JP2015075292A - 磁気熱量素子およびそれを備える熱磁気サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、発明を実施するための第1実施形態に係る磁気熱量効果型ヒートポンプ装置2を含む車両用空調装置1を示すブロック図である。磁気熱量効果型ヒートポンプ装置2はMHP(Magneto-caloric effect Heat Pump)装置2とも呼ばれる。車両用空調装置1は、車両に搭載され、車両の乗員室の温度を調節する。車両用空調装置1は、2つの熱交換器3、4を備える。熱交換器3は、熱交換器4より高温になる高温側熱交換器である。熱交換器4は、熱交換器3より低温になる低温側熱交換器である。車両用空調装置1は、高温側熱交換器3、および/または低温側熱交換器4を室内空調のために利用するための空調ダクトおよび送風機などの空気系機器を備える。
図4は、MCE素子49、59として利用可能なMCE素子C49Aを示す。(a)に図示されるように、MCE素子C49Aは、素子ユニット61−66を備える。MCE素子C49Aは、温度分布の方向に沿って全長Lwを有する。素子ユニット61−66のそれぞれは、温度分布の方向に沿って長さLaを有する。素子ユニット61−66のそれぞれは、同じ長さLaを有する。長さLaは、全長Lwを素子ユニット61−66によって均等に分割した長さである。MCE素子C49Aにおいては、複数の素子ユニット61−66は同じ長さLaを有する。
図5は、MCE素子49、59として利用可能なMCE素子C49Bを示す。(a)に図示されるように、MCE素子C49Bは、素子ユニット61−66を備える。複数の素子ユニット61−66は同じ長さLaを有する。(b)に図示されるように、キュリー温度Tc1−Tc6は、等温度間隔に設定されている。(d)に図示されるように、複数の素子ユニット61−66が発揮する磁気熱量効果の分布Sp1−Sp6は、互いに相似ではない。特に、素子ユニット62、64が発揮する磁気熱量効果は、他の素子ユニット61、63、65、66が発揮する磁気熱量効果に比べて低い。言い換えると、素子ユニット62、64の能力は、素子ユニット61、63、65、66の能力より低い。
図6は、MCE素子49、59として利用可能なMCE素子C49Cを示す。(a)に図示されるように、MCE素子C49Bは、素子ユニット61−66を備える。複数の素子ユニット61−66は同じ長さLaを有する。(b)に図示されるように、キュリー温度Tc1−Tc6は、等温度間隔に設定されている。(d)に図示されるように、複数の素子ユニット61−66が発揮する磁気熱量効果の分布Sp1−Sp6は、互いに相似ではない。特に、素子ユニット63、64が発揮する磁気熱量効果は、他の素子ユニット61、623、65、66が発揮する磁気熱量効果に比べて低い。言い換えると、素子ユニット63、64の能力は、素子ユニット61、62、65、66の能力より低い。
図7は、MCE素子49、59として利用可能なMCE素子149を示す。(a)に図示されるように、MCE素子149は、素子ユニット61−66を備える。少なくともひとつの素子ユニットは、他の素子ユニットと異なる長さを有する。図示の例では、複数の素子ユニット61−66は、互いに異なる長さL1−L6を有する。
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、素子ユニットの長さを調節することによって境界温度と交点温度との一致を実現した。これに代えて、この実施形態では、素子ユニットのキュリー温度を調節することによって境界温度と交点温度との一致が実現される。素子ユニットのキュリー温度は、使用される材料の選定、材料比率の調節、製造工程の調節など種々の手法によって調節可能である。この実施形態でも、図1−図3の構成が採用される。さらに、図8に図示されるMCE素子249が採用される。
図8は、MCE素子49、59として利用可能なMCE素子249を示す。(a)に図示されるように、MCE素子249は、素子ユニット61−66を備える。素子ユニット61−66は、同じ長さLaを有する。
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、素子ユニットの長さ、または素子ユニットのキュリー温度を調節することによって境界温度と交点温度との一致を実現した。これに代えて、この実施形態では、素子ユニットの長さ、および素子ユニットのキュリー温度の両方を調節することによって境界温度と交点温度との一致が実現される。この実施形態でも、図1−図3の構成が採用される。さらに、図9に図示されるMCE素子349が採用される。
図9は、MCE素子49、59として利用可能なMCE素子349を示す。(a)に図示されるように、MCE素子349は、素子ユニット61−66を備える。複数の素子ユニット61−66は、互いに異なる長さL1−L6を有する。(b)に図示されるように、MCE素子249においては、キュリー温度Tc1−Tc6は、等温度間隔に設定されていない。(d)に図示されるように、複数の素子ユニット61−66が発揮する磁気熱量効果の分布Sp1−Sp6は、互いに相似ではない。特に、素子ユニット62、64が発揮する磁気熱量効果は、他の素子ユニット61、63、65、66が発揮する磁気熱量効果に比べて低い。
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、6つの素子ユニットを連結してひとつのMCE素子を提供した。MCE素子は、2個またはそれ以上の任意の数の素子ユニットを備えることができる。例えば、7個の素子ユニットを備えるMCE素子を採用することができる。この実施形態でも、図1−図3の構成が採用される。さらに、図10および図11に図示されるMCE素子449が採用される。
図10は、MCE素子49、59として利用可能なMCE素子449を示す。さらに、MCE素子449上における磁気熱量効果ΔSの分布が図示されている。MCE素子449は、長さLwを有する。MCE素子449は、素子ユニット61−67を備える。素子ユニット61−67は、同じ長さLaを有する。複数の素子ユニット61−67が発揮する磁気熱量効果の分布Sp1−Sp7は、互いに相似ではない。特に、素子ユニット63、64、65が発揮する磁気熱量効果は、他の素子ユニット61、62、66、67が発揮する磁気熱量効果に比べて低い。
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、MCE素子の一部においてキュリー温度の不等間隔的な設定が採用され、MCE素子の他の一部において素子ユニットの長さの不均等な設定が採用される。この実施形態でも、図1−図3の構成が採用される。さらに、図12および図13に図示されるMCE素子549が採用される。
図12は、MCE素子49、59として利用可能なMCE素子549を示す。さらに、MCE素子549上における磁気熱量効果ΔSの分布が図示されている。MCE素子549の素子ユニット61−67は、長さL1−L7を有する。複数の素子ユニット61−67が発揮する磁気熱量効果の分布Sp1−Sp7は、互いに相似ではない。特に、素子ユニット63、64、66が発揮する磁気熱量効果は、他の素子ユニット61、62、65、67が発揮する磁気熱量効果に比べて低い。
発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、種々変形して実施することが可能である。発明は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、種々の組み合わせによって実施可能である。各実施形態は追加的な部分をもつことができる。各実施形態の部分は、省略される場合がある。実施形態の部分は、他の実施形態の部分と置き換え、または組み合わせることも可能である。上記実施形態の構造、作用、効果は、あくまで例示である。発明の技術的範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。発明のいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。
3 熱交換器(高温側)、 4 熱交換器(低温側)、 5 制御装置、
11 高温端、 12 低温端、 13 中間低温端、
14 中間高温端、 15 高温側循環流路、 16 低温側循環流路、
20 モータ、 30 ポンプ、
40、50 磁気熱量装置ユニット(MCDユニット)、 45、55 永久磁石、
49、59 磁気熱量素子(MCE素子)、
149、249、349、449、549 磁気熱量素子(MCE素子)、
61−67 素子ユニット、 70、80 変速機。
Claims (11)
- キュリー温度が異なる複数の素子ユニット(61−66、61−67)を温度分布の方向に沿って直列に配置した磁気熱量素子(149、249、349、449、549)において、
複数の前記素子ユニットが発揮しうる磁気熱量効果を示す複数の能力分布(Sp1−Sp6、Sp1−Sp7)の高さは、少なくともひとつが他と異なっており、
前記素子ユニットの大きさ(L1−L6、L1−L7)および/または前記素子ユニットのキュリー温度(Tc1−Tc6、Tc1−Tc7)は、隣接する2つの前記素子ユニットの間に定格運転状態において現れる境界温度(Tb12−Tb56、Tb67)と、それら2つの前記素子ユニットに対応する前記能力分布が交差する交点温度(Tx45)とが一致するように設定されていることを特徴とする磁気熱量素子。 - 前記素子ユニットの大きさは、高温端と低温端との間における前記素子ユニットの長さを含むことを特徴とする請求項1に記載の磁気熱量素子。
- 少なくともひとつの前記素子ユニットの長さは、他の前記素子ユニットの長さと異なる長さをもつことを特徴とする請求項2に記載の磁気熱量素子。
- 任意の2つの前記素子ユニットのうち、一方の前記素子ユニットの前記能力分布は、他方の前記素子ユニットの前記能力分布より低く、
前記一方の素子ユニットの長さは、前記他方の素子ユニットの長さより長いことを特徴とする請求項2または請求項3に記載の磁気熱量素子。 - 前記能力分布の差が大きいほど、前記長さの差が大きく設定されることを特徴とする請求項2から請求項4のいずれかに記載の磁気熱量素子。
- 少なくとも3つの前記素子ユニットを有し、
複数の前記キュリー温度は温度間隔(Td12−Td56、Td67)だけ離れており、
少なくともひとつの前記温度間隔は、他の前記温度間隔と異なることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の磁気熱量素子。 - ひとつの前記素子ユニットの両側に他の前記素子ユニットが隣接して配置されており、
一方において隣接する2つの前記素子ユニットの前記能力分布の平均値が、他方において隣接する2つの前記素子ユニットの前記能力分布の平均値より低く、
前記一方において隣接する2つの前記素子ユニットの前記キュリー温度の間の前記温度間隔は、前記他方において隣接する2つの前記素子ユニットの前記キュリー温度の間の前記温度間隔より小さいことを特徴とする請求項6に記載の磁気熱量素子。 - 前記平均値の差が大きいほど、前記温度間隔の差が大きいことを特徴とする請求項7に記載の磁気熱量素子。
- 前記磁気熱量効果の大きさは、磁場を変化させた際の等温エントロピー変化、または断熱温度変化によって示されることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれかに記載の磁気熱量素子。
- 請求項1から請求項9のいずれかに記載の磁気熱量素子と、
前記磁気熱量素子と熱交換し熱を輸送する熱輸送媒体を流す媒体装置(30)と、
前記磁気熱量素子を磁場の影響下におく磁気装置(44、45、54、55)とを備えることを特徴とする熱磁気サイクル装置。 - 請求項10に記載の熱磁気サイクル装置において、
前記媒体装置(30)は、前記磁気熱量素子をAMRサイクルとして機能させるための前記熱輸送媒体の往復流を供給するポンプを含み、
前記磁気装置は、前記磁気熱量素子への磁場の印加および除去を繰り返す磁場印加除去装置であることを特徴とする熱磁気サイクル装置。
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