (drei Säulen in der Zeichnung) in mehreren geraden Linien (drei Linien in der Zeichnung) von einem Öffnungsende zu dem anderen Öffnungsende des Behälters 25 angeordnet. Diese kreisförmigen Säulen 26C (neun Säulen) gehören zu einer ersten Säulengruppe, bei welcher sich jede der kreisförmigen Säulen 26C in einer vertikalen Richtung erstreckt. Eine zweite Säulengruppe (andere neun kreisförmige Säulen 26C) ist in dem Behälter 25 an einer stromabwärtigen Seite der ersten Säulengruppe auf eine ähnliche Art und Weise zu der ersten Säulengruppe angeordnet, wobei sich jedoch jede der kreisförmigen Säulen 26C in einer horizontalen Richtung erstreckt. Die ersten und zweiten Säulengruppen sind abwechselnd in dem Behälter 25 an einer stromabwärtigen Seite von einem ersten Satz der ersten und zweiten Säulengruppen angeordnet.
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Gemäß der obigen dritten Ausführungsform (8A bis 8C) oder gemäß den ersten und zweiten Modifikationen (9A bis 9D) strömt das Wärmetransportmedium (welches in den Behälter 25 angesaugt worden ist oder welches von dem Behälter 25 ausgelassen werden wird) in der Zickzackform nur in der horizontalen Richtung in dem Raum zwischen den Säulen 26C oder 26S des Materials mit magnetokalorischer Wirkung. Gemäß der dritten Modifikation strömt jedoch das Wärmetransportmedium zuerst in der Zickzackform in der horizontalen Richtung und dann in der Zickzackform in der vertikalen Richtung. Das Wärmetransportmedium wird als ein Ergebnis noch stärker in dem Behälter 25 bewegt.
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Vierte Modifikation
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Die 10B zeigt eine Bewegungsstruktur des Behälters 25 gemäß einer vierten Modifikation der dritten Ausführungsform. Wie es in der 10B gezeigt ist, sind die kreisförmigen Säulen 26C der 10A durch die rechteckigen Säulen 26S bei dieser Modifikation ersetzt. Auf die gleiche Weise wie bei der dritten Modifikation (10A) strömt das Wärmetransportmedium ähnlich zuerst in der Zickzackform in der horizontalen Richtung und dann in der Zickzackform in der vertikalen Richtung. Zusätzlich wird, da die rechteckigen Säulen 26S anstatt der kreisförmigen Säulen 26C verwendet werden, das Wärmetransportmedium noch stärker in dem Behälter 25 bewegt.
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Die Anordnungen der kreisförmigen Säulen 26C und/oder der rechteckigen Säulen 26S des Materials mit magnetokalorischer Wirkung sollten nicht auf die obige dritte Ausführungsform (einschließlich der ersten bis vierten Modifikation) beschränkt sein. Der Strom des Wärmetransportmediums kann in dem Behälter gemäß einer gewissen Anordnung der kreisförmigen und/oder rechteckigen Säulen rotieren gelassen werden.
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Gemäß den obigen Ausführungsformen ist das Material 40, welches den höheren Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten als denjenigen des Wärmetransportmediums 42 aufweist, in das Wärmetransportmedium 42 gemischt, um den Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten des Wärmetransportmediums zu erhöhen, in anderen Worten um den Wärmeaustausch zwischen dem Wärmetransportmedium und dem Material 26 mit magnetokalorischer Wirkung zu verbessern.
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Anstatt des Materials 40, welches den höheren Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten als denjenigen des Wärmetransportmediums 42 aufweist, kann solch ein Material, welches eine spezifische Wärme oder eine volumenspezifische Wärme aufweist, die höher ist als diejenige des Wärmetransportmediums, in das Wärmetransportmedium gemischt werden, so dass der Wärmeaustausch zwischen dem Wärmetransportmedium und dem Material mit magnetokalorischer Wirkung verbessert werden kann.
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Ein Speichermaterial für latente Wärme kann als das Material verwendet werden, welches die höhere spezifische Wärme oder die höhere volumenspezifische Wärme als diejenige des Wärmetransportmediums aufweist. Zum Beispiel können Paraffin, Erythritol, Threitol, Naphthalin, Polyethylen, Stearinsäure usw. als das Speichermaterial für latente Wärme verwendet werden. Wenn das Speichermaterial für latente Wärme in das Wärmetransportmedium gemischt wird, kann es auf eine ähnliche Art und Weise wie die Kohlenstoffnanoröhrchen zusammenklumpen. Das Wärmetransportmedium kann daher vorzugsweise bewegt werden, wenn das Speichermaterial für latente Wärme in das Wärmetransportmedium gemischt wird, um den Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten zu erhöhen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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