JP2019120427A

JP2019120427A - 材料容器及び磁気ヒートポンプ装置

Info

Publication number: JP2019120427A
Application number: JP2017253582A
Authority: JP
Inventors: 巌内門; Iwao Uchikado
Original assignee: Sanden Holdings Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2017-12-28
Publication date: 2019-07-22
Also published as: WO2019130884A1

Abstract

【課題】比較的に容易な組み付けによって構成可能な材料容器を提供する。【解決手段】回転可能な永久磁石の外径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１０である。同心状に配置される内径側円筒部品１１及び外径側円筒部品１２と、その間の円筒状の空間に対し円周方向に沿って配列した複数の扇状容器と、を備える。扇状容器１３は、樹脂製であり、上方が開放した容器本体１３Ａと蓋部１３Ｂとから構成されて、作業室を形成する閉断面形状となっている。【選択図】図５

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。

特許第５４８８５８０号公報

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。このように材料容器は複雑な形状であるため、材料容器を一体物として成形、作製するには工数が多くなったり、複雑な工法で作製する必要があったりするなどの課題がある。
本発明は、上記のような点に着目したもので、比較的に容易な組み付けによって構成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品及び外径側円筒部品と、上記内径側円筒部品と上記外径側円筒部品との間に形成される円筒状の空間に対し、円周方向に配列した複数の扇状容器と、を備え、上記扇状容器は樹脂製であり、上記内径側円筒部品の外径面に摺接する内径側円弧部及び上記内径側円弧部の周方向両端部からそれぞれ立ち上がった一対の壁部からなる容器本体と、上記一対の壁部の先端部間に取り付けられる蓋部とから構成され、上記容器本体に上記蓋部を取り付けることで閉断面形状となることを要旨とする。

本発明の一態様によれば、材料容器を構成する部品が、単純な形状の部品となり、且つ構成部品同士が互いの位置を規制できることから、組み立てが容易な容器となる。更に、容器への磁性材料の収容も容易となる。
また、作業室を構成する扇状部品が樹脂製であることから、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材料容器を示す軸方向から見た図である。扇状容器を示す斜視図である。扇状容器を説明するための正面図である。隔壁部品の取付けを説明する図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図である。凹凸形状の変形例を示す上面図である。

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及び図４に示すように、同心状に配置される内径側円筒部品１１及び外径側円筒部品１２と、複数の扇状容器１３と、を備える。なお、内径側円筒部品１１、外径側円筒部品１２、及び複数の扇状容器１３はそれぞれ別部品である。

＜円筒部品＞
内径側円筒部品１１及び外径側円筒部品１２は、例えば鋼やアルミニウムなどの金属製であり、永久磁石の回転軸Ｐに対して同心状に配置される。
内径側円筒部品１１の外径面の径よりも外径側円筒部品１２の内径面の径が大きい。これによって、内径側円筒部品１１及び外径側円筒部品１２を同心に配置すると、内径側円筒部品１１と外径側円筒部品１２との間に、円筒状の空間が形成される。

＜扇状容器１３＞
本実施形状の扇状容器１３は、作業室を形成する部品であって、樹脂製である。扇状容器１３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。
本実施形態の扇状容器１３は、図５及び図６に示すように、容器本体１３Ａと蓋部１３Ｂの２つの部品から構成され、容器本体１３Ａに蓋部１３Ｂを取り付けた状態では、作業室を形成する閉断面形状となる。ただし、扇状容器１３は、閉断面形状で且つ軸方向両端部が開口した筒形状となっている。

容器本体１３Ａは、内径側円筒部品１１の外径面に摺接する内径側円弧部１３Ａａ及び上記内径側円弧部１３Ａａの周方向両端部からそれぞれ立ち上がった一対の壁部１３Ａｂから構成されて、上側が開放した断面略コ字状となっている。
蓋部１３Ｂは、一対の壁部１３Ａｂの先端部間に取り付けられることで、容器本体１３Ａの上側を閉塞する。蓋部１３Ｂは、外径側の外面が外径側円筒部品１２の内径面に摺接可能な円弧状の面となっていう板部材である。
このような形状の複数の扇状容器１３が、図３及び図４のように、内径側円筒部品１１と外径側円筒部品１２との間に形成される円筒状の空間に、円周方向に沿って配列している。なお、一対の壁部１３Ａｂの外面は、永久磁石の回転軸Ｐを中心とした放射状の線に沿った面形状となっていることが好ましい。

円筒状の空間に配列した複数の扇状容器１３の組は、周方向にガタがないように設計することが好ましい。例えば、軸方向からみて、図４に示すように、永久磁石の回転軸Ｐを中心とした周方向の角度が３０度となるように一対の壁部１３Ａｂの外面を設計した場合には、１２個の扇状容器１３を配列すれば良い。すなわち、配列する扇状容器１３の上記角度の合計が３６０度となるように設計する。なお、角度の合計が３６０度になれば、各扇状容器１３の上記角度が同一である必要はない。
また、本実施形態の扇状容器１３は、図３及び図４に示すように、軸方向端部に対して、外径側円筒部品１２に向けて径方向に突出する位置決め用の凸部１３ｄを有する。外径側円筒部品１２には、位置決め用の凸部１３ｄと係合する切欠き１２ａ若しくは凹部が形成されている。図３及び図４では切欠き１２ａが例示され、切欠き１２ａが端面から軸方向に延びるように形成されている。凹部とする場合にも端面から軸方向に延びるように形成することが好ましい。上記の位置決め用の凸部１３ｄと係合する切欠き１２ａ若しくは凹部は、内径側円筒部品１１に形成されていても良いし、外径側円筒部品１２と内径側円筒部品１１の両方に形成しても良い。

この位置決め用の凸部１３ｄと係合する切欠き１２ａ若しくは凹部は、円周方向の少なくとも一つの扇状容器１３に設ければよい。また、軸方向両端部の両方向にそれぞれ位置決め用の凸部１３ｄと係合する切欠き１２ａ若しくは凹部の組を設けた方が、複数の扇状容器１３の円周方向へのねじれなどを防止する観点から好ましい。軸方向両端部の両方向にそれぞれ設ける場合、それぞれ別の扇状容器１３に位置決め用の凸部１３ｄを設けることが好ましい。
内径側円筒部品１１と外径側円筒部品１２との間に形成される円筒状の空間への扇状容器１３の組み付け方に応じて、位置決め用の凸部１３ｄと係合する切欠き１２ａ若しくは凹部の位置を設計すればよい。円筒状の空間へ複数の扇状容器１３を差し込んで組み付ける場合、例えば、最後に組み付ける扇状容器１３だけを反対側から差し込むようにして、その扇状容器１３に逆側の位置決め用の凸部１３ｄと係合する切欠き１２ａ若しくは凹部の組を設けることで、位置決め用の凸部１３ｄと係合する切欠き１２ａ若しくは凹部の組を、軸方向両側に設定することが出来る。

（組み付け方その他）
まず、容器本体１３Ａの軸方向両端に仮のプレート（不図示）を取り付けた状態で、容器本体１３Ａ内に磁性材料を入れる。もっとも磁性材料がプレート状などのブロック体から構成される場合には、仮のプレートは必ずしも必要ではない。
次に、容器本体１３Ａに蓋部１３Ｂを取り付けることで、上側を閉塞して（図６（ｂ）参照）、扇状容器１３を作製する。
容器本体１３Ａの壁部１３Ａｂと蓋部１３Ｂとは、溶着などによって固定しておくことが好ましい。もっとも壁部１３Ａｂの上端部内面と蓋部１３Ｂの幅方向両端部に、連結用の嵌合部構造（突起とそれを嵌合する溝など）を形成しておき、脱着可能としておいても良い。

そのような扇状容器１３を、複数個（図４では１２個）作製したら、位置決め用の凸部１３ｄを有する扇状容器１３を、位置決め用の凸部１３ｄを後ろ側にして、内径側円筒部品１１と外径側円筒部品１２との間に形成される円筒状の空間に差し込み、位置決め用の凸部１３ｄを外径側円筒部品１２の切欠き１２ａに係合して、扇状容器１３の位置決めを行う。その後、残りの扇状容器１３を順次差し込んで、組み付けを完了して材料容器１０とする。
各扇状容器１３への磁性材料の収容は、扇状容器１３を組み付け後に実施しても良い。
なお、材料容器１０における軸方向両端部の各扇状容器１３の開口は、図１の連通孔プレート１で閉塞しても良いし、別のプレートによって、磁性材料が出ないように設定しても良い。

以上のように、本実施形態の材料容器１０は、材料容器１０を構成する部品が、単純な形状の部品から構成され、且つ構成部品同士が互いの位置を規制できることから、組み立てが容易な容器となる。
また、作業室を構成する扇状容器１３を樹脂製とすることで、加工が容易で且つ廉価な材料容器１０を提供可能となる。また、扇状容器１３が、樹脂製であることから、材料容器１０が軽量化し、それを使用した磁気ヒートポンプ装置の軽量化に繋がる。
また、蓋部１３Ｂを取り付ける前に容器本体１３Ａ内に磁性材料を入れることで、磁性材料を材料容器に詰めやすく、また均一など適切な密度で材料容器に詰めることが可能となる。

（変形例）
（１）図７に示すように、一対の壁部１３Ａｂの内面に、材料容器の軸方向（扇状容器の軸方向）に沿って連続的又は断続的に凹凸形状１３Ａｃが設けておくと良い。
例えば、容器本体１３Ａ内を、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１又は２以上の隔壁部品１５で区画する際に、図７（ｂ）のように、各隔壁部品１５の左右両端部をそれぞれ、上記凹凸形状１３Ａｃで形成された溝に差し込むことで、上記隔壁部品１５の移動を簡易に規制することができる。

隔壁部品１５は、例えばメッシュ体で構成する。
隔壁部品１５を設けることで、扇状容器１３における磁性材料を収容する空間を軸方向に沿って複数の空間に区画することが可能となる。
そして、キュリー温度が異なる磁性材料を、それぞれの区画に収容させることが可能となる。隣接する磁性材料のキュリー温度差は例えば０．５〜６℃の範囲として、軸方向に沿って段階的にキュリー温度が高い磁性材料を収容すると良い。これによって、磁気ヒートポンプ装置の性能を向上させることができる。

特に本変形例では、凹凸形状１３Ａｃを設けるという簡易な構成によって、上記のようなメッシュ体などからなる隔壁部品１５を適宜介装させるという簡易な手段で、軸方向に沿った各室の大きさを簡易に調整しつつ、複数種類の磁性材料をカスケード状に配置することができる。
なお、図７では、一対の壁部１３Ａｂに形成する凹凸形状１３Ａｃは容器本体１３Ａの幅方向で対向する位置に形成されているが、必ずしも対向する位置でなくても良い。対向しない場合には、隔壁部品１５が上面視で斜めとなるように取り付けられる。

（２）上記扇状容器１３が軸方向に沿って２以上に分割されていても良い。
図７は、断続的に凹凸形状１３Ａｃを設けた場合の例であるが、図８のように連続的に形成されていても良い。また凹凸形状１３Ａｃの形状も特に限定がなく、図８（ｂ）のように鋸状であっても、また波状であっても良い。だたし、取り付けた隔壁部品１５の端部の移動を規制できるだけの突出量は必要である。例えば１ｍｍ以上の突出量とする。
なお、容器本体１３Ａの軸方向両端部にも上記凹凸形状１３Ａｃを設け、その凹凸形状１３Ａｃを、扇状容器の軸方向両端部の開口を仮に閉塞するプレートの取付け部としても良い。容器本体１３Ａは樹脂製であることから撓ませてプレートを取り付けることが出来る。

１０材料容器
１１内径側円筒部品
１２外径側円筒部品
１２ａ切欠き
１３扇状容器
１３Ａ容器本体
１３Ａａ内径側円弧部
１３Ａｂ壁部
１３Ａｃ凹凸形状
１３Ｂ蓋部
１３ｄ凸部
１５隔壁部品

Claims

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品及び外径側円筒部品と、
上記内径側円筒部品と上記外径側円筒部品との間に形成される円筒状の空間に対し、円周方向に配列した複数の扇状容器と、を備え、
上記扇状容器は樹脂製であって、上記内径側円筒部品の外径面に摺接する内径側円弧部及び上記内径側円弧部の周方向両端部からそれぞれ立ち上がった一対の壁部からなる容器本体と、上記一対の壁部の先端部間に取り付けられる蓋部とから構成され、上記容器本体に上記蓋部を取り付けることで閉断面形状とな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。
上記一対の壁部の内面には、上記材料容器の軸方向に沿って連続的又は断続的に凹凸形状が設けられてい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。
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１又は２以上の隔壁部品で、上記容器本体内が区画され、上記隔壁部品の左右両端部をそれぞれ、上記凹凸形状で形成された溝に差し込まれることで、上記隔壁部品の移動が規制されることを特徴とする請求項２に記載した磁気ヒートポンプ装置用の材料容器。
上記複数の扇状容器の少なくとも一つの扇状容器における軸方向端部に対し、上記内径側円筒部品及び上記外径側円筒部品の少なくとも一方に向けて突出する突起部と、
上記内径側円筒部品及び上記外径側円筒部品の少なくとも一方に形成されて上記突起部と係合する凹部若しくは切欠きからなる係合部と、
を備え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用の材料容器。
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載した材料容器を備えた磁気ヒートポンプ装置。