JP2018146154A - 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 apparatus using a magnetocaloric effect, and a magnetic heat pump apparatus including the heat exchanger.
磁気熱量効果型ヒートポンプ装置に用いられる磁気熱量素子として、連続した温度勾配の発生を容易にするために、第1材料により形成された第1ブロックと、第2材料により形成された第2ブロックと、第1ブロックと第2ブロックとの間の隣接部分に設けられた混合部と、を直列に接続(所謂、カスケード接続)したものが知られている(例えば特許文献1参照)。 As a magnetocaloric element used in a magnetocaloric effect type heat pump device, in order to facilitate the generation of a continuous temperature gradient, a first block formed of a first material and a second block formed of a second material In addition, there is known one in which a mixing unit provided in an adjacent portion between the first block and the second block is connected in series (so-called cascade connection) (see, for example, Patent Document 1).
この磁気熱量素子において、第1材料は、第1温度帯において磁気熱量効果を発揮し、第2材料は、第1温度帯と部分的に重複する第2温度帯において磁気熱量効果を発揮し、混合部には、第1材料と第2材料とが混合状態で存在している。また、第1及び第2ブロックを構成する個々の素子部材の形状として、棒状体が例示されている(特に特許文献1の段落[0107]参照)。 In this magnetocaloric element, the first material exhibits a magnetocaloric effect in the first temperature zone, and the second material exhibits a magnetocaloric effect in a second temperature zone partially overlapping with the first temperature zone, In the mixing portion, the first material and the second material exist in a mixed state. Further, a rod-like body is exemplified as the shape of each element member constituting the first and second blocks (see particularly paragraph [0107] of Patent Document 1).
一般的に、磁場印加方向が磁気熱量効果材料の長手方向に対して平行であると、反磁場の影響が小さくなるのに対し、磁場印加方向が磁気熱量効果材料の長手方向に対して直交していると、反磁場の影響が大きくなる。このため、上記の磁気熱量素子において、棒形状の素子部材の長手方向が磁場の方向に合うように当該素子部材を配置することにより、反磁場を抑制することができる。しかしながら、この場合には、素子部材の長手方向に対して熱輸送媒体の流通方向が直交することとなる。 Generally, when the magnetic field application direction is parallel to the longitudinal direction of the magnetocaloric effect material, the influence of the demagnetizing field is reduced, whereas the magnetic field application direction is orthogonal to the longitudinal direction of the magnetocaloric effect material. If so, the influence of the demagnetizing field becomes large. For this reason, in the magnetocaloric element described above, the demagnetizing field can be suppressed by arranging the element member so that the longitudinal direction of the rod-shaped element member matches the direction of the magnetic field. However, in this case, the flow direction of the heat transport medium is orthogonal to the longitudinal direction of the element member.
一方、熱交換効率の向上の観点から、棒形状の素子部材を細くすることで、当該素子部材と熱交換媒体との接触面積を増やすことが好ましい。しかしながら、棒形状の素子部材を細くすると、直交方向に流れる熱輸送媒体の圧力によって素子部材が変形したり破断してしまう場合がある、という問題がある。 On the other hand, from the viewpoint of improving heat exchange efficiency, it is preferable to increase the contact area between the element member and the heat exchange medium by thinning the rod-shaped element member. However, when the rod-shaped element member is thinned, there is a problem that the element member may be deformed or broken by the pressure of the heat transport medium flowing in the orthogonal direction.
本発明が解決しようとする課題は、連続した温度勾配の発生を容易にしつつ、反磁場の影響を抑制すると共に、磁気熱量効果材料からなる線状体を細くしても流体の圧力による線状体の変形や破断を抑制することが可能な熱交換器、及び、その熱交換器を備えた磁気ヒートポンプ装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to suppress the influence of a demagnetizing field while facilitating the generation of a continuous temperature gradient, and even if the linear body made of a magnetocaloric effect material is thinned, the linear shape due to the pressure of the fluid It is providing the heat exchanger which can suppress a deformation | transformation and a fracture | rupture of a body, and a magnetic heat pump apparatus provided with the heat exchanger.
[1]本発明に係る熱交換器は、複数の第1のメッシュ部材を積層して構成される第1の積層体と、前記第1の積層体を収容する容器と、を備え、それぞれの前記第1のメッシュ部材は、複数の線状体を織り込んで構成されており、複数の前記線状体は、第1のキュリー点を有する第1の磁気熱量効果材料で構成された第1の線状体と、前記第1のキュリー点とは異なる第2のキュリー点を有する第2の磁気熱量効果材料で構成された第2の線状体と、を含む熱交換器である。 [1] A heat exchanger according to the present invention includes a first laminated body configured by laminating a plurality of first mesh members, and a container that accommodates the first laminated body, The first mesh member includes a plurality of linear bodies, and the plurality of linear bodies includes a first magnetocaloric effect material having a first Curie point. A heat exchanger including a linear body and a second linear body made of a second magnetocaloric material having a second Curie point different from the first Curie point.
[2]上記発明において、前記容器は、一方の端部に位置する第1の開口と、他方の端部に位置する第2の開口と、を有しており、前記第1の開口から前記第2の開口に向かう方向と、複数の前記第1のメッシュ部材の積層方向とが実質的に平行であってもよい。 [2] In the above invention, the container has a first opening located at one end and a second opening located at the other end, and the first opening The direction toward the second opening and the stacking direction of the plurality of first mesh members may be substantially parallel.
[3]上記発明において、複数の前記第1のメッシュ部材は、前記第1の開口から前記第2の開口に近づくに従って、前記第1の線状体の本数と前記第2の線状体の本数との比が段階的に変化するように構成されていてもよい。 [3] In the above invention, as the plurality of first mesh members approach the second opening from the first opening, the number of the first linear bodies and the number of the second linear bodies are increased. You may comprise so that ratio with a number may change in steps.
[4]上記発明において、前記第1の線状体は、第1の延在方向に延在し、前記第2の線状体は、前記第1の延在方向に交差する第2の延在方向に延在しており、複数の前記第1のメッシュ部材は、前記第1の開口から前記第2の開口に近づくに従って、前記第1及び前記第2の延在方向が段階的に変化するように構成されていてもよい。 [4] In the above invention, the first linear body extends in the first extending direction, and the second linear body extends in the second extending direction that intersects the first extending direction. The plurality of first mesh members extend in a direction of movement, and the first and second directions of extension of the plurality of first mesh members change stepwise as they approach the second opening from the first opening. It may be configured to.
[5]上記発明において、前記第1の延在方向と前記第2の延在方向との交差角度は、複数の前記第1のメッシュ部材の間で実質的に同一であってもよい。 [5] In the above invention, an intersection angle between the first extending direction and the second extending direction may be substantially the same among the plurality of first mesh members.
[6]上記発明において、複数の前記第1のメッシュ部材は、前記積層方向において途中位置よりも前記第1の開口側に配置された第1開口側メッシュ部材と、前記積層方向において前記途中位置よりも前記第2の開口側に配置された第2開口側メッシュ部材と、を含んでおり、前記第1開口側メッシュ部材は、前記線状体に印加される磁場の磁場印加方向に対して前記第1の延在方向が実質的に平行となるように配置され、前記第2開口側メッシュ部材は、前記磁場印加方向に対して前記第2の延在方向が実質的に平行となるように配置されていてもよい。 [6] In the above invention, the plurality of first mesh members include a first opening-side mesh member disposed closer to the first opening than a midway position in the stacking direction, and the midway positions in the stacking direction. A second opening-side mesh member disposed closer to the second opening than the first opening-side mesh member with respect to the magnetic field application direction of the magnetic field applied to the linear body. The first extending direction is arranged so as to be substantially parallel, and the second opening-side mesh member is arranged so that the second extending direction is substantially parallel to the magnetic field application direction. May be arranged.
[7]上記発明において、前記熱交換器は、第2のメッシュ部材を積層して構成される第2の積層体と、第3のメッシュ部材を積層して構成される第3の積層体と、を備え、前記第2のメッシュ部材は、複数の前記第1の線状体を織り込んで構成され、前記第3のメッシュ部材は、複数の前記第2の線状体を織り込んで構成されており、前記第2の積層体は、前記積層方向において前記第1の積層体よりも前記第1の開口側に位置するように、前記容器に収容され、前記第3の積層体は、前記積層方向において前記第1の積層体よりも前記第2の開口側に位置するように、前記容器に収容されていてもよい。 [7] In the above invention, the heat exchanger includes a second laminated body constituted by laminating a second mesh member, and a third laminated body constituted by laminating a third mesh member. The second mesh member is configured by weaving a plurality of the first linear bodies, and the third mesh member is configured by weaving a plurality of the second linear bodies. The second stacked body is accommodated in the container so as to be positioned closer to the first opening than the first stacked body in the stacking direction, and the third stacked body is You may accommodate in the said container so that it may be located in the said 2nd opening side rather than a said 1st laminated body in a direction.
[8]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、前記線状体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、を備えた磁気ヒートポンプ装置である。 [8] A magnetic heat pump apparatus according to the present invention includes at least one heat exchanger described above, and a magnetic field changing unit that applies a magnetic field to the linear body and changes the magnitude of the magnetic field. Device.
[9]上記発明において、前記磁気ヒートポンプ装置は、配管を介して前記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、前記磁気変更手段により前記線状体に印加される磁場の大きさの変更に伴って、前記熱交換器から前記第1の外部熱交換器又は前記第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。 [9] In the above invention, the magnetic heat pump device is applied to the linear body by first and second external heat exchangers respectively connected to the heat exchanger via piping and the magnetic change means. A fluid supply means for supplying fluid from the heat exchanger to the first external heat exchanger or the second external heat exchanger according to a change in the magnitude of the magnetic field.
本発明によれば、第1のメッシュ部材を構成する第1及び第2の線状体が相互に異なるキュリー点を有している。このため、熱交換器内に連続した温度勾配を容易に発生させることができる。 According to the present invention, the first and second linear bodies constituting the first mesh member have different Curie points. For this reason, a continuous temperature gradient can be easily generated in the heat exchanger.
また、本発明では、磁気熱量効果材料で構成された複数の線状体を織り込んで第1のメッシュ部材をそれぞれ構成し、複数の第1のメッシュ部材を相互に積層して、当該積層体を容器に収容する。このため、反磁場の影響を抑制すると共に、線状体を細くしても流体の圧力による線状体の変形や破断を抑制することが可能となる。 In the present invention, a plurality of linear bodies made of a magnetocaloric effect material are woven together to form first mesh members, and the plurality of first mesh members are laminated to each other. Store in container. For this reason, while suppressing the influence of a demagnetizing field, even if it makes a linear body thin, it becomes possible to suppress the deformation | transformation and fracture | rupture of a linear body by the pressure of a fluid.
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.
≪第1実施形態≫
図1及び図2は本発明の第1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は本発明の第1実施形態におけるMCM熱交換器を示す図、図6(a)〜図7(b)は本発明の第1実施形態における第1〜第4の複合メッシュ部材を示す図、図8(a)及び図8(b)は本発明の第1実施形態における第1及び第2の単一メッシュ部材を示す図である。
<< First Embodiment >>
1 and FIG. 2 are diagrams showing the overall configuration of the magnetic heat pump device according to the first embodiment of the present invention. FIGS. 3 to 5 are diagrams showing the MCM heat exchanger according to the first embodiment of the present invention. FIG. ) To FIG. 7 (b) are views showing the first to fourth composite mesh members in the first embodiment of the present invention, and FIG. 8 (a) and FIG. 8 (b) are the first in the first embodiment of the present invention. It is a figure which shows the 1 and 2nd single mesh member.
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
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
第1のMCM熱交換器10は、図3〜図5に示すように、第1〜第3の積層体11A〜11Cと、当該積層体11A〜11Cが収容された筒状の容器(ケース)13と、容器13の両端に接続された端末部材16,17と、を備えている。第1〜第3の積層体11A〜11Cは、相互に積層されたメッシュ部材の種類が異なる点で相違している。本実施形態における第1〜第3の積層体11A〜11Cが本発明における第1〜第3の積層体の一例にそれぞれ相当し、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 to 5, the first
なお、本実施形態では、第1〜第3の積層体11A〜11Cを一つの容器13に収容しているが、MCM熱交換器の構成は特にこれに限定されない。例えば、第1〜第3の積層体を別々の容器にそれぞれ収容して、これらの容器を相互に連結することでMCM熱交換器を構成してもよい。
In addition, in this embodiment, although the 1st-3rd
第1の積層体11Aは、図3及び図4に示すように、複数の第1の複合メッシュ部材12Aと、複数の第2の複合メッシュ部材12Bと、複数の第3の複合メッシュ部材12Cと、複数の第4の複合メッシュ部材12Dと、を積層して構成されている。図6(a)〜図7(b)に示すように、第1〜第4の複合メッシュ部材12A〜12Dは、いずれも2種類の線材121,122を織り込んで構成された網目状の部材である。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
本実施形態における第1〜第4の複合メッシュ部材12A〜12Dが本発明における第1のメッシュ部材の一例に相当し、本実施形態における第1及び第2の線材121,122が、本発明における線状体の一例に相当する。なお、複合メッシュ部材12A〜12Dを構成する線材の種類は、複数であれば特に限定されない。
The first to fourth
第1〜第4の複合メッシュ部材12A〜12Dの相違点は、図6(a)〜図7(b)に示すように、それぞれの複合メッシュ部材12A〜12Dが有する第1の線材121の本数(N1)と第2の線材122の本数(N2)の比(N1:N2)が異なる点のみである。なお、図6(a)〜図7(b)において、第1の線材121を白抜きの線で示し、第2の線材122を塗り潰しの線で示す。
The difference between the first to fourth
第1及び第2の線材121,122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121,122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121,122は発熱して温度が上昇する。一方、線材121,122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121,122は吸熱して温度が低下する。
The 1st and 2nd wire 121,122 is comprised from the magnetocaloric effect material (MCM: Magnetocaloric Effect Material) which has a magnetocaloric effect. When a magnetic field is applied to the
この線材121,122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点(キュリー温度)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
特に、本実施形態では、第1の線材121は、第1のキュリー点TC1を有する第1のMCMから構成されており、この第1のMCMは、第1の温度範囲RTC1において磁気熱量効果を発現する。これに対し、第2の線材122は、第2のキュリー点TC2を有する第2のMCMから構成されており、この第2のMCMは、第2の温度範囲RTC2において磁気熱量効果を発現する。この第2の線材122の第2のキュリー点TC2は、第1の線材121の第1のキュリー点TC1に対して相対的に高くなっている(TC2>TC1)。
In particular, in the present embodiment, the
すなわち、本実施形態では、第1の線材121と第2の線材122は、相互に異なるキュリー点TC1,TC2を有するMCMから構成されている。また、本実施形態では、第1の温度範囲RTC1と第2の温度範囲RTC2とが相互に異なっており、第2の温度範囲RTC2の全体が第1の温度範囲RTC1の全体に対して相対的に高くなっている(RTC2>RTC1)。なお、第2の温度範囲RTC2の少なくとも一部が第1の温度範囲RTC1から逸脱していれば、第1の温度範囲RTC1と第2の温度範囲RTC2が部分的に重複してもよい。
That is, in the present embodiment, the
本実施形態における第1の線材121が本発明における第1の線状体の一例に相当し、本実施形態における第2の線材122が本発明における第2の線状体の一例に相当する。また、本実施形態における第1のキュリー点TC1が本発明における第1のキュリー点の一例に相当し、本実施形態における第2のキュリー点TC2が本発明における第2のキュリー点の一例に相当する。
The
本実施形態における第1及び第2の線材121,122は、円形の断面形状を有する線材であるが、第1及び第2の線材121,122が円形以外の断面形状を有してもよい。第1及び第2の線材121,122の線径としては、特に限定されないが、例えば、0.01〜1mmであることが好ましい。 Although the 1st and 2nd wire 121,122 in this embodiment is a wire which has circular cross-sectional shape, the 1st and 2nd wire 121,122 may have cross-sectional shapes other than circular. Although it does not specifically limit as a wire diameter of the 1st and 2nd wire 121,122, For example, it is preferable that it is 0.01-1 mm.
また、第1及び第2の線状体として、第1及び第2の線材121,122に代えて、複数の線材を相互に束ねることで構成された束線を用いてもよい。この場合には、「束線」が本発明における第1及び第2の線状体の一例に相当する。
Further, as the first and second linear bodies, instead of the first and
或いは、第1及び第2の線状体として、第1及び第2の線材121,122に代えて、複数の線材を相互に撚り合わせることで構成された撚線を用いてもよい。この場合には、「撚線」が本発明における第1及び第2の線状体の一例に相当する。
Alternatively, as the first and second linear bodies, instead of the first and
線材の撚り合わせ方としては、特に限定されないが、例えば、集合撚り、同心撚り、複合撚り等を例示することができる。集合撚りとは、複数の線材を一纏めにして、これらを集合体の軸を中心に同一方向に撚り合わせる撚り方である。同心撚りとは、芯線を中心として当該芯線の周りに複数の線材に同心円状を撚り合わせる撚り方である。複合撚りとは、複数の線材を同心撚り又は集合撚りに撚り合わせた子撚線を、さらに同心撚り又は集合撚りに撚り合わせる撚り方である。 Although it does not specifically limit as how to twist a wire, For example, a collective twist, a concentric twist, a composite twist etc. can be illustrated. Aggregate twisting is a twisting method in which a plurality of wires are gathered together and twisted in the same direction around the axis of the aggregate. Concentric twisting is a twisting method in which concentric circles are twisted around a plurality of wires around the core wire. The composite twist is a twisting method in which a child twisted wire obtained by twisting a plurality of wires into a concentric twist or a collective twist is further twisted into a concentric twist or a collective twist.
第1の複合メッシュ部材12Aにおいて、図5及び図6(a)に示すように、Z軸方向に沿って直線状に延在している複数の線材121,122が、第1のピッチP1で相互に実質的に平行に並べられている。一方、X軸方向に沿って直線状に延在している複数の線材121,122も、第1のピッチP1と同一の第2のピッチP2で相互に実質的に平行に並べられている(P1=P2)。すなわち、複数の線材121,122によって規定される個々の網目123の形状は、正方形となっている。本実施形態における「ピッチ」とは、相互に隣り合う線材の中心間の最短距離を意味する。
In the first
なお、第1の複合メッシュ部材12Aの網目123の形状は、特に上記の正方形に限定されない。特に図示しないが、例えば、第1の複合メッシュ部材12Aの網目123の形状が、長方形、菱形、或いは、平行四辺形であってもよい。
The shape of the
この第1の複合メッシュ部材12Aにおいて、Z軸方向に沿って延在する複数の線材として、第1の線材121と第2の線材122が混在している。同様に、X軸方向に沿って延在する複数の線材として、第1の線材121と第2の線材122とが混在している。その結果、図6(a)に示すように、第1の複合メッシュ部材12Aにおける第1の線材121の本数(N1)と第2の線材122の本数(N2)の比が、80:20となっている(N1:N2=80:20)。
In the first
第2の複合メッシュ部材12Bも、第1及び第2の線材121,122を織り込んで構成された網目状の部材であり、第1の複合メッシュ部材12Aと同一サイズの正方形の網目123を有している。この第2の複合メッシュ部材12Bでも、Z軸方向に沿って延在する複数の線材として、第1の線材121と第2の線材122が混在している。同様に、X軸方向に沿って延在する複数の線材として、第1の線材121と第2の線材122とが混在している。
The second
この第2の複合メッシュ部材12Bでは、上記の第1の複合メッシュ部材12Aと比較して、第1の線材121の本数が減少しているのに対し、第2の線材122の本数が増加している。その結果、図6(b)に示すように、第2の複合メッシュ部材12Bにおける第1の線材121の本数(N1)と第2の線材122の本数(N2)の比が、60:40となっている(N1:N2=60:40)。
In the second
第3の複合メッシュ部材12Cも、第1及び第2の線材121,122を織り込んで構成された網目状の部材であり、第1の複合メッシュ部材12Aと同一サイズの正方形の網目123を有している。この第2の複合メッシュ部材12Bでも、Z軸方向に沿って延在する複数の線材として、第1の線材121と第2の線材122が混在している。同様に、X軸方向に沿って延在する複数の線材として、第1の線材121と第2の線材122とが混在している。
The third
この第3の複合メッシュ部材12Cでは、上記の第2の複合メッシュ部材12Bと比較して、第1の線材121の本数がさらに減少しているのに対し、第2の線材122の本数がさらに増加している。その結果、図7(a)に示すように、第3の複合メッシュ部材12Cにおける第1の線材121の本数(N1)と第2の線材122の本数(N2)の比が40:60となっている(N1:N2=40:60)。
In the third
第4の複合メッシュ部材12Dも、第1及び第2の線材121,122を織り込んで構成された網目状の部材であり、第1の複合メッシュ部材12Aと同一サイズの正方形の網目123を有している。この第2の複合メッシュ部材12Bでも、Z軸方向に沿って延在する複数の線材として、第1の線材121と第2の線材122が混在している。同様に、X軸方向に沿って延在する複数の線材として、第1の線材121と第2の線材122とが混在している。
The fourth
この第4の複合メッシュ部材12Dでは、上記の第3の複合メッシュ部材12Cと比較して、第1の線材121の本数がさらに減少しているのに対し、第2の線材122の本数がさらに増加している。その結果、図7(b)に示すように、第4の複合メッシュ部材12Dにおける第1の線材121の本数(N1)と第2の線材122の本数(N2)の比が20:80となっている(N1:N2=20:80)。
In the fourth
図3及び図4に示すように、第1の積層体11Aは、以上に説明した複合メッシュ部材12A〜12Dを相互に積み重ねることで構成されている。この際、複合メッシュ部材12A〜12Dの積層方向(図中のY軸方向)において網目123同士が重なるように、複合メッシュ部材12A〜12Dが積層されている。また、本実施形態では、上記の積層方向において、複数の第1の複合メッシュ部材12A、複数の第2の複合メッシュ部材12B、複数の3の複合メッシュ部材12C、及び、複数の第4の複合メッシュ部材12Dの順番に並ぶように、複合メッシュ部材12A〜12Dが積層されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the first
第2の積層体11Bは、図3及び図4に示すように、複数の第1の単一メッシュ部材12Gを相互に積層して構成されている。図8(a)に示すように、この第1の単一メッシュ部材12Gは、上述の第1〜第4の複合メッシュ部材12A〜12Dと同一サイズの正方形の網目123を有する部材である。この第1の単一メッシュ部材12Gは、第1の線材121のみを織り込んで構成されている。すなわち、この第1の単一メッシュ部材12Gでは、第1の線材121の本数(N1)と第2の線材122の本数(N2)の比が、100:0となっている(N1:N2=100:0)。なお、図8(a)において、第1の線材121を白抜きの線で示す。本実施形態における第1の単一メッシュ部材12Gが、本発明における第2のメッシュ部材の一例に相当する。
As shown in FIGS. 3 and 4, the second
第3の積層体11Cは、図3及び図4に示すように、複数の第2の単一メッシュ部材12Hを相互に積層して構成されている。図8(b)に示すように、この第1の単一メッシュ部材12Hは、上述の第1〜第4の複合メッシュ部材12A〜12Dと同一サイズの正方形の網目123を有する部材である。この第2の単一メッシュ部材12Hは、第2の線材122のみを織り込んで構成されている。すなわち、この第2の単一メッシュ部材12Hでは、第1の線材121の本数(N1)と第2の線材122の本数(N2)の比が、0:100となっている(N1:N2=0:100)。なお、図8(b)において、第2の線材122を塗り潰しの線で示す。本実施形態における第2の単一メッシュ部材12Hが、本発明における第3のメッシュ部材の一例に相当する。
As shown in FIGS. 3 and 4, the third
図3〜図5に示すように、第1〜第3の積層体11A〜11Cを収容する容器13は、収容部14と蓋部15を備えており、断面矩形の筒型の形状を有している。この容器13は、その一方の端部に第1の開口131を有していると共に、その他方の端部に第2の開口132を有している。なお、容器13の形状は、筒型であれば、特に上記に限定されない。本実施形態における容器13の第1の開口131が本発明における容器の第1の開口の一例に相当し、本実施形態における容器13の第2の開口132が本発明における容器の第2の開口の一例に相当する。
As shown in FIGS. 3 to 5, the
収容部14は、容器13の底板を構成する底部141と、容器13の両側の側壁を構成する一対の側部142,143と、を備えている。一対の側部142,143の上端の間に開口144が形成されており、その結果、収容部14は、その軸方向に対して実質的に直交する方向に沿った断面において、コ字状(略U字状)の断面形状を有している。
The
蓋部15は、矩形板状の部材である。図3〜図5に示すように、この蓋部15が一対の側部142,143の上端に固定されている。収容部14の開口144が蓋部15により閉塞されることで、容器13が形成されている。
The
第1〜第3の積層体11A〜11Cは、メッシュ部材12A〜12D,12G,12Hの積層方向(図中のY軸方向)と容器13の軸方向(第1の開口131から第2の開口132に向かう方向)とが実質的に一致するように、容器13内に収容されている。この際、第1〜第3の積層体11A〜11Cは、上記の積層方向において、第1の積層体11Aが第2の積層体11Bと第3の積層体11Cの間に介在するように、相互に並べられている。
The first to third
具体的には、第1の開口131から第2の開口132に近づくに従って、第2の積層体11B、第1の積層体11A、及び、第3の積層体11Cの順となるように、第1〜第3の積層体11A〜11Cが並べられている。また、第1の複合メッシュ部材12Aが第2の積層体11Bに隣接すると共に、第4の複合メッシュ部材12Dが第3の積層体11Cに隣接するように、第1の積層体11Aが第2の積層体11Bと第3の積層体11Cの間に配置されている。
Specifically, as the
すなわち、本実施形態では、第1の開口131から第2の開口132に近づくに従って、第1の線材121の本数(N1)が減少するのに対し、第2の線材122の本数(N2)が増加しており、第1の線材121の本数(N1)と第2の線材122の本数(N2)の比(N1:N2)が、[100:0]→[80:20]→[60:40]→[40:60]→[20:80]→[0:100]と段階的に変化している。
That is, in the present embodiment, the number of first wires 121 (N 1 ) decreases as the
また、メッシュ部材12A〜12D,12G,12Hは、上記の積層方向において網目123同士が重なるように積層されている。このため、第1〜第3の積層体11A〜11Cを構成する複数のメッシュ部材12A〜12D,12G,12Hの網目123の連なりによって、液体冷媒(後述)が流通する流路124(図4参照)が形成されている。なお、図4において、流路124の理解を容易にするために、他の図と比較して、メッシュ部材12A〜12D,12G,12Hを構成する線材の本数を減らすと共に当該線材の間隔を広げて図示している。
In addition, the
なお、第1の積層体11Aを構成する複合メッシュ部材の種類は、上記の4種類に特に限定されない。第1の積層体11Aを、2又は3種類の複合メッシュ部材で構成してもよいし、5種類以上の複合メッシュ部材で構成してもよい。 In addition, the kind of composite mesh member which comprises 11 A of 1st laminated bodies is not specifically limited to said 4 types. 11 A of 1st laminated bodies may be comprised with 2 or 3 types of composite mesh members, and may be comprised with 5 or more types of composite mesh members.
また、第1の開口131から第2の開口132に近づくに従って、第1の線材121の本数(N1)が減少し、第2の線材122の本数(N2)が増加するのであれば、個々の複合メッシュ部材における第1の線材121の本数(N1)と第2の線材122の本数(N2)の比(N1:N2)も特に上記に限定されない。
Further, as the
さらに、第1〜第4の複合メッシュ部材12A〜12Dにおいて、Z軸方向に沿って延在する線材として、第1及び第2の線材121,122を混在させると共に、X軸方向に沿って延在する線材として、第1及び第2の線材121,122を混在させたが、特にこれに限定されない。第1の開口131から第2の開口132に近づくに従って、第1の線材121の本数(N1)が減少し、第2の線材122の本数(N2)が増加するのであれば、Z軸方向又はX軸方向の一方に沿って延在する複数の線材を、第1及び第2の線材121,122の両方で構成し、X軸方向又はZ軸方向の他方に沿って延在する複数の線材を、第1又は第2の線材121,122の一方のみで構成してもよい。
Further, in the first to fourth
第1の端末部材(連結部材)16は、図3及び図4に示すように、連結口161と、当該連結口161よりも大きな接続口162と、を備えている。この第1の端末部材16としては、例えば、熱収縮チューブ、樹脂成形品、或いは、金属加工品等を用いることができる。
As shown in FIGS. 3 and 4, the first terminal member (connection member) 16 includes a
この第1の端末部材16の接続口162には、容器13の一方の端部が挿入され、容器13の端部に第1の端末部材16が固定されている。また、この第1の端末部材16の連結口161には、第1の低温側配管81が連結されており、図1に示すように、第1のMCM熱交換器10は、この第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。
One end of the
第2の端末部材17も、上述の第1の端末部材16と同様の構成を有している。この第2の端末部材17の接続口172には、容器13の他方の端部が挿入され、容器13の端部に第2の端末部材17が固定されている。また、この第2の端末部材17の連結口171には、第1の高温側配管83が連結されており、図1に示すように、第1のMCM熱交換器10は、この第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。
The
第2のMCM熱交換器20の容器23にも第1〜第3の積層体21A〜21Cが収容されており(図2参照)、そして、第1のMCM熱交換器10と同様、容器23の一方の端部が第1の端末部材に挿入されており、第1の端末部材が容器23に固定されている。また、当該容器23の他方の端部が第2の端末部材に挿入されており、第2の端末部材が容器23に固定されている。この第2のMCM熱交換器20は、第1の端末部材の連結口261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。また、この第2のMCM熱交換器20は、第2の端末部材の連結口271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。
The
なお、第2のMCM熱交換器20の第1〜第3の積層体21A〜21Cは、第1のMCM熱交換器10の第1〜第3の積層体11A〜11Cと同じ構成を有している。また、第2のMCM熱交換器20の容器23も、第1のMCM熱交換器10の容器13と同じ構成を有している。さらに、第2のMCM熱交換器20の端末部材も、第1のMCM熱交換器10の端末部材16,17と同じ構成を有している。
In addition, the 1st-3rd
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
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
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
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、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、エアシリンダ等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。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の線材121,122に対する磁場の印加/除去に代えて、線材121,122に印加した磁場の大きさ(強度)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、図1及び図2を参照しながら説明する。
Next, operation | movement of the magnetic
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の第1〜第3の積層体11A〜11Cが消磁されてその温度が低下する一方で、第2のMCM熱交換器20の第1〜第3の積層体21A〜21Cが着磁されてその温度が上昇する。
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の第1〜第3の積層体11A〜11C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 first to third
一方、着磁されて温度が上昇した第2のMCM熱交換器20の第1〜第3の積層体21A〜21C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 first to third
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の第1〜第3の積層体11A〜11Cが着磁されてその温度が上昇する一方で、第2のMCM熱交換器20の第1〜第3の積層体21A〜21Cが消磁されてその温度が低下する。
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の第1〜第3の積層体21A〜21C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 first to third stacked bodies 21 </ b> A to 21 </ b> C of the second
一方、着磁されて温度が上昇した第1のMCM熱交換器10の第1〜第3の積層体11A〜11C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 first to third
以上に説明したピストン30の「第1の位置」と「第2の位置」との間の往復移動により、第1及び第2のMCM熱交換器10,20の第1〜第3の積層体11A〜11C,21A〜21Cに対する磁場の印加と除去を繰り返す。そして、第1及び第2のMCM熱交換器10,20が定常運転状態に至ると、第1及び第2のMCM熱交換器10,20の第1〜第3の積層体11A〜11C,21A〜21Cに所定の温度勾配が発生する。
By the reciprocation between the “first position” and the “second position” of the
すなわち、第1のMCM熱交換器10の第1〜第3の積層体11A〜11Cにおいて、第1の低温側配管81側の端部が最低温であり、第1の高温側配管83側の端部が最高温である温度勾配が発生する。同様に、第2のMCM熱交換器20の第1〜第3の積層体21A〜21Cにおいても、第2の低温側配管82側の端部が最低温であり、第2の高温側配管84側の端部が最高温である温度勾配が発生する。
That is, in the first to third
ここで、一般的に、MCM熱交換器に発生した温度勾配がMCMのキュリー点から外れる部分を含んでいる場合には、十分な磁気熱量効果を得ることができない。 Here, generally, when the temperature gradient generated in the MCM heat exchanger includes a portion that deviates from the Curie point of the MCM, a sufficient magnetocaloric effect cannot be obtained.
これに対し、本実施形態では、第1の低温側配管81側に位置する第2の積層体11Bの第1の単一メッシュ部材12Gが、第1のキュリー点TC1を有する第1の線材121で構成されているのに対し、第1の高温側配管83側に位置する第3の積層体11Cの第2の単一メッシュ部材12Hが、第2のキュリー点TC2を有する第2の線材122で構成されており、第2のキュリー点TC2が、第1の線材121の第1のキュリー点TC1に対して相対的に高くなっている(TC2>TC1)。このため、定常運転状態における第1のMCM熱交換器10の第1〜第3の積層体11A〜11Cに発生する温度勾配が広くても、効率的に磁気熱量効果を得ることができる。
In contrast, in the present embodiment, the first
また、例えばMCMのロット毎の性能差等によりMCMのキュリー点が変化することがある。このような場合には、カスケード接続したMCMに発生する温度勾配の連続性が十分でない場合がある。 In addition, for example, the Curie point of the MCM may change due to a performance difference between lots of the MCM. In such a case, the continuity of the temperature gradient generated in the cascade-connected MCMs may not be sufficient.
これに対し、本実施形態では、第1の線材121と第2の線材122を混在させた第1〜第4の複合メッシュ部材12A〜12Dを含む第1の積層体11Aを、第2の積層体11Bと第3の積層体11Cとの間に介在させている。これにより、第1のMCM熱交換器10内に連続した温度勾配を容易に発生させることができる。
In contrast, in the present embodiment, the
さらに、本実施形態では、メッシュ部材12A〜12D,12G,12Hの積層方向(図中のY軸方向)において、複数の第1の単一メッシュ部材12G、複数の第1の複合メッシュ部材12A、複数の第2の複合メッシュ部材12B、複数の3の複合メッシュ部材12C、複数の第4の複合メッシュ部材12D、及び、複数の第2の単一メッシュ部材12Hの順番で、第1〜第3の積層体11A〜11Cが積層されている。
Furthermore, in this embodiment, in the stacking direction (Y-axis direction in the drawing) of the
すなわち、本実施形態では、容器13の第1の開口131から第2の開口132に近づくに従って、第1の線材121の本数(N1)と第2の線材122の本数(N2)の比(N1:N2)が段階的に変化するように、第1〜第3の積層体11A〜11Cが積層されている。このため、第1のMCM熱交換器10内に発生する温度勾配をスムーズにすることができる。
That is, in this embodiment, as the
また、本実施形態では、メッシュ部材12A〜12D,12G,12Hにおいて、Z軸方向に沿った複数の線材121,122が、磁場印加方向に対して実質的に平行に延在している。このため、磁場印加方向が磁気熱量効果材料の長手方向に対して直交するように棒状体を配置した場合と比較して、Z軸方向に沿った複数の線材121,122内に生じる反磁場の影響を小さくすることができ、磁気熱量効果を効果的に得ることができる。
In the present embodiment, in the
さらに、本実施形態では、第1のMCM熱交換器10において、磁気熱量効果材料で構成された第1及び第2の線材121,122を織り込んでメッシュ部材12A〜12D,12G,12Hを構成する。これらのメッシュ部材12A〜12D,12G,12Hは液体媒体の圧力に耐え得る剛性を有しているので、第1及び第2の線材121,122を細くしても、液体媒体の圧力による第1及び第2の線材121,122の変形や破断を抑制することができる。
Further, in the present embodiment, in the first
第2のMCM熱交換器20についても、上述の第1のMCM熱交換器10と同様の効果を得ることができる。
The second
≪第2実施形態≫
図9及び図10は本発明の第2実施形態におけるMCM熱交換器を示す図、図11(a)及び図11(b)は本発明の第2実施形態における第5及び第6の複合メッシュ部材を示す図である。
<< Second Embodiment >>
FIGS. 9 and 10 are views showing an MCM heat exchanger according to the second embodiment of the present invention, and FIGS. 11A and 11B are fifth and sixth composite meshes according to the second embodiment of the present invention. It is a figure which shows a member.
本実施形態におけるMCM熱交換器10’では、第1の積層体11A’の構成が第1実施形態と相違するが、それ以外の構成は第1実施形態と同様である。以下に、第2実施形態における第1の積層体11A’について第1実施形態との相違点についてのみ説明し、第1実施形態と同様の構成である部分については同一符号を付して説明を省略する。
In the
本実施形態における第1の積層体11A’は、図9及び図10に示すように、複数の第5の複合メッシュ部材12Eと、複数の第6の複合メッシュ部材12Fと、を積層して構成されている。本実施形態における第5及び第6の複合メッシュ部材12E,12Fは、第1及び第2の線材121,122の延在方向が磁気印加方向と対応付けられている点で、第1実施形態における第1〜第4の複合メッシュ部材12A〜12Dと相違する。本実施形態における第5及び第6の複合メッシュ部材12E,12Fが、本発明における第1のメッシュ部材の一例に相当する。
As shown in FIGS. 9 and 10, the
第5の複合メッシュ部材12Eは、図11(a)に示すように、第1の線材121がZ軸方向に沿って直線状に延在していると共に、第1のピッチP1で相互に実質的に平行に並べられている。一方、複数の第2の線材122は、X軸方向に沿って直線状に延在していると共に、第1のピッチP1と同一の第2のピッチP2で相互に実質的に平行に並べられている(P1=P2)。すなわち、この第5の複合メッシュ部材12Eでは、第1の線材121と第2の線材122は、相互に実質的に直交しており、複数の線材121,122によって規定される個々の網目123の形状は、正方形となっている。
なお、この第5の複合メッシュ部材12Eでは、第1の線材121の本数(N1)と第2の線材122の本数(N2)の比が、50:50となっている(N1:N2=50:50)。図11(a)において、第1の線材121を白抜きの線で示し、第2の線材122を塗り潰しの線で示す。
In the fifth
第6の複合メッシュ部材12Fも、図11(b)に示すように、第1及び第2の線材121,122を織り込んで構成された網目状の部材であり、第5の複合メッシュ部材12Eと同一サイズの正方形の網目123を有している。この第6の複合メッシュ部材12Fでは、第2の線材122がZ軸方向に沿って直線状に延在し、第1の線材121がX軸方向に沿って直線状に延在しており、第1の線材121と第2の線材122とが相互に実質的に直交している。
As shown in FIG. 11B, the sixth
なお、この第6の複合メッシュ部材12Fでも、上述の第5の複合メッシュ部材12Eと同様に、第1の線材121の本数(N1)と第2の線材122の本数(N2)の比が、50:50となっている(N1:N2=50:50)。図11(b)においても、第1の線材121を白抜きの線で示し、第2の線材122を塗り潰しの線で示す。
In the sixth
本実施形態における第5の複合メッシュ部材12Eが、本発明における第1開口側メッシュ部材の一例に相当する。また、本実施形態における第5の複合メッシュ部材12Eの第1の線材121の延在方向(Z軸方向)が、本発明における第1の延在方向の一例に相当し、本実施形態における第5の複合メッシュ部材12Eの第2の線材122の延在方向(X軸方向)が、本発明における第2の延在方向の一例に相当する。
The 5th
一方、本実施形態における第6の複合メッシュ部材12Fが、本発明における第2開口側メッシュ部材の一例に相当する。また、本実施形態における第6の複合メッシュ部材12Fの第1の線材121の延在方向(X軸方向)が本発明における第1の延在方向の一例に相当し、本実施形態における第6の複合メッシュ部材12Fの第2の線材122の延在方向(Z軸方向)が、本発明における第2の延在方向の一例に相当する。
On the other hand, the sixth
さらに、本実施形態における第5の複合メッシュ部材12Eと第6の複合メッシュ部材12Fの間の境界が、本発明における「積層方向における途中位置」の一例に相当する。
Furthermore, the boundary between the fifth
第1の積層体11A’は、以上に説明した第5及び第6の複合メッシュ部材12E,12Fを相互に積み重ねることで構成されている。この際、複合メッシュ部材12E,12Fの積層方向(図中のY軸方向)において網目123同士が重なるように、第5及び第6の複合メッシュ部材12E,12Fが積層されている。
The first
この第1の積層体11A’は、第2の積層体11Bと第3の積層体11Cの間に介在するように、容器13内に収容されている。この際、本実施形態では、第5の複合メッシュ部材12Eの第1の線材121が、永久磁石40による磁場印加方向(図中のZ軸方向)に対して実質的に平行になると共に、第6の複合メッシュ部材12Fの第2の線材122が、磁場印加方向に対して実質的に平行となるように、第1の積層体11A’が容器13内に収容されている。また、第5の複合メッシュ部材12Eが第2の積層体11Bに隣接すると共に、第6の複合メッシュ部材12Gが第3の積層体11Cに隣接するように、第1の積層体11A’が容器13内に収容されている。
The first
なお、第1のピッチP1と第2のピッチP2が実質的に同一でなくてもよい(P1≠P2)。この場合には、第5及び第6のメッシュ部材12E,12Fの網目123の形状は、長方形となる。
Note that the first pitch P 1 and the second pitch P 2 may not be substantially the same (P 1 ≠ P 2 ). In this case, the shape of the
また、第5の複合メッシュ部材12Eの第1の線材121がZ軸方向に沿って延在していると共に、第6の複合メッシュ部材12Fの第2の線材122がZ軸方向に沿って延在しているのであれば、第1の延在方向と第2の延在方向が実質的に直交していなくてもよい。この場合には、第5及び第6のメッシュ部材12E,12Fの網目123の形状は、菱形或いは平行四辺形となる。
Further, the
以上のように、本実施形態では、第1実施形態と同様に、第1の低温側配管81側に位置する第2の積層体11Bの第1の単一メッシュ部材12Gが、第1のキュリー点TC1を有する第1の線材121で構成されているのに対し、第1の高温側配管83側に位置する第3の積層体11Cの第2の単一メッシュ部材12Hが、第2のキュリー点TC2を有する第2の線材122で構成されており、第2のキュリー点TC2が、第1の線材121の第1のキュリー点TC1に対して相対的に高くなっている(TC2>TC1)。このため、定常運転状態におけるMCM熱交換器10’の第1〜第3の積層体11A’,11B,11Cに発生する温度勾配が広くても、効率的に磁気熱量効果を得ることができる。
As described above, in the present embodiment, as in the first embodiment, the first
また、本実施形態では、第1実施形態と同様に、第1の線材121と第2の線材122を混在させた第5及び第6の複合メッシュ部材12E,12Fを含む第1の積層体11A’を、第2の積層体11Bと第3の積層体11Cとの間に介在させている。これにより、MCM熱交換器10’内に連続した温度勾配を容易に発生させることができる。
In the present embodiment, similarly to the first embodiment, the first
さらに、本実施形態では、第5の複合メッシュ部材12E及び第6の複合メッシュ部材12Fに関して、容器13の第1の開口131から第2の開口132に近づくに従って、第1の線材121が延在する第1の延在方向と、第2の線材122が延在する第2の延在方向と、が段階的に変化している。このため、MCM熱交換器10’内に発生する温度勾配をスムーズにすることができる。
Furthermore, in this embodiment, the
具体的には、第5の複合メッシュ部材12Eでは、第1の線材121の長手方向が磁場印加方向に対して実質的に平行となっているので、第1の線材121における反磁場の影響を抑制することができる。このため、第1の低温側配管81側では、相対的に低い第1のキュリー点TC1を有する第1の線材121の磁気熱量効果を効果的に得ることができる。
Specifically, in the fifth
これに対し、第6の複合メッシュ部材12Fでは、第2の線材122の長手方向が磁場印加方向に対して実質的に平行となっているので、第2の線材122における反磁場の影響を抑制することができる。このため、第1の高温側配管83側では、相対的に高い第2のキュリー点TC2を有する第2の線材122の磁気熱量効果を効果的に得ることができる。
On the other hand, in the sixth
また、本実施形態では、第1実施形態と同様に、メッシュ部材12E〜12Hにおいて、Z軸方向に沿った複数の線材121,122が、磁場印加方向に対して実質的に平行に延在している。このため、磁場印加方向が磁気熱量効果材料の長手方向に対して直交するように棒状体を配置した場合と比較して、Z軸方向に沿った複数の線材121,122内に生じる反磁場の影響を小さくすることができ、磁気熱量効果を効果的に得ることができる。
In the present embodiment, as in the first embodiment, in the
さらに、本実施形態では、第1実施形態と同様に、第1のMCM熱交換器10’において、磁気熱量効果材料で構成された第1及び第2の線材121,122を織り込んでメッシュ部材12E〜12Hを構成する。これらのメッシュ部材112E〜12Hは液体媒体の圧力に耐え得る剛性を有しているので、第1及び第2の線材121,122を細くしても、液体媒体の圧力による第1及び第2の線材121,122の変形や破断を抑制することができる。
Further, in the present embodiment, as in the first embodiment, in the first
また、本実施形態では、第1の延在方向と第2の延在方向との交差角度は、第5の複合メッシュ部材12Eと第6の複合メッシュ部材12Fとの間で実質的に同一となっており、第5の複合メッシュ部材12Eと第6の複合メッシュ部材12Fの相違点は、第1の延在方向と第2の延在方向が入れ替わっている点だけである。従って、第6の複合メッシュ部材12Fとして、第5の複合メッシュ部材12Eと同一の部材を90°回転させて用いることができるので、MCM熱交換器10’の製造の容易化を図ることができる。
In the present embodiment, the intersection angle between the first extending direction and the second extending direction is substantially the same between the fifth
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有するMCM熱交換器の数は特に限定されない。例えば、磁気ヒートポンプ装置が、1個或いは3個以上のMCM熱交換器を備えていてもよい。 For example, the number of MCM heat exchangers included in the magnetic heat pump device is not particularly limited. For example, the magnetic heat pump device may include one or three or more MCM heat exchangers.
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、第1及び第2のMCM熱交換器10,20が同一の構成を有しているが、特にこれに限定されず、これらが異なる構成を有してもよい。例えば、第1及び第2のMCM熱交換器10,20で、異なる仕様のメッシュ部材を用いたり、メッシュ部材の積層枚数を異ならせてもよい。
Moreover, in this embodiment, although the 1st and 2nd
また、第2実施形態において、第1実施形態のように、第5の複合メッシュ部材12E及び第6の複合メッシュ部材12Fに関して、容器13の第1の開口131から第2の開口132に近づくに従って、第1の線材121の本数と第2の線材122の本数の比を段階的に変化させてもよい。この場合には、第1の積層体11A’を3種類以上の複合メッシュ部材で構成してもよい。
In the second embodiment, as in the first embodiment, the fifth
1…磁気ヒートポンプ装置
10…第1のMCM熱交換器
11A〜11C…第1〜第3の積層体
12A〜12F…第1〜第6の複合メッシュ部材
12G,12H…第1,第2の単一メッシュ部材
121…第1の線材
122…第2の線材
123…網目
124…流路
13…容器
131…第1の開口
132…第2の開口
14…収容部
141底部
142,143…側部
144…開口
15…蓋部
16…第1の端末部材
161…連結口
162…接続口
17…第2の端末部材
171…連結口
172…接続口
20…第2のMCM熱交換器
21A〜21C…第1〜第3の積層体
23…容器
261…第1の連結口
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
81〜82…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
144 ...
Claims (9)
前記第1の積層体を収容する容器と、を備え、
それぞれの前記第1のメッシュ部材は、複数の線状体を織り込んで構成されており、
複数の前記線状体は、
第1のキュリー点を有する第1の磁気熱量効果材料で構成された第1の線状体と、
前記第1のキュリー点とは異なる第2のキュリー点を有する第2の磁気熱量効果材料で構成された第2の線状体と、を含む熱交換器。 A first laminate configured by laminating a plurality of first mesh members;
A container for accommodating the first laminate,
Each of the first mesh members is configured by weaving a plurality of linear bodies,
The plurality of linear bodies are:
A first linear body composed of a first magnetocaloric material having a first Curie point;
And a second linear body made of a second magnetocaloric material having a second Curie point different from the first Curie point.
前記容器は、
一方の端部に位置する第1の開口と、
他方の端部に位置する第2の開口と、を有しており、
前記第1の開口から前記第2の開口に向かう方向と、複数の前記第1のメッシュ部材の積層方向とが実質的に平行である熱交換器。 The heat exchanger according to claim 1,
The container is
A first opening located at one end;
A second opening located at the other end,
A heat exchanger in which a direction from the first opening toward the second opening and a stacking direction of the plurality of first mesh members are substantially parallel.
複数の前記第1のメッシュ部材は、前記第1の開口から前記第2の開口に近づくに従って、前記第1の線状体の本数と前記第2の線状体の本数との比が段階的に変化するように構成されている熱交換器。 The heat exchanger according to claim 2,
In the plurality of first mesh members, the ratio between the number of the first linear bodies and the number of the second linear bodies gradually increases as the first opening approaches the second opening. A heat exchanger that is configured to change into.
前記第1の線状体は、第1の延在方向に延在し、
前記第2の線状体は、前記第1の延在方向に交差する第2の延在方向に延在しており、
複数の前記第1のメッシュ部材は、前記第1の開口から前記第2の開口に近づくに従って、前記第1及び前記第2の延在方向が段階的に変化するように構成されている熱交換器。 The heat exchanger according to claim 2,
The first linear body extends in a first extending direction;
The second linear body extends in a second extending direction intersecting the first extending direction;
The plurality of first mesh members are configured such that the first and second extending directions change stepwise as they approach the second opening from the first opening. vessel.
前記第1の延在方向と前記第2の延在方向との交差角度は、複数の前記第1のメッシュ部材の間で実質的に同一である熱交換器。 The heat exchanger according to claim 4,
The crossing angle between the first extending direction and the second extending direction is a heat exchanger that is substantially the same among the plurality of first mesh members.
複数の前記第1のメッシュ部材は、
前記積層方向において途中位置よりも前記第1の開口側に配置された第1開口側メッシュ部材と、
前記積層方向において前記途中位置よりも前記第2の開口側に配置された第2開口側メッシュ部材と、を含んでおり、
前記第1開口側メッシュ部材は、前記線状体に印加される磁場の磁場印加方向に対して前記第1の延在方向が実質的に平行となるように配置され、
前記第2開口側メッシュ部材は、前記磁場印加方向に対して前記第2の延在方向が実質的に平行となるように配置されている熱交換器。 The heat exchanger according to claim 4 or 5,
The plurality of first mesh members are:
A first opening-side mesh member disposed on the first opening side of the middle direction in the stacking direction;
A second opening-side mesh member disposed on the second opening side of the intermediate position in the stacking direction,
The first opening-side mesh member is arranged such that the first extending direction is substantially parallel to the magnetic field application direction of the magnetic field applied to the linear body,
The second opening-side mesh member is a heat exchanger arranged such that the second extending direction is substantially parallel to the magnetic field application direction.
前記熱交換器は、
第2のメッシュ部材を積層して構成される第2の積層体と、
第3のメッシュ部材を積層して構成される第3の積層体と、を備え、
前記第2のメッシュ部材は、複数の前記第1の線状体を織り込んで構成され、
前記第3のメッシュ部材は、複数の前記第2の線状体を織り込んで構成されており、
前記第2の積層体は、前記積層方向において前記第1の積層体よりも前記第1の開口側に位置するように、前記容器に収容され、
前記第3の積層体は、前記積層方向において前記第1の積層体よりも前記第2の開口側に位置するように、前記容器に収容されている熱交換器。 It is a heat exchanger as described in any one of Claims 2-6,
The heat exchanger is
A second laminate configured by laminating a second mesh member;
A third laminated body configured by laminating a third mesh member,
The second mesh member is formed by weaving a plurality of the first linear bodies,
The third mesh member is configured by weaving a plurality of the second linear bodies,
The second stacked body is accommodated in the container so as to be positioned closer to the first opening than the first stacked body in the stacking direction,
The heat exchanger housed in the container so that the third stacked body is positioned closer to the second opening than the first stacked body in the stacking direction.
前記線状体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、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 7;
A magnetic heat pump apparatus comprising: a magnetic field changing unit that applies a magnetic field to the linear body and changes a magnitude of the magnetic field.
前記磁気ヒートポンプ装置は、
配管を介して前記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、
前記磁気変更手段により前記線状体に印加される磁場の大きさの変更に伴って、前記熱交換器から前記第1の外部熱交換器又は前記第2の外部熱交換器に流体を供給する流体供給手段と、を備えた磁気ヒートポンプ装置。 A magnetic heat pump device according to claim 8,
The magnetic heat pump device is:
First and second external heat exchangers respectively connected to the heat exchanger via piping;
Fluid is supplied from the heat exchanger to the first external heat exchanger or the second external heat exchanger in accordance with a change in the magnitude of the magnetic field applied to the linear body by the magnetic change means. A magnetic heat pump device comprising: a fluid supply means;
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2017
- 2017-03-03 JP JP2017040262A patent/JP2018146154A/en active Pending
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