JP2019120426A - 材料容器及び磁気ヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数種類の磁性材料Ｍを充填する場合でも、簡易且つ確実に、しかもより精度よく充填可能な材料容器を提供する。【解決手段】中心軸周りに回転可能な永久磁石と、永久磁石の外周側に円環状に配置されると共に内部に磁性材料Ｍを収容した材料容器１０とを備える磁気ヒートポンプ装置における材料容器１０である。同心状に配置される内径側円筒部１１ａ及び外径側円筒部１１ｂと、上記内径側円筒部１１ａと上記外径側円筒部１１ｂとの間に形成される円筒状の空間を区切る複数の隔壁部１１ｃとを備える複数の容器分割体１１を有する。各容器分割体１１は樹脂製である。材料容器１０は、複数の容器分割体１１を同軸且つ直列に連結して構成される。【選択図】図３

Description

本発明は、磁気ヒートポンプ装置に関する技術に関し、特に磁気熱量効果を奏する磁性材料を収容する材料容器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Ｐに固定された永久磁石３の外周側に円周方向に沿って複数の作業室２が配列し、各作業室２に磁性材料６が収納されている（図１，図２参照）。また、永久磁石３の回転に同期して、作業室２内の磁性材料６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。図２中、符号７はヨークを示す。
各作業室２の装置軸方向端部の開口部は、例えば特許文献１や図１に示す、連通孔プレート１で閉塞され、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。

図１では、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を備える場合が例示されている。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、その切欠き４ａ、４ｂを介して作業流体の供給制御が行われる。ここで例えば切欠き４ａ、４ｂのうち、外周側が流出用であり、内周側が流入用である。
ここで、本発明が適用される磁気ヒートポンプ装置に適用される弁は、ロータリー弁でなくても良い。

上記従来の磁性材料を収容する材料容器は、例えば外径１５０ｍｍ、軸方向長さが１５０ｍｍなどの寸法となっている。すなわち材料容器は、円筒部の厚さが２〜３ｍｍ程度と薄いにも関わらず軸方向に長く、且つ周方向に沿って空間を隔壁して複数の作業室を形成するための複数の隔壁部を有する。

特許第５４８８５８０号公報

磁気ヒートポンプ装置での熱交換効率を高めるために、作業室の軸方向両端部に所定温度スパンが形成されるように、各作業室毎に、キュリー温度の異なる複数種類の磁性材料を軸方向に段階的に充填して、種類の異なる磁性材料をカスケード状（直列）に充填することが行われる場合がある。
このとき、各作業室の空間にそれぞれ、キュリー温度順に磁性材料を所定量ずつ充填することを繰り返すことで、それぞれの作業室に対し全長分の充填を行う必要がある。しかし、上記のように作業室は軸方向長さが長く、また１２カ所など作業室分の充填箇所があるため、充填順を間違えたり、各磁性材料の分量を間違えやすく、また各作業室間で各磁性材料の分量のばらつきが生じやすい。さらに、組み立て後に、分量の修正が困難となる。

本発明は、上記のような点に着目したもので、複数種類の磁性材料を充填する場合でも、簡易且つ確実に、しかもより精度よく充填可能な材料容器を提供することを目的とする。

課題を解決するために、本発明の一態様は、中心軸周りに回転可能な永久磁石と、上記永久磁石の外周側に円環状に配置されると共に内部に磁性材料を収容した材料容器と、を備える磁気ヒートポンプ装置における上記材料容器であって、同心状に配置される内径側円筒部及び外径側円筒部と、上記内径側円筒部と上記外径側円筒部との間に形成される円筒状の空間を、円周方向に予め設定した間隔を開けて設けられそれぞれが上記内径側円筒部の外径面及び上記外径側円筒部の内径面と一体になった複数の隔壁部と、を備える複数の容器分割体を有し、上記各容器分割体は樹脂製であり、上記複数の容器分割体を同軸且つ直列に連結して構成されることを要旨とする。
隣り合う上記容器分割体間に、作業流体が通過可能で且つ上記磁性材料が通過不能な開口が形成された隔壁部品が介装されることが好ましい。

本発明の一態様によれば、直列に接続する複数の容器分割体から構成することで、各容器毎に同一種類の磁性材料を充填することが可能となる。この結果、各作業室間で各磁性材料の分量のばらつきが抑制され、簡易且つ確実に、しかもより精度よく複数種類の磁性材料を充填可能となる。
また、組み立て後であって、間違った部分だけを分割して再度組み付ければよい。
また、各容器分割体を樹脂製とすることで、加工も容易且つコストも安価となると共に軽量化に寄与する。

磁気ヒートポンプ装置の構成を説明する概略分解図である。 従来の材料容器（作業室）の構成を示す正面図である。 本発明に基づく実施形態に係る材料容器を示す斜視図である。 本発明に基づく実施形態に係る容器分割体を示す斜視図である。 容器分割体の並びの例を示す斜視図である。 一つの作業室での磁性材料の並びの例を示す図である。 容器分割体間の連結構造の例を示す図である。

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、周方向に配列した作業室を有する材料容器の構造が異なる。このため以下、本実施形態の材料容器について説明する。
本実施形態の材料容器１０は、図３に示すように、複数の容器分割体１１を同軸且つ直列に連結して構成される。

各容器分割体１１は、図４に示すように、同心状に配置される内径側円筒部１１ａ及び外径側円筒部１１ｂと、内径側円筒部１１ａと外径側円筒部１１ｂとの間に形成される円筒状の空間を、円周方向に予め設定した間隔を開けて設けられそれぞれが上記内径側円筒部１１ａの外径面及び上記外径側円筒部１１ｂの内径面と一体になった複数の隔壁部１１ｃと、を備えた構造となっている。そして、隔壁で区切られた各空間が、それぞれ作業室１２の一部となる。
ここで、材料容器１０は、例えば軸方向長さが１５０ｍｍなどと長軸の部材であることから、樹脂で一体成形するのは複雑な工程が要求される。これに対し、本実施形態では、材料容器１０は、複数の容器分割体１１に分割することで、各容器分割体１１を樹脂で一体成形することが可能となる。

材料容器１０を軸方向に分割した複数の容器分割体１１から構成する場合には、例えば軸方向に型分割して成形される。このとき、抜きテーパの寸法が影響しない範囲の軸長で分割して各容器分割体１１を作製することが好ましい。このため、各容器分割体１１の軸方向の長さを、例えば１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲とすることが好ましい。なお、各容器分割体１１の長さは異なっていても良い。
容器分割体１１に使用する樹脂材料は、ガラス転移温度若しくは融点が、磁気ヒートポンプ装置で発生させる加熱温度の上限値よりも高いものであれば特に限定されない。

更に、容器分割体１１の軸方向両側には、作業流体が通過可能で且つ上記磁性材料Ｍが通過不能な開口が形成された隔壁部品２０を取り付ける。隔壁部品２０は、例えばメッシュ材から構成する。隔壁部品２０は、容器分割体１１の軸方向の一方だけでも良い。
このとき、容器分割体１１の各室に、同一種類の磁性材料Ｍを充填することが好ましい。例えば、容器分割体１１の片側に隔壁部品２０を取り付けた後に、開放側を上にして横置きする。そして、必要に応じて他方の端部側にも隔壁部品２０を取り付ける。

上記のようにして異なる磁性材料Ｍを充填した複数の容器分割体１１を作製した後、図５のように、その複数の容器分割体１１を、充填した磁性材料Ｍのキュリー温度順に直列に連結して、図３のような、材料容器１０を構成する。容器分割体１１の片側にだけ隔壁部品２０を設ける場合には、順次積み重ねるようにして連結させればよい。
図３中、符号１０Ａは位置決め用のマーキングであり、このマーキング１０Ａが揃うように連結することで、容器分割体１１間の円周方向のズレを簡易に防止できる。
本実施形態では、容器分割体１１の軸方向寸法を小さくするほど、磁性材料Ｍのキュリー温度を多段階とすることが可能となる。

図６は一つの作業室１２での、複数の磁性材料Ｍのカスケード（直列）状態の例を示しているが、２１個の容器分割体１１を直列に連結して材料容器１０とした場合の例である。上記の従来の場合では、精度よく積層させるためには、せいぜい４種類程度の磁性材料Ｍを層状に入れることが限界と推定される。これに対し、本実施形態の材料容器１０を使用すれば、５段階以上の積層であっても、精度よく且つ簡易に設定することが可能である。
直列に連結する容器分割体１１の数は、積層の数に応じて設定すればよいが、例えば５個〜３０個、好ましくは１０個〜２０個である。

次に、容器分割体１１間の連結構造について説明する。
図７に示すように、容器分割体１１における、軸方向の一方の端面に対し軸方向に突出した連結用突起部１４を形成すると共に、軸方向の他方の端面に、連結用突起部１４を嵌合可能な連結用凹部１５が形成されている。なお、連結用突起部１４に対し連結用穴部凹部に若干のしまりばめを有するように構成しておくことが好ましい。連結用突起部１４及び連結用凹部１５は樹脂製であるため、所定の弾性をもって嵌合する。

図７中、符号１６は、位置決め用突起部である。位置決め用突起部１６は、連結用突起部１４の外周面の少なくとも一カ所に形成され、外径方向に突出している。図７中符号１７は、位置決め用突起部１６に対応した位置決め用凹部である。位置決め用突起部１６を位置決め用凹部１７に嵌合するように連結することで、円周方向のズレを防止することができる。
図７では、連結用凹部１５に隔壁部品２０としてのメッシュ材とシール部品１３とをこの順に配置した例を示している。
なお、図７に各壁部の位置の例を併せて図示している。

以上のように、本実施形態の材料容器１０を用いた場合、直列に接続する複数の容器分割体１１から構成することで、各容器毎に同一種類の磁性材料Ｍを充填することが可能となる。この結果、各作業室１２間で各磁性材料Ｍの分量のばらつきが抑制され、簡易且つ確実に、しかもより精度よく複数種類の磁性材料Ｍを充填可能となる。しかも、従来に比べて、キュリー温度が異なる複数の磁性材料Ｍをより多段階に設定でき、その場合であっても、精度よく各磁性材料Ｍを積層した状態に設定することが可能となる。
また、組み立て後であって、間違った部分だけを分割して再度組み付ければよい。

また、各容器分割体１１を樹脂製とすることで、加工も容易且つコストも安価となると共に軽量化に寄与する。
ここで、上記説明では、各容器分割体１１の間に隔壁部品２０を介装させる構成で説明したが、隔壁部品２０を省略してもよい。
隔壁部品２０を省略した場合であっても、容器分割体１１を積層するたびに対応した磁性材料Ｍを充填していくことで、キュリー温度が異なる複数の磁性材料Ｍをより多段階に設定でき、その場合であっても、精度よく各磁性材料Ｍを積層した状態に設定することが可能となる。

１０ 材料容器
１１ 容器分割体
１１ａ 内径側円筒部
１１ｂ 外径側円筒部
１１ｃ 隔壁部
１２ 作業室
１３ シール部品
１４ 連結用突起部
１５ 連結用凹部
１６ 位置決め用突起部
１７ 位置決め用凹部
２０ 隔壁部品
Ｍ 磁性材料

Claims (4)

1. 中心軸周りに回転可能な永久磁石と、上記永久磁石の外周側に円環状に配置されると共に内部に磁性材料を収容した材料容器と、を備える磁気ヒートポンプ装置における上記材料容器であって、
   同心状に配置される内径側円筒部及び外径側円筒部と、上記内径側円筒部と上記外径側円筒部との間に形成される円筒状の空間を、円周方向に予め設定した間隔を開けて設けられそれぞれが上記内径側円筒部の外径面及び上記外径側円筒部の内径面と一体になった複数の隔壁部と、を備える複数の容器分割体を有し、
   上記各容器分割体は樹脂製であり、
   上記複数の容器分割体を同軸且つ直列に連結して構成されることを特徴とする磁気ヒートポンプ装置用の材料容器。
2. 隣り合う上記容器分割体間に、作業流体が通過可能で且つ上記磁性材料が通過不能な開口が形成された隔壁部品が介装され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用の材料容器。
3. 隣り合う上記容器分割体同士を連結する連結構造を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した磁気ヒートポンプ装置用の材料容器。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した材料容器を備え、各容器分割体に異なる種類の磁性材料を収容したことを特徴とする磁気ヒートポンプ装置。

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