JP2017096528A - Heat exchanger and magnetic heat pump device - Google Patents
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Abstract
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 device using a magnetocaloric effect, and a magnetic heat pump device including the heat exchanger.
磁気熱量効果を利用した磁気冷凍装置に用いられる熱交換器として、磁気作業物質がダクトに充填され、さらに、球状の磁気作業物質がダクトの内壁に固着されたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の熱交換器では、ダクトの内壁にディンプルが形成されており、このディンプルに球状の磁気作業物質が部分的に嵌合している。 As a heat exchanger used in a magnetic refrigeration apparatus using the magnetocaloric effect, a magnetic working substance is filled in a duct, and a spherical magnetic working substance is fixed to the inner wall of the duct (for example, Patent Document 1). In the heat exchanger described in Patent Document 1, dimples are formed on the inner wall of the duct, and a spherical magnetic working material is partially fitted into the dimples.
上記熱交換器では、球状の磁気作業物質の体積の半分がダクトの内壁に埋め込まれているので、球状の磁気作業物質の体積の半分しか熱交換に利用されず、熱交換効率を効果的に向上させることはできない。 In the above heat exchanger, since half of the volume of the spherical magnetic working material is embedded in the inner wall of the duct, only half of the volume of the spherical magnetic working material is used for heat exchange, effectively increasing the heat exchange efficiency. It cannot be improved.
本発明が解決しようとする課題は、熱交換効率を向上できる熱交換器及び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 and a magnetic heat pump device that can improve heat exchange efficiency.
[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、磁気熱量効果を発現する磁気熱量効果材料と、前記磁気熱量効果材料を収容する収容空間を有する容器とを備え、前記容器は、前記収容空間を画定する内壁面に形成された複数列の溝を備え、前記複数列の溝は、前記収容空間の延在方向に対して傾斜した方向に沿って延在している。 [1] A heat exchanger according to the present invention is a heat exchanger used in a magnetic heat pump device, and a container having a magnetocaloric effect material exhibiting a magnetocaloric effect and a housing space for housing the magnetocaloric effect material. The container includes a plurality of rows of grooves formed on an inner wall surface that defines the accommodation space, and the plurality of rows of grooves extend along a direction inclined with respect to the extending direction of the accommodation space. It is extended.
[2]上記発明において、前記磁気熱量効果材料は、線材であり、複数の前記線材から構成される集合体が前記収容空間に収容されており、前記複数の線材は、前記収容空間の延在方向に沿って延在していてもよい。 [2] In the above invention, the magnetocaloric effect material is a wire, an assembly composed of a plurality of the wires is accommodated in the accommodation space, and the plurality of wires extend the accommodation space. It may extend along the direction.
[3]本発明に係る磁気ヒートポンプ装置は、少なくとも一つの上記熱交換器と、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、配管を介して前記熱交換器の前記収容空間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熱交換器から前記第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る。 [3] A magnetic heat pump device according to the present invention includes at least one heat exchanger, a magnetic field changing unit that applies a magnetic field to the magnetocaloric effect material and changes the magnitude of the magnetic field, and the pipe through a pipe. First and second external heat exchangers respectively connected to the accommodation space of the heat exchanger, and the first or second external heat exchanger from the heat exchanger in conjunction with the operation of the magnetic field changing means Fluid supply means for supplying a fluid to the fluid.
本発明では、容器の収容空間を通過する流体のうち、容器の内壁面に沿って通過する流体の割合を低減することができる。これにより、熱交換器の熱交換効率を向上することができる。 In this invention, the ratio of the fluid which passes along the inner wall face of a container among the fluid which passes through the storage space of a container can be reduced. Thereby, the heat exchange efficiency of a heat exchanger can be improved.
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である。図3〜図5は本実施形態におけるMCM熱交換器を示す図、図6及び図7は本実施形態に係る容器を示す図である。 FIG.1 and FIG.2 is a figure which shows the whole structure of the magnetic heat pump apparatus in this embodiment. 3-5 is a figure which shows the MCM heat exchanger in this embodiment, FIG.6 and FIG.7 is a figure which shows the container which concerns on this 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
本実施形態における「磁気ヒートポンプ装置1」が本発明における「磁気ヒートポンプ装置」の一例に相当し、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「磁場変更手段」の一例に相当し、本実施形態における「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「ポンプ70」が本発明における「流体供給手段」の一例に相当する。
The “magnetic heat pump device 1” in the present embodiment corresponds to an example of the “magnetic heat pump device” in the present invention, and the “first and second
第1のMCM熱交換器10は、図3及び図4に示すように、複数の線材12からなる集合体11と、当該集合体11を収容する収容空間135を有する容器13と、容器13に接続された第1のアダプタ16及び第2のアダプタ17とを備えている。本実施形態における「線材12」が本発明における「磁気熱量効果材料」、「線材」の一例に相当し、本実施形態における「集合体11」が本発明における「集合体」の一例に相当し、本実施形態における「容器13」が本発明における「容器」の一例に相当する。
As shown in FIGS. 3 and 4, the first
なお、第1のMCM熱交換器10と第2のMCM熱交換器20は、同一の構成を有しているので、以下に第1のMCM熱交換器10の構成についてのみ説明し、第2のMCM熱交換器20の構成については省略する。従って、図3〜図7では、第1のMCM熱交換器10を示し、第2のMCM熱交換器20については括弧内に対応する符号を付することで図示を省略する。
Since the first
線材12は、磁気熱量効果を有する磁気熱量効果材料(MCM:Magnetocaloric Effect Material)から構成されている。このMCMから構成される線材12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、当該線材12は発熱して温度が上昇する。一方、線材12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、当該線材12は吸熱して温度が低下する。
The
この線材12を構成するMCMは、磁性体であれば特に限定しないが、例えば、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。
Although MCM which comprises this
本実施形態における線材12は、円形の断面形状を有する線材である。なお、複数の線材12を容器13に収容した際に当該線材12の間に第1の流路111(後述)が形成可能であれば、線材12が円形以外の断面形状を有していてもよい。
The
集合体11は、複数の上記線材12を相互に並列させることで構成されている。隣接する線材12同士の側面は相互に接触し、その結果、これらの間に第1の流路111が形成されている。なお、理解を容易にするために、図3及び図5には、実際の本数よりも少ない本数の線材12から構成される集合体11を示しているが、実際には、数本〜数百本の線材12から集合体11が構成されている。このような集合体11の外径としては、特に限定しないが、例えば、磁束密度を確保する観点から、30mm以下で設定されていることが好ましい。
The
線材12の線径としては、特に限定しないが、例えば、1〜10mmであることが好ましく、1〜5mmであることがより好ましい。この際、集合体11を構成する複数の線材12は、実質的に同一の線径のものを用いてもよいし、異なる線径のものが混在していてもよい。
Although it does not specifically limit as a wire diameter of the
この線材12の集合体11は、容器13の収容空間135に収容されている。容器13は、図3〜図5に示すように、矩形筒状に構成されている。この容器13の軸方向の一端及び他端には、第1の開口131及び第2の開口132がそれぞれ形成されており、収容空間135の一端は、第1の開口131で開口し、当該収容空間135の他端は、第2の開口132で開口している。線材12は、直線状に延在しており、この線材12の延在方向と容器13の軸方向とは一致している。即ち、線材12の延在方向と、容器13内に形成された収容空間135の延在方向とは一致している。また、第1及び第2の開口131,132の中心は、集合体11の中心と同軸上に位置している。即ち、容器13内に形成された収容空間135の延在方向と、集合体11の軸方向とは一致している。また、上述のように、集合体11を構成する線材12同士の間には、第1の流路111が形成されている。一方、集合体11の最も外周側の線材12と内壁面136との間には、第2の流路112が形成されている。
The
図5〜図7に示すように、上述の収容空間135を画定する容器13の内壁面136には、複数列の溝134が形成されている。この複数列の溝134は、収容空間135の周方向に凹凸が繰り返されるように形成されている。この溝134を容器13の軸方向に対して直交する断面で切断した場合における断面形状としては、例えば、図示するような三角形状、あるいは、矩形状や円弧状等を例示することができる。
As shown in FIGS. 5 to 7, a plurality of rows of
溝134の深さとしては、特に限定しないが、線材12の線径と比較して相対的に小さいことが好ましい。例えば、0.1〜2mmであることが好ましく、0.1〜1mmであることがより好ましい。また、溝134のピッチとしては、線材12の線径と比較して相対的に小さいことが好ましい。例えば、0.1〜2mmであることが好ましく、0.1〜1mmであることがより好ましい。
Although it does not specifically limit as the depth of the groove |
ここで、図6及び図7に示すように、溝134は、内壁面136を構成するそれぞれの平面において直線状に延在しており、当該複数の溝134は、相互に実質的に平行に延在している。その溝134の延在方向は、容器13の軸方向(即ち、容器13の収容空間135の延在方向)に対して所定角度で傾斜している。この所定角度としては、特に限定しないが、例えば、15〜45°であることが好ましく、20〜35°であることがより好ましい。
Here, as shown in FIGS. 6 and 7, the
内壁面136の隅部137において、相互に直交する平面の一方に形成された複数列の溝134の端部と、相互に直交する平面の他方に形成された複数列の溝134の端部との位置は一致している。即ち、相互に直交する平面の一方に形成された複数列の溝134と、相互に直交する平面の他方に形成された複数列の溝134とは、連続的に形成されている。なお、相互に直交する平面の一方に形成された複数列の溝134と、相互に直交する平面の他方に形成された複数列の溝134とを、連続的に形成することは必須ではなく、断続的に形成してもよい。
At the
本実施形態における「溝134」が本発明における「溝」の一例に相当し、本実施形態における「収容空間135」が本発明における「収容空間」の一例に相当する。
The “
図3に示すように、容器13の第1の開口131には第1のアダプタ16が接続されており、第2の開口132には第2のアダプタ17が接続されている。この第1及び第2のアダプタ16,17としては、例えば、熱収縮チューブや樹脂成型品や金属加工品などを用いることができる。
As shown in FIG. 3, the
第1のアダプタ16は、第1の開口131に接続される側と反対側に、当該第1の開口131よりも小さな第1の連結口161を有している。この第1の連結口161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。第2のアダプタ17も、第2の開口132に接続される側と反対側に、当該第2の開口132よりも小さな第2の連結口171を有している。この第2の連結口171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。この第1及び第2の連結口161,171の中心は、集合体11の中心と同軸上に位置している。
The
同様に、第2のMCM熱交換器20の容器23の収容空間235にも、複数の線材22からなる集合体21が収容されている。そして、第1のMCM熱交換器10と同様、容器23の第3の開口231には第3のアダプタ26が接続され、当該容器23の第4の開口232には第4のアダプタ27が接続されている。この第2のMCM熱交換器20は、第3のアダプタ26に連結された第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。一方、第2のMCM熱交換器20は、第4のアダプタ27に連結された第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。
Similarly, an
なお、本実施形態では、第2のMCM熱交換器20の線材22は、第1のMCM熱交換器10の線材12と同じ構成を有している。また、第2のMCM熱交換器20の線材22の集合体21は、第1のMCM熱交換器10の線材12の集合体11と同じ構成を有している。さらに、第2のMCM熱交換器20の容器23は、第1のMCM熱交換器10の容器13と同じ構成を有している。
In the present embodiment, the
例えば、図1及び図2に示すように、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, as shown in FIG. 1 and FIG. 2, when the air conditioner using the magnetic heat pump device 1 according to the present embodiment is caused to function as cooling, heat is generated between the low temperature
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 making the said air conditioning apparatus function as heating, while heat-exchanging between the high temperature
以上のように、二つの低温側配管81,82と二つの高温側配管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、又は、これらの混合物等の液体を例示することができる。
As described above, a circulation path including the four
二つの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、エアシリンダなどを例示することができる。
The two
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
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。あるいは、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の線材12,22に対する磁場の印加/除去に代えて、線材12,22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
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により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
次に、本実施形態における磁気ヒートポンプ装置1の動作について説明する。 Next, operation | movement of the magnetic heat pump apparatus 1 in this embodiment is demonstrated.
まず、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の線材12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の線材22が着磁されて温度が上昇する。
First, when the
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
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の線材12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
この際、第1のMCM熱交換器10の収容空間135では、全体のうちの多くの割合を占める液体媒体が、中央側の第1の流路111を通過し、残りの一部の液体媒体が、外周側の第2の流路112を通過する。第1の流路111を通過する液体媒体は、第1の流路111を囲う複数の線材12と接触することで、当該複数の線材12によって冷却される。また、第2の流路112を通過する液体媒体は、集合体11において最も外周側の線材12と接触することで、当該線材12によって冷却される。
At this time, in the
ここで、内壁面136の全体に亘って形成された複数列の溝134の一端が、第1の開口131に位置している。そのため、第1の開口131において、第2の流路112に流入する液体媒体の流路の断面積が減少することにより、第2の流路112に流入する液体媒体に縮流が生じ、圧力損失が生じる。また、溝134の延在方向が、収容空間135の延在方向に対して傾斜していることにより、第1の開口131から第2の流路112に流入する液体媒体の流れの向きが変わる。そのため、第1の開口131において、第2の流路112に流入する液体媒体に圧力損失が生じる。それにより、液体媒体は、第2の流路112を流れ難くなる。従って、収容空間135を流れる液体媒体のうち、内壁面136に沿って流れる液体媒体の割合が低減されるので、液体媒体の熱交換効率が向上される。
Here, one end of the plurality of rows of
また、第2の流路112を流れる液体媒体は、複数列の溝134に沿って収容空間135の延在方向に対して傾斜した方向に流れる。それにより、複数列の溝134の延在方向と収容空間135の延在方向とが一致している場合と比較して、第2の流路112を流れる液体媒体の流路長が長くなり、第2の流路112を流れる液体媒体と線材12との接触長さが長くなる。従って、第2の流路112を流れる液体媒体の熱交換効率が向上される。
Further, the liquid medium flowing through the
一方、着磁されて温度が上昇した第2のMCM熱交換器20の線材22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
この際、第2のMCM熱交換器20の収容空間235では、全体のうち多くの割合を占める液体媒体が、中央側の第1の流路211を通過し、残りの一部の液体媒体が、外周側の第2の流路212を通過する。第1の流路211を通過する液体媒体は、第1の流路211を囲う複数の線材22と接触することで、当該複数の線材22によって加熱される。また、第2の流路212を通過する液体媒体は、集合体21において最も外周側の線材22と接触することで、当該線材22によって加熱される。
At this time, in the
この場合においても、内壁面236の全体に亘って形成された複数列の溝234の一端が、第3の開口231に位置している。そのため、第3の開口231において、第2の流路212に流入する液体媒体の流路の断面積が減少することにより、第2の流路212に流入する液体媒体に縮流が生じ、圧力損失が生じる。また、溝234の延在方向が、収容空間235の延在方向に対して傾斜していることにより、第3の開口231から第2の流路212に流入する液体媒体の流れの向きが変わる。そのため、第3の開口231において、第2の流路212に流入する液体媒体に圧力損失が生じる。それにより、液体媒体は、第2の流路212を流れ難くなる。従って、収容空間235を流れる液体媒体のうち、内壁面236に沿って流れる液体媒体の割合が低減されるので、液体媒体の熱交換効率が向上される。
Also in this case, one end of the plurality of rows of
また、第2の流路212を流れる液体媒体は、複数列の溝234に沿って収容空間235の延在方向に対して傾斜した方向に流れる。それにより、複数列の溝234の延在方向と収容空間235の延在方向とが一致している場合と比較して、第2の流路212を流れる液体媒体の流路長が長くなり、第2の流路212を流れる液体媒体と線材22との接触長さが長くなる。従って、第2の流路212を流れる液体媒体の熱交換効率が向上される。
Further, the liquid medium flowing through the
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の線材12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の線材22が消磁されて温度が低下する。
Next, when the
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
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の線材22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
この際、第2のMCM熱交換器20の収容空間235では、全体のうち多くの割合を示す液体媒体が、中央側の第1の流路211を通過し、残りの一部の液体媒体が、外周側の第2の流路212を通過する。第1の流路211を通過する液体媒体は、第1の流路211を囲う複数の線材22と接触することで、当該複数の線材22によって冷却される。また、第2の流路212を通過する液体媒体は、集合体21において最も外周側の線材22と接触することで、当該線材22によって冷却される。
At this time, in the
ここで、内壁面236の全体に亘って形成された複数列の溝234の一端が、第4の開口232に位置している。そのため、第4の開口232において、第2の流路212に流入する液体媒体の流路の断面積が減少することにより、第2の流路212に流入する液体媒体に縮流が生じ、圧力損失が生じる。また、溝234の延在方向が、収容空間235の延在方向に対して傾斜していることにより、第2の開口132から第2の流路212に流入する液体媒体の流れの向きが変わる。そのため、第4の開口232において、第2の流路212に流入する液体媒体に圧力損失が生じる。それにより、液体媒体が、第2の流路212を流れ難くなる。従って、収容空間235を流れる液体媒体のうち、内壁面236に沿って流れる液体媒体の割合が低減されるので、液体媒体の熱交換効率が向上される。
Here, one end of the plurality of rows of
また、第2の流路212を流れる液体媒体は、複数列の溝234に沿って収容空間235の延在方向に対して傾斜した方向に流れる。それにより、複数列の溝234の延在方向と収容空間235の延在方向とが一致している場合と比較して、第2の流路212を流れる液体媒体の流路長が長くなり、第2の流路212を流れる液体媒体と線材12との接触長さが長くなる。従って、第2の流路212を流れる液体媒体の熱交換効率が向上される。
Further, the liquid medium flowing through the
一方、着磁されて温度が上昇した第1のMCM熱交換器10の線材12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
この際、第1のMCM熱交換器10の収容空間135では、全体のうち多くの割合を占める液体媒体が、中央側の第1の流路111を通過し、残りの一部の液体媒体が、外周側の第2の流路112通過する。第1の流路111を通過する液体媒体は、第1の流路111を囲う複数の線材12と接触することで、当該複数の線材12によって加熱される。また、第2の流路112を通過する液体媒体は、集合体11において最も外周側の線材12と接触することで、当該線材12によって加熱される。
At this time, in the
この場合においても、内壁面136の全体に亘って形成された複数列の溝134の一端が、第2の開口132に位置している。そのため、第2の開口132において、第2の流路112に流入する液体媒体の流路の断面積が減少することにより、第2の流路112に流入する液体媒体に縮流が生じ、圧力損失が生じる。また、溝134の延在方向が、収容空間135の延在方向に対して傾斜していることにより、第2の開口132から第2の流路112に流入する液体媒体の流れの向きが変わる。そのため、第2の開口132において、第2の流路112に流入する液体媒体に圧力損失が生じる。それにより、液体媒体が、第2の流路112を流れ難くなる。従って、収容空間135を流れる液体媒体のうち、内壁面136に沿って流れる液体媒体の割合が低減されるので、液体媒体の熱交換効率が向上される。
Also in this case, one end of the plurality of rows of
また、第2の流路112を流れる液体媒体は、複数列の溝134に沿って収容空間135の延在方向に対して傾斜した方向に流れる。それにより、複数列の溝134の延在方向と収容空間135の延在方向とが一致している場合と比較して、第2の流路112を流れる液体媒体の流路長が長くなり、第2の流路112を流れる液体媒体と線材12との接触長さが長くなる。従って、第2の流路112を流れる液体媒体の熱交換効率が向上される。
Further, the liquid medium flowing through the
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内の線材12,22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
本実施形態の第1及び第2のMCM熱交換器10,20は、以下の効果を奏する。なお、第2のMCM熱交換器20の効果は、第1のMCM熱交換器10の効果と同様であるため、重複した説明を省略し、第1のMCM熱交換器10についての説明を援用する。
The 1st and 2nd
本実施形態では、複数列の溝134を、容器13内の収容空間135の延在方向に対して傾斜する方向に沿って延在するように、容器13の内壁面136に形成したことにより、第1の開口131又は第2の開口132において、第2の流路112に流入する液体媒体に圧力損失が生じる。それにより、第1の開口131又は第2の開口132から第2の流路112に流入する液体媒体の割合を低減できる。従って、第1の開口131又は第2の開口132から収容空間135に流入する液体媒体のうち、より多くの割合の液体媒体を、中央側の第1の流路111を通過させることができるので、第1のMCM熱交換器10の熱交換効率を向上させることができる。
In the present embodiment, the plurality of rows of
また、内壁面136の全体に亘って形成された複数列の溝134の延在方向が、収容空間135の延在方向に対して傾斜していることにより、第2の流路112を流れる液体媒体の流路長を延長することができる。従って、第2の流路112を流れる液体媒体と線材12との接触長さを延長することができるので、第1のMCM熱交換器10の熱交換効率を向上させることができる。
Further, since the extending direction of the plurality of rows of
また、本実施形態では、MCM材料である複数の線材12から構成される集合体11が、容器13の収容空間135に収容されており、このような複数の線材12は、収容空間135の延在方向に沿って延在している。これにより、隣接する線材12の間に形成された第1の流路111が、収容空間135の延在方向に沿って延在しているので、第1の開口131又は第2の開口132から第1の流路111に流入した液体媒体は、向きを変えずに第1の流路111を通過する。従って、第1の流路111に流入する液体媒体に生じる圧力損失を抑制できるので、収容空間135を流れる液体媒体のうち、中央側の第1の流路111を流れる液体媒体の割合を増大させることができ、第1のMCM熱交換器10の熱交換効率を向上させることができる。
Further, in this embodiment, the
図8は、変形例に係る第1及び第2のMCM熱交換器10,20を示す断面図であり、図9は、変形例に係る第1及び第2のMCM熱交換器10,20の容器13,23を示す展開図である。なお、第1のMCM熱交換器10と第2のMCM熱交換器20は、同一の構成を有しているので、以下に第1のMCM熱交換器10の構成についてのみ説明し、第2のMCM熱交換器20の構成については省略する。従って、図8及び図9では、第1のMCM熱交換器10を示し、第2のMCM熱交換器20については括弧内に対応する符号を付することで図示を省略する。また、上述の実施形態に係る第1及び第2のMCM熱交換器10、20と同様の構成についての繰り返しの説明は省略し、上述の実施形態についてした説明を援用する。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the first and second
図8に示すように、容器13は、円筒状に構成されている。線材12は、直線状に延在しており、この線材12の延在方向と容器13の軸方向とは一致している。即ち、線材12の延在方向と、容器13内に形成された収容空間135の延在方向とは一致している。また、容器13の軸心は、集合体11の中心と同軸上に位置している。即ち、容器13内に形成された収容空間135の延在方向と、集合体11の軸方向とは一致している。
As shown in FIG. 8, the
図8及び図9に示すように、容器13の内壁面136には、複数列の溝134が形成されている。この複数列の溝134は、収容空間135の周方向に凹凸が繰り返されるように形成されている。この溝134を容器13の軸方向に対して直交する断面で切断した場合における断面形状としては、例えば、図示するような三角形状、あるいは、矩形状や円弧状等を例示することができる。
As shown in FIGS. 8 and 9, a plurality of rows of
ここで、図9に示すように、溝134は、内壁面136において螺旋状に延在している。その溝134の容器13の軸方向(即ち、容器13内の収容空間135の延在方向)に対する傾斜角度としては、特に限定しないが、例えば、15〜45°であることが好ましく、20〜35°であることがより好ましい。
Here, as shown in FIG. 9, the
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。従って、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 includes all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.
例えば、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。 For example, the configuration of the magnetic heat pump apparatus described above is an example, and the heat exchanger according to the present invention may be applied to another magnetic heat pump apparatus of an AMR (Active Magnetic Refrigerataion) system.
また、磁気ヒートポンプ装置は、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。 In addition, 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.
また、本実施形態では、矩形状、円筒形状の容器13を例示したが、特にこれに限定されず、多角形断面の筒状の容器等を用いてもよい。
Further, in the present embodiment, the rectangular and
また、本実施形態では、第1及び第2のMCM熱交換器10,20は、相互に同一の構成であったが、特にこれに限定されず、これらが異なる構成を有していてもよい。例えば、第1及び第2のMCM熱交換器10,20の間で、異なる線径の線材を用いてもよい。
In the present embodiment, the first and second
また、本実施形態では、MCM熱交換器は、単一の集合体によって構成していたが、特にこれに限定されず、複数の集合体を当該MCM熱交換器の延在方向に沿って並設して構成してもよい。この場合、複数の集合体は、相互に同一の構成を有していてもよいし、異なる構成を有していてもよい。 In the present embodiment, the MCM heat exchanger is configured by a single assembly. However, the present invention is not particularly limited to this, and a plurality of assemblies are arranged along the extending direction of the MCM heat exchanger. It may be provided and configured. In this case, the plurality of aggregates may have the same configuration or different configurations.
なお、磁気ヒートポンプ装置を連続して使用し続けると、MCM熱交換器においては、高温側配管と連結された側が高温となり、低温側配管と連結された側低温となる温度勾配が生じる。このため、上記例においては、並設された複数の集合体のうち、高温側に位置する集合体を構成する線材は、キュリー点(キュリー温度)の比較的高い材料を採用し、低温側に位置する集合体を構成する線材は、キュリー点の比較的低い材料を採用することが好ましい。このように、MCM熱交換器における温度雰囲気に対応して異なるキュリー点の材料で構成された線材を用いることで、より効率良く磁気熱量効果を作用させることができる。 If the magnetic heat pump device is continuously used, in the MCM heat exchanger, a temperature gradient is generated in which the side connected to the high temperature side pipe becomes high temperature and the side connected to the low temperature side pipe becomes low temperature. For this reason, in the above example, the wire constituting the aggregate located on the high temperature side among the plurality of aggregates arranged side by side employs a material having a relatively high Curie point (Curie temperature), and on the low temperature side. It is preferable to employ a material having a relatively low Curie point as the wire constituting the aggregate. As described above, the magnetocaloric effect can be applied more efficiently by using the wire made of the material having different Curie points corresponding to the temperature atmosphere in the MCM heat exchanger.
1・・・磁気ヒートポンプ装置
10・・・第1のMCM熱交換器
11・・・集合体
111・・・第1の流路
112・・・第2の流路
12・・・線材
13・・・容器
131・・・第1の開口
132・・・第2の開口
134・・・溝
135・・・収容空間
136・・・内壁面
137・・・隅部
16・・・第1のアダプタ
161・・・第1の連結口
17・・・第2のアダプタ
171・・・第2の連結口
20・・・第2のMCM熱交換器
21・・・集合体
211・・・第1の流路
212・・・第2の流路
22・・・線材
23・・・容器
231・・・第3の開口
232・・・第4の開口
234・・・溝
235・・・収容空間
236・・・内壁面
237・・・隅部
26・・・第3のアダプタ
261・・・第1の連結口
27・・・第4のアダプタ
271・・・第2の連結口
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・・・第1の低温側配管
82・・・第2の低温側配管
83・・・第1の高温側配管
84・・・第2の高温側配管
90・・・切替弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Magnetic
Claims (3)
磁気熱量効果を発現する磁気熱量効果材料と、
前記磁気熱量効果材料を収容する収容空間を有する容器と
を備え、
前記容器は、前記収容空間を画定する内壁面に形成された複数列の溝を備え、
前記複数列の溝は、前記収容空間の延在方向に対して傾斜した方向に沿って延在している熱交換器。 A heat exchanger used in a magnetic heat pump device,
A magnetocaloric material that exhibits a magnetocaloric effect;
A container having a storage space for storing the magnetocaloric effect material;
The container includes a plurality of rows of grooves formed on an inner wall surface that defines the accommodation space,
The plurality of rows of grooves extend along a direction inclined with respect to the extending direction of the housing space.
前記磁気熱量効果材料は、線材であり、
複数の前記線材から構成される集合体が前記収容空間に収容されており、
前記複数の線材は、前記収容空間の延在方向に沿って延在している熱交換器。 The heat exchanger according to claim 1,
The magnetocaloric effect material is a wire,
An assembly composed of a plurality of the wires is housed in the housing space,
The plurality of wires are heat exchangers extending along an extending direction of the accommodation space.
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、
配管を介して前記熱交換器の前記収容空間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熱交換器から前記第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
を備える磁気ヒートポンプ装置。 At least one heat exchanger according to claim 1 or 2,
A magnetic field changing means for applying a magnetic field to the magnetocaloric material and changing the magnitude of the magnetic field;
First and second external heat exchangers respectively connected to the accommodation space of the heat exchanger via piping;
A magnetic heat pump apparatus comprising: fluid supply means for supplying fluid from the heat exchanger to the first or second external heat exchanger in conjunction with the operation of the magnetic field changing means.
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