JP2012233643A - Thermally conductive member with thermal anisotropy and magnetic refrigerator employing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱的異方性を備えた熱伝導部材及びそれを用いた磁気冷凍機に係り、特に、磁性体間で効率的に熱を伝導させることができる熱的異方性を備えた熱伝導部材及びそれを用いた磁気冷凍機に関する。 The present invention relates to a heat conducting member having thermal anisotropy and a magnetic refrigerator using the heat conducting member, and more particularly, having heat anisotropy capable of efficiently conducting heat between magnetic bodies. The present invention relates to a heat conduction member and a magnetic refrigerator using the heat conduction member.
従来用いられている室温域の冷凍機、例えば、冷蔵庫、冷凍庫、エアコンなどの冷凍機の大半は、フロンガスや代替フロンガスなどの気体冷媒の熱伝導を利用している。最近では、フロンガスの排出に伴うオゾン層破壊の問題が露呈し、さらに、代替フロンガスの排出に伴う地球温暖化への影響も懸念されている。このため、フロンガスや代替フロンガスなどの気体冷媒を用いた冷凍機に代わる、クリーンでかつ熱輸送能力の高い、革新的な冷凍機の開発が強く望まれている。 Most of the refrigerators in the room temperature range conventionally used, for example, refrigerators such as a refrigerator, a freezer, and an air conditioner, use the heat conduction of a gaseous refrigerant such as chlorofluorocarbon gas or chlorofluorocarbon alternative gas. Recently, the problem of ozone depletion due to the emission of chlorofluorocarbons has been exposed, and there is also concern about the impact on global warming caused by the emission of alternative chlorofluorocarbons. For this reason, there is a strong demand for the development of an innovative refrigerator that is clean and has a high heat transport capability, replacing the refrigerator that uses a gaseous refrigerant such as CFC and CFC.
このような背景から、最近になって注目されるようになった冷凍技術が磁気冷凍技術である。磁性体の中には、その磁性体に印加する磁界の大きさが変化すると、その変化に応じて自身の温度を変化させる、いわゆる磁気熱量効果を発現するものがある。この磁気熱量効果を発現する磁性体を利用して熱を輸送する冷凍技術が磁気冷凍技術である。 Against this background, the refrigeration technology that has recently attracted attention is the magnetic refrigeration technology. Some magnetic materials exhibit a so-called magnetocaloric effect that changes their temperature according to the change of the magnitude of the magnetic field applied to the magnetic material. A refrigeration technique that transports heat using a magnetic material that exhibits this magnetocaloric effect is a magnetic refrigeration technique.
磁気冷凍技術を応用したものとしては、例えば、下記特許文献1に記載されているような、固体物質の熱伝導を利用して熱を輸送する磁気冷凍機がある。この磁気冷凍機は以下のような構成によって熱を伝導させる。 As an application of the magnetic refrigeration technology, for example, there is a magnetic refrigerator that transports heat using the heat conduction of a solid substance as described in Patent Document 1 below. This magnetic refrigerator conducts heat by the following configuration.
磁気を印加すると温度が上昇する正の磁性体と、磁気を印加すると温度が下降する負の磁性体とを、所定の間隔で交互に複数一方向に並べて配置する。正負一対の磁性体で1つの磁性体ブロックを形成する。一方向に並ぶ複数の磁性体ブロックを環状に複数配置して磁性体ユニットを形成する。この磁性体ユニットと同心で内径と外径が略等しいハブ状の回転体に永久磁石を配置して磁気回路を形成する。正負の磁性体の間を挿脱する熱伝導部材を正負の磁性体の間で摺動自在となるように配置する。永久磁石が配置されている回転体を磁性体ユニットと対向するように配置して磁性体ユニットに対し相対的に回転させる。正負の磁性体の間で挿脱される熱伝導部材を磁性体ユニットに対し相対的に回転させる。この回転体の回転によって正負の磁性体に同時に磁気が印加されまた除去される。また、熱伝導部材が回転方向に並ぶ正負の磁性体の間で挿脱される。磁気熱量効果により磁性体が発生する熱を磁性体が配置される一方向に熱伝導部材を介して輸送する。 A plurality of positive magnetic bodies that increase in temperature when magnetism is applied and negative magnetic bodies that decrease in temperature when magnetism is applied are alternately arranged in one direction at predetermined intervals. One magnetic body block is formed by a pair of positive and negative magnetic bodies. A plurality of magnetic blocks arranged in one direction are arranged in a ring shape to form a magnetic unit. A permanent magnet is arranged on a hub-like rotator that is concentric with the magnetic unit and has substantially the same inner diameter and outer diameter to form a magnetic circuit. A heat conducting member for inserting and removing between the positive and negative magnetic bodies is disposed so as to be slidable between the positive and negative magnetic bodies. The rotating body on which the permanent magnet is disposed is disposed so as to face the magnetic body unit, and is rotated relative to the magnetic body unit. The heat conducting member inserted and removed between the positive and negative magnetic bodies is rotated relative to the magnetic body unit. By the rotation of the rotating body, magnetism is simultaneously applied to and removed from the positive and negative magnetic bodies. Further, the heat conducting member is inserted and removed between the positive and negative magnetic bodies arranged in the rotation direction. The heat generated by the magnetic body due to the magnetocaloric effect is transported through the heat conducting member in one direction in which the magnetic body is disposed.
しかしながら、引用文献1の発明の場合、熱伝導部材が回転方向に隣り合う磁性体にまたがった位置にあるときには、磁性体が配置される一方向に向かって熱が輸送されるだけではなく、回転方向に隣り合う磁性体側にも熱が輸送されてしまう。したがって、回転方向に隣り合う磁性体に輸送される熱は損失となり、磁気冷凍機の熱輸送能力及び熱輸送効率の低下を招く。 However, in the case of the invention of the cited document 1, when the heat conducting member is at a position straddling the magnetic bodies adjacent to each other in the rotation direction, not only the heat is transported toward one direction in which the magnetic bodies are arranged, but also the rotation. Heat is also transported to the side of the magnetic material adjacent in the direction. Therefore, the heat transported to the magnetic bodies adjacent to each other in the rotation direction is lost, and the heat transport capacity and heat transport efficiency of the magnetic refrigerator are reduced.
本発明は、上記の問題を解決するために成されたものであり、熱輸送能力及び熱輸送効率を向上することができる、熱的異方性を備えた熱伝導部材及びそれを用いた磁気冷凍機の提供を目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and can improve the heat transport capability and the heat transport efficiency, and a heat conducting member having thermal anisotropy and a magnetic field using the same. The purpose is to provide a refrigerator.
上記目的を達成するための本発明に係る熱的異方性を備えた熱伝導部材は、磁気熱量効果を発現する磁性体を通じて熱を伝導させる。熱伝導部材を構成する基材の熱伝導率は、磁性体が並ぶ一方向の熱伝導率に比較して、前記磁性体が並ぶ一方向と交差する方向の熱伝導率を小さくしてある。したがって、熱伝導部材は、熱の伝導方向によって熱伝導率が異なる、熱的異方性を備えている。 In order to achieve the above object, the heat conducting member having thermal anisotropy according to the present invention conducts heat through a magnetic material that exhibits a magnetocaloric effect. The heat conductivity of the base material constituting the heat conducting member is smaller than the heat conductivity in one direction in which the magnetic materials are arranged, and the heat conductivity in the direction crossing the one direction in which the magnetic materials are arranged. Therefore, the heat conducting member has thermal anisotropy in which the heat conductivity varies depending on the heat conducting direction.
上記目的を達成するための本発明に係る磁気冷凍機は、磁性体配置板、低温側熱交換部、高温側熱交換部、磁気印加部及び熱伝導部材を有する。 In order to achieve the above object, a magnetic refrigerator according to the present invention includes a magnetic body arranging plate, a low temperature side heat exchange unit, a high temperature side heat exchange unit, a magnetic application unit, and a heat conduction member.
磁性体配置板には間隔を設けて複数の磁性体が配置される。低温側熱交換部は磁性体配置板の一端に位置する磁性体と間隔を設けて隣り合っている。高温側熱交換部は磁性体配置板の他端に位置する磁性体と間隔を設けて隣り合っている。磁気印加部は磁性体配置板の各磁性体に対して磁気を印加する。熱伝導部材は磁性体配置板の複数の磁性体間、磁性体配置板の一端に位置する磁性体と低温側熱交換部との間、磁性体配置板の他端に位置する磁性体と高温側熱交換部との間で挿脱されて熱を伝導させる。熱伝導部材の熱伝導率は、磁性体が並ぶ一方向の熱伝導率に比較して、前記磁性体が並ぶ一方向と交差する方向の熱伝導率を小さくしており、熱的異方性を備えている。 A plurality of magnetic bodies are arranged at intervals on the magnetic body arranging plate. The low temperature side heat exchange part is adjacent to the magnetic body located at one end of the magnetic body arranging plate with a gap. The high temperature side heat exchange part is adjacent to the magnetic body located at the other end of the magnetic body arranging plate with a gap. The magnetism applying unit applies magnetism to each magnetic material of the magnetic material arranging plate. The heat conducting member is between a plurality of magnetic bodies of the magnetic body arrangement plate, between the magnetic body located at one end of the magnetic body arrangement board and the low temperature side heat exchanging unit, and between the magnetic body located at the other end of the magnetic body arrangement board and the high temperature. It is inserted into and removed from the side heat exchange unit to conduct heat. The thermal conductivity of the heat conducting member is smaller than the thermal conductivity in one direction in which the magnetic materials are arranged, and the thermal conductivity in the direction intersecting with the one direction in which the magnetic materials are arranged is smaller. It has.
以上のように構成された本発明によれば、熱伝導部材は、磁性体が並ぶ一方向に向けてほとんどの熱を伝達させることができるため、熱輸送能力及び熱輸送効率を向上させることができ、磁気冷凍機の小型化、軽量化、低コスト化が実現できる。 According to the present invention configured as described above, the heat conduction member can transfer almost all heat toward one direction in which the magnetic bodies are arranged, so that the heat transport capability and the heat transport efficiency can be improved. The size, weight and cost of the magnetic refrigerator can be reduced.
まず、本発明の実施形態の説明をする前に、本発明に適用する磁気冷凍の原理を図面に基づいて詳細に説明する。 First, before describing embodiments of the present invention, the principle of magnetic refrigeration applied to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(磁気冷凍の原理)
図1は、本発明に適用する磁気冷凍の原理図である。磁性体10A−10Fには、発現される磁気熱量効果の種類が同じ同一材料の磁性体として正の磁性体を用いている。磁性体10A、10Bで磁性体ブロック100Aを形成し、磁性体10C、10Dで磁性体ブロック100Bを形成し、磁性体10E、10Fで磁性体ブロック100Cを形成する。また、磁性体ブロック100A−100Cで磁性体ユニット200を形成する。
(Principle of magnetic refrigeration)
FIG. 1 is a principle diagram of magnetic refrigeration applied to the present invention. In the magnetic bodies 10A to 10F, a positive magnetic body is used as a magnetic body made of the same material and having the same type of magnetocaloric effect. The magnetic bodies 100A and 10B form the magnetic body block 100A, the magnetic bodies 10C and 10D form the magnetic body block 100B, and the magnetic bodies 10E and 10F form the magnetic body block 100C. Further, the magnetic body unit 200 is formed by the magnetic body blocks 100A-100C.
磁気回路20A、20B、磁気回路20C、20D、磁気回路20E、20Fは、磁性体10A−10Fの間で往復移動する。つまり、図1Aの状態から、磁気回路20A、20Bが磁性体10Aから10Bに、磁気回路20C、20Dが磁性体10Cから10Dに、磁気回路20E、20Fが磁性体10Eから10Fに、一斉に移動して、図1Bの状態になる。次に、図1Bの状態から、磁気回路20A、20Bが磁性体10Bから10Aに、磁気回路20C、20Dが磁性体10Dから10Cに、磁気回路20E、20Fが磁性体10Fから10Eに、一斉に移動して、磁気回路と磁性体の位置関係が図1の状態に戻る。したがって、磁気回路が往復移動すると、図1Aと図1Bの状態が交互に繰り返される。 The magnetic circuits 20A and 20B, the magnetic circuits 20C and 20D, and the magnetic circuits 20E and 20F reciprocate between the magnetic bodies 10A to 10F. That is, from the state of FIG. 1A, the magnetic circuits 20A and 20B move from the magnetic bodies 10A to 10B, the magnetic circuits 20C and 20D move from the magnetic bodies 10C to 10D, and the magnetic circuits 20E and 20F move from the magnetic bodies 10E to 10F all at once. Thus, the state shown in FIG. 1B is obtained. Next, from the state of FIG. 1B, the magnetic circuits 20A and 20B are changed from the magnetic bodies 10B to 10A, the magnetic circuits 20C and 20D are changed from the magnetic bodies 10D to 10C, and the magnetic circuits 20E and 20F are changed from the magnetic bodies 10F to 10E all at once. By moving, the positional relationship between the magnetic circuit and the magnetic body returns to the state shown in FIG. Therefore, when the magnetic circuit reciprocates, the states of FIGS. 1A and 1B are alternately repeated.
ここで、同一材料から成る複数の磁性体10A−10Fには、磁気回路20A、20B−磁気回路20E、20Fで磁気を印加すると発熱し除去すると吸熱する正の磁性体を用いるか、磁気回路20A、20B−磁気回路20E、20Fで磁気を印加すると吸熱し除去すると発熱する負の磁性体のいずれか一方のみを用いる。正の磁性体と負の磁性体とでは、発現される磁気熱量効果が正反対であり、磁気熱量効果の種類が異なる。図1の場合、負の磁性体に比較して安価な正の磁性体を用いる。負の磁性体は希少な磁性材料から製造しなければならないのでコスト高になるし、負の磁性体の磁気熱量効果の大きさが正の磁性体の磁気熱量効果の大きさよりも小さいからである。 Here, as the plurality of magnetic bodies 10A-10F made of the same material, a positive magnetic body that generates heat when the magnetism is applied by the magnetic circuits 20A, 20B-magnetic circuits 20E, 20F and absorbs heat when removed is used, or the magnetic circuit 20A. , 20B—Use only one of the negative magnetic materials that absorbs heat when heat is applied and is removed by the magnetic circuits 20E and 20F. A positive magnetic body and a negative magnetic body have opposite magneto-caloric effects, and the types of magneto-caloric effects are different. In the case of FIG. 1, a positive magnetic material that is less expensive than a negative magnetic material is used. This is because a negative magnetic material has to be manufactured from a rare magnetic material, which increases the cost, and the magnitude of the magnetocaloric effect of the negative magnetic material is smaller than that of the positive magnetic material. .
磁気回路20A、20B−20E、20Fには永久磁石(図示せず)が備えられている。磁気回路20A、20B、磁気回路20C、20D、磁気回路20E、20Fそれぞれが一体となって、図示左右方向に往復移動することで、磁性体10A−10Fに個別に磁気を印加する。 The magnetic circuits 20A, 20B-20E, 20F are provided with permanent magnets (not shown). The magnetic circuits 20A and 20B, the magnetic circuits 20C and 20D, and the magnetic circuits 20E and 20F are integrated to reciprocate in the left-right direction in the figure, thereby individually applying magnetism to the magnetic bodies 10A to 10F.
熱伝導部材30A−30Gは、磁性体10A−10Fが磁気熱量効果により発生した熱を低温側熱交換部40Aから高温側熱交換部40Bに向けて伝導する。熱伝導部材30A−30Gは、熱的異方性を有し、磁性体10A−10Fが並ぶ一方向に向けて効率的に熱を伝達させることができる。熱伝導部材30Aは、低温側熱交換部40Aとこれと隣り合う磁性体10Aとの間で挿脱されて両者を機械的に接続する。熱伝導部材30Bは、磁性体10Aと10Bとの間で挿脱されて両者を機械的に接続する。同様に、熱伝導部材30C、30D、30E、30Fは、磁性体10Bと10Cとの間、磁性体10Cと10Dとの間、磁性体10Dと10Eとの間、磁性体10Eと10Fとの間で挿脱されて両者を機械的に接続する。熱伝導部材30Gは、磁性体10Fと高温側熱交換部40Bとの間で挿脱されて両者を機械的に接続する。熱伝導部材30B、30D、30Fは、同じタイミングで、磁性体10Aと10Bとの間、磁性体10Cと10Dとの間、磁性体10Eと10Fとの間で挿脱されて両者を機械的に接続する。また、熱伝導部材30A、30C、30E、30Gも、同じタイミングで、低温側熱交換部40Aと磁性体10Aとの間、磁性体10Bと10Cとの間、磁性体10Dと10Eとの間、磁性体10Fと高温側熱交換部40Bとの間で挿脱されて両者を機械的に接続する。熱伝導部材30B、30D、30Fと熱伝導部材30A、30C、30E、30Gは交互に挿脱が繰り返される。 The heat conducting members 30A-30G conduct the heat generated by the magnetic bodies 10A-10F due to the magnetocaloric effect from the low temperature side heat exchange unit 40A to the high temperature side heat exchange unit 40B. The heat conducting members 30A-30G have thermal anisotropy and can efficiently transfer heat toward one direction in which the magnetic bodies 10A-10F are arranged. The heat conducting member 30A is inserted and removed between the low temperature side heat exchanging portion 40A and the adjacent magnetic body 10A to mechanically connect the two. The heat conducting member 30B is inserted and removed between the magnetic bodies 10A and 10B to mechanically connect the two. Similarly, the heat conducting members 30C, 30D, 30E, and 30F are provided between the magnetic bodies 10B and 10C, between the magnetic bodies 10C and 10D, between the magnetic bodies 10D and 10E, and between the magnetic bodies 10E and 10F. The two are mechanically connected with each other. The heat conducting member 30G is inserted and removed between the magnetic body 10F and the high temperature side heat exchanging portion 40B to mechanically connect the two. The heat conducting members 30B, 30D, and 30F are inserted / removed between the magnetic bodies 10A and 10B, between the magnetic bodies 10C and 10D, and between the magnetic bodies 10E and 10F at the same timing, thereby mechanically connecting them. Connecting. Further, the heat conducting members 30A, 30C, 30E, and 30G are also at the same timing, between the low temperature side heat exchange unit 40A and the magnetic body 10A, between the magnetic bodies 10B and 10C, between the magnetic bodies 10D and 10E, It is inserted and removed between the magnetic body 10F and the high temperature side heat exchanging section 40B to mechanically connect them. The heat conducting members 30B, 30D, and 30F and the heat conducting members 30A, 30C, 30E, and 30G are alternately inserted and removed repeatedly.
図1Aに示すように、磁気回路20A、20Bが磁性体ブロック100Aの磁性体10Aに、磁気回路20C、20Dが磁性体ブロック100Bの磁性体10Cに、磁気回路20E、20Fが磁性体ブロック100Cの磁性体10Eに、それぞれ位置する。このときには、磁性体10A、10C、10Eに対して磁気が印加され、磁性体10B、10D、10Fには磁気が印加されておらず磁気が除去されている。したがって、磁性体10A、10C、10Eは発熱する。そして同時に、熱伝導部材30Bが磁性体10Aと10Bとの間に、熱伝導部材30Dが磁性体10Cと10Dとの間に、熱伝導部材30Fが磁性体10Eと10Fとの間に、それぞれ挿入される。したがって、各磁性体ブロック内の隣り合う磁性体間で熱が伝導される。すなわち、磁性体10A、10C、10Eが磁気熱量効果により発生した熱を磁性体10B、10D、10Fにそれぞれ移動する。また、このときには、熱伝導部材30Aと30Gは低温側熱交換部40Aと磁性体10Aとの間及び高温側熱交換部40Bと磁性体10Fとの間には挿入されない。また、磁性体ブロック間の熱伝導を行う熱伝導部材30C、30Eも磁性体10B、10Cとの間及び磁性体10D、10Eとの間には挿入されない。 As shown in FIG. 1A, the magnetic circuits 20A and 20B are the magnetic body 10A of the magnetic body block 100A, the magnetic circuits 20C and 20D are the magnetic body 10C of the magnetic body block 100B, and the magnetic circuits 20E and 20F are the magnetic body block 100C. It is located on each of the magnetic bodies 10E. At this time, magnetism is applied to the magnetic bodies 10A, 10C, and 10E, and no magnetism is applied to the magnetic bodies 10B, 10D, and 10F, and the magnetism is removed. Therefore, the magnetic bodies 10A, 10C, and 10E generate heat. At the same time, the heat conducting member 30B is inserted between the magnetic bodies 10A and 10B, the heat conducting member 30D is inserted between the magnetic bodies 10C and 10D, and the heat conducting member 30F is inserted between the magnetic bodies 10E and 10F. Is done. Therefore, heat is conducted between adjacent magnetic bodies in each magnetic body block. That is, the heat generated by the magnetic bodies 10A, 10C, and 10E due to the magnetocaloric effect is transferred to the magnetic bodies 10B, 10D, and 10F, respectively. At this time, the heat conducting members 30A and 30G are not inserted between the low temperature side heat exchange unit 40A and the magnetic body 10A and between the high temperature side heat exchange unit 40B and the magnetic body 10F. Further, the heat conducting members 30C and 30E that conduct heat between the magnetic blocks are not inserted between the magnetic bodies 10B and 10C and between the magnetic bodies 10D and 10E.
次に、図1Bに示すように、磁気回路20A、20Bが磁性体ブロック100Aの磁性体10Bに、磁気回路20C、20Dが磁性体ブロック100Bの磁性体10Dに、磁気回路20E、20Fが磁性体ブロック100Cの磁性体10Fに、それぞれ位置する。このときには、磁性体10B、10D、10Fに対して磁気が印加され、磁性体10A、10C、10Eには磁気が印加されておらず磁気が除去されている。したがって、磁性体10B、10D、10Fは発熱する。また、熱伝導部材30Aが低温側熱交換部40Aと磁性体10Aとの間に、熱伝導部材30Cが磁性体10Bと10Cとの間に、熱伝導部材30Eが磁性体10Dと10Eとの間に、熱伝導部材30Gが磁性体10Fと高温側熱交換部40Bとの間に、それぞれ挿入される。このときには、低温側熱交換部40A、高温側熱交換部40Bと磁性体ユニット200の両端に位置する磁性体10A、10Fとの間、及び、隣り合う磁性体ブロックの隣り合う磁性体との間で熱が伝導される。すなわち、磁性体10A、10C、10Eが磁気熱量効果により吸熱され、磁性体10B、10D、10Fが磁気熱量効果により発熱する。したがって、低温側熱交換部40Aから磁性体10Aに、磁性体10Bから磁性体10Cに、磁性体10Dから磁性体10Eに、磁性体10Fから高温側熱交換部40Bに熱が移動する。また、このときには、磁性体ブロック内の熱伝導を行う熱伝導部材30B、30D、30Fは磁性体10A、10Bとの間、磁性体10C、10Dとの間、磁性体10E、10Fとの間には挿入されない。 Next, as shown in FIG. 1B, the magnetic circuits 20A and 20B are the magnetic body 10B of the magnetic block 100A, the magnetic circuits 20C and 20D are the magnetic body 10D of the magnetic block 100B, and the magnetic circuits 20E and 20F are the magnetic bodies. It is located on the magnetic body 10F of the block 100C. At this time, magnetism is applied to the magnetic bodies 10B, 10D, and 10F, and no magnetism is applied to the magnetic bodies 10A, 10C, and 10E, and the magnetism is removed. Therefore, the magnetic bodies 10B, 10D, and 10F generate heat. Further, the heat conducting member 30A is between the low temperature side heat exchanging portion 40A and the magnetic body 10A, the heat conducting member 30C is between the magnetic bodies 10B and 10C, and the heat conducting member 30E is between the magnetic bodies 10D and 10E. In addition, the heat conducting member 30G is inserted between the magnetic body 10F and the high temperature side heat exchanging portion 40B. At this time, between the low temperature side heat exchange part 40A, the high temperature side heat exchange part 40B and the magnetic bodies 10A and 10F located at both ends of the magnetic body unit 200, and between the adjacent magnetic bodies of the adjacent magnetic body blocks. Heat is conducted. That is, the magnetic bodies 10A, 10C, and 10E absorb heat by the magnetocaloric effect, and the magnetic bodies 10B, 10D, and 10F generate heat by the magnetocaloric effect. Accordingly, heat is transferred from the low temperature side heat exchange section 40A to the magnetic body 10A, from the magnetic body 10B to the magnetic body 10C, from the magnetic body 10D to the magnetic body 10E, and from the magnetic body 10F to the high temperature side heat exchange section 40B. At this time, the heat conducting members 30B, 30D, and 30F that conduct heat in the magnetic block are between the magnetic bodies 10A and 10B, between the magnetic bodies 10C and 10D, and between the magnetic bodies 10E and 10F. Is not inserted.
以上のように、各磁性体ブロック100A−100Cに対応させて設けた磁気回路を図示左右方向に連動して往復移動させることによって、各磁性体ブロック100A−100Cの両端に位置する磁性体は交互に磁気の印加と除去を繰り返す。さらに、磁気回路の移動に連動させて、熱伝導部材30A−30Gの低温側熱交換部40A、磁性体10A−10F、高温側熱交換部40Bそれぞれの間への挿脱を繰り返す。このことによって、磁気熱量効果により得られた熱が低温側熱交換部40Aから高温側熱交換部40Bに移動する。 As described above, by reciprocating the magnetic circuit provided corresponding to each magnetic body block 100A-100C in conjunction with the horizontal direction in the figure, the magnetic bodies located at both ends of each magnetic body block 100A-100C are alternated. Repeat the application and removal of magnetism. Further, in conjunction with the movement of the magnetic circuit, the insertion / removal of the heat conducting members 30A-30G between the low temperature side heat exchange unit 40A, the magnetic bodies 10A-10F, and the high temperature side heat exchange unit 40B is repeated. Thereby, the heat obtained by the magnetocaloric effect moves from the low temperature side heat exchange unit 40A to the high temperature side heat exchange unit 40B.
図2は、本発明の磁気冷凍の効果を示すグラフである。このグラフに示すように、磁気冷凍機が動作を開始した後の比較的初期時には、低温側熱交換部40Aと高温側熱交換部40Bとの間の温度差は小さい。時間が経過するにしたがって低温側熱交換部40Aと高温側熱交換部40Bとの間の温度差が次第に大きくなっていき、最終的には、長時間経過後の直線で示すように、低温側熱交換部40Aと高温側熱交換部40Bとの間の温度差が最大になる。この状態で、低温側熱交換部40Aの熱を利用して、たとえば室内の温度を下げることができ、高温側熱交換部40Bの熱を利用して、たとえば室内の温度を上げることができる。 FIG. 2 is a graph showing the effect of the magnetic refrigeration of the present invention. As shown in this graph, the temperature difference between the low temperature side heat exchange unit 40A and the high temperature side heat exchange unit 40B is small at a relatively initial stage after the operation of the magnetic refrigerator. As time passes, the temperature difference between the low temperature side heat exchange section 40A and the high temperature side heat exchange section 40B gradually increases, and finally, as shown by the straight line after a long time has passed, The temperature difference between the heat exchange unit 40A and the high temperature side heat exchange unit 40B is maximized. In this state, for example, the indoor temperature can be lowered using the heat of the low temperature side heat exchange unit 40A, and the indoor temperature can be increased, for example, using the heat of the high temperature side heat exchange unit 40B.
次に、図1のように、各磁性体ブロックに対応して設けた磁気回路を図示左右方向に連動して往復移動させたときに熱が移動していく様子を図3の模式図に基づいて説明する。 Next, based on the schematic diagram of FIG. 3, how the heat moves when the magnetic circuit provided corresponding to each magnetic block is reciprocally moved in conjunction with the horizontal direction in the figure as shown in FIG. I will explain.
まず前提として、磁性体ユニット200を形成する全ての磁性体は同一材料で形成されており、全ての磁性体の磁気熱量効果が同一の種類であって、温度変化量が5℃のものを用いた場合を想定する。具体的には、全ての磁性体は、磁気を印加されると5℃温度が上昇し、磁気が除去されると5℃温度が下降する特性を持っていると想定する。 First, as a premise, all the magnetic bodies forming the magnetic unit 200 are made of the same material, and all the magnetic bodies have the same magnetocaloric effect and have a temperature change of 5 ° C. Assuming that Specifically, it is assumed that all magnetic materials have a characteristic that the temperature increases by 5 ° C. when magnetism is applied and decreases by 5 ° C. when the magnetism is removed.
まず、図3の(1)に示すように、初期の状態では全ての磁性体が室温の20℃になっている。 First, as shown in (1) of FIG. 3, in the initial state, all the magnetic bodies are at room temperature of 20 ° C.
次に、図3の(2)に示すように、この状態で磁気回路を右側に移動させ、各磁性体ブロックの100A−100Cの一端に位置する磁性体から磁気を除去し、他端に位置する磁性体に磁気を印加する。これと同時に、隣り合う磁性体ブロック100A−100Cの隣り合う磁性体との間、磁性体ユニット200の一端に位置する磁性体と低温側熱交換部40Aとの間及び磁性体ユニット200の他端に位置する磁性体と高温側熱交換部40Bとの間の熱伝導が可能となるように熱伝導部材を挿入する。 Next, as shown in (2) of FIG. 3, in this state, the magnetic circuit is moved to the right side, the magnetism is removed from the magnetic body located at one end of each magnetic body block 100A-100C, and the magnetic circuit is located at the other end. Magnetism is applied to the magnetic material. At the same time, between the adjacent magnetic bodies of the adjacent magnetic body blocks 100A to 100C, between the magnetic body positioned at one end of the magnetic body unit 200 and the low temperature side heat exchange unit 40A, and the other end of the magnetic body unit 200. A heat conducting member is inserted so that heat conduction between the magnetic body located at the high temperature side and the high temperature side heat exchanging portion 40B is possible.
図3の(2)の状態では、磁気が除去された磁性体の温度が15℃に低下し、磁気が印加された磁性体の温度が25℃に上昇する。このため、図に示すように、熱伝導部材を介して温度の高い方から温度の低いほうに熱が移動する。 In the state of (2) in FIG. 3, the temperature of the magnetic body from which magnetism has been removed decreases to 15 ° C., and the temperature of the magnetic body to which magnetism has been applied increases to 25 ° C. For this reason, as shown in the figure, heat moves from the higher temperature side to the lower temperature side through the heat conducting member.
この熱の移動によって、図3の(2)´に示すように、磁性体ユニット200の一端に位置する磁性体と低温側熱交換部40Aの温度が18℃になり、磁性体ユニット200の他端に位置する磁性体と高温側熱交換部40Bの温度が22℃になる。 Due to this heat transfer, the temperature of the magnetic body located at one end of the magnetic body unit 200 and the low-temperature side heat exchanging portion 40A becomes 18 ° C. as shown in FIG. The temperature of the magnetic body located at the end and the high temperature side heat exchange section 40B becomes 22 ° C.
次に、図3の(3)に示すように、この状態で磁気回路を左側に移動させ、各磁性体ブロック100A−100Cの他端に位置する磁性体から磁気を除去し、一端に位置する磁性体に磁気を印加する。これと同時に、各磁性体ブロック内100A−100Cの隣り合う磁性体との間の熱伝導が可能となるように熱伝導部材を挿入する。 Next, as shown in (3) of FIG. 3, in this state, the magnetic circuit is moved to the left side to remove the magnetism from the magnetic body located at the other end of each magnetic body block 100A-100C and located at one end. Magnetism is applied to the magnetic material. At the same time, a heat conducting member is inserted so that heat conduction between adjacent magnetic bodies in each magnetic body block 100A-100C is possible.
図3の(3)の状態では、磁気が印加された磁性体の温度が図3の(2)´の状態の温度から5℃上昇し、磁気が除去された磁性体の温度が図3の(2)´の状態の温度から5℃低下する。このため、図に示すように、各磁性体ブロック内100A−100Cで熱伝導部材を介して温度の高い方から温度の低いほうに熱が移動する。 In the state of (3) in FIG. 3, the temperature of the magnetic body to which magnetism is applied rises by 5 ° C. from the temperature of the state of (2) ′ in FIG. (2) Decrease by 5 ° C. from the temperature in state '. For this reason, as shown in the figure, in each of the magnetic body blocks 100A to 100C, heat moves from the higher temperature to the lower temperature through the heat conducting member.
この熱の移動によって、図3の(3)´に示すように、低温側熱交換部40Aの温度が18℃になり、磁性体ブロック100Aの磁性体の温度が19℃になる。また、磁性体ブロック100Bの磁性体の温度が20℃になり、磁性体ブロック100Cの磁性体の温度が21℃になる。そして、高温側熱交換部40Bの温度が22℃になる。 Due to this heat transfer, as shown in (3) ′ of FIG. 3, the temperature of the low-temperature side heat exchanging portion 40A becomes 18 ° C., and the temperature of the magnetic body of the magnetic block 100A becomes 19 ° C. Further, the temperature of the magnetic body of the magnetic block 100B is 20 ° C., and the temperature of the magnetic body of the magnetic block 100C is 21 ° C. And the temperature of the high temperature side heat exchange part 40B will be 22 degreeC.
以上のように、磁気回路を磁性体に沿って左右に往復移動させ、磁気回路の移動に同期させて熱伝導部材の挿脱を行うことによって、低温側熱交換部40Aから高温側熱交換部40Bに熱が移動していく。時間が経過するにしたがって低温側熱交換部40Aと高温側熱交換部40Bとの間の温度差が大きくなっていく。最終的には、低温側熱交換部40Aと高温側熱交換部40Bとの間の温度差が一定になる。この状態で、低温側熱交換部40Aの熱を利用して、たとえば室内の温度を下げることができ、高温側熱交換部40Bの熱を利用して、たとえば室内の温度を上げることができる。 As described above, the magnetic circuit is reciprocated left and right along the magnetic body, and the heat conduction member is inserted and removed in synchronization with the movement of the magnetic circuit, so that the low temperature side heat exchange unit 40A is replaced with the high temperature side heat exchange unit. Heat moves to 40B. As time elapses, the temperature difference between the low temperature side heat exchange unit 40A and the high temperature side heat exchange unit 40B increases. Eventually, the temperature difference between the low temperature side heat exchange part 40A and the high temperature side heat exchange part 40B becomes constant. In this state, for example, the indoor temperature can be lowered using the heat of the low temperature side heat exchange unit 40A, and the indoor temperature can be increased, for example, using the heat of the high temperature side heat exchange unit 40B.
なお、図1及び図3の説明は、発現される磁気熱量効果の種類が同じ同一材料の磁性体として正の磁性体を用いた場合に当てはまる。発現される磁気熱量効果の種類が同じ同一材料の磁性体として負の磁性体を用いた場合には、熱の移動方向は図3に示した方向とは逆になる。したがって、負の磁性体を用いた場合低温側熱交換部40Aと高温側熱交換部40Bの位置が図1及び図3とは逆になる。 The description of FIGS. 1 and 3 is applicable when a positive magnetic material is used as a magnetic material of the same material having the same type of magnetocaloric effect. When a negative magnetic material is used as a magnetic material of the same material having the same type of magnetocaloric effect, the heat transfer direction is opposite to the direction shown in FIG. Therefore, when a negative magnetic material is used, the positions of the low temperature side heat exchange unit 40A and the high temperature side heat exchange unit 40B are opposite to those in FIGS.
以上が、本発明に適用する磁気冷凍の原理である。以上では、2つの磁性体で磁性体ブロックを形成し、この磁性体ブロックをさらに3つ一列に配列して磁性体ユニットを形成する形態について述べた。 The above is the principle of magnetic refrigeration applied to the present invention. In the above description, the magnetic body block is formed by two magnetic bodies, and the magnetic body unit is formed by arranging three magnetic body blocks in a line.
しかし、本発明は、この形態には限られず、さらに多くの磁性体を一列に配列して磁性体ブロックを形成し、さらに多くの磁性体ブロックを一列に配列して磁性体ユニットを形成する形態にも適用できる。この形態の場合にも、磁性体ブロックごとに磁気回路を設けるのは、上記の形態の場合と同一である。 However, the present invention is not limited to this mode, and more magnetic bodies are arranged in a row to form a magnetic block, and more magnetic blocks are arranged in a row to form a magnetic unit. It can also be applied to. Also in this embodiment, providing a magnetic circuit for each magnetic block is the same as in the above embodiment.
また、以上のように多くの磁性体を一列に配列した磁性体ユニットを、磁性体の配列方向に対して直交方向に複数配列したり、環状に複数配列したりして、磁性体板を形成する形態にも適用できる。 In addition, a magnetic body plate is formed by arranging a plurality of magnetic body units in which a large number of magnetic bodies are arranged in a row as described above in a direction orthogonal to the arrangement direction of the magnetic bodies, or by arranging a plurality in a ring shape. It is applicable also to the form to do.
この形態の場合には、図4に示すように、磁性体板15の磁性体10Aa−10Af、10Ba−10Bf、10Ca−10Cfに対して、図5に示すように、磁気回路板25に、磁気回路20Aa−20Ae、20Bb−20Bf、20Ca−20Ceを市松模様のように飛び飛びに設ける。その磁気回路20Aa−20Ae、20Bb−20Bf、20Ca−20Ceに熱伝導部材30Ab−30Af、30Ba−30Bgを取り付ける。磁性体板15に磁気回路板25を対向させ、磁性体板15に対して磁性体ユニットの並び方向(図4の矢印方向)に磁気回路板25を相対的に移動する。磁性体に正の磁性体を用いたときには、磁気回路板の移動により磁気回路が位置する磁性体が磁気熱量効果によって発熱する。また、熱伝導部材が、磁気回路板25の移動に伴って、磁性体板15の磁性体と磁性体との間に挿入される。したがって、磁気回路板の移動により複数の磁性体ユニットで得られた熱が低温側熱交換部40Aから高温側熱交換部40Bに移動する。なお、磁性体の磁気熱量効果によって低温側熱交換部40Aから高温側熱交換部40Bに熱が伝達される原理は、各磁性体ユニット内においては、図3に示したものと同一である。 In the case of this embodiment, as shown in FIG. 4, as shown in FIG. 5, the magnetic circuit plate 25 is magnetically coupled to the magnetic bodies 10 Aa to 10 Af, 10 Ba to 10 Bf, and 10 Ca to 10 Cf of the magnetic body plate 15. Circuits 20Aa-20Ae, 20Bb-20Bf, and 20Ca-20Ce are provided in a checkered pattern. The heat conducting members 30Ab-30Af, 30Ba-30Bg are attached to the magnetic circuits 20Aa-20Ae, 20Bb-20Bf, 20Ca-20Ce. The magnetic circuit board 25 is opposed to the magnetic body plate 15, and the magnetic circuit board 25 is moved relative to the magnetic body plate 15 in the direction in which the magnetic body units are arranged (arrow direction in FIG. 4). When a positive magnetic material is used as the magnetic material, the magnetic material on which the magnetic circuit is located generates heat due to the magnetocaloric effect due to the movement of the magnetic circuit plate. Further, as the magnetic circuit plate 25 moves, the heat conducting member is inserted between the magnetic bodies of the magnetic plate 15. Therefore, the heat obtained by the plurality of magnetic body units by the movement of the magnetic circuit board moves from the low temperature side heat exchange unit 40A to the high temperature side heat exchange unit 40B. The principle that heat is transferred from the low temperature side heat exchange section 40A to the high temperature side heat exchange section 40B by the magnetocaloric effect of the magnetic body is the same as that shown in FIG. 3 in each magnetic body unit.
本実施形態に係る熱的異方性を備えた熱伝導部材は、上記のように、磁気回路板25を磁性体板15に対して磁性体ユニットの並び方向に相対的に移動する形態において、磁性体ユニット内において効率的に熱を伝導させるものである。 As described above, the heat conducting member having thermal anisotropy according to the present embodiment moves the magnetic circuit plate 25 relative to the magnetic plate 15 in the arrangement direction of the magnetic units. Heat is efficiently conducted in the magnetic body unit.
(熱伝導部材に熱的異方性を持たせる必要性)
図6及び図7は、本実施形態に係る熱的異方性を備えた熱伝導部材の必要性を説明するための図である。
(Need to give thermal anisotropy to heat conduction member)
6 and 7 are views for explaining the necessity of a heat conducting member having thermal anisotropy according to the present embodiment.
磁性体板15に対して磁性体ユニットの並び方向に磁気回路板25を相対的に移動する(図6の矢印方向)。磁気回路板25を移動させたときに、磁気回路20Aa、20Ac、20Ae(図5参照)が磁性体10Aa、10Ac、10Aeに対向する位置にあり、熱伝導部材30Ab、30Ad、30Afが磁性体10Aa―10Ab、磁性体10Ac―10Ad、磁性体10Ae―10Af間にある。また、磁気回路20Bb、20Bd、20Bf(図5参照)が磁性体10Bb、10Bd、10Bfに対向する位置にあり、熱伝導部材30Baが低温側熱交換部40A―磁性体10Ba間、熱伝導部材30Bc、30Beが磁性体10Bb―10Bc、磁性体10Bd―10Be間、熱伝導部材30Bgが磁性体10Bf―高温側熱交換部40B間にある。 The magnetic circuit plate 25 is moved relative to the magnetic plate 15 in the direction in which the magnetic units are arranged (in the direction of the arrow in FIG. 6). When the magnetic circuit board 25 is moved, the magnetic circuits 20Aa, 20Ac, 20Ae (see FIG. 5) are at positions facing the magnetic bodies 10Aa, 10Ac, 10Ae, and the heat conducting members 30Ab, 30Ad, 30Af are the magnetic bodies 10Aa. -10Ab, magnetic body 10Ac-10Ad, magnetic body 10Ae-10Af. Further, the magnetic circuits 20Bb, 20Bd, and 20Bf (see FIG. 5) are at positions facing the magnetic bodies 10Bb, 10Bd, and 10Bf, and the heat conducting member 30Ba is between the low temperature side heat exchanging portion 40A and the magnetic body 10Ba, and the heat conducting member 30Bc. 30Be is between the magnetic bodies 10Bb-10Bc and 10Bd-10Be, and the heat conducting member 30Bg is between the magnetic body 10Bf and the high temperature side heat exchanging section 40B.
このとき、磁性体10Aaを含む磁性体ユニットでは図1Aの状態にあり、磁性体10Baを含む磁性体ユニットでは図1Bの状態にある。次に、磁気回路板25を磁気回路1つ分磁性体ユニットの並び方向に移動させると、今度は、磁性体10Aaを含む磁性体ユニットが図1Bの状態になり、磁性体10Baを含む磁性体ユニットが図1Aの状態になる。磁気回路板25を磁気回路1つ分磁性体ユニットの並び方向に移動させる度に、各磁気ユニット内において図1Aの状態と図1Bの状態が繰り返される。したがって、磁気回路板25を磁性体板15に対して相対的に移動させることで、図3で説明した原理によって、低温側熱交換部40Aから高温側熱交換部40Bに熱が伝達される。 At this time, the magnetic body unit including the magnetic body 10Aa is in the state of FIG. 1A, and the magnetic body unit including the magnetic body 10Ba is in the state of FIG. 1B. Next, when the magnetic circuit board 25 is moved in the direction in which the magnetic units are arranged by one magnetic circuit, the magnetic unit including the magnetic body 10Aa is now in the state of FIG. 1B, and the magnetic body including the magnetic body 10Ba is obtained. The unit is in the state of FIG. 1A. Each time the magnetic circuit board 25 is moved in the direction in which the magnetic body units are arranged by one magnetic circuit, the state of FIG. 1A and the state of FIG. 1B are repeated in each magnetic unit. Therefore, by moving the magnetic circuit plate 25 relative to the magnetic plate 15, heat is transferred from the low temperature side heat exchange unit 40A to the high temperature side heat exchange unit 40B according to the principle described in FIG.
ところが、図7に示すように、磁気回路板25を磁性体板15に対して相対的に移動させるときに、熱伝導部材が、隣り合う磁性体ユニットの磁性体にまたがって位置される瞬間がある。 However, as shown in FIG. 7, when the magnetic circuit board 25 is moved relative to the magnetic body plate 15, there is a moment when the heat conducting member is located across the magnetic bodies of the adjacent magnetic body units. is there.
図7に示すように、磁気回路板25を移動させたときに、熱伝導部材30Ab、30Ad、30Afが磁性体10Aa―10Ab、磁性体10Ac―10Ad、磁性体10Ae―10Af間だけではなく、磁性体10Ba―10Bb、磁性体10Bc―10Bd、磁性体10Be―10Bf間にも位置されるときがある。 As shown in FIG. 7, when the magnetic circuit board 25 is moved, the heat conducting members 30Ab, 30Ad, 30Af are not only between the magnetic bodies 10Aa-10Ab, the magnetic bodies 10Ac-10Ad, and the magnetic bodies 10Ae-10Af, It may be positioned between the magnetic bodies 10Ba-10Bb, the magnetic bodies 10Bc-10Bd, and the magnetic bodies 10Be-10Bf.
また、熱伝導部材30Baが低温側熱交換部40A―磁性体10Ba間、熱伝導部材30Bc、30Beが磁性体10Bb―10Bc、磁性体10Bd―10Be間、熱伝導部材30Bgが磁性体10Bf―高温側熱交換部40B間だけではなく、磁性体10Ca間、磁性体10Cb―10Cc、磁性体10Cd―10Ce間、磁性体10Cf―高温側熱交換部40B間にも位置されるときがある。 Further, the heat conduction member 30Ba is between the low temperature side heat exchange section 40A and the magnetic body 10Ba, the heat conduction members 30Bc and 30Be are between the magnetic bodies 10Bb-10Bc and the magnetic bodies 10Bd-10Be, and the heat conduction member 30Bg is the magnetic body 10Bf-high temperature side. It may be located not only between the heat exchangers 40B but also between the magnetic members 10Ca, between the magnetic members 10Cb-10Cc, between the magnetic members 10Cd-10Ce, and between the magnetic member 10Cf and the high temperature side heat exchanger 40B.
熱伝導部材30Ab−30Bgは、熱伝達が効率的に行なえるように熱伝導率が大きな材料で構成される。したがって、図7に示すように、熱伝導部材30Ab−30Bgが隣り合う磁性体ユニットの磁性体にまたがって位置されると、本来は1つの磁性体ユニット間でのみ熱を伝達させたいのに、隣の磁性体ユニットに熱が漏れてしまう。これでは、熱輸送能力及び熱輸送効率の低下を招く。本実施形態に係る熱的異方性を備えた熱伝導部材はこの問題を熱伝達率に異方性を付与することによって解決する。 The heat conductive members 30Ab-30Bg are made of a material having a high thermal conductivity so that heat transfer can be performed efficiently. Therefore, as shown in FIG. 7, when the heat conducting members 30Ab-30Bg are positioned across the magnetic bodies of the adjacent magnetic body units, originally, it is desired to transfer heat only between one magnetic body unit. Heat leaks to the adjacent magnetic unit. This causes a decrease in heat transport capacity and heat transport efficiency. The heat conducting member having thermal anisotropy according to this embodiment solves this problem by imparting anisotropy to the heat transfer coefficient.
(熱伝導部材の構成)
本実施形態に係る熱的異方性を備えた熱伝導部材は、磁気熱量効果を発現する磁性体を通じて熱を伝導させる熱伝導部材であり、熱伝導部材を構成する基材の熱伝導率は、磁性体が並ぶ一方向の熱伝導率に比較して、磁性体が並ぶ当該一方向と交差する方向の熱伝導率を小さくしてある。
(Configuration of heat conduction member)
The heat conducting member with thermal anisotropy according to the present embodiment is a heat conducting member that conducts heat through a magnetic material that exhibits a magnetocaloric effect, and the heat conductivity of the base material that constitutes the heat conducting member is Compared with the thermal conductivity in one direction in which the magnetic bodies are arranged, the thermal conductivity in the direction intersecting with the one direction in which the magnetic bodies are arranged is made smaller.
図8は本実施形態に係る熱的異方性を備えた熱伝導部材の断面図である。この図において、熱伝導部材30は、熱伝導部材の核となる基材32と、基材の表面を覆うナノ構造体34とで構成される。 FIG. 8 is a cross-sectional view of a heat conducting member having thermal anisotropy according to the present embodiment. In this figure, the heat conductive member 30 is comprised by the base material 32 used as the nucleus of a heat conductive member, and the nanostructure 34 which covers the surface of a base material.
熱伝導部材30構成する基材32の熱伝導率は、基材32の幅方向の熱伝導率λvよりも基材32の長手方向の熱伝導率λLが小さくなっている。ここで、基材32の幅方向とは、図8の左から右に向かう基材32の厚み方向であり、磁性体ユニットを構成する磁性体が並ぶ方向(一方向)である。さらに具体的には、図6及び図7において、磁性体10Aa-10Afが並んでいる方向である。また、基材32の長手方向とは、図8の上から下に向かう基材32の長さ方向であり、これは磁性体が並ぶ一方向と交差する方向である。さらに具体的には、図6及び図7において、磁性体10Aa-10Afの磁性体ユニット、磁性体10Ba-10Bfの磁性体ユニット、磁性体10Ca-10Cfの磁性体ユニットが並んでいる方向である。 Regarding the thermal conductivity of the base material 32 constituting the heat conductive member 30, the thermal conductivity λL in the longitudinal direction of the base material 32 is smaller than the thermal conductivity λv in the width direction of the base material 32. Here, the width direction of the base material 32 is the thickness direction of the base material 32 from left to right in FIG. 8, and is a direction (one direction) in which the magnetic bodies constituting the magnetic body unit are arranged. More specifically, in FIG. 6 and FIG. 7, it is the direction in which the magnetic bodies 10Aa-10Af are arranged. Moreover, the longitudinal direction of the base material 32 is the length direction of the base material 32 from the top to the bottom in FIG. 8, and this is a direction intersecting with one direction in which the magnetic bodies are arranged. More specifically, in FIG. 6 and FIG. 7, the magnetic body units of the magnetic bodies 10Aa-10Af, the magnetic body units of the magnetic bodies 10Ba-10Bf, and the magnetic body units of the magnetic bodies 10Ca-10Cf are aligned.
基材32の表面を覆うナノ構造体34は少なくとも磁性体と対峙する面に設ける。例えば、図6及び図7において、ナノ構造体34は磁性体10Aaと10Abに対峙する面に設ける。図8に示すように、ナノ構造体34は、基材32の幅方向に厚みをつけて基材32の長さ方向に向けて形成する。ナノ構造体34を設けることによって、熱伝導部材30の幅方向の熱伝達率を上げることができる。なお、基材32にナノ構造体を配列する技術は公知の技術(例えば特表2009−537339号公報参照)を用いる。 The nanostructure 34 that covers the surface of the substrate 32 is provided on at least the surface facing the magnetic body. For example, in FIGS. 6 and 7, the nanostructure 34 is provided on the surface facing the magnetic bodies 10Aa and 10Ab. As shown in FIG. 8, the nanostructure 34 is formed in the length direction of the base material 32 with a thickness in the width direction of the base material 32. By providing the nanostructure 34, the heat transfer coefficient in the width direction of the heat conducting member 30 can be increased. As a technique for arranging the nanostructures on the base material 32, a known technique (see, for example, JP-T-2009-537339) is used.
熱伝導部材30を以上のような構成とすると、例えば、図7、図9に示すように、熱伝導部材30Abが磁性体10Aa―10Ab間と磁性体10Ba―10Bb間に位置されても、磁性体10Aaと10Abと間、磁性体10Baと10Bbと間でほとんどの熱の伝達が行われる。一方、磁性体10Aaと10Baとの間、磁性体10Aaと10Bbとの間では、ほとんど熱の伝達が行われない。 When the heat conducting member 30 is configured as described above, for example, as shown in FIGS. 7 and 9, even if the heat conducting member 30Ab is located between the magnetic bodies 10Aa-10Ab and between the magnetic bodies 10Ba-10Bb, Most of the heat is transferred between the bodies 10Aa and 10Ab and between the magnetic bodies 10Ba and 10Bb. On the other hand, almost no heat is transferred between the magnetic bodies 10Aa and 10Ba and between the magnetic bodies 10Aa and 10Bb.
これは、熱伝導部材30の幅方向の熱伝導率λvが長手方向の熱伝導率λLよりも圧倒的に大きくなっているからである。したがって、本実施形態の熱伝達部材によれば、低温側熱交換部40Aから高温側熱交換部40Bに向かう熱の熱輸送能力及び熱輸送効率の低下を防止することができる。なお、実験によれば、熱伝導部材30の長手方向の熱伝導率λLが熱伝導部材30の幅方向の熱伝導率λvの1/10になると、冷凍能力が20%向上する。 This is because the thermal conductivity λv in the width direction of the heat conducting member 30 is overwhelmingly larger than the thermal conductivity λL in the longitudinal direction. Therefore, according to the heat transfer member of the present embodiment, it is possible to prevent a decrease in heat transport capability and heat transport efficiency of heat from the low temperature side heat exchange unit 40A toward the high temperature side heat exchange unit 40B. According to the experiment, when the heat conductivity λL in the longitudinal direction of the heat conducting member 30 becomes 1/10 of the heat conductivity λv in the width direction of the heat conducting member 30, the refrigerating capacity is improved by 20%.
低温側熱交換部40Aから高温側熱交換部40Bに向かう熱の熱輸送能力及び熱輸送効率の低下を防止する効果は、基材32の表面にナノ構造体34を形成している熱伝導部材30を用いることによって、一層大きくすることができる。ナノ構造体34を設けることによって、熱伝導部材30の幅方向の熱伝達率が上がるからである。 The effect of preventing the heat transport ability and heat transport efficiency of the heat from the low temperature side heat exchange section 40A toward the high temperature side heat exchange section 40B is the heat conduction member in which the nanostructure 34 is formed on the surface of the base material 32. By using 30, the size can be further increased. This is because the provision of the nanostructure 34 increases the heat transfer coefficient in the width direction of the heat conducting member 30.
(基材の構成)
熱伝導部材30を構成する基材32は、熱的異方性を持たせるために、次のような構成とする。
(Structure of base material)
The base material 32 constituting the heat conducting member 30 is configured as follows in order to have thermal anisotropy.
図10は繊維状の材料によって形成した基材32の拡大図である。基材32は、繊維状の複数の熱伝導材料を、熱伝導材料の断面を磁性体の並び方向に向けて、磁性体の並び方向と交差する方向に束ねて形成する。 FIG. 10 is an enlarged view of the base material 32 formed of a fibrous material. The base material 32 is formed by bundling a plurality of fibrous heat conductive materials in a direction crossing the magnetic material alignment direction with the cross section of the heat conductive material facing the magnetic material alignment direction.
具体的には、図10に示すように、基材32を形成する繊維状の材料として、繊維の長さ方向に熱伝導率が大きい円筒状の繊維33を用いる。繊維33の形状は円筒状に限らず四角形、三角形、楕円形などさまざまな形状とすることができる。繊維33の径方向の熱伝導率は長さ方向の熱伝導率よりも小さい。 Specifically, as shown in FIG. 10, a cylindrical fiber 33 having a high thermal conductivity in the fiber length direction is used as the fibrous material forming the base material 32. The shape of the fiber 33 is not limited to a cylindrical shape, and may be various shapes such as a quadrangle, a triangle, and an ellipse. The thermal conductivity in the radial direction of the fiber 33 is smaller than the thermal conductivity in the length direction.
この繊維33を、磁性体と接する面に繊維33の円形の断面が配置されるようにして、基材32の厚み方向及び長手方向に束ねる。なお、図示はしていないが、繊維33の隙間に熱伝導率の小さい材料を埋め込んでも良い。熱伝導率の小さい材料を埋め込むことによって、繊維33の径方向の熱伝導率を長さ方向の熱伝導率よりもさらに小さくすることができる。 The fibers 33 are bundled in the thickness direction and the longitudinal direction of the base material 32 so that the circular cross section of the fibers 33 is arranged on the surface in contact with the magnetic body. Although not shown, a material having a low thermal conductivity may be embedded in the gap between the fibers 33. By embedding a material having a small thermal conductivity, the thermal conductivity in the radial direction of the fibers 33 can be made smaller than the thermal conductivity in the length direction.
このように繊維33で基材32を形成すると基材32の長手方向の熱伝導率が小さくなる。したがって、図8に示したように、磁性体が並ぶ一方向の熱伝導率λvは大きく、これ以外の方向の熱伝導率λLは小さくすることができ、熱伝導部材30に熱的異方性を持たせることができる。 Thus, when the base material 32 is formed of the fibers 33, the thermal conductivity in the longitudinal direction of the base material 32 becomes small. Therefore, as shown in FIG. 8, the thermal conductivity λv in one direction in which the magnetic bodies are arranged is large, and the thermal conductivity λL in the other direction can be decreased, and the thermal conduction member 30 has a thermal anisotropy. Can be given.
図11は熱伝導率の異なる複数の熱伝導材料を積層して形成した基材32の拡大図である。図11Aは基材32を図6及び図7のように上から見た平面図であり、図11Bは基材32の斜視図である。 FIG. 11 is an enlarged view of the base material 32 formed by laminating a plurality of heat conductive materials having different heat conductivities. 11A is a plan view of the base material 32 as viewed from above as shown in FIGS. 6 and 7, and FIG. 11B is a perspective view of the base material 32.
図11に示すように、基材32は、熱伝導率の大きな熱伝導材料34Aと熱伝導率の小さな熱伝導材料34Bを、磁性体の並び方向と交差する方向に交互に配列し積層して形成する。なお、熱伝導率の大きな熱伝導材料としては銅、アルミニウム、炭化珪素などの金属を用い、熱伝導率の小さな熱伝導材料としてはガラスなどの金属以外の材料を用いる。 As shown in FIG. 11, the base material 32 is formed by laminating a heat conductive material 34 </ b> A having a high thermal conductivity and a heat conductive material 34 </ b> B having a low heat conductivity alternately arranged in a direction crossing the alignment direction of the magnetic bodies. Form. A metal such as copper, aluminum, or silicon carbide is used as the heat conductive material having a high thermal conductivity, and a material other than a metal such as glass is used as the heat conductive material having a low thermal conductivity.
熱伝導率の大きな熱伝導材料34Aの厚み(基材32の長手方向の厚み)は熱伝導率の小さな熱伝導材料34Bの厚みよりも大きくする。このようにしないと、基材32の幅方向の熱伝導率が高くなってしまい、熱的異方性を大きくできないからである。このため、図11に示すように、熱伝導率の大きな熱伝導材料34Aの厚みを伝導率の小さな熱伝導材料34Bの厚みの4倍から10倍程度とすることが好ましい。 The thickness of the thermal conductive material 34A having a large thermal conductivity (the thickness in the longitudinal direction of the base material 32) is made larger than the thickness of the thermal conductive material 34B having a small thermal conductivity. If this is not done, the thermal conductivity in the width direction of the substrate 32 becomes high, and the thermal anisotropy cannot be increased. For this reason, as shown in FIG. 11, it is preferable that the thickness of the heat conductive material 34A having a high thermal conductivity is set to about 4 to 10 times the thickness of the heat conductive material 34B having a low conductivity.
熱伝導材料34Aと熱伝導材料34Bの厚みの比率をこのようにすると基材32の長手方向の熱伝導率が小さくなる。したがって、図8に示したように、磁性体が並ぶ一方向の熱伝導率λvは大きく、磁性体が並ぶ当該一方向と交差する方向の熱伝導率λLは小さくすることができ、熱伝導部材30に熱的異方性を持たせることができる。 When the ratio of the thicknesses of the heat conductive material 34A and the heat conductive material 34B is set in this way, the heat conductivity in the longitudinal direction of the base material 32 becomes small. Therefore, as shown in FIG. 8, the thermal conductivity λv in one direction in which the magnetic materials are arranged is large, and the thermal conductivity λL in the direction intersecting with the one direction in which the magnetic materials are arranged can be reduced. 30 can have thermal anisotropy.
図12は熱伝導率の異なる複数の熱伝導材料を配合し配向することによって形成した基材32の拡大図である。 FIG. 12 is an enlarged view of the base material 32 formed by blending and orienting a plurality of heat conductive materials having different heat conductivities.
図12に示すように、基材32は、ポリマーなどの熱伝導率の小さな熱伝導材料36に、カーボンナノチューブやグラフェンなどの熱伝導率の大きな熱伝導材料37を配合し、磁性体の並び方向の熱伝導率に比較して、磁性体の並び方向と交差する方向の熱伝導率の方が小さくなるように配向して形成する。具体的には、図12に示すように、熱伝導率の小さな熱伝導材料36内にカーボンナノチューブやグラフェンを混入し、カーボンナノチューブやグラフェンの長軸が基材32の幅方向に向かうように並べる。 As shown in FIG. 12, in the base material 32, a heat conducting material 37 having a high thermal conductivity such as a carbon nanotube or graphene is blended with a heat conducting material 36 having a low thermal conductivity such as a polymer, and the alignment direction of the magnetic materials. Compared to the thermal conductivity, the orientation is formed such that the thermal conductivity in the direction crossing the direction in which the magnetic materials are arranged is smaller. Specifically, as shown in FIG. 12, carbon nanotubes and graphene are mixed in the heat conductive material 36 having a low thermal conductivity, and the long axes of the carbon nanotubes and graphene are aligned in the width direction of the substrate 32. .
カーボンナノチューブやグラフェンの長軸を基材32の幅方向に向かうように並べると、並べたカーボンナノチューブやグラフェンが相互にネットワークを形成する。このため基材32の長手方向の熱伝導率が小さくなる。したがって、図8に示したように、磁性体が並ぶ一方向の熱伝導率λvは大きく、磁性体が並ぶ当該一方向と交差する方向の熱伝導率λLは小さくすることができ、熱伝導部材30に熱的異方性を持たせることができる。 When the long axes of carbon nanotubes and graphene are aligned in the width direction of the substrate 32, the aligned carbon nanotubes and graphene form a network with each other. For this reason, the thermal conductivity of the longitudinal direction of the base material 32 becomes small. Therefore, as shown in FIG. 8, the thermal conductivity λv in one direction in which the magnetic materials are arranged is large, and the thermal conductivity λL in the direction intersecting with the one direction in which the magnetic materials are arranged can be reduced. 30 can have thermal anisotropy.
図13は、基材32の形状を示す図である。以上の実施形態では、矩形状の基材32を例示して説明した。基材の形状はこの形状以外にも、図13Aに示すように矩形の角部が面取りされた形状、図13Bに示すように矩形の両端が三角形状に形成された形状、図13Cに示すように矩形の一端が三角形状に形成された形状、図13Dに示すように流線形化された楕円形状など、さまざまな形状とすることができる。 FIG. 13 is a diagram showing the shape of the base material 32. In the above embodiment, the rectangular-shaped base material 32 was illustrated and demonstrated. In addition to this shape, the shape of the base material is a shape in which rectangular corners are chamfered as shown in FIG. 13A, a shape in which both ends of the rectangle are formed in a triangular shape as shown in FIG. 13B, and as shown in FIG. 13C. Various shapes such as a shape in which one end of a rectangle is formed in a triangular shape, and an elliptical shape streamlined as shown in FIG. 13D can be used.
熱伝導部材30は、磁性体と磁性体との間を移動しながら挿入されることになるので、基材32の形状を熱伝導部材30の移動方向に向かって尖った形状とすることで、磁性体と磁性体との間での挿入がスムースに行われるようになり、挿入抵抗を低減させることができる。特に、図13B、図13C、図13Dに示すような形状を採用することが好ましい。 Since the heat conducting member 30 is inserted while moving between the magnetic body and the magnetic body, by making the shape of the base material 32 sharp in the moving direction of the heat conducting member 30, The insertion between the magnetic body and the magnetic body is performed smoothly, and the insertion resistance can be reduced. In particular, it is preferable to adopt a shape as shown in FIGS. 13B, 13C, and 13D.
(ナノ構造体の構成)
図14は、基材32の磁性体と対峙する面にナノチューブを配列してナノ構造体を形成した熱伝導部材を示す図である。
(Nanostructure structure)
FIG. 14 is a view showing a heat conducting member in which a nanostructure is formed by arranging nanotubes on the surface of the base material 32 facing the magnetic body.
図8に示した基材32の表面を覆うナノ構造体34は、図14に示すように基材32の表面から磁性体が並ぶ一方向に向かって伸びるカーボンナノチューブ34Cを配列することによって形成する。図14Aの場合、矩形状の基材32の厚み方向に向けて、すなわち図14の左から右に向かう方向であり磁性体ユニットを構成する磁性体が並ぶ方向に向けて、カーボンナノチューブ34Cを成長させ、これを基材32の長手方向に均一の密度で配列させる。このように、ナノ構造体34をカーボンナノチューブ34Cで形成することによって、熱伝導部材30の幅方向の熱伝達率を上げることができる。 The nanostructure 34 covering the surface of the base material 32 shown in FIG. 8 is formed by arranging carbon nanotubes 34C extending from the surface of the base material 32 in one direction in which magnetic materials are arranged as shown in FIG. . In the case of FIG. 14A, the carbon nanotube 34C is grown in the thickness direction of the rectangular base material 32, that is, in the direction from the left to the right in FIG. 14 and in the direction in which the magnetic bodies constituting the magnetic unit are arranged. These are arranged at a uniform density in the longitudinal direction of the substrate 32. Thus, the heat transfer coefficient in the width direction of the heat conducting member 30 can be increased by forming the nanostructure 34 with the carbon nanotube 34C.
図14Bの場合、一端が三角形状となっている矩形状の基材32の厚み方向に向けてカーボンナノチューブ334Cを成長させている。カーボンナノチューブ34Cの配列の密度は、基材32の三角形状となっている部分(先端部分)を他の部分よりも粗くしている。これは、熱伝導部材30が磁性体と磁性体との間に挿入されるときの挿入抵抗を低減するためである。 In the case of FIG. 14B, the carbon nanotube 334C is grown in the thickness direction of the rectangular base material 32 whose one end is triangular. The density of the arrangement of the carbon nanotubes 34C is such that the triangular portion (tip portion) of the base material 32 is rougher than the other portions. This is to reduce the insertion resistance when the heat conducting member 30 is inserted between the magnetic bodies.
図14Cの場合、流線形化された楕円形状の基材32の厚み方向に向けてカーボンナノチューブ34Cを成長させている。カーボンナノチューブ34Cの配列の密度は、基材32両端部分を他の部分よりも粗くしている。これは、熱伝導部材30が磁性体と磁性体との間に挿入されるときの挿入抵抗を低減するためである。この熱伝導部材30の場合、熱伝導部材30の両端でカーボンナノチューブ34Cの配列の密度を粗くしてあるので、熱伝導部材30をその長手方向に沿う両方向の移動に対して挿入抵抗が低減できる。 In the case of FIG. 14C, the carbon nanotubes 34C are grown in the thickness direction of the streamlined elliptical base material 32. The density of the arrangement of the carbon nanotubes 34C is such that both end portions of the base material 32 are rougher than the other portions. This is to reduce the insertion resistance when the heat conducting member 30 is inserted between the magnetic bodies. In the case of this heat conducting member 30, since the density of the arrangement of the carbon nanotubes 34C is made rough at both ends of the heat conducting member 30, the insertion resistance can be reduced with respect to the movement of the heat conducting member 30 in both directions along its longitudinal direction. .
図14Dの場合、図14Cと同様に、流線形化された楕円形状の基材32の厚み方向に向けてカーボンナノチューブ34Cを成長させている。カーボンナノチューブ34Cの配列の密度は基材32の長手方向に均一である。また、カーボンナノチューブ34Cの長さは基材32の中央部分が短く、基材32の両端に向かって長くなるようにしてある。 In the case of FIG. 14D, similarly to FIG. 14C, the carbon nanotube 34C is grown in the thickness direction of the streamlined elliptical base material 32. The density of the arrangement of the carbon nanotubes 34 </ b> C is uniform in the longitudinal direction of the base material 32. The length of the carbon nanotube 34 </ b> C is such that the central portion of the base material 32 is short and becomes longer toward both ends of the base material 32.
図8に示した基材32の表面を覆うナノ構造体34は、繊維状のナノチューブを縦横に絡めたスポンジ構造とすることができる。スポンジ構造は、カーボンナノチューブを多数ランダムに成長させ繊維状に絡めることで形成することができる。このように、ナノ構造体34をスポンジ構造とすることによって、熱伝導部材30の幅方向の熱伝達率を上げることができ、同時に、磁性体との接触に対する耐摩耗性を備えさせることができる。したがって、熱伝導部材30の耐久性を高めることができる。 The nanostructure 34 covering the surface of the substrate 32 shown in FIG. 8 can have a sponge structure in which fibrous nanotubes are entangled vertically and horizontally. A sponge structure can be formed by growing a large number of carbon nanotubes randomly and entwining them in a fibrous form. Thus, by making the nanostructure 34 into a sponge structure, the heat transfer coefficient in the width direction of the heat conducting member 30 can be increased, and at the same time, wear resistance against contact with the magnetic body can be provided. . Therefore, the durability of the heat conducting member 30 can be increased.
さらに、スポンジ構造のナノ構造体34内に熱伝導率の大きな微粒子を含有する潤滑剤を含ませることもできる。熱伝導率の大きな微粒子としてはナノダイアモンド(粉末状のダイアモンド)を例示することができる。ナノダイアモンドを含有する潤滑剤をナノ構造体34内に含ませると、ナノ構造体34が磁性体と接触するときに柔軟に変形し磁性体との間の熱の伝達が良好になる。また、ナノダイアモンドを含有しているので、磁性体との摩擦に対し熱伝導部材30の耐久性を高めることができる。 Furthermore, a lubricant containing fine particles having a large thermal conductivity can be included in the nanostructure 34 having a sponge structure. Examples of the fine particles having a high thermal conductivity include nano diamond (powdered diamond). When a lubricant containing nanodiamond is included in the nanostructure 34, the nanostructure 34 is deformed flexibly when it comes into contact with the magnetic body, and heat transfer between the nanostructure 34 and the magnetic body is improved. Moreover, since nano diamond is contained, the durability of the heat conducting member 30 can be increased against friction with the magnetic material.
以上が本実施形態に係る熱的異方性を備えた熱伝導部材の構成である。次に、この熱伝導部材を用いた磁気冷凍機について説明する。 The above is the configuration of the heat conducting member having thermal anisotropy according to the present embodiment. Next, a magnetic refrigerator using this heat conducting member will be described.
(磁気冷凍機の構成、動作)
図15は、本実施形態に係る磁気冷凍機の概略構成を示す上面図であり、磁性体、磁気回路を形成する永久磁石及び熱伝導部材の位置関係が理解できるように上面から透視した状態を示した図である。図16A−図16Cは、図15に示した磁気冷凍機を構成する、熱交換部支持盤、磁性体配置板、磁石/熱伝導部配置板の上面図である。図17は、図15に示した磁気冷凍機の分解断面図である。図18は、本実施形態に係る磁気冷凍機の磁石/熱伝導部配置板を回転させたときに熱が移動していく様子を説明するための模式図である。図19は、本実施形態に係る磁気冷凍機の動作説明に供する図である。なお、図18は発明の理解を容易にするために図17に示した駆動部の記載を省略した。
(Configuration and operation of magnetic refrigerator)
FIG. 15 is a top view showing a schematic configuration of the magnetic refrigerator according to this embodiment, and shows a state seen through from above so that the positional relationship among the magnetic body, the permanent magnet forming the magnetic circuit, and the heat conducting member can be understood. FIG. 16A to 16C are top views of the heat exchange unit support plate, the magnetic body arrangement plate, and the magnet / heat conduction unit arrangement plate that constitute the magnetic refrigerator shown in FIG. FIG. 17 is an exploded cross-sectional view of the magnetic refrigerator shown in FIG. FIG. 18 is a schematic diagram for explaining how heat moves when the magnet / heat conduction unit arrangement plate of the magnetic refrigerator according to the present embodiment is rotated. FIG. 19 is a diagram for explaining the operation of the magnetic refrigerator according to the present embodiment. FIG. 18 omits the description of the drive unit shown in FIG. 17 in order to facilitate understanding of the invention.
本実施形態に係る磁気冷凍機は、図1に示した磁気冷凍と同一の原理を用いる。この原理を用いて磁気冷凍が行えるように、次のように構成してある。 The magnetic refrigerator according to this embodiment uses the same principle as the magnetic refrigeration shown in FIG. In order to perform magnetic refrigeration using this principle, it is configured as follows.
図15から図18に示すように、本実施形態に係る磁気冷凍機500は、円形の熱交換部支持盤600(特に図16A参照)、中心部が開口した中空円板状の磁性体配置板700(特に図16B参照)、中心部が開口した中空円板状の磁石/熱伝導部配置板800(特に図16C参照)を有する。熱交換部支持盤600はその中心部に低温側熱交換部40Aを有し、その外周部に高温側熱交換部40Bを有する。磁石/熱伝導部配置板800は、隙間を設けて配置した、上側の円板800Aと下側の円板800Bの2つの円板を有する(特に図17参照)。磁気冷凍機500は、熱交換部支持盤600、磁性体配置板700、磁石/熱伝導部配置板800を同心状に配置している(特に図15、図17、図18参照)。磁性体配置板700は、磁石/熱伝導部配置板800の上側の円板800Aと下側の円板800Bとの間に挿入される(特に図17、図18参照)。低温側熱交換部40Aは、磁性体配置板700と磁石/熱伝導部配置板800の中心部の中空部内に配置される。高温側熱交換部40Bは、磁性体配置板700と磁石/熱伝導部配置板800の外周部に配置される(特に図15、図17、図18参照)。なお、本実施形態では、磁性体配置板700に正の磁性体を配置することを想定しているので、熱交換部支持盤600には、その中心部に低温側熱交換部40Aを配置し、その外周部に高温側熱交換部40Bを配置している。磁性体配置板700に負の磁性体を配置した場合には、熱交換部支持盤600の中心部に高温側熱交換部40Bを配置し、その外周部に低温側熱交換部40Aを配置する。低温側熱交換部40Aと高温側熱交換部40Bの配置は、磁性体配置板700に正負いずれの磁性体を用いるかによって異なる。 As shown in FIGS. 15 to 18, a magnetic refrigerator 500 according to the present embodiment includes a circular heat exchange unit support plate 600 (see particularly FIG. 16A), a hollow disk-shaped magnetic body arrangement plate having an open center. 700 (especially refer to FIG. 16B) and a hollow disk-like magnet / heat conduction part arrangement plate 800 (particularly refer to FIG. 16C) having an open center. The heat exchanging part support board 600 has a low temperature side heat exchanging part 40A at the center thereof, and has a high temperature side heat exchanging part 40B at the outer periphery thereof. The magnet / heat conduction part arrangement plate 800 has two disks, an upper disk 800A and a lower disk 800B, which are arranged with a gap (see particularly FIG. 17). In the magnetic refrigerator 500, a heat exchanging unit support plate 600, a magnetic body arrangement plate 700, and a magnet / heat conduction unit arrangement plate 800 are arranged concentrically (see particularly FIGS. 15, 17, and 18). The magnetic body arranging plate 700 is inserted between the upper disc 800A and the lower disc 800B of the magnet / heat conducting unit arranging plate 800 (see FIGS. 17 and 18 in particular). The low temperature side heat exchanging portion 40A is arranged in the hollow portion at the center of the magnetic material arranging plate 700 and the magnet / heat conducting portion arranging plate 800. The high temperature side heat exchanging part 40B is arranged on the outer peripheral part of the magnetic body arranging plate 700 and the magnet / heat conducting unit arranging plate 800 (see particularly FIGS. 15, 17, and 18). In the present embodiment, since it is assumed that a positive magnetic body is arranged on the magnetic body arrangement plate 700, the low-temperature side heat exchange section 40A is arranged at the center of the heat exchange section support board 600. The high temperature side heat exchanging part 40B is arranged on the outer peripheral part. When a negative magnetic material is arranged on the magnetic material arranging plate 700, the high temperature side heat exchange unit 40B is arranged at the center of the heat exchange unit support board 600, and the low temperature side heat exchange unit 40A is arranged on the outer periphery thereof. . The arrangement of the low temperature side heat exchange unit 40A and the high temperature side heat exchange unit 40B differs depending on which of the positive and negative magnetic bodies is used for the magnetic body arrangement plate 700.
図16Aに示すように、磁気冷凍機500の熱交換部支持盤600の中心部には、磁石/熱伝導部配置板800の固定軸ともなる円柱状の低温側熱交換部40Aが立設してある。また、熱交換部支持盤600の外周部には、磁性体配置板700を固定する円筒状の高温側熱交換部40Bが熱交換部支持盤600の外周に沿って立設してある。 As shown in FIG. 16A, a cylindrical low temperature side heat exchanging unit 40A that also serves as a fixed shaft of the magnet / heat conducting unit arrangement plate 800 is erected at the center of the heat exchanging unit support plate 600 of the magnetic refrigerator 500. It is. In addition, a cylindrical high temperature side heat exchanging portion 40 </ b> B for fixing the magnetic body arranging plate 700 is erected along the outer periphery of the heat exchanging portion support plate 600 at the outer peripheral portion of the heat exchanging portion support plate 600.
図16Bに示すように、磁性体配置板700は、その中心部が開口した中空円板であり、その中心部の開口径は円柱状の低温側熱交換部40Aの直径よりも若干大きくしてある。また、磁性体配置板700の直径は円筒状の高温側熱交換部40Bの内周の寸法と同一にしてある。図17及び図18に示すように、磁性体配置板700は高温側熱交換部40Bに固定してある。磁性体配置板700と高温側熱交換部40Bとの間には、磁性体配置板700と高温側熱交換部40B相互間で熱が移動しないように、図示しない断熱材を介在させることが好ましい。 As shown in FIG. 16B, the magnetic body arranging plate 700 is a hollow disk having an opening at the center thereof, and the opening diameter at the center is slightly larger than the diameter of the columnar low temperature side heat exchanging portion 40A. is there. Moreover, the diameter of the magnetic body arrangement | positioning board 700 is made the same as the dimension of the inner periphery of the cylindrical high temperature side heat exchange part 40B. As shown in FIG.17 and FIG.18, the magnetic body arrangement | positioning board 700 is being fixed to the high temperature side heat exchange part 40B. It is preferable to interpose a heat insulating material (not shown) between the magnetic body arrangement plate 700 and the high temperature side heat exchange unit 40B so that heat does not move between the magnetic body arrangement plate 700 and the high temperature side heat exchange unit 40B. .
磁性体配置板700の片面(円板800Aの対向面)には、図16Bに示すように、環状かつ放射状に複数の磁性体を互いに間隔を設けて形成してある。本実施形態では、中心角を30°として分割した磁性体配置板700上の領域に、周方向に隣り合わせて、12個の磁性体ユニット200A、200B、200C、…、200G、…、200Lを形成している。それぞれの磁性体ユニット200A、200B、200C、…、200G、…、200Lは、磁性体配置板700の中心部から外周部に向けて6つの磁性体を配置している。例えば、磁性体ユニット200Aは、磁性体10Aa、10Ab、10Ac、10Ad、10Ae、10Afを、磁性体ユニット200Bは、磁性体10Ba、10Bb、10Bc、10Bd、10Be、10Bfをそれぞれ配置する。各磁性体ユニットでは、2つの磁性体が1組になって磁性体ブロックを形成する。例えば、磁性体ユニット200Aでは、磁性体10Aa、10Abで磁性体ブロック100Aaを、磁性体10Ac、10Adで磁性体ブロック100Abを、磁性体10Ae、10Afで磁性体ブロック100Acを形成する。また、磁性体ユニット200Bでは、磁性体10Ba、10Bbで磁性体ブロック100Baを、磁性体10Bc、10Bdで磁性体ブロック100Bbを、磁性体10Be、10Bfで磁性体ブロック100Bcを形成する。 As shown in FIG. 16B, a plurality of magnetic bodies are formed annularly and radially at intervals on one side of the magnetic body arranging plate 700 (opposite surface of the disc 800A). In the present embodiment, twelve magnetic units 200A, 200B, 200C,..., 200G,..., 200L are formed adjacent to each other in the circumferential direction in a region on the magnetic member arranging plate 700 divided by a central angle of 30 °. doing. Each of the magnetic body units 200 </ b> A, 200 </ b> B, 200 </ b> C,..., 200 </ b> G, ..., 200 </ b> L has six magnetic bodies arranged from the center to the outer periphery of the magnetic body arranging plate 700. For example, the magnetic body unit 200A arranges magnetic bodies 10Aa, 10Ab, 10Ac, 10Ad, 10Ae, and 10Af, and the magnetic body unit 200B arranges magnetic bodies 10Ba, 10Bb, 10Bc, 10Bd, 10Be, and 10Bf, respectively. In each magnetic body unit, a pair of two magnetic bodies forms a magnetic body block. For example, in the magnetic body unit 200A, the magnetic bodies 10Aa and 10Ab form the magnetic body block 100Aa, the magnetic bodies 10Ac and 10Ad form the magnetic body block 100Ab, and the magnetic bodies 10Ae and 10Af form the magnetic body block 100Ac. In the magnetic unit 200B, the magnetic bodies 10Ba and 10Bb form the magnetic body block 100Ba, the magnetic bodies 10Bc and 10Bd form the magnetic body block 100Bb, and the magnetic bodies 10Be and 10Bf form the magnetic body block 100Bc.
したがって、本実施形態の磁性体配置板700は、磁性体ユニット200A、200B、200C、…、200G、…、200Lのそれぞれが3つの磁性体ブロック100Aa−100Ab−100Ac、100Ba−100Bb−100Bc、…で形成される。また、磁性体ブロック100Aa、100Ab、100Ac、100Ba、100Bb、100Bc、…のそれぞれは2つの磁性体、10Aa−10Ab、10Ac−10Ad、10Ae−10Af、10Ba−10Bb、10Bc−10Bd、10Be−10Bf、…で形成される。本実施形態の磁性体配置板700の1つの磁性体ユニット200Aに注目すると、磁性体ユニット200Aは、6つの磁性体10Aa、10Ab、10Ac、10Ad、10Ae、10Afから形成される。これらの磁性体は3つの磁性体ブロック100Aa、100Ab、100Acを有する。これらの磁性体ブロックは2つの磁性体10Aa−10Ab、10Ac−10Ad、10Ae−10Afの組から形成される。磁性体ユニット200Bから200Lも磁性体ユニット200Aと同じように形成される。このため、本実施形態の磁性体配置板700は、図1Aに示した磁性体ユニット200を12列並列に並べたものと等価な構成となる。 Therefore, in the magnetic body arrangement plate 700 of this embodiment, each of the magnetic body units 200A, 200B, 200C, ..., 200G, ..., 200L has three magnetic body blocks 100Aa-100Ab-100Ac, 100Ba-100Bb-100Bc, ... Formed with. In addition, each of the magnetic blocks 100Aa, 100Ab, 100Ac, 100Ba, 100Bb, 100Bc,... Has two magnetic bodies, 10Aa-10Ab, 10Ac-10Ad, 10Ae-10Af, 10Ba-10Bb, 10Bc-10Bd, 10Be-10Bf, ... is formed. When attention is paid to one magnetic body unit 200A of the magnetic body arrangement plate 700 of the present embodiment, the magnetic body unit 200A is formed of six magnetic bodies 10Aa, 10Ab, 10Ac, 10Ad, 10Ae, 10Af. These magnetic bodies have three magnetic body blocks 100Aa, 100Ab, and 100Ac. These magnetic blocks are formed of a set of two magnetic bodies 10Aa-10Ab, 10Ac-10Ad, and 10Ae-10Af. The magnetic body units 200B to 200L are formed in the same manner as the magnetic body unit 200A. For this reason, the magnetic body arrangement | positioning board 700 of this embodiment becomes a structure equivalent to what arranged the magnetic body unit 200 shown in FIG. 1A in 12 rows in parallel.
本実施形態では、図20に示すように、磁性体配置板700に配置した磁性体10Aa−10Bf…の表面にDLC(ダイアモンドライクカーボン)膜15を形成する。DLC膜15は、後述する熱伝導部材と対峙する面に設ける。磁性体の全面に設けることもできるが、DLC膜15が磁気抵抗となってしまうので、できるだけ対峙する面のみに形成することが好ましい。熱伝導部材と対峙する面にDLC膜15を形成すると、磁性体の表面を保護することができ、熱伝導部材に対する耐摩耗性を向上させることができる。 In this embodiment, as shown in FIG. 20, a DLC (diamond-like carbon) film 15 is formed on the surface of the magnetic bodies 10Aa-10Bf. The DLC film 15 is provided on a surface facing a heat conductive member to be described later. Although it can be provided on the entire surface of the magnetic material, the DLC film 15 becomes a magnetic resistance, so it is preferable to form it only on the opposing surface as much as possible. When the DLC film 15 is formed on the surface facing the heat conducting member, the surface of the magnetic body can be protected and the wear resistance against the heat conducting member can be improved.
本実施形態で用いる磁性体10Aa、…は、磁性体配置板700上に直接形成しても良いが、磁気熱量効果を有効に利用できるようにするためには、磁性体配置板700は熱抵抗の大きな材料で構成することが望ましい。熱抵抗が小さいと、磁性体10Aa、…で発生した熱が磁性体配置板700を伝って放熱されてしまうからである。また、熱抵抗を大きくするために、磁性体10Aa、…は、磁性体配置板700上に直接形成するのではなく、磁性体10Aa、…と磁性体配置板700との間に熱絶縁性フィルムや熱絶縁層を設けても良い。 The magnetic bodies 10Aa,... Used in the present embodiment may be directly formed on the magnetic body arrangement plate 700. However, in order to effectively use the magnetocaloric effect, the magnetic body arrangement board 700 has a thermal resistance. It is desirable that the material is made of a large material. This is because if the thermal resistance is small, the heat generated by the magnetic bodies 10Aa,... Further, in order to increase the thermal resistance, the magnetic bodies 10Aa,... Are not directly formed on the magnetic body arrangement plate 700, but a heat insulating film between the magnetic bodies 10Aa,. Alternatively, a heat insulating layer may be provided.
また、磁性体10Aa、…は、熱絶縁性フィルムや熱絶縁層を介して磁性体ユニット200A、…として磁性体配置板700上で一体的に形成しても良い。また、熱絶縁性フィルムや熱絶縁層を介して磁性体ブロック100Aa、…ごとに分割して形成し、これを磁性体配置板700上で配列するようにしても良い。 Further, the magnetic bodies 10Aa,... May be integrally formed on the magnetic body arrangement plate 700 as a magnetic body unit 200A,... Via a heat insulating film or a heat insulating layer. Further, the magnetic material blocks 100Aa,... May be divided and formed via a heat insulating film or a heat insulating layer and arranged on the magnetic material arranging plate 700.
磁性体10Aa、…は、本実施形態では同一材料で形成しており、同一材料として正の磁性体を用いる。正の磁性体は、磁気を印加していないときには常磁性状態(磁気スピンが無秩序の状態)となり、磁気を印加すると強磁性状態(磁気スピンが一方向に揃う状態)となる、常磁性状態と強磁性状態が可逆的に生じる材料を用いて製造する。 The magnetic bodies 10Aa,... Are formed of the same material in this embodiment, and positive magnetic bodies are used as the same material. A positive magnetic substance is in a paramagnetic state (magnetic spin is in a disordered state) when no magnetism is applied, and in a paramagnetic state (magnetic spin is aligned in one direction) when magnetism is applied. Manufactured using a material that reversibly produces a ferromagnetic state.
正の磁性体の材料としては、GdやGdをベースとした合金である、Gd−Y系、Gd−Dy系、Gd−Er系、Gd−Ho系、La(Fe,Si)13やLa(Fe,Al)13などの磁性材料を用いることができる。 As the material of the positive magnetic body, Gd-Y series, Gd-Dy series, Gd-Er series, Gd-Ho series, La (Fe, Si) 13 and La (which are alloys based on Gd and Gd) are used. Magnetic materials such as Fe, Al) 13 can be used.
一方、本実施形態では用いていないが、磁性体10Aa、…に同一材料として負の磁性材料を用いることもできる。負の磁気材料は、磁気を印加していないときと磁気を印加したときとでそれぞれが別の秩序状態となる。かつ、負の磁気材料は、磁気を印加していないときの方が磁気を印加したときよりも秩序度が高い状態となる。負の磁気材料は、このような2つの秩序状態の間で、磁気の印加/除去に伴って秩序−秩序転移を生じるような物質を用いる。また、負の磁性体は、磁気を印加していないときには反強磁性状態(隣り合うスピンがそれぞれ反対方向を向いて整列する状態)となり、磁気を印加すると強磁性状態(隣り合うスピンが一方向に揃う状態)となる。負の磁性体は、材料の磁気モーメント自体が大きく変化すると反強磁性状態と強磁性状態が可逆的に生じる材料を用いても製造される。 On the other hand, although not used in the present embodiment, a negative magnetic material can be used as the same material for the magnetic bodies 10Aa,. Negative magnetic materials have different ordered states when no magnetism is applied and when magnetism is applied. In addition, the negative magnetic material has a higher order when the magnetism is not applied than when the magnetism is applied. The negative magnetic material uses a material that causes an order-order transition between the two ordered states with application / removal of magnetism. A negative magnetic material is in an antiferromagnetic state (state where adjacent spins are aligned in opposite directions) when no magnetism is applied, and is in a ferromagnetic state (adjacent spins in one direction when magnetism is applied). In the same state). A negative magnetic material can be manufactured using a material in which an antiferromagnetic state and a ferromagnetic state are reversibly generated when the magnetic moment of the material changes greatly.
負の磁性体の材料としては、FeRh合金、CoMnSiGe系、NiMnSn系などの磁性材料を用いることができる。 As the negative magnetic material, a magnetic material such as an FeRh alloy, CoMnSiGe system, or NiMnSn system can be used.
一般的に、正の磁性体と負の磁性体は、磁気の印加に対して、熱発生が、発熱するか、吸熱するか反対なので、正の磁性体と負の磁性体の磁気熱量効果による温度変化の大きさは相違する。したがって、本実施形態のように、正か負のどちらか一方の磁性体を用いた場合には、全ての磁性体の磁気熱量効果による温度変化の大きさが同一になる。したがって、磁気冷凍機全体として安定した熱伝達特性が得られ熱輸送効率が向上する。また、正の磁性体の磁気熱量効果に比較して負の磁性体の磁気熱量効果の方が小さいので、熱輸送効率を考慮すると、正の磁性体を用いて磁性体配置板700を構成することが好ましい。さらに、負の磁性体の材料は正の磁性体の材料に比較して希少な材料を用いることになるので、コストの面でも正の磁性体を用いて磁性体配置板700を構成することが好ましい。 Generally, positive and negative magnetic materials generate heat or absorb heat opposite to the application of magnetism, so the magnetocaloric effect of positive and negative magnetic materials The magnitude of the temperature change is different. Therefore, when one of the positive and negative magnetic bodies is used as in this embodiment, the magnitude of the temperature change due to the magnetocaloric effect of all the magnetic bodies is the same. Therefore, stable heat transfer characteristics can be obtained as a whole of the magnetic refrigerator, and heat transport efficiency can be improved. In addition, since the magnetocaloric effect of the negative magnetic material is smaller than the magnetocaloric effect of the positive magnetic material, considering the heat transport efficiency, the magnetic material arranging plate 700 is configured using the positive magnetic material. It is preferable. Furthermore, since a negative magnetic material is rarer than a positive magnetic material, the magnetic material arranging plate 700 can be configured using a positive magnetic material in terms of cost. preferable.
本実施形態では、磁性体10Aa、…の形状を、図15、図16B、図19に示したような、扇を径方向に一定の幅で切り取ったような形状としたが、これ以外の形状、例えば、球状、楕円体状、立方体状、円柱状、楕円柱状などの形状を採用しても良い。 In the present embodiment, the shape of the magnetic bodies 10Aa,... Is as shown in FIG. 15, FIG. 16B, and FIG. For example, a spherical shape, an ellipsoidal shape, a cubic shape, a cylindrical shape, an elliptical columnar shape, or the like may be adopted.
以上のように、磁性体配置板700は、同一材料の磁性体10Aa…を複数列状に間隔を設けて径方向に配置した磁性体ブロック100Aa、…を有する。さらに、磁性体ブロック100Aa…を磁性体10Aa、…の配置方向に間隔を設けて複数列状に配置した磁性体ユニット200Aを有する。磁性体配置板700は、磁性体ユニット200Aをさらに磁性体10Aa、…の配置方向と交差する円周方向に間隔を設けて複数隣り合わせて環状に配置している。 As described above, the magnetic body arranging plate 700 includes the magnetic body blocks 100Aa,... In which the magnetic bodies 10Aa,. Furthermore, it has magnetic body unit 200A which arrange | positioned magnetic body block 100Aa ... in multiple rows | lines at intervals in the arrangement direction of magnetic body 10Aa. In the magnetic body arranging plate 700, a plurality of the magnetic body units 200A are arranged adjacent to each other at intervals in the circumferential direction intersecting the arrangement direction of the magnetic bodies 10Aa,.
磁性体配置板700は以上のように構成してあるので、低温側熱交換部40Aは、磁性体配置板700に形成されている磁性体ユニット200A、200B、200C、…、200G、…、200Lの一端に位置する磁性体10Aa、10Bb、…と間隔を設けて隣り合う。また、高温側熱交換部40Bは、磁性体配置板700に形成されている磁性体ユニット200A、200B、200C、…、200G、…、200Lの他端に位置する磁性体10Af、10Bf、…と間隔を設けて隣り合う。 Since the magnetic body arrangement | positioning board 700 is comprised as mentioned above, 40A of low temperature side heat exchange parts are the magnetic body units 200A, 200B, 200C, ..., 200G, ..., 200L formed in the magnetic body arrangement board 700. Are adjacent to each other with a gap therebetween. Further, the high temperature side heat exchanging section 40B includes magnetic bodies 10Af, 10Bf,... Located at the other end of the magnetic body units 200A, 200B, 200C,. Adjacent with a gap.
図16Cに示すように、磁石/熱伝導部配置板800は、その中心部が開口した中空円板であり、その中心部の開口径は熱交換部支持盤600が有する円柱状の低温側熱交換部40Aの直径よりも若干大きくしてある。また、磁石/熱伝導部配置板800の直径は熱交換部支持盤600が有する円筒状の高温側熱交換部40Bの内周の寸法よりも若干小さくしてある。磁石/熱伝導部配置板800が低温側熱交換部40Aと高温側熱交換部40Bとの間で回転できるようにするためである。磁石/熱伝導部配置板800は、図17及び図18に示すように、隙間を設けて磁性体配置板700を挟む磁気的に接続された、上側及び下側の2枚の円板800A、800Bで構成される。 As shown in FIG. 16C, the magnet / heat conduction part arrangement plate 800 is a hollow disk whose center part is opened, and the opening diameter of the center part is a columnar low temperature side heat that the heat exchange part support plate 600 has. It is slightly larger than the diameter of the exchange part 40A. Moreover, the diameter of the magnet / heat conduction part arrangement | positioning board 800 is made slightly smaller than the dimension of the inner periphery of the cylindrical high temperature side heat exchange part 40B which the heat exchange part support board 600 has. This is because the magnet / heat conduction part arrangement plate 800 can be rotated between the low temperature side heat exchange part 40A and the high temperature side heat exchange part 40B. As shown in FIGS. 17 and 18, the magnet / heat conduction unit arrangement plate 800 includes two upper and lower disks 800 </ b> A that are magnetically connected to each other with a magnetic material arrangement plate 700 interposed between them. It is composed of 800B.
上側及び下側の2枚の円板800A、800Bは、低温側熱交換部40Aを中心に別々に回転できるように、低温側熱交換部40Aに備える軸受けと、上側及び下側の2枚の円板800A、800Bの外周端に備える軸受けで支持してある。図17に示すように、上側の円板800Aは軸受け520Aa、520Abによって回転自在に支持され、下側の円板800Bは軸受け520Ba、520Bbによって回転自在に支持される。したがって、上側の円板800Aは下側の円板800Bと別々に回転できる。 The two disks 800A and 800B on the upper side and the lower side can be separately rotated around the low-temperature side heat exchange unit 40A, and the bearings provided in the low-temperature side heat exchange unit 40A and the two upper and lower disks It is supported by bearings provided at the outer peripheral ends of the disks 800A and 800B. As shown in FIG. 17, the upper disk 800A is rotatably supported by bearings 520Aa and 520Ab, and the lower disk 800B is rotatably supported by bearings 520Ba and 520Bb. Therefore, the upper disk 800A can rotate separately from the lower disk 800B.
磁石/熱伝導部配置板800を取り囲むように支持盤530が配置される。支持盤530は、上側及び下側の2枚の円板800A、800Bを別々に回転させるためのサーボモータ540A、540Bを固定する。支持盤530の上側の円板800Aに対向する部分にサーボモータ540Aを、支持盤530の下側の円板800Bに対向する部分にサーボモータ540Bをそれぞれ固定する。サーボモータ540A、540Bのそれぞれの回転軸にはギア550A、550Bが取り付けてある。上側の円板800Aの外周部には、ギア550Aと噛み合うリングギア560Aが取り付けてある。また、下側の円板800Bの外周部には、ギア550Bと噛み合うリングギア560Bが取り付けてある。なお、サーボモータ540A、540B、ギア550A、550B及びリングギア560A、560Bによって駆動部を構成する。 A support plate 530 is arranged so as to surround the magnet / heat conducting unit arrangement plate 800. The support board 530 fixes servo motors 540A and 540B for separately rotating the upper and lower disks 800A and 800B. The servo motor 540A is fixed to a portion facing the upper disc 800A of the support plate 530, and the servo motor 540B is fixed to a portion facing the lower disc 800B of the support plate 530. Gears 550A and 550B are attached to the respective rotation shafts of the servo motors 540A and 540B. A ring gear 560A that meshes with the gear 550A is attached to the outer periphery of the upper disk 800A. A ring gear 560B that meshes with the gear 550B is attached to the outer periphery of the lower disc 800B. The servo motors 540A and 540B, the gears 550A and 550B, and the ring gears 560A and 560B constitute a drive unit.
サーボモータ540Aが回転すると、ギア550Aと噛み合うリングギア560Aが自転して上側の円板800Aが回転する。また、サーボモータ540Bが回転すると、ギア550Bと噛み合うリングギア560Bが自転して下側の円板800Bが回転する。サーボモータ540A、540Bを同期して回転させると、上側及び下側の2枚の円板800A、800Bが一体となって回転する。 When the servo motor 540A rotates, the ring gear 560A meshing with the gear 550A rotates to rotate the upper disk 800A. When the servo motor 540B rotates, the ring gear 560B meshing with the gear 550B rotates to rotate the lower disk 800B. When the servo motors 540A and 540B are rotated in synchronization, the upper and lower disks 800A and 800B rotate together.
本実施形態では、サーボモータ540A、540Bを同期して回転させる。したがって、磁石/熱伝導部配置板800は低温側熱交換部40Aを中心に、上側及び下側の2枚の円板800A、800Bで磁性体配置板700挟むようにして、低温側熱交換部40Aと高温側熱交換部40Bとの間で回転する。 In the present embodiment, the servo motors 540A and 540B are rotated in synchronization. Therefore, the magnet / heat conduction unit arrangement plate 800 is arranged so that the magnetic body arrangement plate 700 is sandwiched between the upper and lower disks 800A and 800B with the low temperature side heat exchange unit 40A as the center, and the low temperature side heat exchange unit 40A. It rotates with the high temperature side heat exchange part 40B.
磁石/熱伝導部配置板800を形成する上側の円板800Aの片面(図17及び図18に示す円板800Aの図示下側)には図16Cに示すように、環状かつ放射状に複数の永久磁石と複数の熱伝導部材を配置してある。ここに配置している熱伝導部材の構成は、図8から図14に示したものである。すなわち、磁性体に対峙する面にナノ構造体が形成されているものである。 As shown in FIG. 16C, on one side of the upper disk 800A forming the magnet / heat conducting portion arrangement plate 800 (the lower side of the disk 800A shown in FIGS. 17 and 18), a plurality of permanent members are annularly and radially arranged. A magnet and a plurality of heat conducting members are arranged. The configuration of the heat conducting member arranged here is that shown in FIGS. That is, a nanostructure is formed on the surface facing the magnetic body.
永久磁石は、図16Bに示した磁性体配置板700の磁性体ユニット200A、200B、200C、…、200G、…、200Lのそれぞれの磁性体ブロック100Aa、100Ab、100Ac、100Ba、100Bb、100Bc、…に対して永久磁石が1つずつ対峙されるように配置している。永久磁石は、磁石/熱伝導部配置板800が30°回転して、隣の磁性体ユニットに移行する度に、隣り合う磁性体ユニット200A、200B、200C、…、200G、…、200Lの磁性体ブロック100Aa、100Ab、100Ac、100Ba、100Bb、100Bc、…において径方向に往復移動する。 The permanent magnets are magnetic body blocks 100Aa, 100Ab, 100Ac, 100Ba, 100Bb, 100Bc,... Of the magnetic body units 200A, 200B, 200C,..., 200G,. The permanent magnets are arranged so as to face each other. Permanent magnets have magnets of adjacent magnetic body units 200A, 200B, 200C,..., 200G,..., 200L each time the magnet / heat conducting portion arrangement plate 800 rotates 30 ° and moves to the adjacent magnetic body unit. The body blocks 100Aa, 100Ab, 100Ac, 100Ba, 100Bb, 100Bc,... Reciprocate in the radial direction.
例えば、図15、図16B、図16C、図18に示すように、図面上、磁石/熱伝導部配置板800の上側の円板800Aにおいて、磁性体ユニット200Aの対応位置にある永久磁石20Aa、20Ac、20Aeは、磁性体配置板700の磁性体ユニット200Aの磁性体10Aa、10Ac、10Aeとそれぞれ対峙する位置にある。また、磁性体ユニット200Bの対応位置にある永久磁石20Ba、20Bc、20Beは、磁性体ユニット200Bの磁性体10Bb、10Bd、10Bfとそれぞれ対峙する位置にある。この状態で、磁石/熱伝導部配置板800が30°時計方向に回転すると、磁性体ユニット200Aの対応位置にある永久磁石20Aa、20Ac、20Aeは、磁性体ユニット200Bの磁性体10Ba、10Bc、10Beとそれぞれ対峙する位置となる。また、磁性体ユニット200Lの対応位置にある永久磁石は、磁性体ユニット200Aの磁性体10Ab、10Ad、10Afとそれぞれ対峙する位置となる。つまり、磁石/熱伝導部配置板800が30°時計方向に回転する度に、各磁性体ユニット200A、200B、200C、…、200G、…、200Lにおいて、磁性体ブロックごとに永久磁石が往復移動する。この永久磁石と磁性体との位置関係は、磁石/熱伝導部配置板800が30°回転する度に図1Aの位置関係と図1Bの位置関係を繰り返すのと同一の位置関係である。 For example, as shown in FIG. 15, FIG. 16B, FIG. 16C, and FIG. 18, the permanent magnet 20Aa at the corresponding position of the magnetic unit 200A in the upper disk 800A of the magnet / heat conducting unit arrangement plate 800 in the drawing, 20Ac and 20Ae are at positions facing the magnetic bodies 10Aa, 10Ac, and 10Ae of the magnetic body unit 200A of the magnetic body arrangement plate 700, respectively. Further, the permanent magnets 20Ba, 20Bc, and 20Be at the corresponding positions of the magnetic body unit 200B are respectively at positions facing the magnetic bodies 10Bb, 10Bd, and 10Bf of the magnetic body unit 200B. In this state, when the magnet / heat conducting unit arrangement plate 800 rotates 30 ° clockwise, the permanent magnets 20Aa, 20Ac, 20Ae at the corresponding positions of the magnetic body unit 200A become the magnetic bodies 10Ba, 10Bc, It is a position facing 10Be. In addition, the permanent magnets at the corresponding positions of the magnetic body unit 200L are positions facing the magnetic bodies 10Ab, 10Ad, and 10Af of the magnetic body unit 200A. That is, each time the magnet / heat conducting unit arrangement plate 800 rotates 30 ° clockwise, the permanent magnets reciprocate for each magnetic block in each magnetic unit 200A, 200B, 200C,..., 200G,. To do. The positional relationship between the permanent magnet and the magnetic body is the same as the positional relationship shown in FIG. 1A and the positional relationship shown in FIG. 1B repeated every time the magnet / heat conducting unit arrangement plate 800 rotates 30 °.
したがって、磁石/熱伝導部配置板800を磁性体ユニット200A、200B、200C、…、200G、…、200Lの並び方向に移動させると、永久磁石と磁性体との位置関係は次のように移行する。 Therefore, when the magnet / heat conducting portion arrangement plate 800 is moved in the direction in which the magnetic body units 200A, 200B, 200C,..., 200G,. To do.
まず、図15、図18Aに示すように、永久磁石20Aa、20Ac、20Aeは、隣り合う一方の磁性体ユニット200Aの各磁性体ブロック100Aa、100Ab、100Acの一端に位置する磁性体10Aa、10Ac、10Aeに同時に磁気を印加する。また、図15、図18Bに示すように、永久磁石20Ba、20Bc、20Beは、隣り合う他方の磁性体ユニット200Bの各磁性体ブロック100Ba、100Bb、100Bcの他端に位置する磁性体10Bb、10Bd、10Bfに同時に磁気を印加する。他の磁性体ユニット200C−200Lにおいても、隣り合う2つの磁性体ユニット間の永久磁石と磁性体との位置関係は磁性体ユニット200A、200Bの場合と同一である。隣り合う2つの磁性体ユニット間の以上のような永久磁石と磁性体との位置関係を状態1という。 First, as shown in FIG. 15 and FIG. 18A, the permanent magnets 20Aa, 20Ac, and 20Ae are formed of magnetic bodies 10Aa, 10Ac, and 10Aa located at one end of each of the magnetic body blocks 100Aa, 100Ab, and 100Ac of one adjacent magnetic body unit 200A. Magnetism is simultaneously applied to 10Ae. As shown in FIGS. 15 and 18B, the permanent magnets 20Ba, 20Bc, and 20Be are magnetic bodies 10Bb and 10Bd that are positioned at the other ends of the respective magnetic body blocks 100Ba, 100Bb, and 100Bc of the other adjacent magnetic body unit 200B. 10Bf is simultaneously magnetized. Also in the other magnetic body units 200C-200L, the positional relationship between the permanent magnet and the magnetic body between two adjacent magnetic body units is the same as in the case of the magnetic body units 200A and 200B. The positional relationship between the permanent magnet and the magnetic body as described above between two adjacent magnetic body units is referred to as state 1.
次に、磁石/熱伝導部配置板800を30°時計方向に回転させると、永久磁石20Aa、20Ac、20Aeは、隣り合う他方の磁性体ユニット200Bの各磁性体ブロック100Ba、100Bb、100Bcの一端に位置する磁性体10Ba、10Bc、10Beに同時に磁気を印加する。この状態は、図18Bに示す永久磁石20Ba、20Bc、20Beが、左側の磁性体磁性体10Ba、10Bc、10Beに移動することに等しい。一方、磁性体ユニット200Lの対応位置に存在する永久磁石は、隣り合う一方の磁性体ユニット200Aの各磁性体ブロック100Aa、100Ab、100Acの他端に位置する磁性体10Ab、10Ad、10Afに同時に磁気を印加する。この状態は、図18Aに示す永久磁石20Aa、20Ac、20Aeが、右側の磁性体10Ab、10Ad、10Afに移動することに等しい。他の磁性体ユニット200C−200Lにおいても、隣り合う2つの磁性体ユニット間の永久磁石と磁性体との位置関係は磁性体ユニット200A、200Bの場合と同じように遷移する。隣り合う2つの磁性体ユニット間の以上のような永久磁石と磁性体との位置関係を状態2という。 Next, when the magnet / heat conducting portion arrangement plate 800 is rotated 30 ° clockwise, the permanent magnets 20Aa, 20Ac, 20Ae are one ends of the magnetic body blocks 100Ba, 100Bb, 100Bc of the other adjacent magnetic body unit 200B. Magnetism is simultaneously applied to the magnetic bodies 10Ba, 10Bc, and 10Be located at the same position. This state is equivalent to the movement of the permanent magnets 20Ba, 20Bc, 20Be shown in FIG. 18B to the left magnetic body magnetic bodies 10Ba, 10Bc, 10Be. On the other hand, the permanent magnet present at the corresponding position of the magnetic body unit 200L is simultaneously magnetized to the magnetic bodies 10Ab, 10Ad, 10Af located at the other ends of the respective magnetic body blocks 100Aa, 100Ab, 100Ac of one adjacent magnetic body unit 200A. Is applied. This state is equivalent to the movement of the permanent magnets 20Aa, 20Ac, 20Ae shown in FIG. 18A to the right magnetic bodies 10Ab, 10Ad, 10Af. Also in the other magnetic body units 200C-200L, the positional relationship between the permanent magnet and the magnetic body between two adjacent magnetic body units changes in the same manner as in the case of the magnetic body units 200A and 200B. The positional relationship between the permanent magnet and the magnetic body as described above between two adjacent magnetic body units is referred to as state 2.
このように、磁石/熱伝導部配置板800が30°回転する度に、全ての磁性体ユニット200A、200B、200C、…、200G、…、200Lにおいて、上記の状態1と状態2が繰り返される。つまり、それぞれの磁性体ユニット200A、200B、200C、…、200G、…、200Lにおいて、図1Aと図1Bの状態が繰り返されることになる。 As described above, every time the magnet / heat conducting unit arrangement plate 800 rotates 30 °, the above-described state 1 and state 2 are repeated in all the magnetic units 200A, 200B, 200C,..., 200G,. . That is, in each magnetic body unit 200A, 200B, 200C, ..., 200G, ..., 200L, the states of FIGS. 1A and 1B are repeated.
磁石/熱伝導部配置板800を形成する下側の円板800Bの片面(図17及び図18に示す円板800Bの図示上側)には磁気突起が形成される。磁気突起は上側の円板800Aの片面に配置している永久磁石の配置と対応させて配置する。例えば、図17及び図18に示すように、永久磁石20Aaに対応させて磁気突起20Abが、永久磁石20Acに対応させて磁気突起20Adが、永久磁石20Aeに対応させて磁気突起20Afがそれぞれ配置されている。また、永久磁石20Baに対応させて磁気突起20Bbが、永久磁石20Bcに対応させて磁気突起20Bdが、永久磁石20Beに対応させて磁気突起20Bfがそれぞれ配置されている。それぞれの永久磁石からの磁力線を対峙する磁気突起で受け止めて、永久磁石と磁気突起との間の磁気抵抗を極力小さくするためと、永久磁石からの磁力線が磁性体を漏れなく通過できるようにするためである。 Magnetic protrusions are formed on one side of the lower disk 800B that forms the magnet / heat conducting unit arrangement plate 800 (the upper side of the disk 800B shown in FIGS. 17 and 18). The magnetic protrusions are arranged in correspondence with the arrangement of the permanent magnets arranged on one side of the upper disk 800A. For example, as shown in FIGS. 17 and 18, a magnetic projection 20Ab is arranged corresponding to the permanent magnet 20Aa, a magnetic projection 20Ad is arranged corresponding to the permanent magnet 20Ac, and a magnetic projection 20Af is arranged corresponding to the permanent magnet 20Ae. ing. Further, a magnetic protrusion 20Bb is disposed corresponding to the permanent magnet 20Ba, a magnetic protrusion 20Bd is disposed corresponding to the permanent magnet 20Bc, and a magnetic protrusion 20Bf is disposed corresponding to the permanent magnet 20Be. Receiving the magnetic lines of force from each permanent magnet with magnetic protrusions that confront each other to minimize the magnetic resistance between the permanent magnets and the magnetic protrusions, and to allow the magnetic lines of force from the permanent magnet to pass through the magnetic material without leakage. Because.
熱伝導部材配置板800は隙間を設けて磁性体配置板700を挟む磁気的に接続された2枚の平板で構成される。上側の円板800Aに配置されている永久磁石と下側の円板800Bに配置されている磁気突起は、上側の円板800Aと下側の円板800Bとの間で磁気回路を形成する。この磁気回路は磁気印加部を構成する。本実施形態では、磁気印加部に磁気を発生させる手段として永久磁石を用いた。しかし、永久磁石の使用に代えて、超伝導磁石や電磁石を使用することもできる。磁気回路を電磁石によって構成すると、磁性体に印加する磁気の大きさをある範囲で変更することができるので、磁気印加部に汎用性を持たせることができる。しかし、省エネルギーや実用性の観点からは、永久磁石の使用が望ましい。 The heat conducting member arrangement plate 800 is composed of two magnetically connected flat plates that sandwich the magnetic material arrangement plate 700 with a gap. The permanent magnets disposed on the upper disk 800A and the magnetic protrusions disposed on the lower disk 800B form a magnetic circuit between the upper disk 800A and the lower disk 800B. This magnetic circuit constitutes a magnetic application unit. In the present embodiment, a permanent magnet is used as means for generating magnetism in the magnetic application unit. However, instead of using a permanent magnet, a superconducting magnet or an electromagnet can be used. When the magnetic circuit is composed of an electromagnet, the magnitude of the magnetism applied to the magnetic body can be changed within a certain range, so that the magnetism applying unit can have versatility. However, it is desirable to use a permanent magnet from the viewpoint of energy saving and practicality.
なお、本実施形態では、上側の円板800Aに永久磁石を配置し、下側の円板800Bに磁気突起を配置しているが、これとは逆に、上側の円板800Aに磁気突起を配置し、下側の円板800Bに永久磁石を配置させることも可能である。また、本実施形態では、両円板を一体として回転させているが、両円板は磁気的に接続されていれば別々に設けても良い。上側の円板800Aと下側の円板800Bが磁気的に接続され、永久磁石と磁気突起が対峙して設けてあるので、永久磁石からの磁束を有効に活用でき、永久磁石の小型化、軽量化が可能である。 In this embodiment, a permanent magnet is disposed on the upper disk 800A and a magnetic protrusion is disposed on the lower disk 800B. Conversely, a magnetic protrusion is disposed on the upper disk 800A. It is also possible to dispose a permanent magnet on the lower disk 800B. Moreover, in this embodiment, although both discs are rotated integrally, both discs may be provided separately as long as they are magnetically connected. Since the upper disc 800A and the lower disc 800B are magnetically connected and the permanent magnet and the magnetic projection are provided opposite to each other, the magnetic flux from the permanent magnet can be effectively utilized, and the permanent magnet can be downsized. Weight reduction is possible.
磁石/熱伝導部配置板800が備える全ての永久磁石には、図15、図16C、図17、図18に示すように、それぞれの外周側に熱伝導部材が取り付けられる。熱伝導部材は、磁性体と磁性体との間、磁性体と低温側熱交換部との間、磁性体と高温側熱交換部との間で、磁石/熱伝導部配置板800の回転方向に挿脱される。熱伝導部材が磁性体と磁性体との間に挿入されると磁性体間で熱が伝導する。また、熱伝導部材が磁性体と低温側熱交換部との間に挿入されると磁性体と低温側熱交換部との間で熱が伝導する。さらに、熱伝導部材が磁性体と高温側熱交換部との間に挿入されると磁性体と高温側熱交換部との間で熱が伝導する。 As shown in FIG. 15, FIG. 16C, FIG. 17, and FIG. 18, a heat conducting member is attached to each outer peripheral side of all the permanent magnets included in the magnet / heat conducting section arrangement plate 800. The heat conducting member is a rotation direction of the magnet / heat conducting part arrangement plate 800 between the magnetic substance, between the magnetic substance and the low temperature side heat exchange part, and between the magnetic substance and the high temperature side heat exchange part. Is inserted and removed. When the heat conducting member is inserted between the magnetic bodies, heat is conducted between the magnetic bodies. Further, when the heat conducting member is inserted between the magnetic body and the low temperature side heat exchange part, heat is conducted between the magnetic body and the low temperature side heat exchange part. Further, when the heat conducting member is inserted between the magnetic body and the high temperature side heat exchange part, heat is conducted between the magnetic body and the high temperature side heat exchange part.
図16Cに示すように、熱伝導部材は、磁石/熱伝導部配置板800を形成する上側の円板800Aの片面(図17及び図18に示す円板800Aの図示下側)に、磁性体ユニット200A、200B、200C、…、200G、…、200Lのそれぞれに対し4箇所または3箇所に設けられる。図16Cに示すように、磁性体ユニット200Aの対応位置には、3つの熱伝達部材30Ab、30Ad、30Afが永久磁石20Aa、20Ac、20Aeの外周側に設けられる。磁性体ユニット200Bの対応位置には、4つの熱伝達部材30Ba、30Bc、30Be、30Bgが設けられる。熱伝達部材30Baは低温側熱交換部40Aに接する位置に設けられる。また、熱伝達部材30Bc、30Be、30Bgは永久磁石20Ba、20Bc、20Beの外周側に設けられる。 As shown in FIG. 16C, the heat conducting member is formed of a magnetic material on one side of the upper disc 800A (the lower side of the disc 800A shown in FIGS. 17 and 18) forming the magnet / heat conducting unit arrangement plate 800. , 200G,..., 200L for each of the units 200A, 200B, 200C,. As shown in FIG. 16C, three heat transfer members 30Ab, 30Ad, and 30Af are provided on the outer peripheral side of the permanent magnets 20Aa, 20Ac, and 20Ae at the corresponding positions of the magnetic body unit 200A. Four heat transfer members 30Ba, 30Bc, 30Be, and 30Bg are provided at corresponding positions of the magnetic unit 200B. The heat transfer member 30Ba is provided at a position in contact with the low temperature side heat exchange part 40A. The heat transfer members 30Bc, 30Be, and 30Bg are provided on the outer peripheral side of the permanent magnets 20Ba, 20Bc, and 20Be.
全ての熱伝導部材30Ab、30Ad、30Af、30Ba、30Bc、30Be、30Bg、…は、上記のように、熱的異方性を備えた固体の熱伝導材料で構成する。また、熱伝導部材30Ab、…が磁性体10Aa、…、低温側熱交換部40A、高温側熱交換部40Bと接触して摺動する部分は、図14に示したように、カーボンナノチューブ34Cを配列してある。したがって、図21に示すように、熱伝導部材30Abが磁性体10Aa―10Ab間と磁性体10Ba―10Bb間に位置されても、磁性体10Aaと10Abと間、磁性体10Baと10Bbと間でほとんどの熱の伝達が行われる。一方、磁性体10Aaと10Baとの間、磁性体10Aaと10Bbとの間では、ほとんど熱の伝達が行われない。これは、熱伝導部材30の幅方向の熱伝導率λvが長手方向の熱伝導率λLよりも圧倒的に大きくなっているからである。磁性体10Aa、…の熱伝導部材30と接する面にはDLC膜15が形成してあるので、磁性体10Aa、…の耐摩耗性が向上する。 All the heat conducting members 30Ab, 30Ad, 30Af, 30Ba, 30Bc, 30Be, 30Bg,... Are made of a solid heat conducting material having thermal anisotropy as described above. Further, as shown in FIG. 14, the heat conducting members 30Ab,... Are in contact with the magnetic bodies 10Aa,..., The low temperature side heat exchanging portion 40A, and the high temperature side heat exchanging portion 40B to slide the carbon nanotube 34C. Arranged. Therefore, as shown in FIG. 21, even if the heat conducting member 30Ab is located between the magnetic bodies 10Aa-10Ab and between the magnetic bodies 10Ba-10Bb, the heat conducting member 30Ab is almost between the magnetic bodies 10Aa and 10Ab and between the magnetic bodies 10Ba and 10Bb. The heat is transferred. On the other hand, almost no heat is transferred between the magnetic bodies 10Aa and 10Ba and between the magnetic bodies 10Aa and 10Bb. This is because the thermal conductivity λv in the width direction of the heat conducting member 30 is overwhelmingly larger than the thermal conductivity λL in the longitudinal direction. Since the DLC film 15 is formed on the surface of the magnetic bodies 10Aa,... That is in contact with the heat conducting member 30, the wear resistance of the magnetic bodies 10Aa,.
熱伝導部材の径方向の厚みは、磁性体と磁性体との間、磁性体と低温側熱交換部40Aとの間、磁性体と高温側熱交換部40Bとの間の隙間にぴったりと収まる寸法か若干大きめに形成する。例えば、熱伝導部材30Ab、30Ad、30Af、30Ba、30Bc、30Be、30Bg、…の径方向の厚みは、磁性体10Aa−10Ab、10Ac−10Ad、10Ae−10Af、低温側熱交換部40A−磁性体10Ba、磁性体10Bb−10Bc、10Bd−10Be、磁性体10Bf−高温側熱交換部40B間のそれぞれの隙間に挿入されつつこれらの間で熱の伝導が可能な寸法である。また、熱伝導部材30Ab、30Ad、30Af、30Ba、30Bc、30Be、30Bg、…の形状は、磁性体10Aa−10Ab、10Ac−10Ad、10Ae−10Af、低温側熱交換部40A−磁性体10Ba、磁性体10Bb−10Bc、10Bd−10Be、磁性体10Bf−高温側熱交換部40B間のそれぞれの間の隙間の形状と一致した形状とすることが望ましい。 The thickness of the heat conducting member in the radial direction fits in the gap between the magnetic body, the magnetic body, between the magnetic body and the low temperature side heat exchange unit 40A, and between the magnetic body and the high temperature side heat exchange unit 40B. The size is slightly larger. For example, the radial thickness of the heat conducting members 30Ab, 30Ad, 30Af, 30Ba, 30Bc, 30Be, 30Bg,... 10Ba, magnetic bodies 10Bb-10Bc, 10Bd-10Be, magnetic body 10Bf and high temperature side heat exchange part 40B, while being inserted into the respective gaps, heat can be conducted between them. In addition, the shape of the heat conducting members 30Ab, 30Ad, 30Af, 30Ba, 30Bc, 30Be, 30Bg,... It is desirable that the shapes of the gaps between the bodies 10Bb-10Bc, 10Bd-10Be, the magnetic body 10Bf, and the high-temperature side heat exchange section 40B coincide with the shapes of the gaps.
以上のように、本実施形態の磁気冷凍機は、間隔を設けて複数の磁性体を配置した磁性体配置板700、磁性体配置板700の一端に位置する磁性体と間隔を設けて隣り合う低温側熱交換部40A、磁性体配置板700の他端に位置する磁性体と間隔を設けて隣り合う高温側熱交換部40Bを有する。また、磁性体配置板700の各磁性体に対して磁気を印加する磁気印加部、磁性体配置板700の複数の磁性体との間、磁性体配置板700の一端に位置する磁性体と低温側熱交換部40Aとの間、磁性体配置板の他端に位置する磁性体と高温側熱交換部40Bとの間に挿脱し熱を伝導させる熱伝導部材を有する。熱伝導部材は、図8から図14に示したいずれかの構造を有する。 As described above, the magnetic refrigerator of the present embodiment is adjacent to the magnetic body arrangement plate 700 in which a plurality of magnetic bodies are arranged at intervals and the magnetic body located at one end of the magnetic body arrangement plate 700 at intervals. 40 A of low temperature side heat exchange parts and the magnetic body located in the other end of the magnetic body arrangement | positioning board 700 are provided, and it has the high temperature side heat exchange part 40B which adjoins at intervals. In addition, a magnetic application unit that applies magnetism to each magnetic body of the magnetic body arrangement plate 700, a plurality of magnetic bodies of the magnetic body arrangement board 700, a magnetic body positioned at one end of the magnetic body arrangement board 700, and a low temperature Between the side heat exchanging part 40A, there is a heat conducting member that conducts heat by inserting and removing between the magnetic substance located at the other end of the magnetic material arranging plate and the high temperature side heat exchanging part 40B. The heat conducting member has one of the structures shown in FIGS.
以上のような構成を有する磁石/熱伝導部配置板800が磁性体配置板700に対して回転すると、熱伝導部材30Ab、…は次のようにして熱を伝達させる。 When the magnet / heat conduction portion arrangement plate 800 having the above configuration rotates with respect to the magnetic body arrangement plate 700, the heat conduction members 30Ab,... Transmit heat as follows.
まず、永久磁石と磁性体との位置関係が、図15及び図19に示す状態1にあるとき、磁性体ユニット200Aの対応位置では、熱伝導部材と磁性体との位置関係は図18Aに示すようになっている。 First, when the positional relationship between the permanent magnet and the magnetic body is in the state 1 shown in FIGS. 15 and 19, the positional relationship between the heat conducting member and the magnetic body is shown in FIG. 18A at the corresponding position of the magnetic body unit 200A. It is like that.
状態1の場合、図18Aに示すように、永久磁石20Aaが磁性体10Aaに、永久磁石20Acが磁性体10Acに、永久磁石20Aeが磁性体10Aeに、それぞれ位置する。このときには、磁性体10Aa、10Ac、10Aeに対して磁気が印加され、磁性体10Ab、10Ad、10Afには磁気が印加されておらず磁気が除去されている。このとき、磁性体10Aa、10Ac、10Aeは発熱する。そして同時に、熱伝導部材30Abが磁性体10Aaと10Abとの間に、熱伝導部材30Adが磁性体10Acと10Adとの間に、熱伝導部材30Afが磁性体10Aeと10Afとの間に、それぞれ挿入される。このため、各磁性体ブロック内の隣り合う磁性体との間の熱伝導が行われる。すなわち、磁性体10Aa、10Ac、10Aeが磁気熱量効果により発生した熱を磁性体10Ab、10Ad、10Afにそれぞれ移動する。また、このときには、低温側熱交換部40Aと磁性体10Aaとの間及び高温側熱交換部40Bと磁性体10Afとの間の熱の伝導は行わない。また、磁性体ブロック間の熱の伝導も行わない。 In the case of State 1, as shown in FIG. 18A, the permanent magnet 20Aa is located on the magnetic body 10Aa, the permanent magnet 20Ac is located on the magnetic body 10Ac, and the permanent magnet 20Ae is located on the magnetic body 10Ae. At this time, magnetism is applied to the magnetic bodies 10Aa, 10Ac, and 10Ae, and no magnetism is applied to the magnetic bodies 10Ab, 10Ad, and 10Af, and the magnetism is removed. At this time, the magnetic bodies 10Aa, 10Ac, and 10Ae generate heat. At the same time, the heat conduction member 30Ab is inserted between the magnetic bodies 10Aa and 10Ab, the heat conduction member 30Ad is inserted between the magnetic bodies 10Ac and 10Ad, and the heat conduction member 30Af is inserted between the magnetic bodies 10Ae and 10Af. Is done. For this reason, heat conduction is performed between adjacent magnetic bodies in each magnetic body block. That is, the heat generated by the magnetic bodies 10Aa, 10Ac, and 10Ae due to the magnetocaloric effect is transferred to the magnetic bodies 10Ab, 10Ad, and 10Af, respectively. At this time, heat conduction is not performed between the low temperature side heat exchange unit 40A and the magnetic body 10Aa and between the high temperature side heat exchange unit 40B and the magnetic body 10Af. Further, heat conduction between the magnetic blocks is not performed.
また、磁性体ユニット200Bの対応位置では、熱伝導部材と磁性体との位置関係は図18Bに示すようになっている。 Moreover, in the corresponding position of the magnetic body unit 200B, the positional relationship between the heat conducting member and the magnetic body is as shown in FIG. 18B.
図18Bに示すように、永久磁石20Baが磁性体10Bbに、永久磁石20Bcが磁性体10Bdに、永久磁石20Beが磁性体10Afに、それぞれ位置する。このときには、磁性体10Bb、10Bd、10Bfに対して磁気が印加され、磁性体10Ba、10Bc、10Beには磁気が印加されておらず磁気が除去されている。このとき、磁性体10Bb、10Bd、10Bfは発熱する。そして同時に、熱伝導部材30Baが低温側熱交換部40Aと磁性体10Baとの間に、熱伝導部材30Bcが磁性体10Bbと10Bcとの間に、熱伝導部材30Beが磁性体10Bdと10Beとの間に、熱伝導部材30Bgが磁性体10Bfと高温側熱交換部40Bとの間に、それぞれ挿入される。このため、隣り合う磁性体ブロック100Ba、100Bb、100Bcの隣り合う磁性体10Bb−10Bc、10Bd−10Be間の熱伝導が行われる。また、磁性体ユニット200Bの一端に位置する磁性体10Baと低温側熱交換部40Aとの間及び磁性体ユニット200Bの他端に位置する磁性体10Bfと高温側熱交換部40Bとの間で熱伝導が行われる。すなわち、10Ba、10Bc、10Beが磁気熱量効果により吸熱され、磁性体10Bb、10Bd、10Bf磁気熱量効果により発熱する。このため、低温側熱交換部40Aから磁性体10Baに、磁性体10Bbから磁性体10Bcに、磁性体10Bdから磁性体10Beに、磁性体10Bfから高温側熱交換部40Bに熱が移動する。 As shown in FIG. 18B, the permanent magnet 20Ba is positioned on the magnetic body 10Bb, the permanent magnet 20Bc is positioned on the magnetic body 10Bd, and the permanent magnet 20Be is positioned on the magnetic body 10Af. At this time, magnetism is applied to the magnetic bodies 10Bb, 10Bd, and 10Bf, and no magnetism is applied to the magnetic bodies 10Ba, 10Bc, and 10Be, and the magnetism is removed. At this time, the magnetic bodies 10Bb, 10Bd, and 10Bf generate heat. At the same time, the heat conduction member 30Ba is between the low temperature side heat exchange part 40A and the magnetic body 10Ba, the heat conduction member 30Bc is between the magnetic bodies 10Bb and 10Bc, and the heat conduction member 30Be is between the magnetic bodies 10Bd and 10Be. In the middle, the heat conducting member 30Bg is inserted between the magnetic body 10Bf and the high temperature side heat exchanging portion 40B. For this reason, heat conduction is performed between the adjacent magnetic bodies 10Bb-10Bc, 10Bd-10Be of the adjacent magnetic body blocks 100Ba, 100Bb, 100Bc. Further, heat is generated between the magnetic body 10Ba located at one end of the magnetic body unit 200B and the low temperature side heat exchanging portion 40A and between the magnetic body 10Bf located at the other end of the magnetic body unit 200B and the high temperature side heat exchanging portion 40B. Conduction takes place. That is, 10Ba, 10Bc, 10Be are absorbed by the magnetocaloric effect, and heat is generated by the magnetic bodies 10Bb, 10Bd, 10Bf. For this reason, heat moves from the low temperature side heat exchange part 40A to the magnetic body 10Ba, from the magnetic body 10Bb to the magnetic body 10Bc, from the magnetic body 10Bd to the magnetic body 10Be, and from the magnetic body 10Bf to the high temperature side heat exchange part 40B.
以上のように、磁石/熱伝導部材配置板800に配置されている複数の磁気印加部は、磁石/熱伝導部材配置板800と磁性体配置板700との相対移動によって、磁性体配置板700に配置されている複数の磁性体に近接離反して磁気熱量効果を発現させる。また、磁石/熱伝導部材配置板800に配置されている複数の熱伝導部材は、磁石/熱伝導部材配置板800と磁性体配置板700との相対移動によって、磁性体配置板700に配置されている磁性体と磁性体との間、低温側熱交換部40Aと磁性体との間、高温側熱交換部40Bと磁性体との間を挿脱されて、磁気熱量効果により発生した熱を伝導させる。 As described above, the plurality of magnetism application units arranged on the magnet / heat conducting member arrangement plate 800 are moved relative to each other by the relative movement between the magnet / heat conducting member arrangement plate 800 and the magnetic body arrangement plate 700. The magnetocaloric effect is developed by moving close to and away from the plurality of magnetic bodies arranged in the plate. Further, the plurality of heat conducting members arranged on the magnet / heat conducting member arranging plate 800 are arranged on the magnetic body arranging plate 700 by relative movement between the magnet / heat conducting member arranging plate 800 and the magnetic body arranging plate 700. The heat generated by the magnetocaloric effect is inserted between the magnetic body and the magnetic body, between the low temperature side heat exchange section 40A and the magnetic body, and between the high temperature side heat exchange section 40B and the magnetic body. Conduct.
上記の状態1は図19Aに示す通りである。磁性体ユニット200Aの対応位置では、各磁性体ブロック内の隣り合う磁性体との間で熱を伝導させ、磁性体ユニット200Bの対応位置では、隣り合う磁性体ブロックの隣り合う磁性体との間並びに磁性体ユニット200Bの一端に位置する磁性体と低温側熱交換部40Aとの間及び磁性体ユニット200Bの他端に位置する磁性体と高温側熱交換部40Bとの間で熱を伝導させる。 State 1 described above is as shown in FIG. 19A. Heat is conducted between adjacent magnetic bodies in each magnetic body block at the corresponding position of the magnetic body unit 200A, and between adjacent magnetic bodies of the adjacent magnetic body blocks at the corresponding position of the magnetic body unit 200B. In addition, heat is conducted between the magnetic body positioned at one end of the magnetic body unit 200B and the low-temperature side heat exchange unit 40A and between the magnetic body positioned at the other end of the magnetic body unit 200B and the high-temperature side heat exchange unit 40B. .
永久磁石と磁性体との位置関係が、図19Aに示す状態1にあるとき、磁性体ユニット200Aの対応位置では、熱伝導部材と磁性体との位置関係は図18Aに示すものと等価になっている。同時に、磁性体ユニット200Bの対応位置では、熱伝導部材と磁性体との位置関係は図18Bに示すものと等価になっている。 When the positional relationship between the permanent magnet and the magnetic body is in the state 1 shown in FIG. 19A, the positional relationship between the heat conducting member and the magnetic body is equivalent to that shown in FIG. 18A at the corresponding position of the magnetic body unit 200A. ing. At the same time, in the corresponding position of the magnetic body unit 200B, the positional relationship between the heat conducting member and the magnetic body is equivalent to that shown in FIG. 18B.
次に、磁石/熱伝導部配置板800を30°時計方向に回転し、永久磁石と磁性体との位置関係が、図19に示す状態2にあるとき、磁性体ユニット200Aの対応位置では、熱伝導部材と磁性体との位置関係は図18Bに示すものと等価になっている。同時に、磁性体ユニット200Bの対応位置では、熱伝導部材と磁性体との位置関係は図18Aに示すものと等価になっている。状態2における永久磁石と磁性体との位置関係は、状態1における永久磁石と磁性体との位置関係を、隣り合う磁気ユニット間で逆にしたものである。 Next, when the magnet / heat conducting portion arrangement plate 800 is rotated 30 ° clockwise and the positional relationship between the permanent magnet and the magnetic body is in the state 2 shown in FIG. 19, at the corresponding position of the magnetic body unit 200A, The positional relationship between the heat conducting member and the magnetic body is equivalent to that shown in FIG. 18B. At the same time, at the corresponding position of the magnetic unit 200B, the positional relationship between the heat conducting member and the magnetic body is equivalent to that shown in FIG. 18A. The positional relationship between the permanent magnet and the magnetic body in state 2 is obtained by reversing the positional relationship between the permanent magnet and the magnetic body in state 1 between adjacent magnetic units.
上記の状態2は図19Bに示す通りである。磁性体ユニット200Aの対応位置では、隣り合う磁性体ブロックの隣り合う磁性体との間並びに磁性体ユニット200Aの一端に位置する磁性体と低温側熱交換部40Aとの間及び磁性体ユニット200Aの他端に位置する磁性体と高温側熱交換部40Bとの間で熱を伝導させ、磁性体ユニット200Bの対応位置では、各磁性体ブロック内の隣り合う磁性体との間で熱を伝導させる。 State 2 is as shown in FIG. 19B. At the corresponding position of the magnetic body unit 200A, between the adjacent magnetic bodies of the adjacent magnetic body blocks, between the magnetic body located at one end of the magnetic body unit 200A and the low-temperature side heat exchange unit 40A, and between the magnetic body units 200A. Heat is conducted between the magnetic body located at the other end and the high temperature side heat exchanging section 40B, and heat is conducted between adjacent magnetic bodies in each magnetic body block at the corresponding position of the magnetic body unit 200B. .
以上のように、磁石/熱伝導部材配置板800の熱伝導部材は、状態1のときには、隣り合う一方の磁性体ユニットの各磁性体ブロック内の隣り合う磁性体との間で熱を伝導させ、他方の磁性体ユニットの隣り合う磁性体ブロックの隣り合う磁性体との間並びに前記他方の磁性体ユニットの一端に位置する磁性体と前記低温側熱交換部との間及び前記他方の磁性体ユニットの他端に位置する磁性体と前記高温側熱交換部との間で熱を伝導させる。また、状態2のときには、前記隣り合う他方の磁性体ユニットの各磁性体ブロック内の隣り合う磁性体との間で熱を伝導させ、一方の磁性体ユニットの隣り合う磁性体ブロックの隣り合う磁性体との間並びに前記一方の磁性体ユニットの一端に位置する磁性体と前記低温側熱交換部との間及び前記一方の磁性体ユニットの他端に位置する磁性体と前記高温側熱交換部との間で熱を伝導させる。 As described above, in the state 1, the heat conducting member of the magnet / heat conducting member arrangement plate 800 conducts heat between adjacent magnetic bodies in each magnetic block of one adjacent magnetic unit. , Between the adjacent magnetic bodies of the adjacent magnetic body blocks of the other magnetic body unit, between the magnetic body located at one end of the other magnetic body unit and the low-temperature side heat exchange section, and the other magnetic body Heat is conducted between the magnetic body located at the other end of the unit and the high temperature side heat exchange part. In state 2, heat is conducted between adjacent magnetic bodies in each magnetic block of the other adjacent magnetic unit, and adjacent magnetic blocks of the adjacent magnetic body block of one magnetic unit are adjacent to each other. And between the magnetic body located at one end of the one magnetic body unit and the low-temperature side heat exchanging portion and between the magnetic body located at the other end of the one magnetic body unit and the high-temperature side heat exchanging portion. Conduct heat to and from.
そして、状態1から状態2に遷移するときには、熱伝導部材の熱的異方性により、隣り合う磁性体ユニットには熱が逃げず、磁性体ユニット内で効率的に熱を伝達させる。 When transitioning from state 1 to state 2, due to the thermal anisotropy of the heat conducting member, heat does not escape to the adjacent magnetic body unit, and heat is efficiently transferred within the magnetic body unit.
低温側熱交換部40A及び高温側熱交換部40Bは、例えば室内の空気などの外部環境との熱交換ができる機構を備えている。例えば、外部から冷媒を供給し、その冷媒を介して外部環境との熱交換ができるようにした機構を採用しても良い。 The low temperature side heat exchange unit 40A and the high temperature side heat exchange unit 40B include a mechanism capable of exchanging heat with an external environment such as indoor air. For example, a mechanism may be adopted in which a refrigerant is supplied from the outside and heat exchange with the external environment can be performed via the refrigerant.
以上のように構成されている本実施形態に係る磁気冷凍機500は次のようにして磁気冷凍を行う。 The magnetic refrigerator 500 according to the present embodiment configured as described above performs magnetic refrigeration as follows.
まず、駆動部900を作動させて磁石/熱伝導部材配置板800を時計または反時計方向に回転させると、30°回転するごとに、それぞれの磁性体ユニットにおいて、図1Aと図1Bの状態、すなわち図18Aと図18Bの状態を繰り返すことになる。つまり、状態1と状態2を繰り返す。この繰り返しによって、それぞれの磁気ユニットにおいて、低温側熱交換部40Aから高温側熱交換部40Bに熱が移動する。最終的には、図2に示すグラフのように、低温側熱交換部40Aの温度を下げ、高温側熱交換部40Bの温度を上げることができ、低温側熱交換部40Aと高温側熱交換部40Bとの間に温度差を生じさせることができる。なお、以上の状態1と状態2を繰り返す動作によって、低温側熱交換部40Aと高温側熱交換部40Bとの間の温度差が拡大していく原理は、図3に基づいて説明した原理と同一である。 First, when the driving unit 900 is operated to rotate the magnet / heat conducting member arrangement plate 800 in the clockwise or counterclockwise direction, the state shown in FIG. 1A and FIG. That is, the state of FIG. 18A and FIG. 18B is repeated. That is, state 1 and state 2 are repeated. By repeating this, in each magnetic unit, heat is transferred from the low temperature side heat exchange section 40A to the high temperature side heat exchange section 40B. Finally, as shown in the graph of FIG. 2, the temperature of the low-temperature side heat exchange unit 40A can be lowered and the temperature of the high-temperature side heat exchange unit 40B can be increased. A temperature difference can be generated between the portion 40B and the portion 40B. The principle that the temperature difference between the low temperature side heat exchange unit 40A and the high temperature side heat exchange unit 40B is enlarged by the operation of repeating the above state 1 and state 2 is the same as the principle described with reference to FIG. Are the same.
本実施形態の磁気冷凍機は、室内の空調を行うエアコン、冷蔵庫、車室内の空調を行うエアコン、車両の冷凍装置などに適用させることができる。 The magnetic refrigerator of this embodiment can be applied to an air conditioner that performs indoor air conditioning, a refrigerator, an air conditioner that performs air conditioning in a vehicle interior, a vehicle refrigeration apparatus, and the like.
さらに、本実施形態では、磁性体配置板700と磁石/熱伝導部材配置板800を円盤状にして両板を相対的に回転させるものを例示したが、磁性体配置板700と磁石/熱伝導部材配置板800を平板状にして両板を相対的に直線的に往復移動させるものであっても良い。 Furthermore, in the present embodiment, the magnetic body arrangement plate 700 and the magnet / heat conducting member arrangement board 800 are made into a disk shape and the both plates are rotated relatively. However, the magnetic body arrangement plate 700 and the magnet / heat conduction plate are illustrated. The member arrangement plate 800 may be a flat plate, and the two plates may be reciprocated relatively linearly.
以上のように磁気冷凍機を構成すると、磁性体配置板700と磁石/熱伝導部材配置板800を磁性体ユニットの配置方向に相対的に移動させだけで、磁気冷凍を行うことができるので、磁気冷凍機の構成を単純化でき、小型化、軽量化、低コスト化が実現できる。 When the magnetic refrigerator is configured as described above, magnetic refrigeration can be performed only by relatively moving the magnetic body arrangement plate 700 and the magnet / heat conducting member arrangement plate 800 in the arrangement direction of the magnetic body unit. The structure of the magnetic refrigerator can be simplified, and downsizing, weight reduction, and cost reduction can be realized.
(他の実施形態に係る磁気冷凍機の構成、動作)
以上の実施形態では、磁性体配置板700と磁石/熱伝導部材配置板800を円盤状にして両板を相対的に回転させるものを例示した。次に説明する実施形態は、磁性体を一列に配置し、その磁性体間に熱伝導部材を進退させて挿脱し、磁性体ユニットの熱を移動させる磁気冷凍機である。つまり、図1の原理を用いた磁気冷凍機である。
(Configuration and operation of a magnetic refrigerator according to another embodiment)
In the above embodiment, the magnetic body arrangement plate 700 and the magnet / heat conducting member arrangement plate 800 are made into a disk shape and the both plates are relatively rotated. The embodiment described next is a magnetic refrigerator that arranges magnetic bodies in a row, moves a heat conducting member between the magnetic bodies, inserts and removes them, and moves the heat of the magnetic unit. That is, it is a magnetic refrigerator using the principle of FIG.
図22は、他の実施形態に係る磁気冷凍機の概略構成図である。この実施形態に係る磁気冷凍機は、熱伝導部材の挿脱の構成に特徴があるので、発明の理解を容易にするためこの構成を中心に説明する。 FIG. 22 is a schematic configuration diagram of a magnetic refrigerator according to another embodiment. The magnetic refrigerator according to this embodiment has a feature in the configuration of insertion / removal of the heat conducting member, and therefore this configuration will be mainly described in order to facilitate understanding of the invention.
この実施形態に係る磁気冷凍機は、図示するように、6つの磁性体10A、10B、10C、10D、10E、10Fを一列に配置する。磁性体10Aに隣接して低温側熱交換部40Aを配置する。磁性体10Fに隣接して高温側熱交換部40Bを配置する。 In the magnetic refrigerator according to this embodiment, as shown in the drawing, six magnetic bodies 10A, 10B, 10C, 10D, 10E, and 10F are arranged in a line. The low temperature side heat exchange part 40A is disposed adjacent to the magnetic body 10A. The high temperature side heat exchange part 40B is disposed adjacent to the magnetic body 10F.
低温側熱交換部40Aと磁性体10Aとの間には熱伝導部材30Aを、磁性体10Bと10Cとの間には熱伝導部材30Cを、磁性体10Dと10Eとの間には熱伝導部材3Eを、磁性体10Fと高温側熱交換部40Bとの間には熱伝導部材30Gをそれぞれ挿脱自在に配置する。熱伝導部材30A、30C、30E、30Gはロッド50Aに取り付けてある。ロッド50Aはリニアモータ60Aに取り付けてある。リニアモータ60Aはロッド50Aを図示のように往復移動させる。ロッド50Aの往復移動によって熱伝導部材30A、30C、30E、30Gが磁性体などの間を挿脱される。 A heat conduction member 30A is provided between the low temperature side heat exchange part 40A and the magnetic body 10A, a heat conduction member 30C is provided between the magnetic bodies 10B and 10C, and a heat conduction member is provided between the magnetic bodies 10D and 10E. 3E is disposed between the magnetic body 10F and the high temperature side heat exchanging portion 40B so that the heat conducting member 30G can be inserted and removed. The heat conducting members 30A, 30C, 30E, and 30G are attached to the rod 50A. The rod 50A is attached to the linear motor 60A. The linear motor 60A reciprocates the rod 50A as shown. The heat conducting members 30A, 30C, 30E, and 30G are inserted and removed between the magnetic bodies and the like by the reciprocating movement of the rod 50A.
磁性体10Aと10Bとの間には熱伝導部材30Bを、磁性体10Cと10Dとの間には熱伝導部材30Dを、磁性体10Eと10Fとの間には熱伝導部材30Fをそれぞれ挿脱自在に配置する。熱伝導部材30B、30D、30Fはロッド50Bに取り付けてある。ロッド50Aはリニアモータ60Bに取り付けてある。リニアモータ60Bはロッド50Bを図示のように往復移動させる。ロッド50Bの往復移動によって熱伝導部材30B、30D、30Fが磁性体の間を挿脱される。 The heat conducting member 30B is inserted between the magnetic bodies 10A and 10B, the heat conducting member 30D is inserted between the magnetic bodies 10C and 10D, and the heat conducting member 30F is inserted between the magnetic bodies 10E and 10F. Arrange freely. The heat conducting members 30B, 30D, and 30F are attached to the rod 50B. The rod 50A is attached to the linear motor 60B. The linear motor 60B reciprocates the rod 50B as shown. The heat conducting members 30B, 30D, and 30F are inserted and removed between the magnetic bodies by the reciprocating movement of the rod 50B.
磁気冷凍機の動作中はリニアモータ60Aと60Bが交互に動作する。つまり、図に示すように、リニアモータ60Aが動作したときにはリニアモータ60Bは動作せず、逆に、リニアモータ60Bが動作したときにはリニアモータ60Aが動作しない。したがって、熱伝導部材30A、30C、30E、30Gと熱伝導部材30B、30D、30Fは交互に磁性体などの間を挿脱される。 During the operation of the magnetic refrigerator, the linear motors 60A and 60B operate alternately. That is, as shown in the figure, the linear motor 60B does not operate when the linear motor 60A operates, and conversely, the linear motor 60A does not operate when the linear motor 60B operates. Therefore, the heat conducting members 30A, 30C, 30E, and 30G and the heat conducting members 30B, 30D, and 30F are alternately inserted and removed between the magnetic bodies and the like.
熱伝導部材30A−30Gの構成は図8から図14に示した通りである。また、磁性体10A−10Fは正の磁性体で構成し、その熱伝導部材との摺動面には図20に示したようにDLC膜15を形成する。熱伝導部材及び磁性体をこのように構成することによって熱伝達特性を高めることができ、同時に耐摩耗性も高めることができる。 The configuration of the heat conducting members 30A-30G is as shown in FIGS. Further, the magnetic bodies 10A to 10F are made of a positive magnetic body, and a DLC film 15 is formed on the sliding surface with the heat conducting member as shown in FIG. By configuring the heat conducting member and the magnetic body in this manner, heat transfer characteristics can be enhanced, and at the same time, wear resistance can be enhanced.
この磁気冷凍機が動作することで、低温側熱交換部40Aから高温側熱交換部40Bに向かって熱を伝達させることができる。熱が伝達する原理は図1から図3に説明したとおりである。 By operating this magnetic refrigerator, heat can be transmitted from the low temperature side heat exchange section 40A toward the high temperature side heat exchange section 40B. The principle of heat transfer is as described in FIGS.
10Aa−10Af、10Ba−10Bf、10Ca−10Cf 磁性体、
20Aa−20Ae、20Ba−20Be、20Ca−20Ce 永久磁石、
20Ab−20Af 磁気突起、
30Ab−30Af、30Ba−30Bg 熱伝導部材、
32 基材、
33 繊維、
34 ナノ構造体、
34A、37 熱伝導率の大きな熱伝導材料、
34B、36 熱伝導率の小さな熱伝導材料、
34C カーボンナノチューブ、
40A 低温側熱交換部、
40B 高温側熱交換部、
500 磁気冷凍機、
600 熱交換部支持盤、
700 磁性体配置板、
800 磁石/熱伝導部材配置板。
10Aa-10Af, 10Ba-10Bf, 10Ca-10Cf magnetic material,
20Aa-20Ae, 20Ba-20Be, 20Ca-20Ce permanent magnet,
20Ab-20Af magnetic protrusion,
30Ab-30Af, 30Ba-30Bg heat conduction member,
32 base material,
33 fibers,
34 nanostructures,
34A, 37 Thermal conductive material with high thermal conductivity,
34B, 36 Thermal conductive material with low thermal conductivity,
34C carbon nanotube,
40A low temperature side heat exchange section,
40B high temperature side heat exchange section,
500 magnetic refrigerator,
600 heat exchanger support plate,
700 Magnetic body arrangement plate,
800 Magnet / heat conducting member arrangement plate.
Claims (10)
前記熱伝導部材を構成する基材の熱伝導率は、前記磁性体が並ぶ一方向の熱伝導率に比較して、前記磁性体が並ぶ一方向と交差する方向の熱伝導率を小さくしたことを特徴とする熱的異方性を備えた熱伝導部材。 A heat conducting member that conducts heat through a magnetic material that exhibits a magnetocaloric effect,
The heat conductivity of the base material constituting the heat conducting member is smaller than the heat conductivity in one direction in which the magnetic materials are arranged, and the heat conductivity in the direction intersecting with the one direction in which the magnetic materials are arranged is reduced. A heat conducting member having thermal anisotropy characterized by
前記磁性体配置板の一端に位置する磁性体と間隔を設けて隣り合う低温側熱交換部と、
前記磁性体配置板の他端に位置する磁性体と間隔を設けて隣り合う高温側熱交換部と、
前記磁性体配置板の各磁性体に対して磁気を印加する磁気印加部と、
前記磁性体配置板の複数の磁性体との間、前記磁性体配置板の一端に位置する磁性体と低温側熱交換部との間、前記磁性体配置板の他端に位置する磁性体と高温側熱交換部との間に挿脱し熱を伝導させる熱伝導部材と、を有し、
前記熱伝導部材は、請求項1から8のいずれかの構成を有することを特徴とする磁気冷凍機。 A magnetic body arrangement plate in which a plurality of magnetic bodies are arranged at intervals, and
A low temperature side heat exchange section adjacent to the magnetic body located at one end of the magnetic body arrangement plate with a gap;
A high temperature side heat exchanging section adjacent to the magnetic body located at the other end of the magnetic body arrangement plate with a gap;
A magnetic application unit for applying magnetism to each magnetic body of the magnetic body arrangement plate;
A magnetic body located between the plurality of magnetic bodies of the magnetic body placement plate, a magnetic body located at one end of the magnetic body placement plate and a low-temperature side heat exchange unit, and a magnetic body located at the other end of the magnetic body placement plate; A heat conducting member that is inserted into and removed from the high temperature side heat exchanging part to conduct heat, and
The said heat conduction member has the structure in any one of Claim 1 to 8, The magnetic refrigerator characterized by the above-mentioned.
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