JP2013185796A - 磁気冷暖房装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒通路から凝縮水を効率的に除去する。
【解決手段】磁気熱量材料及び熱スイッチを備えた中空状の熱生成ディスクと、磁気熱量材料に磁場を印加する磁場印加部を備えた中空状の磁場印加ディスク、とを交互に複数積層し、熱生成ディスク及び磁場印加ディスクの少なくともいずれか一方を相対的に回転させることによって回転方向とは交差する方向に熱を輸送する磁気冷暖房装置１００において、熱生成ディスクの外周に沿って形成した外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉと、外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉ内に冷媒を流すため、回転する磁場印加ディスクの少なくともいずれか一方の外周に取り付けた外周ファンと、を備え、外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉ内の少なくとも一部に、外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉの内壁から凝縮水を離脱させる凝縮水離脱部を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気冷暖房装置に係り、特に、冷媒通路を流れる冷風から凝縮水を効率的に除去できる磁気冷暖房装置に関する。

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相変化を利用している。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。

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。

磁気冷凍技術を応用した冷凍機としては、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。

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ユニットを形成する。正負の磁性体との間を挿脱する熱伝導部材を正負の磁性体と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磁気ユニット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。正負の磁性体と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。磁気ユニット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との間で挿脱される。永久磁石と熱伝導部材が回転することで、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。

特開２００７−１４７２０９号公報

しかし、上記特許文献１に記載された磁気冷凍機は、固体物質の熱伝導を利用して一方向に熱を輸送する構成は開示されているものの、輸送した熱を外部に取り出すための具体的な構成は開示されていない。磁気冷凍機は、輸送した熱を効率的に外部に取り出すための構成が必要である。輸送した熱を効率的に外部に取り出すことができないと、磁気冷凍機内に熱が籠り、磁気冷凍機としての熱効率が著しく低下する。

輸送した熱を効率的に外部に取り出すためには磁気冷凍機に温風用と冷風用の冷媒通路を設ける必要がある。この場合、冷風用の冷媒通路には冷却された空気が流通するので、空気に含まれる水分が凝縮して凝縮水となり、その凝縮水が前述の磁性体ユニットや冷媒通路内に付着して熱交換効率を悪化させる。また、磁性体ユニットや冷媒通路内に付着した凝縮水は冷媒通路を流れる空気の抵抗となって風量を低下させる。

本発明は、上記のような事情に鑑みて成されたものであり、冷媒通路から凝縮水を効率的に除去できる磁気冷暖房装置に関する。

上記目的を達成するための本発明に係る磁気冷暖房装置は、磁気熱量材料及び熱スイッチを備えた中空状の熱生成ディスクと、磁気熱量材料に磁場を印加する磁場印加部を備えた中空状の磁場印加ディスクと、を交互に複数積層し、熱生成ディスク及び磁場印加ディスクの少なくともいずれか一方を相対的に回転させることによって回転方向とは交差する方向に熱を輸送する磁気冷暖房装置である。

磁気冷暖房装置は、外周冷媒通路又は内周冷媒通路、ファン及び凝縮水離脱部を備える。外周冷媒通路又は内周冷媒通路は、熱生成ディスク及び磁場印加ディスクの外周又は内周に沿って形成される。熱生成ディスクの内周側に向かって、又は熱生成ディスクの外周側に向かって、熱が輸送されてくるので、外周側又は内周側の温度は周囲温度よりも相対的に低い温度になっている。ファンは、外周冷媒通路内又は内周冷媒通路内に冷媒を流すため、回転する熱生成ディスク及び磁場印加ディスクの少なくともいずれか一方の外周又は内周に取り付けられる。熱生成ディスクの外周部又は内周部の熱はファンによって流される冷媒に伝達して外部に輸送される。凝縮水離脱部は、外周冷媒通路内又は内周冷媒通路内の少なくとも一部に設け、通路の内壁に付着した凝縮水を離脱させて外部に排出する。

上記のような構成を有する本発明に係る磁気冷暖房装置によれば、通路内の少なくとも一部に、通路内壁に付着した凝縮水を離脱させる凝縮水離脱部を設けているので、通路の内壁に付着した凝縮水を離脱させて外部に排出させることができる。

したがって、凝縮水が通路内に付着することによる熱交換効率の悪化及び風量の低下が防止できる。

本実施形態に係る磁気冷暖房装置の外観図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 磁場印加ディスクの構成図である。 熱生成ディスクの構成図である。 通路の内壁に設けた凝縮水離脱部の説明に供する図である。 本実施形態で用いる外周ファンの種類を示す図である。 図６Ａに示す種類の外周ファンを用いた場合の凝縮水の挙動を説明するための図である。 図６Ｂに示す種類の外周ファンを用いた場合の凝縮水の挙動を説明するための図である。

以下に、本実施形態に係る磁気冷暖房装置を説明する。

図１は、本実施形態に係る磁気冷暖房装置の外観図である。図に示すように、磁気冷暖房装置１００は円柱状の外形を有している。

磁気冷暖房装置１００の外周部には個々に独立して区画した外周冷媒通路２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、…、２００Ｈ、２００Ｉを積層するように形成してある。外周冷媒通路２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、…、２００Ｈ、２００Ｉのそれぞれには、冷媒として用いる空気の流入口２１０ＡＩＮ、２１０ＢＩＮ，２１０ＣＩＮ、…、２１０ＨＩＮ、２１０ＩＩＮが設けてある。また、外周冷媒通路２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、…、２００Ｈ、２００Ｉのそれぞれには、空気の流出口２１０ＡＯＵＴ、２１０ＢＯＵＴ，２１０ＣＯＵＴ、…、２１０ＨＯＵＴ、２１０ＩＯＵＴが設けてある。

すべての外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉの流入口２１０ＡＩＮ、２１０ＢＩＮ、２１０ＣＩＮ、…、２１０ＨＩＮ、２１０ＩＩＮから流入した空気は、流出口２１０ＡＯＵＴ、２１０ＢＯＵＴ、２１０ＣＯＵＴ、…、２１０ＨＯＵＴ、２１０ＩＯＵＴから流出する。

なお、本実施形態では冷媒として空気を例示するが、熱伝達特性に優れていれば、空気以外の気体冷媒を用いても良い。

本実施形態では、流入口２１０ＡＩＮ−２１０ＩＩＮから流入した空気は、外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉ内で冷却される。このため、流入した空気に含まれる水分が冷却されるにしたがって水滴状の凝縮水となり、外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉの内壁に付着する。

外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉの内壁に付着した凝縮水は、外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉを流れる空気の抵抗となり、流出口２１０ＡＯＵＴ−２１０ＩＯＵＴから流出する空気の風量を低下させる。また、その凝縮水は、外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉを流れる空気の冷却効率を悪化させる。

本実施形態では、外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉの内壁面の少なくとも一部に通路の内壁から凝縮水を離脱させる凝縮水離脱部２６０（後述する）を備えている。凝縮水離脱部２７０は、外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉの内壁面に付着しようとする凝縮水を撥水させるため、その内壁面の表面に細かな凹凸を形成してある。

外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉの内壁面の少なくとも一部に、図１に示すように、その内壁面から離脱した凝縮水を捕捉する凝縮水捕捉溝２５０Ａ−２５０Ｉを形成してある。凝縮水捕捉溝２５０Ａ−２５０Ｉの内面は、凝縮水が捕捉しやすいように、親水処理を施してある。なお、親水処理は現在公知の、壁面の表面に細かな凹凸を形成するなどの技術を用いる。

外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉの外側には、積層方向に伸延する凝縮水排出口２７０が設けてある。外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉのそれぞれに設けた凝縮水捕捉溝２５０Ａ−２５０Ｉは凝縮水排出口２７０と連通している。したがって、外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉの内壁面から離脱されて凝縮水捕捉溝２５０Ａ−２００Ｉを流れる凝縮水は凝縮水排出口２７０を介して外部に排出される。

磁気冷暖房装置１００の中央部にはアウターロータモータ３００が取り付けてある。アウターロータモータ３００の外周部には円筒状のロータ３１０を取り付ける。ロータ３１０の外周とその外周から一定距離離れた部分との間の領域には、ロータ３１０の外周に沿って磁気冷暖房装置１００を上下方向に貫通する内周冷媒通路３２０を形成してある。内周冷媒通路３２０の図示下側には、冷媒として用いる空気の流入口３３０ＩＮを設け、内周冷媒通路３２０の図示上側には、空気の流出口３３０ＯＵＴを設ける。

内周冷媒通路３２０は、径の異なる円筒を同心円状に並べたときに円筒間で形成される直線状に伸びる形状の通路である。その通路内では、流入口３３０ＩＮから流入した空気が流出口３３０ＯＵＴから流出する。

上記では、外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉの流入口２１０ＡＩＮ−２１０ＩＩＮから流入した空気が、外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉ内で冷却される場合を例示した。しかし、内周冷媒通路３２０の流入口３３０ＩＮから流入した空気を、内周冷媒通路３２０内で冷却するようにしても良い。

この場合、流入口３３０ＩＮから流入した空気に含まれる水分は、冷却されるにしたがって水滴状の凝縮水となり、内周冷媒通路３２０の内壁に付着する。したがって、この場合には、内周冷媒通路３２０の内壁面に上述の凝縮水離脱部を設け、内周冷媒通路３２０の内壁面の表面を微細な凹凸にして撥水処理を施す。また、内周冷媒通路３２０の内壁面の少なくとも一部に離脱した凝縮水を捕捉する凝縮水捕捉溝及び凝縮水排出口を形成し、凝縮水捕捉溝を流れてきた凝縮水を、凝縮水排出口を介して外部に排出する。

図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図に示すように、磁気冷暖房装置１００は、その外周部に、外周冷媒通路２００Ａ、…、２００Ｈ、２００Ｉが形成してある。また、磁気冷暖房装置１００の中央部にアウターロータモータ３００が取り付けてある。アウターロータモータ３００の外周部には円筒状のロータ３１０が取り付けてある。ロータ３１０はアウターロータモータ３００によって図示矢印方向に回転される。

ロータ３１０には、磁気熱量材料に磁場を印加する磁場印加部を備えた中空状の磁場印加ディスク４００Ａ、４００Ｂ、…、４００Ｈ、４００Ｉを取り付けてある。磁場印加部は磁場印加ディスク４００Ａ、４００Ｂ、…、４００Ｈ、４００Ｉの表面と裏面の両面に形成してある。ロータ３００の外周面と磁場印加ディスク４００Ａ、４００Ｂ、…、４００Ｈ、４００Ｉの内周面とは堅固に嵌め合わせられている。したがって、アウターロータモータ３００によってロータ３１０が回転すると磁場印加ディスク４００Ａ、４００Ｂ、…、４００Ｈ、４００Ｉも一斉に回転する。

ロータ３１０に嵌め合わせられる磁場印加ディスク４００Ａ、４００Ｂ、…、４００Ｈ、４００Ｉの外周には、それぞれの磁場印加ディスク４００Ａ、…、４００Ｈ、４００Ｉに対し独立して設けた外周冷媒通路２００Ａ、…、２００Ｈ、２００Ｉに臨むように外周ファン４０５Ａ、…、４０５Ｈ、４０５Ｉ（後述する）が設けてある。外周ファン４０５Ａ、…、４０５Ｈ、４０５Ｉは、それぞれ外周冷媒通路２００Ａ、…、２００Ｈ、２００Ｉに空気を流通させる。磁場印加ディスク４００Ａ、４００Ｂ、…、４００Ｈ、４００Ｉが回転すると、外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉの流入口２１０ＡＩＮ−２１０ＩＩＮから空気が流入され、それぞれ外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉをほぼ１周して流出口２１０ＡＯＵＴ−２１０ＩＯＵＴに流出させる。

外周ファン４０５Ａ、…、４０５Ｈ、４０５Ｉは外周冷媒通路２００Ａ、…、２００Ｈ、２００Ｉ内で移動するので、その表面には凝縮水が付着する。凝縮水が付着すると熱交換効率を悪化させる原因となるので、外周ファン４０５Ａ、…、４０５Ｈ、４０５Ｉの表面の少なくとも一部に上述の凝縮水離脱部を形成する。

また、磁場印加ディスク４００Ａ、４００Ｂ、…、４００Ｈ、４００Ｉの内周部には、内周冷媒通路３２０に臨むように内周ファン（後述する）が設けてある。磁場印加ディスク４００Ａ、…、４００Ｈ、４００Ｉの内周部に設けた内周ファンは、磁場印加ディスク４００Ａ、４００Ｂ、…、４００Ｈ、４００Ｉが回転することによって、内周冷媒通路３２０の流入口３３０ＩＮから流入した空気を流出口３３０ＯＵＴに流出させる。

なお、内周冷媒通路３２０で冷風を生成する場合には、内周ファンの表面の少なくとも一部に上述の凝縮水離脱部を形成する。

磁場印加ディスク４００Ａ、４００Ｂ、…、４００Ｈ、４００Ｉのそれぞれに微小間隔空けて挟まれるように、磁気熱量材料及び熱スイッチを備えた中空状の熱生成ディスク４１０Ａ、…、４１０Ｈが固定して取り付けてある。したがって、磁場印加ディスクと熱生成ディスクとは、微小間隔空けて交互に積層されることになる。磁気熱量材料は磁場を印加すると自身の温度が上昇し磁場を取り除くと自身の温度が下降する特性を有する（正の磁性体：なお、この逆の特性のものもある）。本実施形態では、磁気熱量材料として正の磁性体または負の磁性体のいずれか一方のみを用いる。しかしながら、正の磁性体と負の磁性体を混在させても良い。

したがって、磁場印加ディスク４００Ａ、４００Ｂ、…、４００Ｈ、４００Ｉが回転すると、熱生成ディスク４１０Ａ、…、４１０Ｈのそれぞれに繰り返し磁場が印加され、磁場印加ディスク４００Ａ、４００Ｂ、…、４００Ｈ、４００Ｉの回転する方向と交差する方向に熱が移動する。本実施形態の場合は、熱生成ディスク４１０Ａ、…、４１０Ｈの外周側から内周側に熱が移動する。したがって、熱生成ディスク４１０Ａ、…、４１０Ｈの外周側は温度が低くなり、その内周側は温度が高くなる。なお、本実施形態とは反対に、熱生成ディスク４１０Ａ、…、４１０Ｈの内周側から外周側に熱が移動するようにしても良い。この場合、熱生成ディスク４１０Ａ、…、４１０Ｈの外周側は温度が高くなり、その内周側は温度が低くなる。

図３は、磁場印加ディスクの構成図である。図３では図２に示した磁場印加ディスク４００Ａの構成について説明する。他の磁場印加ディスク４００Ｂ−４００Ｉの構成も磁場印加ディスク４００Ａの構成と同一である。

図３Ｂに示すように、磁場印加ディスク４００Ａの外周には、その全周に亘って、外周冷媒通路２００Ａ（図１、図２参照）に臨む外周ファン４０５Ａを取り付けてある。外周ファン４０５Ａは、磁場印加ディスク４００Ａの回転する方向に対して交差する方向にブレードが形成してある。本実施形態の場合、磁場印加ディスク４００Ａの回転する方向に対してほぼ直交させてブレードを形成してある。したがって、図３Ｂに示すように、磁場印加ディスク４００Ａを面上から見るとほぼブレードの厚みだけが見える。磁場印加ディスク４００Ａが回転することによって、外周冷媒通路２００Ａに磁場印加ディスク４００Ａの回転方向と同一方向の空気流が生じる。他の磁場印加ディスク４００Ｂ−４００Ｉもそれぞれの外周冷媒通路２００Ｂ−２００Ｉに磁場印加ディスク４００Ｂ−４００Ｉの回転方向と同一方向の空気流を生じさせる。

磁場印加ディスク４００Ａの内周部には、その全周に亘って、内周冷媒通路３２０（図１、図２参照）に臨む内周ファン４０６Ａが取り付けてある。内周ファン４０６Ａは、図の裏面側から表面側に向かう方向に空気が流れるように、磁場印加ディスク４００Ａの回転する方向に対して一定の角度をつけて取り付けてある。磁場印加ディスク４００Ａが回転することによって、内周冷媒通路３２０に流入口３３０ＩＮから流出口３３０ＯＵＴに向かう方向の空気流が生じる。他の磁場印加ディスク４００Ｂ−４００Ｉも内周冷媒通路３２０に流入口３３０ＩＮから流出口３３０ＯＵＴに向かう方向の空気流を生じさせる。

図３Ａは、図３Ｂの磁場印加ディスク４００Ａの表面を示し、図３Ｃはその裏面を示す。図３Ａ、図３Ｃに示すように、磁場印加ディスク４００Ａの表面及び裏面は放射状に３０度ずつ１２分割された領域を有する。

磁場印加ディスク４００Ａの表面には、図４Ａに示すように、１２分割された各領域に、磁場印加部４２０Ａａ、４２０Ａｂ、…、４２０Ａｋ、４２０Ａｌを形成してある。磁場印加ディスク４００Ａの裏面には、図４Ｃに示すように、１２分割された各領域に、磁場印加部４２０Ｃａ、４２０Ｃｂ、…、４２０Ｃｋ、４２０Ｃｌを形成してある。

磁場印加ディスク４００Ａの表面の磁場印加部４２０Ａａ−４２０Ａｌと、その裏面の磁場印加部４２０Ｃａ−４２０Ｃｌとは、表面と裏面の同一位置に永久磁石を配置してある。たとえば、図４Ａに示すように、磁場印加部４２０Ａａと磁場印加部４２０Ｃａとにおいて、磁場印加ディスク４００Ａの径方向の永久磁石の並びは同一である。磁場印加部４２０Ａｂと４２０Ｃｂ、…、磁場印加部４２０Ａｌと４２０Ｃｌにおいても同じである。

また、磁場印加ディスク４００Ａの表面と裏面において、隣接する磁場印加部同士の永久磁石の配置は、１つの永久磁石の厚み分だけ、磁場印加ディスク４００Ａの径方向に相互にずらしてある。たとえば、磁場印加部４２０Ａａ、４２０Ａｂ、４２０Ａｃのそれぞれにおいて、磁場印加部４２０Ａｂに隣接する磁場印加部４２０Ａａ、４２０Ａｃでは、磁場印加部４２０Ａａ、４２０Ａｃの永久磁石の配置を、磁場印加部４２０Ａｂの永久磁石の配置に対して１つの永久磁石の厚み分だけ、磁場印加ディスク４００Ａの径方向にずらしてある。

図４は、熱生成ディスクの構成図である。図４では熱生成ディスク４１０Ａの構成について説明する。熱生成ディスク４１０Ａ以外の熱生成ディスクの構成も熱生成ディスク４１０Ａの構成と同一である。

図４Ａに示すように、熱生成ディスク４１０Ａはその外周部に外周冷媒通路２００Ａを備える。熱生成ディスク４１０Ａはその内周部に内周冷媒通路３２０を備える。熱生成ディスク４１０Ａの内周部はベアリング３１５を介してロータ３１０に取り付けられる。ロータ３１０は固定されている熱生成ディスク４１０Ａに対しベアリング３１５を介して自由に回転できる。

図４Ａ、図４Ｂに示すように、熱生成ディスク４１０Ａの外周冷媒通路２００Ａに臨む位置（外周部）には低温側熱交換部４５０Ａを備え、その内周冷媒通路３２０に臨む位置（内周部）には高温側熱交換部４５０Ｂを備える。

図４Ａに示すように、熱生成ディスク４１０Ａは放射状に３０度ずつ１２分割された領域を有する。各領域には、図４Ｂに示すように、低温側熱交換部４５０Ａと高温側熱交換部４５０Ｂとの間に、正の磁気熱量材料４６０Ａ−４６０Ｎ及び熱スイッチ４７０Ａ−４７０Ｎ＋１が交互に一列に配置される。図４の例では正の磁気熱量材料を示したが、負の磁気熱量材料を用いても良い。

磁場印加ディスク４００Ａと４００Ｂは、図２に示したように、熱生成ディスク４１０Ａを挟んで回転する。磁場印加ディスク４００Ａと４００Ｂが回転すると、熱生成ディスク４１０Ａに形成してある磁気熱量材料４６０Ａ−４６０Ｎに磁気が印加及び除去されて発熱吸熱を繰り返す。磁気熱量材料４６０Ａ−４６０Ｎ、低温側熱交換部４５０Ａ、高温側熱交換部４５０Ｂの間に設けた熱スイッチ４７０Ａ−４７０Ｎ＋１は一定のタイミングで熱を伝達する。このため、磁気熱量材料４６０Ａ−４６０Ｎで生成された熱が低温側熱交換部４５０Ａから高温側熱交換部４５０Ｂに移動し、低温側熱交換部４５０Ａの温度は低くなり、高温側熱交換部４５０Ｂの温度は高くなる。

外周冷媒通路２００Ａは、１組の磁場印加ディスク４００Ａと熱生成ディスク４１０Ａに対して独立して設けてある。低温側熱交換部４５０Ａは外周冷媒通路２００Ａを臨むように設けられているので、低温側熱交換部４５０Ａにも凝縮水が付着する。このため、熱生成ディスク４１０Ａの外周部に、外周冷媒通路２００Ａに設けたものと同一の凝縮水離脱部を形成する。なお、低温側熱交換部４５０Ａが内周冷媒通路３２０側に位置するときには、熱生成ディスク４１０Ａの内周部に、外周冷媒通路２００Ａに設けたものと同一の凝縮水離脱部を形成する。

アウターロータモータ３００（図１、図２参照）によって磁場印加ディスク４００Ａ、４００Ｂ、…、４００Ｈ、４００Ｉを回転させると、熱生成ディスク４１０Ａ、…、４１０Ｈのすべての領域において、図４Ａに示すように、低温側熱交換部４５０Ａから高温側熱交換部４５０Ｂに向かって熱が移動する。

したがって、低温側熱交換部４５０Ａの温度が高温側熱交換部４５０Ｂの温度よりも相対的に低くなり、低温側熱交換部４５０Ａが臨む外周冷媒通路２００Ａに空気を流すと冷風が得られる。また、高温側熱交換部４５０Ｂの温度が低温側熱交換部４５０Ａの温度よりも相対的に高くなり、高温側熱交換部４５０Ｂが臨む内周冷媒通路３２０に空気を流すと温風が得られる。

図５は、通路の内壁に設けた凝縮水離脱部２６０の説明に供する図である。図５では図１に示した外周冷媒通路２００Ａの内壁の構成について説明する。他の外周冷媒通路２００Ｂ−２００Ｉの内壁の構成も外周冷媒通路２００Ａの内壁の構成と同一である。

図５Ａに示すように、磁気冷暖房装置１００を平面から見ると、図示のように、磁気冷暖房装置１００の円周上に外周冷媒通路２００Ａが形成されている。外周冷媒通路２００Ａには空気の流入口２１０ＡＩＮ及び２１０ＡＯＵＴが取り付けられている。外周冷媒通路２００Ａの内部に臨むように、熱生成ディスク４１０Ａの低温側熱交換部４５０Ａが配置される。

流入口２００ＡＩＮから流入した空気は、外周冷媒通路２００Ａに入って、図示矢印方向に移動する。空気の移動に伴って、低温側熱交換部４５０に接触した空気は、流出口２１０ＡＯＵＴに向かうにしたがって冷却される。冷却された空気からは凝縮水が生じる。凝縮水は、流入口２１０ＡＩＮに近い方より、流出口２１０ＡＯＵＴに近い方に多く生じる。したがって、本実施形態では、外周冷媒通路２００Ａの内壁から凝縮水を離脱させる凝縮水離脱部２６０を、外周冷媒通路２００Ａの流出口２１０ＡＯＵＴに近い側の外周壁に形成する。外周壁に形成するのは、外周冷媒通路２００Ａを流れる空気の遠心力によって外周壁側に付着する割合が圧倒的に大きいからである。

凝縮水は、外周冷媒通路２００Ａの流出口２１０ＡＯＵＴ側に近い外周壁ほどではないが、外周冷媒通路２００Ａの内周壁側に臨む低温側熱交換部４５０Ａの表面にも付着する。したがって、低温側熱交換部４５０Ａの表面にも凝縮水離脱部２６０を形成することが望ましい。

凝縮水離脱部２６０は、外周冷媒通路２００Ａの内周壁の一部、及び、低温側熱交換部４５０Ａの表面の少なくとも一部に形成することが好ましいが、外周冷媒通路２００Ａの内周壁の全面、及び、低温側熱交換部４５０Ａの全表面に形成しても良い。

図５Ｂは、凝縮水離脱部２６０の具体的な構成図である。凝縮水離脱部２６０は、図示するように、鋸の歯のような形状を有する。歯の谷２６２Ａから空気の流れ方向（図示矢印方向）の頂上２６４Ａに向けてなだらかに傾斜し、頂上２６４Ａから谷２６２Ｂへは急激に落ち込んでいる。凝縮水２６５は、谷２６２Ａと頂上２６４Ａとの間の三角形状の領域に形成される渦流によって谷２６２Ａから頂上２６４Ａに掃き出される。掃き出された凝縮水は、凝縮水捕捉溝２５０Ａによって捕捉される（後述する）。

つまり、凝縮水離脱部２６０は表面に凹凸が施され、撥水のための処理が施されている。なお、上記では、外周冷媒通路２００Ａと低温側熱交換部４５０Ａに凝縮水離脱部２６０を設けた場合を例示したが、外周冷媒通路２００Ａ内で空気を移動させるのは外周ファン４０５Ａ（図２参照）であるので、外周ファン４０５Ａの表面の少なくとも一部に凝縮水離脱部２６０を設けるとより効果的である。

図６は、本実施形態で用いる外周ファンの種類を示す図である。図６Ａに示す外周ファン４０５Ａａは、外周冷媒通路２００Ａ、…、２００Ｉの断面積の半分程度の面積しかない形態のファンである。図６Ｂに示す外周ファン４０５Ａｂは、外周冷媒通路２００Ａ、…、２００Ｉの断面積とほぼ同程度の面積を有する形態のファンである。なお、図６Ａに示す形態のファンを用いる場合には、外周冷媒通路２００Ａ、…、２００Ｉにおいてファンが通過する部分と空気のみが通過する部分との境目は金網２６６で仕切ってある。

図６Ａに示す外周ファン４０５Ａａまたは図６Ｂに示す外周ファン４０５Ａｂを用いた場合は、低温側熱交換部４５０Ａに付着した凝縮水の挙動が異なる。それぞれの種類の外周ファンを用いた場合の凝縮水の挙動は次のようになる。

図７は、図６Ａに示す種類の外周ファンを用いた場合の凝縮水の挙動を説明するための図である。図７ａ、ｂに示すように、外周ファン４０５Ａａは、外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉの半分の領域を移動して、外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉ内の空気を流入口２１０ＡＩＮ−２１０ＩＩＮから流出口２１０ＡＯＵＴ−２１０ＩＯＵＴに向けて流通させる。

図７ａに示すように、外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉの内周側には低温側交換部４５０Ａが配置されている。外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉにおいて、外周ファン４０５Ａａが通過しない領域には、凝縮水離脱部２６０を形成してある。また、低温側熱交換部４５０Ａの外周側にも凝縮水離脱部２６０を形成してある。なお、外周ファン４０５Ａａが通過する領域と通過しない領域の境目にも凝縮水離脱部２６０を形成してあるが、金網２６６で仕切りを形成してある。

外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉを流通する空気は、低温側冷媒通路４５０Ａに触れることによって冷却される。空気が冷却されると、空気に含まれていた水分が凝縮し、凝縮水となって低温側冷媒通路４５０Ａの外周面や外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉの内周面に付着する。

付着した凝縮水は、図７ａに示すように、外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉを流通する空気の遠心力によって外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉの外周壁に向けて運ばれる。このため、外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉの外周壁には、凝縮水を捕捉するための凝縮水捕捉溝２５０Ａ−２５０Ｉが形成してある（図１、図７参照）。

外周壁に向けて運ばれた凝縮水は、図７ｂに示すように、凝縮水捕捉溝２５０Ａ−２５０Ｉの中に入り込み、外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉを流通する空気の流れに乗って流出口２１０ＡＯＵＴ−２１０ＩＯＵＴに向けて運ばれる。

凝縮水捕捉溝２５０Ａ−２５０Ｉを流出口２１０ＡＯＵＴ−２１０ＩＯＵＴに向けて運ばれた凝縮水は、凝縮水排出口２７０（図１、図７参照）にたどり着き、凝縮水排出口２７０を介して外部に排出される。

図８は、図６Ｂに示す種類の外周ファンを用いた場合の凝縮水の挙動を説明するための図である。

図８ａに示すように、外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉの内周側には低温側熱交換部４５０Ａが配置されている。外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉにおいて、外周ファン４０５Ａａの下側の領域には、凝縮水離脱部２６０を形成してある。また、低温側熱交換部４５０Ａの外周側にも凝縮水離脱部２６０を形成してある。

外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉを流通する空気は、低温側熱交換部４５０Ａに触れることによって冷却される。空気が冷却されると、空気に含まれていた水分が凝縮し、凝縮水となって低温側熱交換部４５０Ａの外周面や外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉの内周面に付着する。

付着した凝縮水は、図８ａに示すように、外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉを流通する空気の遠心力によって、外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉの下側を外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉの外周壁に向けて運ばれる。このため、外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉの外周壁には、凝縮水を捕捉するための凝縮水捕捉溝２５０Ａ−２５０Ｉが形成してある（図１、図８参照）。

外周壁に向けて運ばれた凝縮水は、図８ｂに示すように、凝縮水捕捉溝２５０Ａ−２５０Ｉの中に入り込み、外周冷媒通路２００Ａ−２００Ｉを流通する空気の流れに乗って流出口に向けて運ばれる。

凝縮水捕捉溝２５０Ａ−２５０Ｉを流出口に向けて運ばれた凝縮水は、凝縮水排出口２７０（図１、図７参照）にたどり着き、凝縮水排出口２７０を介して外部に排出される。

以上のように構成した本実施形態に係る磁気冷暖房装置によれば、次のような効果を得ることができる。

磁気冷暖房装置１００の低温側熱交換部４５０Ａにおいて、空気中に含まれる水が冷却されると、凝縮水が生じて冷媒通路の内壁に液膜が形成される。凝縮水離脱部の作用により、ファンが生成する空気の流れによってこの液膜を吹き飛ばすことができるので、空気と熱交換部の熱交換効率を向上させることができる。また、冷媒通路内の空気抵抗の増加を防ぐことができる。

磁気冷暖房装置１００の低温側熱交換部４５０Ａにおいて、空気と熱交換するため、空気中から凝縮水を生じる。低温側熱交換部４５０Ａでは、液膜を生じ、熱交換が阻害される。低温側熱交換部４５０Ａ及びその近傍に生じた凝縮水から成る液膜は、凝縮水離脱部の作用により、離脱しやすくなって、熱交換を促進させる。

冷媒通路を流れる空気は、ファンによって移動するので、凝縮水がファンの表面に付着してしまう場合がある。ファンの表面の少なくとも一部に凝縮水離脱部を形成すると、凝縮水離脱部の作用により、ファン表面に形成される液膜が離脱しやすくなって、空気抵抗を減少させることができる。

凝縮水離脱部２６０の表面に撥水処理を施すと、凝縮水は、表面で撥水されるため、容易に表面から離脱できるようになる。ファンによって形成される空気の流れと組み合わせれば、さらに、凝縮水が離脱しやすくなり、熱交換効率が向上する。

表面に凹凸形状を形成することで、表面の空気が乱流状態になって、渦を形成し、凝縮水が離脱しやすくなる。また、凹凸形状をナノサイズにすると、はすの葉効果によって、より撥水効果が顕著になる。したがって、凝縮水は離脱しやすくなり、熱交換効率が向上する。

冷媒通路の外周面の少なくとも一部に、離脱した凝縮水を捕捉する凝縮水捕捉溝を設けることで、冷媒通路内に溜まってしまう凝縮水を速やかに凝縮水捕捉溝に取り込むことができる。このため、熱交換の妨げになる凝縮水を速やかに取り除くことができ、空気との熱交換を促進させることができる。

凝縮水捕捉溝の内面には、凝縮水を捕捉しやすくするための親水処理が施してあるので、凝縮水は凝縮水捕捉溝に引きこまれやすくなり、冷媒通路から、凝縮水を速やかに取り除くことができる
冷媒通路を１組の熱生成ディスク及び磁場印加ディスクに対して独立して設けることで、冷媒を大量に取り込み熱交換できるようになる。

冷媒通路に設けた凝縮水捕捉溝は、冷媒通路の積層方向に形成した凝縮水排出口に連通させることで、冷媒通路で生じた凝縮水を、上から下に排出でき、効率的に凝縮水を排出できる。各冷媒通路の凝縮水捕捉溝から個別に取り出すよりも構成が簡単で、凝縮水の自重で下方に落下するため、排水スピードも向上する。

１００ 磁気冷暖房装置、
２００Ａ−２００Ｉ 外周冷媒通路、
２１０ＡＩＮ−２１０ＩＩＮ 流入口、
２１０ＡＯＵＴ−２１０ＩＯＵＴ 流出口、
２５０Ａ−２５０Ｉ 凝縮水捕捉溝、
２６０ 凝縮水離脱部、
２６６ 金網、
２７０ 凝縮水排出口、
３００ アウターロータモータ、
３１０ ロータ、
３１５ ベアリング、
３２０ 内周冷媒通路、
３３０ＩＮ 流入口、
３３０ＯＵＴ 流出口、
４００Ａ−４００Ｉ 磁場印加ディスク、
４０５Ａ−４０５Ｉ 外周ファン、
４０６Ａ 内周ファン、
４１０Ａ−４１０Ｉ 熱生成ディスク、
４２０Ａａ−４２０Ａｌ 磁場印加部、
４２０Ｃａ−４２０Ｃｌ 磁場印加部、
４５０Ａ 低温側熱交換部、
４５０Ｂ 高温側熱交換部、
４６０Ａ−４６０Ｎ 磁気熱量材料、
４７０Ａ−４７０Ｎ＋１ 熱スイッチ。

Claims (9)

1. 磁気熱量材料及び熱スイッチを備えた中空状の熱生成ディスクと、前記磁気熱量材料に磁場を印加する磁場印加部を備えた中空状の磁場印加ディスク、とを交互に複数積層し、前記熱生成ディスク及び前記磁場印加ディスクの少なくともいずれか一方を相対的に回転させることによって回転方向とは交差する方向に熱を輸送する磁気冷暖房装置において、
   前記熱生成ディスク及び前記磁場印加ディスクの外周又は内周に沿って形成した外周冷媒通路又は内周冷媒通路と、
   前記外周冷媒通路内又は前記内周冷媒通路内に冷媒を流すため、回転する前記熱生成ディスク及び前記磁場印加ディスクの少なくともいずれか一方の外周又は内周に取り付けたファンと、を備え、
   前記外周冷媒通路内又は前記内周冷媒通路内の少なくとも一部に通路の内壁から凝縮水を離脱させる凝縮水離脱部を備えることを特徴とする磁気冷暖房装置。
2. 前記凝縮水離脱部は、
   前記熱生成ディスクの外周部又は内周部、または、前記熱生成ディスクの外周部又は内周部が臨む前記外周冷媒通路又は前記内周冷媒通路の内壁面に形成したことを特徴とする請求項１に記載の磁気冷暖房装置。
3. 前記凝縮水離脱部は、
   前記ファンの表面の少なくとも一部に形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の磁気冷暖房装置。
4. 前記凝縮水離脱部は、
   撥水のための処理を施してあることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の磁気冷暖房装置。
5. 前記撥水のための処理は、表面に凹凸を施す処理であることを特徴とする請求項４に記載の磁気冷暖房装置。
6. 前記外周冷媒通路又は前記内周冷媒通路の内壁面の少なくとも一部に、離脱した凝縮水を捕捉する凝縮水捕捉溝を形成したことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の磁気冷暖房装置。
7. 前記凝縮水捕捉溝の内面は、前記凝縮水を捕捉しやすくする親水処理を施してあることを特徴とする請求項６に記載の磁気冷暖房装置。
8. 前記外周冷媒通路は、１組の前記熱生成ディスク及び前記磁場印加ディスクに対して独立して設けたことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の磁気冷暖房装置。
9. 前記外周冷媒通路又は前記内周冷媒通路の内壁面の少なくとも一部に形成した凝縮水捕捉溝は、前記外周冷媒通路の積層方向に形成した凝縮水排出口と連通され、前記凝縮水は、前記凝縮水捕捉溝及び前記凝縮水排出口を介して外部に排出されることを特徴とする請求項６または７に記載の磁気冷暖房装置。