JP2019100602A - 磁気ヒートポンプ装置 - Google Patents
磁気ヒートポンプ装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019100602A JP2019100602A JP2017230805A JP2017230805A JP2019100602A JP 2019100602 A JP2019100602 A JP 2019100602A JP 2017230805 A JP2017230805 A JP 2017230805A JP 2017230805 A JP2017230805 A JP 2017230805A JP 2019100602 A JP2019100602 A JP 2019100602A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat pump
- magnetic material
- magnetic
- permanent magnet
- circumferential direction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
【課題】磁気ヒートポンプ装置の効率を高めつつ、出力変動を抑えた磁気ヒートポンプ装置を提供する。【解決手段】磁気ヒートポンプ装置は、回転軸に固定された永久磁石3とその永久磁石3の外周側に円周方向に沿って配置された磁性材料と、上記永久磁石3の回転に同期して、上記磁性材料に対する作業流体の流入・流出を行う弁と、を備える磁気ヒートポンプ装置であって、上記作業流体が通過可能な通過路空間を、上記円周方向に沿って並ぶように複数形成し、上記通過路空間を形成する壁面の少なくとも一部を磁性材料で形成した。【選択図】 図4
Description
本発明は、磁気ヒートポンプ装置に関する技術である。
磁気ヒートポンプ装置は、特許文献1に記載のように、回転軸に固定された永久磁石とその永久磁石の外周側に円周方向に沿って複数の作業室が配列し、各作業室に磁気材料が収納されている。そして、永久磁石の回転に同期して、上記磁性材料に対する作業流体(熱交換媒体)の流入・流出を行う弁を備える。
各作業室の装置長手方向端部の開口部には、特許文献1や図1に示すように、連通孔プレート1で閉塞さ、その連通孔プレート1(バルブプレート)に各作業室2への連通孔1a、1bが形成されている。連通孔1a、1bは、例えば外周側の流出用連通孔と内周側の流入用連通孔を構成する。
各作業室の装置長手方向端部の開口部には、特許文献1や図1に示すように、連通孔プレート1で閉塞さ、その連通孔プレート1(バルブプレート)に各作業室2への連通孔1a、1bが形成されている。連通孔1a、1bは、例えば外周側の流出用連通孔と内周側の流入用連通孔を構成する。
その連通孔プレート1の前側には、永久磁石3の回転と共に回転するロータリー弁の回転ディスク4を備える。回転ディスク4には、円周方向に延びるスリット状の切欠き4a、4bが弁のポートとして開口し、そのスリットを介して作業流体の供給制御が行われる。ここで例えばスリットのうち、外周側が流出用であり、内周側が流入用である。
例えば、回転ディスク4の流入側の切欠き4a、4bと連通孔プレート1の連通孔1a、1bとの重なりが、図2のような位置となった場合、作業流体が、真ん中の連通孔1a、1bに対応する作業室2内と共に、左右に連通孔1a、1bに対応する作業室2にも流れ込む。
ここで、切欠き4a、4bの長さは永久磁石3の極の長さに合わせて設計されているため、この流入が磁場印加による加熱側の場合、図3に示すように、中央の作業室2の磁性材料は、磁場印加されているが、左右の作業室2の磁性材料は、部分的にしか磁場印加が行われていないために、非磁性空間(図3中符号10部分)にも作業流体が流れることとなる。これは冷却側でも同様である。
ここで、切欠き4a、4bの長さは永久磁石3の極の長さに合わせて設計されているため、この流入が磁場印加による加熱側の場合、図3に示すように、中央の作業室2の磁性材料は、磁場印加されているが、左右の作業室2の磁性材料は、部分的にしか磁場印加が行われていないために、非磁性空間(図3中符号10部分)にも作業流体が流れることとなる。これは冷却側でも同様である。
以上のことから、非励磁/消磁空間にも磁気履歴の性能が低下し、また、回転ディスク4に設けた切欠き4a、4bの円周方向長さ(円周方向の角度)によって、作業流体が流れる作業室2による空間面積が変動して、出力の変動に繋がるという課題がある。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、磁気ヒートポンプ装置の効率を高めつつ、出力変動を抑えた磁気ヒートポンプ装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、磁気ヒートポンプ装置の効率を高めつつ、出力変動を抑えた磁気ヒートポンプ装置を提供することを目的とする。
課題を解決するために、本発明の一態様の磁気ヒートポンプ装置は、回転軸に固定された永久磁石とその永久磁石の外周側に円周方向に沿って配置された磁性材料と、上記永久磁石の回転に同期して、上記磁性材料に対する作業流体の流入・流出を行う弁と、を備える磁気ヒートポンプ装置であって、上記作業流体が通過可能な通過路空間を、上記円周方向に沿って並ぶように複数形成し、上記通過路空間を形成する壁面の少なくとも一部を磁性材料で形成したことを要旨とする。
本発明の一態様によれば、収容した粒状などの磁性材料の隙間を作業流体が流れるのでなく、磁性材料で壁面を形成した通過路空間に作業流体を流す構成となる。このため、実質的に、従来の作業室を円周方向にさらに独立した複数の区画に分けることが可能となるので、励磁空間及びその近傍にだけ作業流体を流すことが可能となり、磁気ヒートポンプ装置の効率を高めつつ、出力変動を抑えた磁気ヒートポンプ装置を提供することが可能となる。
さらに、磁性材料で壁面を形成した通過路空間に作業流体を流す構成であることから、磁性材料内を流れる流路抵抗も下げることが可能となり、流量と周波数を向上させて磁気ヒートポンプの性能を向上することが可能となる。また、流量と周波数を向上させた分、励磁領域を狭める場合は、性能を同等に保ちつつ、磁気ヒートポンプの構成材料の中でも高価である永久磁石の必要量を低減することが可能となる。
次に本発明に実施形態について図面を参照して説明する。
(構成)
本実施形態の磁気ヒートポンプ装置の基本構成は、図1に示す従来構成と同様であるが、作業室2部分と連通孔プレート1の連通孔1a、1b部分の構成が異なる。このため以下、作業室2部分と、連通孔プレート1の連通孔部分について説明する。
(構成)
本実施形態の磁気ヒートポンプ装置の基本構成は、図1に示す従来構成と同様であるが、作業室2部分と連通孔プレート1の連通孔1a、1b部分の構成が異なる。このため以下、作業室2部分と、連通孔プレート1の連通孔部分について説明する。
<作業室2>
永久磁石3の外周には、複数の作業室2が配置されている。複数の作業室2は、回転軸(不図示)と同心の円環状に且つ円周方向に沿って配列している。なお、作業室2の断面形状は4角形形状や多角形形状など特に限定されるものではない。
作業室2内は、図4及び図5に示すように、作業室2内を長手方向に延びる複数の壁部材20で円周方向に間仕切りされて、円周方向に並ぶ複数の連通室21に区画されている。この連通室21が通過路空間を構成する。例えば、10個の壁部材20で10の通過路空間に、円周方向に向けて区画されている場合を例示している。
永久磁石3の外周には、複数の作業室2が配置されている。複数の作業室2は、回転軸(不図示)と同心の円環状に且つ円周方向に沿って配列している。なお、作業室2の断面形状は4角形形状や多角形形状など特に限定されるものではない。
作業室2内は、図4及び図5に示すように、作業室2内を長手方向に延びる複数の壁部材20で円周方向に間仕切りされて、円周方向に並ぶ複数の連通室21に区画されている。この連通室21が通過路空間を構成する。例えば、10個の壁部材20で10の通過路空間に、円周方向に向けて区画されている場合を例示している。
各壁部材20は、その少なくとも一部が磁性材料から形成されている。各壁部材20の全てが磁性材料で構成されることが好ましい。なお、一部の壁部材20に開口を設けて隣り合う連通室21を部分的に連通させても良い。
円周方向に沿った各壁部材20間の寸法(連通室21の幅)は、作業流体と磁性材料との接触による熱交換の効率に基づき設計すればよいが、例えば壁部材20の厚さの0.01倍以上0.5倍以下とする。
円周方向に沿った各壁部材20間の寸法(連通室21の幅)は、作業流体と磁性材料との接触による熱交換の効率に基づき設計すればよいが、例えば壁部材20の厚さの0.01倍以上0.5倍以下とする。
熱交換の効率を上げるために、各壁部材20の表面を粗面としてもよい。
また、各壁部材20は、磁気ヒートポンプ装置の長手方向に直線状に延在している必要はなく、蛇行するようにして長手方向に延びていても良い。この場合も、接触面積を増やすことが可能となる。
また、各作業室2を区切る各壁6Aも磁性材料で構成してもよい。
また、各壁部材20は、磁気ヒートポンプ装置の長手方向に直線状に延在している必要はなく、蛇行するようにして長手方向に延びていても良い。この場合も、接触面積を増やすことが可能となる。
また、各作業室2を区切る各壁6Aも磁性材料で構成してもよい。
<連通プレート>
従来にあっては、連通孔プレート1は、円環状の作業室2の列と弁との間に介装され、各作業室2への作業流体の流出入を行う円形の連通孔1a、1bが開口している。一般に、流入用連通孔と流出用連通孔の組が、それぞれ作業室2毎に1つ又は数個形成される。
これに対し、本実施形態では、図6に示すように、一つの作業室2毎に、更に1又は数個の連通室21毎に連通室に対向させて、1つ又は数列のスリット1Aを形成し、そのスリット1Aを連通孔とする。
従来にあっては、連通孔プレート1は、円環状の作業室2の列と弁との間に介装され、各作業室2への作業流体の流出入を行う円形の連通孔1a、1bが開口している。一般に、流入用連通孔と流出用連通孔の組が、それぞれ作業室2毎に1つ又は数個形成される。
これに対し、本実施形態では、図6に示すように、一つの作業室2毎に、更に1又は数個の連通室21毎に連通室に対向させて、1つ又は数列のスリット1Aを形成し、そのスリット1Aを連通孔とする。
各スリット1Aは、径方向に延び、且つ複数のスリット1Aが円周方向に沿って配列している。
連通孔は上記構成に限定されない。例えば、図7のような作業室2に対応した開口に格子状の枠体30を配置することで、1又は数個の連通室21毎に数個の開口からなる連通孔1Bを設ける。または、作業室2の形成位置と同じ径方向位置にパンチングメタルのような、複数の小孔を連通孔として円周方向に沿って形成することで、連通室21毎に連通室21に対向する複数の小孔を形成しても良い。
連通孔は上記構成に限定されない。例えば、図7のような作業室2に対応した開口に格子状の枠体30を配置することで、1又は数個の連通室21毎に数個の開口からなる連通孔1Bを設ける。または、作業室2の形成位置と同じ径方向位置にパンチングメタルのような、複数の小孔を連通孔として円周方向に沿って形成することで、連通室21毎に連通室21に対向する複数の小孔を形成しても良い。
(動作その他)
従来であれば、作業室2に収容した粒状体などからなる磁性材料群の隙間を作業流体が圧送されるため流路抵抗が大きい。これに対し、本実施形態では、磁性材料で壁面の少なくとも一部を形成した通過路空間に対し作業流体を流す構成である。このため磁性材料内を流れる流路抵抗も下げることが可能となり、永久磁石3の回転をより高速化するなど、磁気ヒートポンプ装置の駆動をより高くすることも可能となる。
従来であれば、作業室2に収容した粒状体などからなる磁性材料群の隙間を作業流体が圧送されるため流路抵抗が大きい。これに対し、本実施形態では、磁性材料で壁面の少なくとも一部を形成した通過路空間に対し作業流体を流す構成である。このため磁性材料内を流れる流路抵抗も下げることが可能となり、永久磁石3の回転をより高速化するなど、磁気ヒートポンプ装置の駆動をより高くすることも可能となる。
このとき、例えば磁石先端部の磁極部の周方向の長さを小さくして、永久磁石3を従来よりも高速で回転し、且つ励磁・消磁の頻度を増やすような構成も可能となる。
また、本実施形態では、各作業室2を円周方向にさらに独立した区画とすることが可能となるので、磁気ヒートポンプ装置の効率を高めつつ、出力変動を抑えた磁気ヒートポンプ装置を提供することが可能となる。
すなわち、本実施形態では、左右の作業室2の一部のみが励磁される場合(図3参照)に、左右の作業室2のうちの、その励磁されている通過路空間近傍だけに作業流体が流れる構成となる。このため、磁気ヒートポンプ装置の効率を高めつつ、出力変動を抑えた磁気ヒートポンプ装置を提供することが可能となる。
また、本実施形態では、各作業室2を円周方向にさらに独立した区画とすることが可能となるので、磁気ヒートポンプ装置の効率を高めつつ、出力変動を抑えた磁気ヒートポンプ装置を提供することが可能となる。
すなわち、本実施形態では、左右の作業室2の一部のみが励磁される場合(図3参照)に、左右の作業室2のうちの、その励磁されている通過路空間近傍だけに作業流体が流れる構成となる。このため、磁気ヒートポンプ装置の効率を高めつつ、出力変動を抑えた磁気ヒートポンプ装置を提供することが可能となる。
<通過路空間の変形例>
上記実施形態では、回転軸と同軸の円環状の磁性材料配置空間を、磁性材料からなる壁部材20で円周方向に区画して、通過路空間としての複数の連通室21を形成する場合を例示した。しかし、通過路空間はこれに限定しない。
上記実施形態では、回転軸と同軸の円環状の磁性材料配置空間を、磁性材料からなる壁部材20で円周方向に区画して、通過路空間としての複数の連通室21を形成する場合を例示した。しかし、通過路空間はこれに限定しない。
(1)各作業室2に磁性材料を充填し、磁性材料のかたまり内に、磁気ヒートポンプ装置の長手方向に延びる複数の貫通路を形成し、その貫通路を上記通過路空間としても良い。
例えば、作業室2に粒状の磁性材料を充填すると共に鉄製のパイプを貫通させて貫通路としても良い。
また、作業室2に充填した粒状の磁性材料を締め固めて、長手方向に延びる貫通路を直接開口するようにしても良い。この場合、若干貫通路の壁面から外周側にも作業流体が流れるが、主な流れは貫通路位置となるように設計することができる。
なお、作業室2を画成する壁を除去しても良い。
例えば、作業室2に粒状の磁性材料を充填すると共に鉄製のパイプを貫通させて貫通路としても良い。
また、作業室2に充填した粒状の磁性材料を締め固めて、長手方向に延びる貫通路を直接開口するようにしても良い。この場合、若干貫通路の壁面から外周側にも作業流体が流れるが、主な流れは貫通路位置となるように設計することができる。
なお、作業室2を画成する壁を除去しても良い。
(2)磁性材料からなるブロック体を、作業室2を形成する円環状の磁性材料配置空間に設け、そのブロック体に長手方向に貫通する貫通孔を蜂の巣状に形成して、通過路空間とするようにしても良い。
1 連通孔プレート
1A スリット
1B 連通孔
2 作業室
3 永久磁石
4 回転ディスク
4a 切欠き
6A 壁
20 壁部材
21 連通室
1A スリット
1B 連通孔
2 作業室
3 永久磁石
4 回転ディスク
4a 切欠き
6A 壁
20 壁部材
21 連通室
Claims (4)
- 回転軸に固定された永久磁石とその永久磁石の外周側に円周方向に沿って配置された磁性材料と、上記永久磁石の回転に同期して、上記磁性材料に対する作業流体の流入・流出を行う弁と、を備える磁気ヒートポンプ装置であって、
上記作業流体が通過可能な通過路空間を、上記円周方向に沿って並ぶように複数形成し、上記通過路空間を形成する壁面の少なくとも一部を磁性材料で形成したことを特徴とする磁気ヒートポンプ装置。 - 上記永久磁石の外周側に設けられ円周方向に延びる作業室内を、磁気ヒートポンプ装置の長手方向に延びる複数の壁部材で、円周方向に並ぶ複数の連通室に区画して、その連通室を上記通過路空間とすると共に、上記壁部材を磁性材料で形成することを特徴とする請求項1に記載した磁気ヒートポンプ装置。
- 上記永久磁石の外周側に設けられ円周方向に延びる作業室に磁性材料が設けられ、その設けられた磁性材料のかたまり内に、磁気ヒートポンプ装置の長手方向に延びる複数の貫通路を形成し、その貫通路を上記通過路空間とすることを特徴とする請求項1に記載した磁気ヒートポンプ装置。
- 上記弁と上記磁性材料との間に連通孔プレートを備え、
上記連通孔プレートに設ける、上記弁のポートと上記磁性材料側とを連通するための連通孔は、格子状の開口、径方向に延びるスリット、若しくは複数の穴からなることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載した磁気ヒートポンプ装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017230805A JP2019100602A (ja) | 2017-11-30 | 2017-11-30 | 磁気ヒートポンプ装置 |
PCT/JP2018/038144 WO2019106978A1 (ja) | 2017-11-30 | 2018-10-12 | 磁気ヒートポンプ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017230805A JP2019100602A (ja) | 2017-11-30 | 2017-11-30 | 磁気ヒートポンプ装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019100602A true JP2019100602A (ja) | 2019-06-24 |
Family
ID=66664996
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017230805A Pending JP2019100602A (ja) | 2017-11-30 | 2017-11-30 | 磁気ヒートポンプ装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2019100602A (ja) |
WO (1) | WO2019106978A1 (ja) |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009024412A1 (en) * | 2007-08-17 | 2009-02-26 | The Technical University Of Denmark | A refrigeration device and a method of refrigerating |
EP2108904A1 (en) * | 2008-04-07 | 2009-10-14 | Haute Ecole d'Ingénierie et de Gestion du Canton de Vaud (HEIG-VD) | A magnetocaloric device, especially a magnetic refrigerator, a heat pump or a power generator |
JP5488580B2 (ja) * | 2011-01-27 | 2014-05-14 | 株式会社デンソー | 磁気冷凍システムおよび自動車用空調装置 |
JP5278486B2 (ja) * | 2011-04-25 | 2013-09-04 | 株式会社デンソー | 熱磁気エンジン装置、および可逆熱磁気サイクル装置 |
JP6369299B2 (ja) * | 2014-11-20 | 2018-08-08 | 株式会社デンソー | 磁気熱量素子および熱磁気サイクル装置 |
-
2017
- 2017-11-30 JP JP2017230805A patent/JP2019100602A/ja active Pending
-
2018
- 2018-10-12 WO PCT/JP2018/038144 patent/WO2019106978A1/ja active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2019106978A1 (ja) | 2019-06-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20160372983A1 (en) | Rotor of rotary electric machine | |
JP4564883B2 (ja) | 磁気式温度調整装置 | |
JP2014183602A (ja) | 回転電機 | |
KR20180027556A (ko) | 회전 전기 기기 냉각 구조 | |
JP2007535644A (ja) | 磁性流体クラッチ | |
JP5740416B2 (ja) | 回転電機 | |
JP2016146704A (ja) | 回転電機 | |
JP6559516B2 (ja) | 電動ポンプ | |
JP2016012979A (ja) | 回転電機のロータ | |
JP2019047644A (ja) | 回転電機のロータ、および、回転電機の冷却方法 | |
JP2017046545A (ja) | 回転電機用ロータ | |
JP2013055775A (ja) | 回転電機のロータ構造 | |
JP5635707B1 (ja) | バルブ装置 | |
WO2019106978A1 (ja) | 磁気ヒートポンプ装置 | |
US20190372411A1 (en) | Rotor and motor using same | |
JP2019143938A (ja) | 磁気熱量素子及び磁気ヒートポンプ装置 | |
JP6068419B2 (ja) | 全閉式回転電機 | |
JP2020141542A (ja) | 回転電機のロータ | |
JP2016082628A (ja) | 回転電機 | |
US11111956B2 (en) | Squeeze film damper bearing and rotary machine including the same | |
JP2022070633A (ja) | 回転電機 | |
JP2015019549A (ja) | 冷却流路を有する回転子及びそれを有する電動機 | |
JP6825227B2 (ja) | 回転電機 | |
JP2019132553A (ja) | 磁気ヒートポンプ装置 | |
JP2019100430A (ja) | 制御弁及び磁気ヒートポンプ装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20190411 |