JP2017009165A - Heat exchanger and magnetic heat pump device - Google Patents

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正裕 近藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat exchanger capable of improving heat exchange efficiency.SOLUTION: An MCM heat exchanger 10 used in a magnetic heat pump device includes a plurality of plate materials 11 constituted by a magnetocaloric effect material, and a container 12 storing the plate materials 11, and the container 12 has a first opening 131 through which a liquid medium flows into the container 12 or flows out of the container 12, and a second opening 141 through which the liquid medium flows out of the container 12 or flows into the container 12. An extension direction of the plate materials 11 is substantially parallel to a first direction CL from the first opening 131 to the second opening 141, and the plate materials 11 are arranged at an interval from one another in a second direction substantially orthogonal to the first direction CL. A pitch of the plate materials 11 is narrowest at a portion closest to a virtual straight line VL which connects the first opening 131 and the second opening 141.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、磁気熱量効果を利用した磁気ヒートポンプ装置に用いられる熱交換器、及び、その熱交換器を備えた磁気ヒートポンプ装置に関するものである。   The present invention relates to a heat exchanger used in a magnetic heat pump apparatus using a magnetocaloric effect, and a magnetic heat pump apparatus including the heat exchanger.

略球状の粒子である磁気冷凍用磁性材料が充填された熱交換機を備えた磁気冷凍デバイスが知られている(例えば、特許文献1(段落[0038]〜[0039]、図2)参照)。この熱交換器は、配管を介して低温側熱交換部に接続された一方の開口と、別の配管を介して高温側熱交換部に接続された他方の開口と、を有している。   A magnetic refrigeration device including a heat exchanger filled with magnetic material for magnetic refrigeration that is substantially spherical particles is known (see, for example, Patent Document 1 (paragraphs [0038] to [0039], FIG. 2)). This heat exchanger has one opening connected to the low temperature side heat exchange part via piping and the other opening connected to the high temperature side heat exchange part via another pipe.

特開2010−77484号公報JP 2010-77484 A

上記の熱交換器の断面積は、それぞれの開口の断面積と比較して相対的に大きなっている。このため、開口の中心軸から離れるに従って液体冷媒の流速が遅くなり、液体冷媒が熱交換器の内部を均一に流れず、熱交換効率が低下してしまう、という問題がある。   The cross-sectional area of the heat exchanger is relatively large compared to the cross-sectional area of each opening. For this reason, there is a problem that the flow rate of the liquid refrigerant decreases as the distance from the central axis of the opening increases, and the liquid refrigerant does not flow uniformly inside the heat exchanger, resulting in a decrease in heat exchange efficiency.

本発明が解決しようとする課題は、熱交換効率の向上を図ることが可能な熱交換器、及び、それを備えた磁気ヒートポンプ装置を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide a heat exchanger capable of improving the heat exchange efficiency and a magnetic heat pump apparatus including the heat exchanger.

[1]本発明に係る熱交換器は、磁気ヒートポンプ装置に用いられる熱交換器であって、磁気熱量効果材料から構成される複数の板材と、複数の前記板材を収容する容器と、を備えており、前記容器は、流体が前記容器に流入し又は前記容器から流出する第1の開口と、前記流体が前記容器から流出し又は前記容器に流入する第2の開口と、を有し、複数の前記板材の延在方向は、前記第1の開口から前記第2の開口に向かう第1の方向に対して実質的に平行であり、複数の前記板材は、前記第1の方向に対して実質的に直交する第2の方向において、相互に間隔を空けて配置されており、前記板材のピッチは、前記第1の開口と前記第2の開口とを結ぶ仮想直線の最も近くで、最も狭くなっている熱交換器である。   [1] A heat exchanger according to the present invention is a heat exchanger used in a magnetic heat pump device, and includes a plurality of plate members made of a magnetocaloric effect material, and a container that stores the plurality of plate members. The container has a first opening through which fluid flows into or out of the container, and a second opening through which the fluid flows out of or into the container; The extending direction of the plurality of plate members is substantially parallel to the first direction from the first opening toward the second opening, and the plurality of plate members are in the first direction. In a second direction substantially orthogonal to each other, and the pitch of the plate members is closest to an imaginary straight line connecting the first opening and the second opening, The narrowest heat exchanger.

[2]上記発明において、前記板材のピッチは、前記仮想直線から離れるに従って漸次的又は段階的に広がっていてもよい。   [2] In the above invention, the pitch of the plate material may gradually or stepwise increase as the distance from the virtual straight line increases.

[3]上記発明において、前記第1の開口は、前記第1の方向において、前記第2の開口の少なくとも一部と重複していてもよい。   [3] In the above invention, the first opening may overlap at least a part of the second opening in the first direction.

[4]上記発明において、前記容器は、前記第1の開口が形成された第1の壁と、前記第2の開口が形成された第2の壁と、を有しており、前記第1の開口は、前記第1の壁の実質的に中央に設けられており、前記第2の開口も、前記第2の壁の実質的に中央に設けられていてもよい。   [4] In the above invention, the container includes a first wall in which the first opening is formed, and a second wall in which the second opening is formed, and the first wall The opening may be provided substantially at the center of the first wall, and the second opening may be provided substantially at the center of the second wall.

[5]本発明に係る磁気ヒートポンプ装置は、上記の少なくとも一つの熱交換器と、前記磁気熱量効果材料に磁場を印加すると共に、前記磁場の大きさを変更する磁場変更手段と、配管を介して前記容器にそれぞれ接続された第1及び第2の外部熱交換器と、前記磁場変更手段の動作に連動して前記容器から前記第1又は前記第2の外部熱交換器に前記流体を供給する流体供給手段と、を備えた磁気ヒートポンプ装置である。   [5] A magnetic heat pump device according to the present invention includes at least one heat exchanger, a magnetic field changing means for applying a magnetic field to the magnetocaloric effect material and changing the magnitude of the magnetic field, and a pipe. The first and second external heat exchangers respectively connected to the container and the fluid is supplied from the container to the first or second external heat exchanger in conjunction with the operation of the magnetic field changing means. And a fluid heat supply device.

本発明によれば、板材のピッチが仮想直線の最も近くで最も狭くなっている。これにより、容器内での流体の流速の均一化が図られるので、熱交換器の熱交換効率の向上を図ることができる。   According to the present invention, the pitch of the plate material is narrowest closest to the virtual straight line. Thereby, since the flow velocity of the fluid in the container is made uniform, the heat exchange efficiency of the heat exchanger can be improved.

図1は、本発明の実施形態における磁気ヒートポンプ装置の全体構成を示す図であり、ピストンが第1の位置にある状態を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a magnetic heat pump device according to an embodiment of the present invention, and shows a state where a piston is in a first position. 図2は、本発明の実施形態における磁気ヒートポンプ装置の全体構成を示す図であり、ピストンが第2の位置にある状態を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the overall configuration of the magnetic heat pump device according to the embodiment of the present invention, and is a diagram illustrating a state where the piston is in the second position. 図3は、本発明の実施形態におけるMCM熱交換器の断面図であり、液体媒体の流通方向に沿って切断した図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the MCM heat exchanger according to the embodiment of the present invention, and is a view cut along the flow direction of the liquid medium. 図4は、図3のIV-IV線に沿った断面図である。4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 図5は、図3のV-V線に沿った断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG. 図6は、本発明の実施形態におけるMCM熱交換器の変形例を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a modification of the MCM heat exchanger in the embodiment of the present invention. 図7は、本発明の実施形態における板材の変形例を示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing a modification of the plate material in the embodiment of the present invention.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1及び図2は本実施形態における磁気ヒートポンプ装置の全体構成を示す図、図3〜図5は本実施形態におけるMCM熱交換器を示す図である。   1 and 2 are diagrams showing the overall configuration of the magnetic heat pump apparatus in the present embodiment, and FIGS. 3 to 5 are views showing an MCM heat exchanger in the present embodiment.

本実施形態における磁気ヒートポンプ装置1は、磁気熱量効果(Magnetocaloric effect)を利用したヒートポンプ装置であり、図1及び図2に示すように、第1及び第2のMCM熱交換器10,20と、ピストン30と、永久磁石40と、低温側熱交換器50と、高温側熱交換器60と、ポンプ70と、配管81〜84と、切替弁90と、を備えている。   The magnetic heat pump device 1 in the present embodiment is a heat pump device using a magnetocaloric effect, and as shown in FIGS. 1 and 2, first and second MCM heat exchangers 10 and 20, The piston 30, the permanent magnet 40, the low temperature side heat exchanger 50, the high temperature side heat exchanger 60, the pump 70, the pipes 81 to 84, and the switching valve 90 are provided.

本実施形態における第1及び第2のMCM熱交換器10,20が本発明における熱交換器の一例に相当し、本実施形態におけるピストン30及び永久磁石40が本発明における磁気変更手段の一例に相当し、低温側熱交換器50及び高温側熱交換器60が本発明における第1及び第2の外部熱交換器の一例に相当し、本実施形態における配管81〜84が本発明における配管の一例に相当し、本実施形態におけるポンプ70及び切替弁90が本発明における流体供給手段の一例に相当する。   The first and second MCM heat exchangers 10 and 20 in the present embodiment correspond to an example of a heat exchanger in the present invention, and the piston 30 and the permanent magnet 40 in the present embodiment serve as an example of a magnetic changing unit in the present invention. The low temperature side heat exchanger 50 and the high temperature side heat exchanger 60 correspond to an example of the first and second external heat exchangers in the present invention, and the pipes 81 to 84 in the present embodiment are the pipes in the present invention. It corresponds to an example, and the pump 70 and the switching valve 90 in the present embodiment correspond to an example of the fluid supply means in the present invention.

第1のMCM熱交換器10は、図3〜図5に示すように、複数の板材11と、当該板材11を収容する容器12と、を備えている。なお、第1のMCM熱交換器10と、第2のMCM熱交換器20の構造は同一であるので、以下に第1のMCM熱交換器10の構成について詳細に説明し、第2のMCM熱交換器20の構成については説明を省略する。   As shown in FIGS. 3 to 5, the first MCM heat exchanger 10 includes a plurality of plate members 11 and a container 12 that houses the plate members 11. In addition, since the structure of the 1st MCM heat exchanger 10 and the 2nd MCM heat exchanger 20 is the same, the structure of the 1st MCM heat exchanger 10 is demonstrated in detail below, and 2nd MCM heat exchanger 10 is demonstrated. Description of the configuration of the heat exchanger 20 is omitted.

それぞれの板材11は、磁気熱量効果を有する磁気熱量効果材料(MCM:Magnetocaloric Effect Material)を塑性加工等により板状に形成した部材から構成されている。このMCMから構成される板材11に磁場を印加すると、電子スピンが揃うことで磁気エントロピーが減少し、当該板材11は発熱して温度が上昇する。一方、板材11から磁場を除去すると、電子スピンが乱雑となり磁気エントロピーが増加し、当該板材11は吸熱して温度が低下する。なお、本実施形態における板状形状には、0.1mm程度の厚さの箔材も含む。   Each plate member 11 is composed of a member obtained by forming a magnetocaloric effect material (MCM) having a magnetocaloric effect into a plate shape by plastic working or the like. When a magnetic field is applied to the plate material 11 composed of this MCM, the magnetic entropy is reduced by aligning the electron spin, and the plate material 11 generates heat and the temperature rises. On the other hand, when the magnetic field is removed from the plate material 11, the electron spin becomes messy and the magnetic entropy increases, and the plate material 11 absorbs heat and the temperature decreases. Note that the plate-like shape in the present embodiment includes a foil material having a thickness of about 0.1 mm.

この板材11を構成するMCMは、磁性体であれば特に限定されないが、例えば、10℃〜30℃程度の常温域にキュリー温度(キュリー点)を有し、常温域で高い磁気熱量効果を発揮する磁性体であることが好ましい。こうしたMCMの具体例としては、例えば、ガドリニウム(Gd)、ガドリニウム合金、ランタン−鉄−シリコン(La−Fe−Si)系化合物等を例示することができる。   The MCM constituting the plate material 11 is not particularly limited as long as it is a magnetic material. For example, the MCM has a Curie temperature (Curie point) in a room temperature range of about 10 ° C. to 30 ° C. and exhibits a high magnetocaloric effect in the room temperature range. It is preferable that it is a magnetic body. Specific examples of such MCMs include gadolinium (Gd), gadolinium alloys, lanthanum-iron-silicon (La-Fe-Si) compounds, and the like.

複数の板材11は、図3〜図5に示すように、第1のMCM熱交換器10の容器12に収容されている。この容器12は、前壁13、後壁14、第1の側壁15、及び、第2の側壁16を持つ箱状形状を有している。複数の板材11は、第1及び第2の側壁15,16に支持された状態で、容器12の内部空間121に収容されている。   The several board | plate material 11 is accommodated in the container 12 of the 1st MCM heat exchanger 10, as shown in FIGS. The container 12 has a box shape having a front wall 13, a rear wall 14, a first side wall 15, and a second side wall 16. The plurality of plate members 11 are accommodated in the internal space 121 of the container 12 while being supported by the first and second side walls 15 and 16.

なお、本実施形態では、容器12が矩形の断面形状を有しているが、特にこれに限定されず、例えば、容器15が円形の断面形状を有していてもよい。本実施形態における前壁13が本発明における第1の壁の一例に相当し、本実施形態における後壁14が本発明における第2の壁の一例に相当する。   In the present embodiment, the container 12 has a rectangular cross-sectional shape. However, the present invention is not particularly limited thereto, and for example, the container 15 may have a circular cross-sectional shape. The front wall 13 in the present embodiment corresponds to an example of the first wall in the present invention, and the rear wall 14 in the present embodiment corresponds to an example of the second wall in the present invention.

容器12の前壁13には、第1の開口131が形成されている。この第1の開口131は、容器12内における液体媒体の流通方向CL(すなわち、第1の開口131から第2の開口141に向かう方向。図中のX方向)に沿って前壁13を貫通しており、当該前壁13の実質的に中央に配置されている。図1に示すように、この第1の開口131は、第1の低温側配管81を介して、低温側熱交換器50に連通している。   A first opening 131 is formed in the front wall 13 of the container 12. The first opening 131 penetrates the front wall 13 along the flow direction CL of the liquid medium in the container 12 (that is, the direction from the first opening 131 toward the second opening 141, the X direction in the figure). The front wall 13 is disposed substantially at the center. As shown in FIG. 1, the first opening 131 communicates with the low temperature side heat exchanger 50 via the first low temperature side pipe 81.

容器12の後壁14にも、第2の開口141が形成されている。この第2の開口141は、上述の流通方向CLに沿って後壁14を貫通しており、当該後壁14の実質的に中央に配置されている。図2に示すように、この第2の開口141は、第1の高温側配管83を介して、高温側熱交換器60に連通している。   A second opening 141 is also formed in the rear wall 14 of the container 12. The second opening 141 passes through the rear wall 14 along the above-described flow direction CL, and is disposed substantially at the center of the rear wall 14. As shown in FIG. 2, the second opening 141 communicates with the high temperature side heat exchanger 60 via the first high temperature side pipe 83.

本実施形態では、上述の流通方向CLに沿って見た場合に、第1の開口131の全体が、第2の開口141の全体と重複している。なお、流通方向CLに沿って見た場合の第1の開口と第2の開口の位置関係は、第1の開口と第2の開口が部分的に重複していれば、特にこれに限定されない。   In the present embodiment, the entire first opening 131 overlaps the entire second opening 141 when viewed along the above-described distribution direction CL. The positional relationship between the first opening and the second opening when viewed along the distribution direction CL is not particularly limited as long as the first opening and the second opening partially overlap. .

第1の側壁15と第2の側壁16はいずれも、流通方向CLに対して実質的に平行に延在する側壁である。この第1及び第2の側壁15,16は、前壁13と後壁14の間に介在していると共に、相互に対向している。   Both the first side wall 15 and the second side wall 16 are side walls extending substantially parallel to the flow direction CL. The first and second side walls 15 and 16 are interposed between the front wall 13 and the rear wall 14 and face each other.

第1の側壁15の内側面には、複数の第1の溝151が形成されている。それぞれの第1の溝151は、流通方向RLに沿って延在する直線状の溝である。複数の第1の溝151は、流通方向CLに対して実質的に直交する方向(図中のZ方向)において、相互に間隔を空けて配置されている。本実施形態では、相互に隣り合う第1の溝151同士のピッチは、第1の開口131と第2の開口141を結ぶ仮想直線VLの最も近くで最も狭くなっているのに対し、仮想直線VLから最も遠くで最も広くなっている。   A plurality of first grooves 151 are formed on the inner side surface of the first side wall 15. Each first groove 151 is a linear groove extending along the flow direction RL. The plurality of first grooves 151 are arranged with a space therebetween in a direction substantially perpendicular to the flow direction CL (Z direction in the drawing). In the present embodiment, the pitch between the first grooves 151 adjacent to each other is the narrowest closest to the virtual straight line VL connecting the first opening 131 and the second opening 141, whereas the virtual straight line It is the farthest and widest from the VL.

第2の側壁16の内側面にも、複数の第2の溝161が形成されている。それぞれの第2の溝161は、流通方向RLに沿って延在する直線状の溝である。複数の第2の溝161は、当該流通方向CLに対して実質的に直交する方向(図中のZ方向)において、相互に間隔を空けて配置されている。本実施形態では、相互に隣り合う第2の溝161同士のピッチは、仮想直線VLの最も近くで最も狭くなっているのに対し、仮想直線VLから最も遠くで最も広くなっている。   A plurality of second grooves 161 are also formed on the inner surface of the second side wall 16. Each second groove 161 is a linear groove extending along the flow direction RL. The plurality of second grooves 161 are arranged at intervals from each other in a direction (Z direction in the drawing) substantially orthogonal to the flow direction CL. In the present embodiment, the pitch between the second grooves 161 adjacent to each other is the narrowest closest to the virtual straight line VL, but is the widest farthest from the virtual straight line VL.

それぞれの板材11は、当該板材11の平面方向(図中のXY平面方向)が流通方向CLに対して実質的に平行となるように、容器12の内部空間121に収容されている。そして、板材11の一方の側端部が第1の溝151に挿入されていると共に、当該板材11の他方の側端部が第2の溝161に挿入されることで、板材11が容器12の側壁15,16の内側面によりそれぞれ支持されている。   Each plate member 11 is accommodated in the internal space 121 of the container 12 so that the plane direction (XY plane direction in the drawing) of the plate member 11 is substantially parallel to the flow direction CL. And while the one side edge part of the board | plate material 11 is inserted in the 1st groove | channel 151, and the other side edge part of the said board | plate material 11 is inserted in the 2nd groove | channel 161, the board | plate material 11 is container 12 Are supported by the inner surfaces of the side walls 15 and 16, respectively.

この際、上述のように、第1の溝151は相互に間隔を空けて配置されていると共に、第2の溝161も相互に間隔を空けて配置されている。このため、複数の板材11が容器12に支持された状態において、相互に隣り合う板材11同士の間に間隙17が形成されている。   At this time, as described above, the first grooves 151 are spaced apart from each other, and the second grooves 161 are also spaced apart from each other. For this reason, in the state where the plurality of plate members 11 are supported by the container 12, a gap 17 is formed between the plate members 11 adjacent to each other.

また、本実施形態では、相互に隣り合う第1の溝151同士のピッチが仮想直線VLから離れるに従って漸次的に広くなっていると共に、相互に隣り合う第2の溝161同士のピッチも仮想直線VLから離れるに従って漸次的に広くなっている。このため、複数の板材11同士のピッチは、仮想直線VLの最も近くで最も狭くなっているのに対し(図中のピッチPmin)、仮想直線VLの最も遠くで最も広くなっている(図中のピッチPmax)。 In the present embodiment, the pitch between the first grooves 151 adjacent to each other gradually increases as the distance from the virtual straight line VL increases, and the pitch between the second grooves 161 adjacent to each other also increases. It gradually widens away from VL. For this reason, the pitch between the plurality of plate members 11 is the narrowest closest to the virtual straight line VL (pitch P min in the figure), but is the widest farthest from the virtual straight line VL (see FIG. Middle pitch P max ).

このように、本実施形態では、板材11のピッチが仮想直線VLから離れるに従って漸次的に広がっている。このため、容器12の内部空間121における仮想直線VLに近い位置では、液体媒体の圧力損失が大きくなり当該液体媒体の流速が低下する。これに対し、容器12の内部空間121における仮想直線VLから離れた位置では、液体媒体の圧力損失が小さくなり当該液体媒体の流速が上昇する。これにより、容器12内での液体媒体の流速の均一化が図られるので、第1のMCM熱交換器10の熱交換効率が向上する。   Thus, in the present embodiment, the pitch of the plate material 11 gradually increases as the distance from the virtual straight line VL increases. For this reason, at a position close to the virtual straight line VL in the internal space 121 of the container 12, the pressure loss of the liquid medium increases and the flow speed of the liquid medium decreases. On the other hand, at a position away from the virtual straight line VL in the internal space 121 of the container 12, the pressure loss of the liquid medium is reduced and the flow speed of the liquid medium is increased. Thereby, since the flow velocity of the liquid medium in the container 12 is made uniform, the heat exchange efficiency of the first MCM heat exchanger 10 is improved.

なお、本例において、「容器12の内部空間121における仮想直線VLに近い位置」とは、仮想直線VLを中心とした径方向(図中のZ方向)において、内部空間121内での仮想直線VLに近い位置を意味する。また、「容器12の内部空間121における仮想直線VLから離れた位置」とは、仮想直線VLを中心とした径方向(図中のZ方向)において、内部空間121内での仮想直線VLから離れた位置を意味する。   In this example, the “position close to the virtual straight line VL in the internal space 121 of the container 12” means a virtual straight line in the internal space 121 in the radial direction (Z direction in the drawing) centered on the virtual straight line VL. It means a position close to VL. Further, “a position away from the virtual straight line VL in the internal space 121 of the container 12” means that it is separated from the virtual straight line VL in the internal space 121 in the radial direction (Z direction in the drawing) centered on the virtual straight line VL. Means the position.

図6は本実施形態におけるMCM熱交換器の変形例を示す断面図である。   FIG. 6 is a cross-sectional view showing a modification of the MCM heat exchanger in the present embodiment.

なお、図6に示すように、相互に隣り合う板材11同士のピッチが、仮想直線VLから離れるに従って段階的に広がってもよい。この変形例の場合にも、容器12内での液体媒体の流速の均一化が図られるので、第1のMCM熱交換器10の熱交換効率が向上する。   In addition, as shown in FIG. 6, the pitch between the plate members 11 adjacent to each other may gradually increase as the distance from the virtual straight line VL increases. Also in the case of this modified example, since the flow rate of the liquid medium in the container 12 is made uniform, the heat exchange efficiency of the first MCM heat exchanger 10 is improved.

図7は本実施形態における板材の変形例を示す図である。   FIG. 7 is a view showing a modification of the plate material in the present embodiment.

また、板材11の形状も上記の形状に特に限定されない。例えば、図7に示すように、板材11Bが、折り曲げ部111で二つ折にされた形状を有してもよい。この場合には、折り曲げ部111が第1の溝151に挿入されると共に、板材11Bにおいて折り曲げ部111とは反対側の側端部が第2の溝161に挿入されることで、それぞれの板材11Bが容器12の側壁15,16に支持される。   Further, the shape of the plate member 11 is not particularly limited to the above shape. For example, as shown in FIG. 7, the plate material 11 </ b> B may have a shape folded in two at the bent portion 111. In this case, the bent portion 111 is inserted into the first groove 151, and the side end of the plate member 11 </ b> B opposite to the bent portion 111 is inserted into the second groove 161. 11B is supported on the side walls 15 and 16 of the container 12.

図2に示すように、第2のMCM熱交換器20の容器22も、第1のMCM熱交換器10の容器12と同様に、前壁、後壁、及び、一対の側壁を持つ箱型形状を有しており、その内部に複数の板材21が収容されている。なお、この第2のMCM熱交換器20の板材21も、第1のMCM熱交換器10の板材11と同じ構成を有している。   As shown in FIG. 2, the container 22 of the second MCM heat exchanger 20 is also a box type having a front wall, a rear wall, and a pair of side walls, like the container 12 of the first MCM heat exchanger 10. It has a shape, and a plurality of plate members 21 are accommodated therein. The plate member 21 of the second MCM heat exchanger 20 has the same configuration as the plate member 11 of the first MCM heat exchanger 10.

容器22の前壁には第1の開口231が形成されており、当該第1の開口231は、第2の低温側配管82を介して、低温側熱交換器50に連通している。容器22の後壁にも第2の開口241が形成されており、当該第2の開口241は、第2の高温側配管84を介して、高温側熱交換器60に連通している。   A first opening 231 is formed in the front wall of the container 22, and the first opening 231 communicates with the low temperature side heat exchanger 50 via the second low temperature side pipe 82. A second opening 241 is also formed in the rear wall of the container 22, and the second opening 241 communicates with the high temperature side heat exchanger 60 via the second high temperature side pipe 84.

また、第1のMCM熱交換器10の容器12と同様に、容器22の一対の側壁の内側面には、相互に対向するように複数の溝が形成されており、複数の板材21が容器22の側壁によって支持されている。この際、本実施形態では、第1のMCM熱交換器10と同様に、溝のピッチが容器22の中心から離れるに従って漸次的に広がるように複数の溝が側壁の内側面に形成されているので、板材21のピッチも容器22の中心から離れるに従って漸次的に広がっている。   Similarly to the container 12 of the first MCM heat exchanger 10, a plurality of grooves are formed on the inner side surfaces of the pair of side walls of the container 22 so as to face each other. Supported by 22 side walls. At this time, in the present embodiment, like the first MCM heat exchanger 10, a plurality of grooves are formed on the inner surface of the side wall so that the pitch of the grooves gradually increases as the distance from the center of the container 22 increases. Therefore, the pitch of the plate material 21 gradually increases as the distance from the center of the container 22 increases.

例えば、本実施形態における磁気ヒートポンプ装置1を用いた空気調和装置を冷房として機能させる場合には、低温側熱交換器50と室内の空気との間で熱交換を行うことで室内を冷やすと共に、高温側熱交換器60と室外との間で熱交換を行うことで室外に放熱する。   For example, when the air conditioner using the magnetic heat pump device 1 in the present embodiment functions as cooling, the room is cooled by exchanging heat between the low temperature side heat exchanger 50 and the indoor air, The heat is radiated to the outside by performing heat exchange between the high temperature side heat exchanger 60 and the outside.

これに対し、当該空気調和装置を暖房として機能させる場合には、高温側熱交換器60と室内の空気との間で熱交換を行うことで室内を暖めると共に、低温側熱交換器50と室外の空気との間で熱交換を行うことで室外から吸熱する。   On the other hand, when the air conditioner functions as heating, the room is warmed by exchanging heat between the high temperature side heat exchanger 60 and the indoor air, and the low temperature side heat exchanger 50 and the outdoor side. Heat is absorbed from outside by exchanging heat with other air.

以上のように、2つの低温側配管81,82と2つの高温側配管83,84によって、4つの熱交換器10,20,50,60を含む循環路が形成されており、ポンプ70によって当該循環路内に液体媒体が圧送される。液体媒体の具体例としては、例えば、水、不凍液、エタノール溶液、または、これらの混合物等の液体を例示することができる。本実施形態における液体媒体が、本発明における流体の一例に相当する。   As described above, a circulation path including the four heat exchangers 10, 20, 50, 60 is formed by the two low temperature side pipes 81, 82 and the two high temperature side pipes 83, 84. A liquid medium is pumped into the circulation path. Specific examples of the liquid medium include liquids such as water, antifreeze, ethanol solution, or a mixture thereof. The liquid medium in the present embodiment corresponds to an example of a fluid in the present invention.

2つのMCM熱交換器10,20は、ピストン30の内部に収容されている。このピストン30は、アクチュエータ35によって、一対の永久磁石40の間を往復移動することが可能となっている。具体的には、このピストン30は、図1に示すような「第1の位置」と、図2に示すような「第2の位置」との間を往復移動することが可能となっている。なお、アクチュエータ35の一例としては、例えば、ボールねじ機構を備えたモータやエアシリンダ等を例示することができる。   The two MCM heat exchangers 10 and 20 are accommodated inside the piston 30. The piston 30 can reciprocate between the pair of permanent magnets 40 by an actuator 35. Specifically, the piston 30 can reciprocate between a “first position” as shown in FIG. 1 and a “second position” as shown in FIG. . As an example of the actuator 35, for example, a motor or an air cylinder provided with a ball screw mechanism can be exemplified.

ここで、「第1の位置」は、第1のMCM熱交換器10が永久磁石40の間に介在せず、第2のMCM熱交換器20が永久磁石40の間に介在するようなピストン30の位置である。これに対し、「第2の位置」は、第1のMCM熱交換器10が永久磁石40の間に介在し、第2のMCM熱交換器20が永久磁石40の間に介在しないようなピストン30の位置である。   Here, the “first position” refers to a piston in which the first MCM heat exchanger 10 is not interposed between the permanent magnets 40 and the second MCM heat exchanger 20 is interposed between the permanent magnets 40. 30 positions. On the other hand, the “second position” is a piston in which the first MCM heat exchanger 10 is interposed between the permanent magnets 40 and the second MCM heat exchanger 20 is not interposed between the permanent magnets 40. 30 positions.

なお、第1及び第2のMCM熱交換器10,20に代えて、永久磁石40をアクチュエータ35により往復移動させてもよい。或いは、永久磁石40に代えて、コイルを有する電磁石を用いてもよく、この場合には、MCM熱交換器10,20又は磁石を移動させる機構が不要となる。また、コイルを有する電磁石を用いる場合には、MCM熱交換器10,20の板材11,21に対する磁場の印加/除去に代えて、板材11,21に印加した磁場の大きさを変更するようにしてもよい。   Note that the permanent magnet 40 may be reciprocated by the actuator 35 instead of the first and second MCM heat exchangers 10 and 20. Alternatively, an electromagnet having a coil may be used in place of the permanent magnet 40. In this case, a mechanism for moving the MCM heat exchangers 10, 20 or the magnet becomes unnecessary. In addition, when an electromagnet having a coil is used, the magnitude of the magnetic field applied to the plates 11 and 21 is changed instead of applying / removing the magnetic field to the plates 11 and 21 of the MCM heat exchangers 10 and 20. May be.

切替弁90は、第1の高温側配管83と第2の高温側配管84に設けられている。この切替弁90は、上述のピストン30の動作に連動して、ポンプ70による液体媒体の供給先を、第1のMCM熱交換器10、又は、第2のMCM熱交換器20に切り替えると共に、高温側熱交換器60の接続先を、第2のMCM熱交換器20、又は、第1のMCM熱交換器10に切り替えることが可能となっている。   The switching valve 90 is provided in the first high temperature side pipe 83 and the second high temperature side pipe 84. The switching valve 90 switches the liquid medium supply destination by the pump 70 to the first MCM heat exchanger 10 or the second MCM heat exchanger 20 in conjunction with the operation of the piston 30 described above, The connection destination of the high temperature side heat exchanger 60 can be switched to the second MCM heat exchanger 20 or the first MCM heat exchanger 10.

次に、本実施形態における磁気ヒートポンプ装置1の動作について、図1及び図2を参照しながら説明する。   Next, operation | movement of the magnetic heat pump apparatus 1 in this embodiment is demonstrated, referring FIG.1 and FIG.2.

先ず、ピストン30を図1に示す「第1の位置」に移動させると、第1のMCM熱交換器10の板材11が消磁されて温度が低下する一方で、第2のMCM熱交換器20の板材21が着磁されて温度が上昇する。   First, when the piston 30 is moved to the “first position” shown in FIG. 1, the plate material 11 of the first MCM heat exchanger 10 is demagnetized to lower the temperature, while the second MCM heat exchanger 20. The plate material 21 is magnetized and the temperature rises.

これと同時に、切替弁90によって、ポンプ70→第1の高温側配管83→第1のMCM熱交換器10→第1の低温側配管81→低温側熱交換器50→第2の低温側配管82→第2のMCM熱交換器20→第2の高温側配管84→高温側熱交換器60→ポンプ70からなる第1の経路が形成される。   At the same time, the switching valve 90 causes the pump 70 → the first high temperature side pipe 83 → the first MCM heat exchanger 10 → the first low temperature side pipe 81 → the low temperature side heat exchanger 50 → the second low temperature side pipe. A first path consisting of 82 → second MCM heat exchanger 20 → second high temperature side pipe 84 → high temperature side heat exchanger 60 → pump 70 is formed.

このため、消磁によって温度が低下した第1のMCM熱交換器10の板材11によって液体媒体が冷却され、当該液体媒体が低温側熱交換器50に供給されて、当該低温側熱交換器50が冷却される。   For this reason, the liquid medium is cooled by the plate material 11 of the first MCM heat exchanger 10 whose temperature has decreased due to demagnetization, the liquid medium is supplied to the low temperature side heat exchanger 50, and the low temperature side heat exchanger 50 is To be cooled.

この際、第1のMCM熱交換器10の内部において、板材11の間に形成された間隙17を液体媒体が通過して板材11と接触することで、当該液体媒体が板材11によって冷却される。また、本実施形態では、相互に隣り合う板材11同士のピッチが、仮想直線VLから離れるに従って漸次的に広がっているので、容器12内での液体媒体の流速の均一化が図られている。   At this time, the liquid medium passes through the gap 17 formed between the plate members 11 and contacts the plate member 11 inside the first MCM heat exchanger 10, so that the liquid medium is cooled by the plate member 11. . In the present embodiment, the pitch between the plate members 11 adjacent to each other gradually increases as the distance from the virtual straight line VL increases, so that the flow velocity of the liquid medium in the container 12 is made uniform.

一方、着磁されて温度が上昇した第2のMCM熱交換器20の板材21によって液体媒体が加熱され、当該液体媒体は高温側熱交換器60に供給されて、当該高温側熱交換器60が加熱される。   On the other hand, the liquid medium is heated by the plate material 21 of the second MCM heat exchanger 20 that has been magnetized and the temperature has risen, and the liquid medium is supplied to the high temperature side heat exchanger 60, and the high temperature side heat exchanger 60. Is heated.

この際、第2のMCM熱交換器20の内部において、板材21の間に形成された間隙を液体媒体が通過して板材21と接触することで、当該液体媒体が板材21によって加熱される。また、本実施形態では、相互に隣り合う板材21同士のピッチが、容器22の中心から離れるに従って漸次的に広がっているので、容器22内での液体媒体の流速の均一化が図られている。   At this time, inside the second MCM heat exchanger 20, the liquid medium passes through the gap formed between the plate materials 21 and comes into contact with the plate material 21, so that the liquid medium is heated by the plate material 21. In the present embodiment, the pitch between the plate members 21 adjacent to each other gradually increases as the distance from the center of the container 22 increases, so that the flow velocity of the liquid medium in the container 22 is made uniform. .

次いで、ピストン30を図2に示す「第2の位置」に移動させると、第1のMCM熱交換器10の板材11が着磁されて温度が上昇する一方で、第2のMCM熱交換器20の板材21が消磁されて温度が低下する。   Next, when the piston 30 is moved to the “second position” shown in FIG. 2, the plate material 11 of the first MCM heat exchanger 10 is magnetized and the temperature rises, while the second MCM heat exchanger The 20 plate materials 21 are demagnetized and the temperature is lowered.

これと同時に、切替弁90によって、ポンプ70→第2の高温側配管84→第2のMCM熱交換器20→第2の低温側配管82→低温側熱交換器50→第1の低温側配管81→第1のMCM熱交換器10→第1の高温側配管83→高温側熱交換器60→ポンプ70からなる第2の経路が形成される。   At the same time, the switching valve 90 causes the pump 70 → second high temperature side pipe 84 → second MCM heat exchanger 20 → second low temperature side pipe 82 → low temperature side heat exchanger 50 → first low temperature side pipe. A second path consisting of 81 → first MCM heat exchanger 10 → first high temperature side pipe 83 → high temperature side heat exchanger 60 → pump 70 is formed.

このため、消磁によって温度が低下した第2のMCM熱交換器20の板材21によって液体媒体が冷却され、当該液体媒体が低温側熱交換器50に供給されて、当該低温側熱交換器50が冷却される。   For this reason, the liquid medium is cooled by the plate material 21 of the second MCM heat exchanger 20 whose temperature has decreased due to demagnetization, the liquid medium is supplied to the low temperature side heat exchanger 50, and the low temperature side heat exchanger 50 is To be cooled.

この際、第2のMCM熱交換器20の内部において、板材21の間に形成された間隙を液体媒体が通過して板材21と接触することで、当該液体媒体が板材21によって冷却される。また、本実施形態では、相互に隣り合う板材21同士のピッチが、容器22の中心から離れるに従って漸次的に広がっているので、容器22内での液体媒体の流速の均一化が図られている。   At this time, in the second MCM heat exchanger 20, the liquid medium passes through a gap formed between the plate materials 21 and comes into contact with the plate material 21, whereby the liquid medium is cooled by the plate material 21. In the present embodiment, the pitch between the plate members 21 adjacent to each other gradually increases as the distance from the center of the container 22 increases, so that the flow velocity of the liquid medium in the container 22 is made uniform. .

一方、着磁されて温度が上昇した第1のMCM熱交換器10の板材11によって液体媒体が加熱され、当該液体媒体は高温側熱交換器60に供給されて、当該高温側熱交換機60が加熱される。   On the other hand, the liquid medium is heated by the plate material 11 of the first MCM heat exchanger 10 that has been magnetized and the temperature is increased, and the liquid medium is supplied to the high temperature side heat exchanger 60, and the high temperature side heat exchanger 60 is Heated.

この際、第1のMCM熱交換器10の内部において、板材11の間に形成された間隙17を液体媒体が通過して板材11と接触することで、当該液体媒体が板材11によって加熱される。また、本実施形態では、相互に隣り合う板材11同士のピッチが、仮想直線VLから離れるに従って漸次的に広がっているので、容器12内での液体媒体の流速の均一化が図られている。   At this time, in the first MCM heat exchanger 10, the liquid medium passes through the gap 17 formed between the plates 11 and comes into contact with the plates 11, so that the liquid medium is heated by the plates 11. . In the present embodiment, the pitch between the plate members 11 adjacent to each other gradually increases as the distance from the virtual straight line VL increases, so that the flow velocity of the liquid medium in the container 12 is made uniform.

そして、以上に説明したピストン30の「第1の位置」と「第2の位置」との間の往復移動を繰り返し、第1及び第2のMCM熱交換器10,20内の板材11,21に対する磁場の印加・除去を繰り返すことにより、低温側熱交換器50の冷却と、高温側熱交換器60の加熱とが継続される。   Then, the reciprocating movement between the “first position” and the “second position” of the piston 30 described above is repeated, and the plate members 11 and 21 in the first and second MCM heat exchangers 10 and 20 are repeated. By repeating the application / removal of the magnetic field, the cooling of the low temperature side heat exchanger 50 and the heating of the high temperature side heat exchanger 60 are continued.

以上のように、本実施形態では、第1のMCM熱交換器10において、複数の板材11同士のピッチが、仮想直線VLの最も近くで最も狭くなっている。このため、容器12内での液体媒体の流速の均一化が図られるので、第1のMCM熱交換器10の熱交換効率の向上を図ることができる。   As described above, in the present embodiment, in the first MCM heat exchanger 10, the pitch between the plurality of plate members 11 is the narrowest closest to the virtual straight line VL. For this reason, since the flow velocity of the liquid medium in the container 12 is made uniform, the heat exchange efficiency of the first MCM heat exchanger 10 can be improved.

また、第2のMCM熱交換器20においても、相互に隣り合う板材21同士のピッチが、仮想直線の最も近くで最も狭くなっている。このため、容器22内での液体媒体の流速の均一化が図られるので、第2のMCM熱交換器20の熱交換効率の向上を図ることができる。   In the second MCM heat exchanger 20 as well, the pitch between the adjacent plate members 21 is narrowest closest to the virtual straight line. For this reason, since the flow velocity of the liquid medium in the container 22 is made uniform, the heat exchange efficiency of the second MCM heat exchanger 20 can be improved.

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。   The embodiment described above is described for facilitating the understanding of the present invention, and is not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.

上述した磁気ヒートポンプ装置の構成は一例であり、本発明に係る熱交換器をAMR(Active Magnetic Refrigerataion)方式の他の磁気ヒートポンプ装置に適用してもよい。   The configuration of the magnetic heat pump device described above is an example, and the heat exchanger according to the present invention may be applied to other magnetic heat pump devices of an AMR (Active Magnetic Refrigerataion) system.

例えば、磁気ヒートポンプ装置が、一つのMCM熱交換器と、当該MCMに磁場を印加すると共に磁場の大きさを変更する磁場変更手段と、配管を介してMCM熱交換器にそれぞれ接続された第1及び第2の外部熱交換器と、磁場変更手段の動作に連動してMCM熱交換器から第1又は第2の外部熱交換器に流体を供給する流体供給手段と、を備えてもよい。   For example, the magnetic heat pump device includes a first MCM heat exchanger, a magnetic field changing unit that applies a magnetic field to the MCM and changes the magnitude of the magnetic field, and a first connected to the MCM heat exchanger via a pipe. And a second external heat exchanger and fluid supply means for supplying fluid from the MCM heat exchanger to the first or second external heat exchanger in conjunction with the operation of the magnetic field changing means.

また、上述の実施形態では、磁気ヒートポンプ装置を家庭用或いは自動車等の空気調和装置に適用した例について説明したが、特にこれに限定されない。例えば、用途に応じた適切なキュリー温度を有するMCMを選定することで、冷凍機のような極低温域での用途、或いは、ある程度高温域での用途に、本発明に係る磁気ヒートポンプ装置を適用してもよい。   Moreover, although the above-mentioned embodiment demonstrated the example which applied the magnetic heat pump apparatus to air conditioners, such as home use or a motor vehicle, it is not specifically limited to this. For example, by selecting an MCM having an appropriate Curie temperature according to the application, the magnetic heat pump device according to the present invention can be applied to an application in a cryogenic temperature region such as a refrigerator or an application in a certain high temperature region. May be.

1…磁気ヒートポンプ装置
10…第1のMCM熱交換器
11,11B…板材
111…折り曲げ部
12…容器
121…内部空間
13…前壁
131…第1の開口
14…後壁
141…第2の開口
15…第1の側壁
151…第1の溝
16…第2の側壁
161…第2の溝
17…間隙
20…第2のMCM熱交換器
21…板材
22…容器
221…内部空間
23…前壁
231…第1の開口
24…後壁
241…第2の開口
30…ピストン
35…アクチュエータ
40…永久磁石
50…低温側熱交換器
60…高温側熱交換器
70…ポンプ
81〜82…第1〜第2の低温側配管
83〜84…第3〜第4の高温側配管
90…切替弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Magnetic heat pump apparatus 10 ... 1st MCM heat exchanger 11, 11B ... Plate material 111 ... Bending part 12 ... Container 121 ... Internal space
13 ... Front wall
131 ... 1st opening
14 ... Back wall
141 ... second opening
15 ... 1st side wall
151: First groove
16 ... second side wall
161 ... second groove 17 ... gap 20 ... second MCM heat exchanger 21 ... plate material 22 ... container 221 ... internal space 23 ... front wall
231 ... 1st opening 24 ... Rear wall
241 ... Second opening 30 ... Piston 35 ... Actuator 40 ... Permanent magnet 50 ... Low temperature side heat exchanger 60 ... High temperature side heat exchanger 70 ... Pump 81-82 ... First to second low temperature side pipes 83-84 ... 3rd-4th high temperature side piping 90 ... Switching valve

Claims (5)

磁気ヒートポンプ装置に用いられる熱交換器であって、
磁気熱量効果材料から構成される複数の板材と、
複数の前記板材を収容する容器と、を備えており、
前記容器は、
流体が前記容器に流入し又は前記容器から流出する第1の開口と、
前記流体が前記容器から流出し又は前記容器に流入する第2の開口と、を有し、
複数の前記板材の延在方向は、前記第1の開口から前記第2の開口に向かう第1の方向に対して実質的に平行であり、
複数の前記板材は、前記第1の方向に対して実質的に直交する第2の方向において、相互に間隔を空けて配置されており、
前記板材のピッチは、前記第1の開口と前記第2の開口とを結ぶ仮想直線の最も近くで、最も狭くなっている熱交換器。
A heat exchanger used in a magnetic heat pump device,
A plurality of plates made of magnetocaloric effect material;
A container for accommodating a plurality of the plate members,
The container is
A first opening through which fluid flows into or out of the container;
A second opening through which the fluid flows out of or into the container;
The extending direction of the plurality of plate members is substantially parallel to a first direction from the first opening toward the second opening,
The plurality of plate members are disposed at a distance from each other in a second direction substantially orthogonal to the first direction,
The pitch of the said board | plate material is the heat exchanger which is the narrowest at the nearest of the virtual straight line which connects the said 1st opening and the said 2nd opening.
請求項1に記載の熱交換器であって、
前記板材のピッチは、前記仮想直線から離れるに従って漸次的又は段階的に広がっている熱交換器。
The heat exchanger according to claim 1,
The pitch of the said board | plate material is a heat exchanger which spreads gradually or in steps as it leaves | separates from the said virtual straight line.
請求項1又は2に記載の熱交換器であって、
前記第1の開口は、前記第1の方向において、前記第2の開口の少なくとも一部と重複している熱交換器。
The heat exchanger according to claim 1 or 2,
The heat exchanger in which the first opening overlaps at least a part of the second opening in the first direction.
請求項1〜3のいずれか一項に記載の熱交換器であって、
前記容器は、
前記第1の開口が形成された第1の壁と、
前記第2の開口が形成された第2の壁と、を有しており、
前記第1の開口は、前記第1の壁の実質的に中央に設けられており、
前記第2の開口も、前記第2の壁の実質的に中央に設けられている熱交換器。
It is a heat exchanger as described in any one of Claims 1-3,
The container is
A first wall in which the first opening is formed;
A second wall in which the second opening is formed,
The first opening is provided substantially in the center of the first wall;
The heat exchanger in which the second opening is also provided substantially at the center of the second wall.
請求項1〜4のいずれか一項に記載の少なくとも一つの熱交換器と、
前記磁気熱量効果材料に磁場を印加すると共に、前記磁場の大きさを変更する磁場変更手段と、
配管を介して前記容器にそれぞれ接続された第1及び第2の外部熱交換器と、
前記磁場変更手段の動作に連動して前記容器から前記第1又は前記第2の外部熱交換器に前記流体を供給する流体供給手段と、を備えた磁気ヒートポンプ装置。
At least one heat exchanger according to any one of claims 1 to 4;
A magnetic field changing means for applying a magnetic field to the magnetocaloric effect material and changing the magnitude of the magnetic field;
First and second external heat exchangers respectively connected to the vessel via piping;
And a fluid supply means for supplying the fluid from the container to the first or second external heat exchanger in conjunction with the operation of the magnetic field changing means.
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