JP2016044902A - 磁気冷凍機用磁気作業物質構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気冷凍機の冷凍能力の低下を十分に抑制し得る磁気冷凍機用磁気作業物質構造体を提供すること。【解決手段】磁気作業物質１１を有する磁気冷凍機用磁気作業物質構造体１０において、磁気作業物質１１を内包するとともに、熱交換媒体Ｍを通過させる通過孔１２を有する樹脂部１３を有し、磁気作業物質１１は通過孔１２を形成する内壁面よりも内側に配置されている磁気冷凍機用磁気作業物質構造体１０。【選択図】図２

Description

本発明は、磁気冷凍機用磁気作業物質構造体に関する。

近年、省エネルギーかつ低環境負荷であることから、フロンを用いない磁気冷凍機が注目を集めている。磁気冷凍機においては、磁場を印加すると発熱し、磁場を除去すると吸熱する磁気作業物質を用いた構造体が用いられている。この構造体に磁場を印加可能としつつ、熱交換媒体を通過可能とすることにより磁気冷凍が実現される。

このような構造体として、例えば板状の磁気作業物質と、熱絶縁層を交互に積層し、その積層方向に垂直に熱交換媒体流路となる多数の穴を開けたハニカム構造を有する磁気冷凍機用低圧損磁気作業物質構造が知られている（下記特許文献１参照）。

特開２０１３−２１７５８３号公報

しかし、上記の特許文献１に記載の磁気作業物質構造は以下に示す課題を有していた。

すなわち、板状の磁気作業物質と熱絶縁層の積層方向に垂直に熱交換媒体流路となる穴が形成されているため、穴に対して磁気作業物質が露出する。その結果、磁気作業物質が穴に流出し、熱交換媒体が循環する循環経路内に粉末状の磁気作業物質が流出してしまう。この粉末状の磁気作業物質は通常は、穴に流出すると、熱交換媒体を循環させる循環経路中に設けられたフィルタで捕捉される。しかし、粉末の粒径によっては粉末がこのフィルタを通過して磁気冷凍機の循環経路全体に流出する可能性がある。また粉末の粒径が大きくフィルタを通過しないとしても、粉末や熱交換媒体のフィルタへの圧力でフィルタ自体が損傷することがあり、その場合も粉末が磁気冷凍機の循環経路全体に流出する可能性がある。こうして磁気作業物質の粉末が磁気冷凍機の循環経路全体に流出すると、粉末が、循環経路を構成する配管同士の接合部への蓄積、熱交換媒体の流れへの悪影響、熱交換媒体の圧力損失や伝熱特性の低下などを引き起こして、磁気冷凍機の冷凍能力を低下させるおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、磁気冷凍機の冷凍能力の低下を十分に抑制し得る磁気冷凍機用磁気作業物質構造体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明は、磁気作業物質を有する磁気冷凍機用磁気作業物質構造体において、前記磁気作業物質を内包するとともに、熱交換媒体を通過させる通過孔を有する樹脂部を有し、前記磁気作業物質は前記通過孔を形成する内壁面よりも内側に配置されている、磁気冷凍機用磁気作業物質構造体である。

この磁気冷凍機用磁気作業物質構造体によれば、磁気作業物質は通過孔を形成する内壁面よりも内側に配置されているため、磁気作業物質が繰り返し磁場を印加されることにより劣化して磁損又は粉砕しても、そのとき生じる粉末が通過孔に流出することが防止される。その結果、磁気作業物質の粉末が磁気冷凍機において熱交換媒体を循環させる循環経路全体に流出することが防止される。従って、粉末が、循環経路を構成する配管同士の接合部への蓄積、熱交換媒体の流れへの悪影響、熱交換媒体の圧力損失や伝熱特性の低下などを引き起こすことが防止され、その結果、磁気冷凍機の冷凍能力の低下を十分に抑制することができる。また本発明によれば、磁気作業物質の粉末が通過孔に流出することが防止されるので、熱交換媒体を循環させる循環経路中にフィルタを設ける必要もなくなり、フィルタの交換等の作業を不要とする磁気冷凍機を実現することも可能となる。

上記磁気冷凍機用磁気作業物質構造体において、前記磁気作業物質が板状であり、前記通過孔の延在方向に沿って延在していることが好ましい。

この場合、磁気作業物質が板状であり、通過孔の延在方向に沿って延在しているため、通過孔の延在方向に沿って、磁気作業物質と熱交換媒体との間で均一に熱交換を行うことが可能となる。

上記磁気冷凍機用磁気作業物質構造体において、前記磁気作業物質のうち最も面積の大きい面である主面が、前記磁気作業物質に最も近い位置に配置された前記通過孔に対向していることが好ましい。

この場合、磁気作業物質のうち最も面積の大きい面である主面が、磁気作業物質に最も近い位置に配置された通過孔に対向している。このため、磁気作業物質のうち最も面積の小さい面が、磁気作業物質に最も近い位置に配置された通過孔に対向している場合に比べて、磁気作業物質が全体として通過孔に近い位置に配置されることになる。従って、その通過孔を通過する熱交換媒体との間の熱のやりとりを効率よく行うことができる。このため、磁気冷凍機における冷却効率をより向上させることができる。

本発明によれば、磁気冷凍機の冷凍能力の低下を十分に抑制し得る磁気冷凍機用磁気作業物質構造体が提供される。

本発明に係る磁気冷凍機用磁気作業物質構造体を適用する磁気冷凍機の一例を示す図である。 図１の磁気冷凍機用磁気作業物質構造体を示す断面図である。 図２の磁気冷凍機用磁気作業物質構造体を示す平面図である。 本発明に係る磁気冷凍機用磁気作業物質構造体の他の実施形態を示す断面図である。 図３の磁気作業物質の変形例を示す部分平面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明に係る磁気冷凍機用磁気作業物質構造体を適用する磁気冷凍機の一例を示す図である。図１に示すように、磁気冷凍機１００は、熱交換媒体を貯留する熱交換媒体タンク１と、熱交換媒体タンク１内の熱交換媒体を循環させる循環経路３と、循環経路３中に設けられ、磁気作業物質構造体（以下、単に「構造体」と呼ぶ）１０を充填し、磁気冷凍作業を行う磁気冷凍作業部２と、磁気冷凍作業部２と熱交換媒体タンク１との間の循環経路３中に設けられる循環ポンプ４と、磁気冷凍作業部２と熱交換媒体タンク１との間の循環経路３中に設けられる熱交換器５と、磁気冷凍作業部２中の構造体１０に磁場を印加する磁場発生部６とを備えている。磁場発生部６は、磁気冷凍作業部２に対して移動可能に設けられており、磁気冷凍作業部２の近くに設置されることも、磁気冷凍作業部２から退避することも可能となっている。

図２は、図１の磁気冷凍機用磁気作業物質構造体を示す断面図、図３は、図２の磁気冷凍機用磁気作業物質構造体を示す平面図である。

図２及び図３に示すように、構造体１０は、複数本の平板状の磁気作業物質１１と、複数本の平板状の磁気作業物質１１を内包する柱状の樹脂部１３とを有している。磁気作業物質１１は、樹脂部１３の延在方向に沿って連続して延びている。樹脂部１３には、水などの熱交換媒体Ｍを通過させる複数個の通過孔１２が形成されており、この通過孔１２は、柱状の樹脂部１３の延在方向に沿って延在している。従って、磁気作業物質１１は通過孔１２の延在方向に沿って延在している。ここで、磁気作業物質１１は通過孔１２を形成する内壁面よりも内側に配置されている。別言すると、磁気作業物質１１は通過孔１２に対して露出しないように配置されている。言い換えると、磁気作業物質１１は通過孔１２から離間している。

また構造体１０では、磁気作業物質１１のうち最も面積の大きい面である主面Ｓが、磁気作業物質１１に最も近い位置に配置された通過孔１２に対向している。

構造体１０によれば、磁気作業物質１１は通過孔１２を形成する内壁面よりも内側に配置されているため、構造体１０が磁気冷凍機１００に設置され、磁気作業物質１１が磁場発生部６によって繰り返し磁場を印加されることにより劣化して磁損又は粉砕しても、そのとき生じる粉末が通過孔１２に流出することが防止される。このため、磁気作業物質１１の粉末が磁気冷凍機１００の循環経路３全体に流出することが防止され、粉末が循環経路３を構成する配管同士の接合部への蓄積、熱交換媒体Ｍの流れへの悪影響、熱交換媒体Ｍの圧力損失や伝熱特性の低下などを引き起こすことが防止され、その結果、磁気冷凍機１００の冷凍能力の低下を十分に抑制することができる。

また構造体１０によれば、磁気作業物質１１の粉末が通過孔１２に流出することが防止されるので、熱交換媒体Ｍを通過させる循環経路３中にフィルタを設ける必要もなくなり、フィルタの交換等の作業を不要とする磁気冷凍機１００を実現することも可能となる。

また構造体１０においては、磁気作業物質１１が通過孔１２の延在方向に沿って延在している。このため、通過孔１２の延在方向に沿って、磁気作業物質１１と熱交換媒体Ｍとの間で均一に熱交換を行うことが可能となる。

さらに構造体１０においては、磁気作業物質１１が平板状であり、磁気作業物質１１のうち最も面積の大きい面である主面Ｓが、磁気作業物質１１に最も近い位置に配置された通過孔１２に対向している。

このため、磁気作業物質１１のうち最も面積の小さい面が、磁気作業物質１１に最も近い位置に配置された通過孔１２に対向している場合に比べて、磁気作業物質１１が全体として通過孔１２に近い位置に配置されることになるため、その通過孔１２を通過する熱交換媒体Ｍとの間の熱のやりとりを効率よく行うことができる。このため、磁気冷凍機１００における冷却効率をより向上させることができる。

次に、磁気作業物質１１及び樹脂部１３について詳細に説明する。

（磁気作業物質）
磁気作業物質１１は、磁場を印加すると発熱し、磁場を除去すると吸熱する物質であればいかなる物質であってもよい。磁気作業物質１１としては、ガドリニウム系、ランタン系又はマンガン系の物質を用いることができる。中でも、磁気熱量効果に優れるとともにコストを低減できるという理由から、ランタン系の物質が好ましい。ランタン系の磁気作業物質としては、例えばＬａ、Ｆｅ及びＳｉを含む合金や、Ｈ，Ｌｉ，Ｂ、Ｃ，Ｐ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｃｅ，Ｐｒなどを用いることができる。

また磁気作業物質１１の端部は露出していてもよいし（図３参照）、露出していなくてもよいが、磁気作業物質１１の端部が熱交換媒体Ｍと接触し得るように構造体１０が磁気冷凍機１００に設置される場合には、磁気作業物質１１の端部は樹脂部１３の表面よりも内側に設けられることが好ましい。この場合、磁気作業物質１１が磁場発生部６によって繰り返し磁場を印加されることにより劣化して磁損又は粉砕しても、そのとき生じる粉末が熱交換媒体Ｍに伴われて通過孔１２に流出することを防止することができる。

磁気作業物質１１の厚さは特に制限されるものではないが、通常は０．０１〜１．０ｍｍとすればよい。

また磁気作業物質１１は、その主面Ｓが磁場発生部６によって印加される磁場に対して平行となるように配置されることが、反磁場による影響を低減する観点から好ましい。

（樹脂部）
樹脂部は、樹脂を含むものである。樹脂は、熱可塑性樹脂でも熱硬化樹脂でもよいが、温度変化による寸法変動が少ないなどの観点から、熱硬化樹脂が好ましい。

熱硬化樹脂は、熱硬化性樹脂を熱硬化させて得られるものである。熱硬化性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂などを用いることができる。

次に、上記構造体１０の製造方法について説明する。

まず複数本の平板状の磁気作業物質１１を用意する。これらは、例えば原料となる金属を溶融し、急冷した後、焼結することによって得ることができる。

こうして得られた平板状の磁気作業物質１１を、有底円筒状の成形型の中に配置する。このとき、複数本の棒状部材を用意し、これらも成形型（図示せず）の中に配置する。このとき、磁気作業物質１１が棒状部材に接触しないようにする。その後、成形型に樹脂を流し込み、樹脂を硬化させる。

最後に、棒状部材を引き抜く。こうして構造体１０が得られる。

なお、上記の説明では、樹脂を成形型に流し込む前に棒状部材を配置しているが、そのときに棒状部材を成形型の中に配置せず、樹脂を硬化させた後に樹脂に通過孔１２を形成するようにしても、構造体１０を得ることができる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、磁気作業物質１１は通過孔１２の延在方向に沿って連続して延在しているが、図４に示す構造体２０のように、磁気作業物質１１は通過孔１２の延在方向に沿って不連続に延在していてもよい。すなわち、磁気作業物質１１は、分割されて複数の分割片１１ａで構成されていてもよい。ここで、これらの分割片１１ａは図４に示すように互いに離間していてもよいし、あるいは互いに接触していてもよい。

また上記実施形態では、磁気作業物質１１が平板状となっているが、磁気作業物質１１は図５に示すように、湾曲板状であってもよい。この場合、磁気作業物質１１は、通過孔１２の形状に沿って例えば円弧状に配置されることになる。この場合、磁気作業物質１１が平板状である場合に比べて、磁気作業物質１１の主面Ｓが全体として通過孔１２に近い位置に配置されることになるため、その通過孔１２を通過する熱交換媒体との間の熱のやりとりをより効率よく行うことができる。このため、磁気冷凍機における冷却効率をより向上させることができる。

さらに上記実施形態では、磁気作業物質１１は通過孔１２の延在方向に沿って延在しているが、磁気作業物質１１は通過孔１２の延在方向に沿って延在していなくてもよい。

また上記実施形態では、樹脂部１３が柱状となっているが、必ずしも柱状でなくてもよい。

１１…磁気作業物質
１２…通過孔
１３…樹脂部
Ｓ…主面
１０，２０…磁気冷凍機用磁気作業物質構造体
１００…磁気冷凍機

Claims (3)

1. 磁気作業物質を有する磁気冷凍機用磁気作業物質構造体において、
   前記磁気作業物質を内包するとともに、前記熱交換媒体を通過させる通過孔を有する樹脂部を有し、
   前記磁気作業物質は前記通過孔を形成する内壁面よりも内側に配置されている、磁気冷凍機用磁気作業物質構造体。
2. 前記磁気作業物質が板状であり、前記通過孔の延在方向に沿って延在している、請求項１に記載の磁気冷凍機用磁気作業物質構造体。
3. 前記磁気作業物質のうち最も面積の大きい面である主面が、前記磁気作業物質に最も近い位置に配置された前記通過孔に対向している請求項２に記載の磁気冷凍機用磁気作業物質構造体。

Images