JP2020008247A - Magneto-caloric element and thermomagnetic cycle device - Google Patents
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Abstract
Description
ここに開示される技術は、磁気熱量素子および磁気熱量素子を用いた熱磁気サイクル装置に関する。 The technology disclosed herein relates to a magnetocaloric element and a thermomagnetic cycle device using the magnetocaloric element.
従来から、磁気熱量効果を利用する熱磁気サイクル装置が知られている。このような装置には、磁気熱量効果を呈する磁気熱量効果材料からなる複数の粒子を樹脂バインダで凝集して保持した磁気熱量素子が用いられている。このような素子を用いた装置は、例えば下記特許文献1に開示されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a thermomagnetic cycle device utilizing a magnetocaloric effect has been known. Such a device uses a magnetocaloric element in which a plurality of particles made of a magnetocaloric material exhibiting a magnetocaloric effect are aggregated and held by a resin binder. An apparatus using such an element is disclosed in, for example, Patent Document 1 below.
しかしながら、上記従来技術の磁気熱量素子では、一般的に、成形加工時にバインダを構成する材料により素子表面にスキン層が形成される。バインダ材からなるスキン層は、磁気熱量素子と熱輸送媒体との熱交換において大きな熱抵抗となり、熱交換効率を低下させるという問題がある。 However, in the above-described conventional magnetocaloric element, a skin layer is generally formed on the element surface by a material constituting a binder at the time of molding. The skin layer made of the binder material has a problem that the heat exchange between the magnetocaloric element and the heat transport medium causes a large thermal resistance, thereby lowering the heat exchange efficiency.
ここに開示される技術は、上記点に鑑みてなされたものであり、熱交換効率を向上することが可能な磁気熱量素子およびこれを用いた熱磁気サイクル装置を提供することを目的とする。 The technology disclosed herein has been made in view of the above points, and has as its object to provide a magnetocaloric element capable of improving heat exchange efficiency and a thermomagnetic cycle device using the same.
上記目的を達成するため、開示される磁気熱量素子では、
磁気熱量効果を呈する磁気熱量効果材料からなる複数の粒子(81)と、
複数の粒子を凝集して保持するためのバインダ(82)と、を備え、
熱輸送媒体を流通可能な媒体流路(1211)が形成された磁気熱量素子であって、
媒体流路に臨む表面では、粒子の露出面積がバインダの露出面積よりも大きい。
In order to achieve the above object, in the disclosed magnetocaloric element,
A plurality of particles (81) of a magnetocaloric material exhibiting a magnetocaloric effect;
A binder (82) for aggregating and holding a plurality of particles,
A magnetocaloric element in which a medium flow path (1211) through which a heat transport medium can flow is formed,
On the surface facing the medium flow path, the exposed area of the particles is larger than the exposed area of the binder.
これによると、媒体流路に臨む表面において、磁気熱量効果材料からなる粒子が露出し、粒子の露出面積がバインダの露出面積よりも大きくなっている。したがって、媒体流路に臨む表面における熱抵抗を低減することができる。このようにして、磁気熱量素子と熱輸送媒体との熱交換効率を向上することができる。 According to this, the particles made of the magnetocaloric effect material are exposed on the surface facing the medium flow path, and the exposed area of the particles is larger than the exposed area of the binder. Therefore, the thermal resistance on the surface facing the medium flow path can be reduced. Thus, the heat exchange efficiency between the magnetocaloric element and the heat transport medium can be improved.
なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、開示技術の範囲を限定するものではない。 It should be noted that the reference numerals in parentheses described in the claims and this section indicate a correspondence relationship with specific means described in the embodiment described below as one aspect, and limit the scope of the disclosed technology. Not something.
以下に、図面を参照しながら開示技術を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組み合せることも可能である。 Hereinafter, a plurality of modes for carrying out the disclosed technology will be described with reference to the drawings. In each embodiment, portions corresponding to the items described in the preceding embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted. When only a part of the configuration is described in each embodiment, the other parts of the configuration are the same as in the previously described embodiment. Not only the combinations of the parts specifically described in the respective embodiments but also the embodiments can be partially combined with each other as long as the combination is not particularly hindered.
(第1実施形態)
開示技術を適用した第1実施形態について、図1〜図8を参照して説明する。図1は、開示技術を適用した車両用空調装置1を示すブロック図である。図1に示すように、車両用空調装置1は、磁気熱量効果型ヒートポンプ装置10を備える。磁気熱量効果型ヒートポンプ装置10はMHP(Magneto-caloric effectHeat Pump)装置10とも呼ばれる。MHP装置10は、磁気ヒートポンプ装置10とも呼ばれる。MHP装置10は、熱磁気サイクル装置を提供する。
(1st Embodiment)
A first embodiment to which the disclosed technology is applied will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram showing a vehicle air conditioner 1 to which the disclosed technology is applied. As shown in FIG. 1, the vehicle air conditioner 1 includes a magnetocaloric effect type
この明細書においてヒートポンプ装置の語は広義の意味で使用される。すなわち、ヒートポンプ装置の語には、ヒートポンプ装置によって得られる冷熱を利用する装置と、ヒートポンプ装置によって得られる温熱を利用する装置との両方が含まれる。冷熱を利用する装置は、冷凍サイクル装置とも呼ばれることがある。よって、この明細書においてヒートポンプ装置の語は冷凍サイクル装置を包含する概念として使用される。 In this specification, the term heat pump device is used in a broad sense. That is, the term “heat pump device” includes both a device using cold heat obtained by the heat pump device and a device using warm heat obtained by the heat pump device. An apparatus utilizing cold heat is sometimes called a refrigeration cycle apparatus. Therefore, in this specification, the term heat pump device is used as a concept including a refrigeration cycle device.
MHP装置10は、磁気熱量素子12を備える。磁気熱量素子12は、磁気熱量効果を有する磁気作業物質からなり、MCE(Magneto-CaloricEffect)素子12とも呼ばれる。以下、磁気熱量素子12を、MCE素子12、又は磁気作業物質12と呼ぶ場合がある。
The
MHP装置10は、作業室11が内部に形成された容器21を備える。容器21は、ハウジング20内に配置され、少なくともひとつの作業室11を区画形成している。本実施形態では、円筒形状の容器21が、等間隔に配置された複数の作業室11を区画形成している。本例では、ひとつの容器21は、6つの作業室11を区画形成しており、6つの作業室11のそれぞれにMCE素子12が充填配置されている。容器21は、素子ベッド又は材料ベッドと呼ばれる場合がある。容器21は、非磁性材である例えば樹脂により形成されている。
The MHP
MCE素子12は、外部磁場の強弱により発熱と吸熱とを生じる。MCE素子12は、外部磁場の印加により発熱し、外部磁場の除去により吸熱する。MCE素子12は、外部磁場が印加されることによって電子スピンが磁場方向に揃うと、磁気エントロピーが減少し、熱を放出することによって温度が上昇する。また、MCE素子12は、外部磁場が除去されることによって電子スピンが乱雑になると、磁気エントロピーが増加し、熱を吸収することによって温度が低下する。MCE素子12は、常温域において高い磁気熱量効果を発揮する磁性体によって作られている。
The
MCE素子12は、磁性体の複数の粒子と、この複数の粒子を凝集して保持するバインダとを有して構成される。磁性体の粒子には、例えば、ランタン−鉄−シリコン化合物の粒子を用いることができる。当該化合物のシリコンの一部または全部に代えて、マンガン、鉄、リンおよびゲルマニウムの1つまたは複数を混合して用いることができる。また、バインダには、例えば、エポキシ樹脂を用いることができる。粒子およびバインダの材質は上記したものに限定されない。磁性体は、例えばガドリニウム系材料であってもよい。バインダは、エポキシ樹脂以外の熱硬化性樹脂であってもよい。また、熱可塑性樹脂であってもかまわない。バインダには、例えば、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂のいずれか一つ以上を含む材料を採用することができる。MCE素子12の構成については、後で詳述する。
The
一群のMCE素子12は、MCE素子12の長手方向、すなわち一次媒体の流れ方向に沿って配置された複数の部分を有する。複数の部分は、後述する複数の素子ブロックである。複数の部分のそれぞれを構成する材料は、キュリー温度が異なる。複数の部分は、異なる温度帯において高い磁気熱量効果(ΔS(J/kgK))を発揮する。高温端に近い部分は、定常運転状態において高温端に現れる温度の近傍において高い磁気熱量効果を発揮する材料組成を有する。中温部に近い部分は、定常運転状態において中温部に現れる温度の近傍において高い磁気熱量効果を発揮する材料組成を有する。低温端に近い部分は、定常運転状態において低温端に現れる温度の近傍において高い磁気熱量効果を発揮する材料組成を有する。
The group of
MCE素子12のそれぞれの部分が高い磁気熱量効果を発揮する温度帯は、高効率温度帯と呼ばれる。高効率温度帯の上限温度と下限温度とは、MCE素子12の材料組成などに依存する。複数の部分は、高温端と低温端との間において高効率温度帯が並ぶように直列に配列されている。言い換えると、複数の部分の高効率温度帯は、高温端と低温端との間において、高温端から徐々に低下する分布を示す。この高効率温度帯の分布は、定常状態における高温端と低温端との間の温度分布にほぼ対応する。
The temperature zone in which each part of the
この実施形態では、定常運転において高温端と低温端との間に作り出される定常温度差を複数の部分が分担する。これにより、それぞれの部分において高い効率が得られる。言い換えると、MCE素子12は、定常温度差が得られるときに、それぞれの素子ブロックが所定の閾値を上回る磁気熱量効果を発揮するように調節されている。複数の素子ブロックは、作業室11内に、所謂カスケード配置されている。
In this embodiment, a plurality of portions share a steady-state temperature difference created between the high-temperature end and the low-temperature end in the steady operation. Thereby, high efficiency is obtained in each part. In other words, the
MHP装置10は、MCE素子12の磁気熱量効果を利用する。MHP装置10は、MCE素子12をAMR(Active Magnetic Refrigeration)サイクルとして機能させるための磁場変調装置13と熱輸送装置14とを備える。
The
磁場変調装置13は、MCE素子12に外部磁場を与えるとともに、その外部磁場の強さを増減させる。磁場変調装置13は、MCE素子12を強い磁界内に置く励磁状態と、MCE素子12を弱い磁界内またはゼロ磁界内に置く消磁状態とを周期的に切換える。磁場変調装置13は、MCE素子12が強い外部磁場の中に置かれる励磁期間、およびMCE素子12が励磁期間より弱い外部磁場の中に置かれる消磁期間を周期的に繰り返すように外部磁場を変調する。磁場変調装置13は、外部磁場を生成するための磁力源、例えば永久磁石、又は電磁石を備える。本例では、磁力源を永久磁石としている。
The
熱輸送装置14は、MCE素子12が放熱または吸熱する熱を輸送するための熱輸送媒体を流すための流体機器を備える。熱輸送装置14は、MCE素子12と熱交換する熱輸送媒体をMCE素子12に沿って流す装置である。熱輸送装置14は、MCE素子12に高温端と低温端とを生成するように、熱輸送媒体を流す。熱輸送装置14は、磁場変調装置13による外部磁場の変化に同期して、熱輸送媒体の往復的な流れFM、FNを発生させる。以下、MCE素子12の一端から他端へ向かう流れFMを往流と呼び、他端から一端へ向かう流れFNを復流と呼ぶ場合がある。本例では、往流FMは、高温端11E1から低温端11E2へ向かう熱輸送媒体流れである。復流FNは、低温端11E2から高温端11E1へ向かう熱輸送媒体流れである。以下、高温端11E1を、端部11E1と呼ぶ場合がある。また、低温端11E2を、端部11E2と呼ぶ場合がある。
The heat transport device 14 includes a fluid device for flowing a heat transport medium for transporting heat that the
この実施形態では、MCE素子12と熱交換する熱輸送媒体は一次媒体と呼ばれる。一次媒体は、不凍液、水、油などの流体によって提供することができる。熱輸送装置14は、磁場変調装置13による磁場の増減に同期して熱輸送媒体を往復的に移動させる。熱輸送装置14は、熱輸送媒体を流すためのポンプを含むことができる。熱輸送装置14は、一次媒体を流すためのポンプ62、72を備える。熱輸送装置14は、各作業室11の両端部にそれぞれ設けられた吸入弁111と吐出弁112とを備える。ポンプ62、72は、吸入弁111及び吐出弁112と協働して、作業室11のそれぞれに充填されたひとつのMCE素子12に関して一次媒体の往復流れを供給する。ひとつのMCE素子12は、複数の素子ブロックを組み合わせて提供される。
In this embodiment, the heat transport medium that exchanges heat with the
MHP装置10は、動力源としてのモータ15を備える。モータ15は、磁場変調装置13の動力源である。モータ15は、熱輸送装置14の動力源である。MHP装置10の動力源として設けられたモータ15は、例えば、車載の電池によって駆動される。また、モータ15は、磁場変調装置13を提供するロータコア31を回転駆動する。これにより、モータ15と磁場変調装置13とは、MCE素子12へ外部磁場を印加する状態と、MCE素子12から外部磁場を除去した状態との間での周期的な交互切換を生じさせる。モータ15は、熱輸送装置14のポンプ62、72を駆動する。これにより、モータ15とポンプ62、72とは、ひとつのMCE素子12において、一次媒体の往復的な流れを生じさせる。MHP装置10は、磁場変調装置13による磁場の増減と、熱輸送装置14による熱輸送媒体の往復的移動とを同期させるように、モータ15の出力軸に変速機構18を備えている。
The
ポンプ62、72は、MCE素子12をAMRサイクルとして機能させるための一次媒体の往復流FM、FNを作業室11内に生じさせる。ポンプ62、72は、例えば、容積型のポンプである。ポンプ62、72は、例えば、ピストンポンプである。ポンプ62、72は、例えば、多気筒のラジアルピストンポンプである。ひとつのMCE素子12に、ポンプ62のひとつの気筒と、ポンプ72のひとつの気筒とが対応付けられている。ひとつのMCE素子12に対応付けられた2つの気筒は、同期的に作動する。ポンプ62、72、吸入弁111及び吐出弁112の機能により、ひとつのMCE素子12の長手方向に沿って流れる一次媒体の往復流FM、FNが提供される。この実施形態では、MHP装置10は、熱的に並列接続された複数のMCE素子12を備える。本例のMHP装置10は、熱的に並列接続された6基のMCE素子12を有する。ポンプ62、72は、6気筒である。
The
ハウジング20は、円筒部と端板部とを有する外形円柱状の筐体である。ハウジング20は、その中心軸上に回転軸22を回転可能に支持する。回転軸22は、モータ15の出力軸に連結されている。ハウジング20は、回転軸22の周囲に、磁場変調装置13を収容する。図2に示すように、磁場変調装置13は、ロータコア31、ヨーク部32、ベアリング33、及び磁石34、35を備える。
The
ロータコア31は、回転軸22に固定されている。ロータコア31は、磁場変調装置13のためのインナヨークを提供する。ロータコア31は、その周方向に沿って磁束を通しやすい範囲と、磁束を通しにくい範囲とを形成するように構成されている。ロータコア31は、例えば断面が扇状の一対の部材からなる。ロータコア31には、磁石34が固定されている。磁石34は、部分円筒状であり、その断面が扇紙型である。磁石34は、ロータコア31の外周面に固定されている。
The
ヨーク部32は、円筒形状をなしている。ヨーク部32は、ハウジング20の内周面に沿って配置されている。ヨーク部32は、保持機構であるベアリング33によってハウジング20の内周面に回転自在に保持されている。ベアリング33は、例えばボールベアリングである。ヨーク部32は、アウタヨークを提供する。ヨーク部32には、磁石35が固定されている。
The
磁場変調装置13のうち、ロータコア31及び磁石34は、容器21の内周側に配置されている。また、磁場変調装置13のうち、ヨーク部32、ベアリング33及び磁石35は、容器21の外周側に配置されている。磁石34は、容器21の一側に配置される第1磁石である。磁石35は、容器21の他側に配置される第2磁石である。磁石34と磁石35とは、容器21の内外方の両側において、互いに異なる極が対向するように配置される。磁石34と磁石35とは、径方向の内側と外側とに配置されることによって、それらの間に位置付けられたMCE素子12に強い磁場を供給する。磁石34、35には、フェライト磁石や、ネオジム磁石等の希土類磁石を用いることができる。
In the magnetic
モータ15により回転軸22が回転されると、磁場変調装置13では、ロータコア31とともに磁石34が回転移動する。また、磁石34の回転移動に伴い、磁石34に対向する磁石35が磁石間に働く吸引力によって追従して移動し、ヨーク部32が回転する。これにより、ロータコア31、ヨーク部32、磁石34及び磁石35を有する構成が、MCE素子12に対して強力な励磁及び減磁を周期的に提供する磁場変調装置13となる。ロータコア31、ヨーク部32、磁石34及び磁石35を有する構成が、本実施形態における磁気回路部13Aである。磁気回路部13Aは、容器21に対し相対的に移動する相対的移動体である。容器21と磁気回路部13Aとを容器21外表面に沿った方向に相対的に移動させることで、磁場変調装置13はMCE素子12に印加される磁場を変調する。
When the
なお、ヨーク部32は、ベアリング33によりハウジング20の内周面に保持されていたが、これに限定されるものではない。例えば、潤滑油層や空気層を介して保持されるものであってもよい。
The
容器21と磁石34とは相互に離間して配設され、ロータコア31とともに磁石34が回転しても容器21に干渉しないようになっている。容器21の外表面のうち内周側の内周側表面と、磁石34の外表面のうち外周側の外周側表面との間には、隙間部23が形成されている。一方、容器21と磁石35とも相互に離間して配設され、磁石34に追従して磁石35及びヨーク部32が回転しても容器21に干渉しないようになっている。容器21の外表面のうち外周側の外周側表面と、磁石35の外表面のうち内周側の内周側表面との間には、隙間部24が形成されている。
The
MHP装置10は、MHP装置10によって得られた高温の温熱を輸送する高温系統16を備える。高温系統16は、MHP装置10によって得られた温熱を利用する熱機器でもある。MHP装置10は、MHP装置10によって得られた低温の冷熱を輸送する低温系統17を備える。低温系統17は、MHP装置10によって得られた冷熱を利用する熱機器でもある。
The
高温系統16は、一次媒体が循環的に流される通路61を備える。高温系統16は、一次媒体と他の媒体との間の熱交換を提供する熱交換器63を備える。例えば、熱交換器63は、一次媒体と空気との熱交換を提供する。高温系統16は、MHP装置10の高温端11E1からの温熱出力を利用して、熱交換器63から放熱して外部媒体を加熱する。高温系統16は、MHP装置10の高温端11E1からの温熱出力を熱交換器63で外部媒体へ放出する。
The high-
低温系統17は、一次媒体が循環的に流される通路71を備える。低温系統17は、一次媒体と他の媒体との間の熱交換を提供する熱交換器73を備える。例えば、熱交換器73は、一次媒体と空気との熱交換を提供する。高温系統16は、MHP装置10の低温端11E2からの冷熱出力を利用して、熱交換器63で吸熱して外部媒体を冷却する。低温系統17は、MHP装置10の低温端11E2からの冷熱出力を熱交換器73で外部媒体に放出するとも言える。
The low-temperature system 17 includes a
図3に示すように、容器21内の作業室11には、複数の素子ブロックを配列したブロック群からなるMCE素子12が配設される。図3では、容器21のうち、ひとつの作業室11に対応する部分が図示されている。図中には、ブロック群の素子ブロック12A、12Bと、スペーサ124が図示されている。ひとつの作業室11に配置される素子ブロックは、2つに限定されるものではない。ひとつの作業室11に配置される素子ブロックの数は、3つ以上であってもよい。
As shown in FIG. 3, an
素子ブロック12A、12Bのそれぞれは、素子片である素子プレートを積層して構成されている。図3に示すように、複数の素子ブロックは、熱輸送媒体の往復移動方向であるXX方向に配列されている。各素子ブロックの素子プレートは熱輸送媒体の往復移動方向に直交するYY方向に積層されている。以下、熱輸送媒体の往復移動方向でもある素子ブロックの配列方向を、単にXX方向と呼ぶ場合がある。また、素子プレートの積層方向を、単にYY方向と呼ぶ場合がある。また、XX方向及びYY方向の両者に直交する直交方向を、ZZ方向と呼ぶ場合がある。ZZ方向は、磁場変調装置13による磁力線の通過方向でもある。ZZ方向は、磁場変調装置13による外部磁場の印加方向とも言える。外部磁場の印加方向をYY方向とすることもできる。
Each of the element blocks 12A and 12B is configured by stacking element plates as element pieces. As shown in FIG. 3, the plurality of element blocks are arranged in the XX direction which is the reciprocating direction of the heat transport medium. The element plates of each element block are stacked in the YY direction orthogonal to the reciprocating direction of the heat transport medium. Hereinafter, the arrangement direction of the element blocks, which is also the reciprocating direction of the heat transport medium, may be simply referred to as the XX direction. Further, the direction in which the element plates are stacked may be simply referred to as a YY direction. An orthogonal direction orthogonal to both the XX direction and the YY direction may be referred to as a ZZ direction. The ZZ direction is also the direction in which the
素子ブロック12A、12Bのそれぞれは、複数の素子プレート121を有する。素子プレート121は、薄い直方体状に形成されている。素子プレート121は、ひとつの広い面に凹状に形成された多数の流路溝121aを有する。図4に示すように、流路溝121aは、断面形状が矩形状の溝であり、XX方向に沿って延びている。流路溝121aは、同一の断面形状がXX方向に連続するように形成されている。素子ブロック12A、12Bは、積層されたプレートの間に複数の媒体流路1211を区画形成する。素子プレート積層により形成される素子ブロック12A、12Bにおいて、流路溝121aが媒体流路1211を提供する。流路溝121aにより、XX方向における素子ブロック両端面では媒体流路1211が開口している。
Each of the element blocks 12A and 12B has a plurality of
素子ブロック12A、12Bは、それぞれ素子プレート121が同じ向きに複数枚積層され、積層構造体の図示上方の端部に素子プレート121が逆向きに配置されている。図示最上部の素子プレート121と、その下方の素子プレート121とは、流路溝121a形成面同士が対向して接するように配設されている。XX方向で相互に隣り合う素子ブロックの間には、スペーサを介設することができる。このスペーサは、XX方向で相互に隣り合う素子ブロックの流路同士を確実に連通するために設けられる。
In the element blocks 12A and 12B, a plurality of
図4に示す素子プレート121の厚さ寸法は、例えば、1mmである。流路溝121aの流路高さ寸法は、例えば、0.8mmである。流路高さ寸法は、流路溝121aのYY方向の寸法である。流路溝121aの流路幅寸法は、例えば、0.05mmである。流路幅寸法は、流路溝121aのZZ方向の寸法である。素子プレート121には、多数の流路溝121aが同一ピッチで形成されている。本例では、流路溝形成ピッチは、0.25mmである。したがって、隣り合う流路溝121aに挟まれた壁状の素子部分は、厚さが0.2mmである。
The thickness of the
複数の流路溝121aは、同一ピッチで形成されるものに限定されない。また、流路溝121aの流路幅は、例えば、0.025〜0.25mmに設定することができる。素子プレート121の幅方向、すなわちZZ方向において、流路溝121aは15%程度を占めるように設定できる。
The plurality of
流路溝121aは、直方体状の素子プレートの一部を除去加工して形成することができる。除去加工として、ダイシング加工、ワイヤーカット加工、切削加工、研削加工、エッチング加工、熱処理加工等を採用することができる。本例では、ダイシングソーおよびマルチワイヤソーの少なくともいずれかを用いる溝入れ加工により、流路溝121aを形成している。
The
MCE素子12を構成する各素子プレートは、前述したように、磁性体の複数の粒子と、この複数の粒子を凝集して保持するバインダとを有して構成される。図5に示すように、磁気熱量素子であるMCE素子12は、磁気熱量効果を呈する磁気熱量効果材料からなる複数の粒子81と、複数の粒子81を凝集して保持するための樹脂バインダ82とを備えている。粒子81は、前述したように、ランタン−鉄−マンガン−シリコン化合物の粒子とすることができる。粒子81は、平均粒径が100〜300μmであることが好ましい。ここで、平均粒径は、メディアン径とも呼ばれる中心粒径である。本例では、磁気熱量効果の観点から、平均粒径が比較的大きく、200μm以上の径を有する粒子が大部分を占める粒子群を採用している。
As described above, each of the element plates constituting the
一方、バインダ82は、前述したように、エポキシ樹脂とすることができる。バインダ82は、粒子81を構成する磁気熱量効果材よりも低熱伝導率の材料からなることが好ましい。バインダ82には、熱輸送媒体が水または水を含む流体である場合には、吸水性が1%以下の樹脂材を用いることが好ましい。エポキシ樹脂は、この熱伝導特性および吸水特性を提供できる樹脂である。
On the other hand, the
複数の粒子81の充填率は、例えば50%以上である。すなわち、素子プレート121における複数の粒子81の体積比率は、50%以上とすることができる。各素子プレート121において、複数の粒子81の体積の総和は、バインダ82の体積よりも大きく設定される。本例では、複数の粒子81の充填率は、約60%である。素子プレート121では、流路溝121aの三方の面において、粒子81が露出している。そして、粒子81の露出面積は、バインダ82の露出面積よりも大きくなっている。本例では、流路溝121a内の面において、粒子81の露出面積が55〜70%を占めている。
The filling rate of the plurality of
流路溝121aにより素子ブロック12A、12Bの形成される媒体流路1211は、素子ブロックの内部流路と呼ぶことができる。上述したように、流路溝121aにより形成される媒体流路1211は、比較的流路断面積が小さい微細流路である。それぞれの素子ブロック12A、12Bには、多数の微細流路である媒体流路1211が分散して形成されている。
The
それぞれの媒体流路1211は、流路断面の等価直径が0.01〜0.2mmの微細流路であることが好ましい。等価直径が0.01mm未満であると、熱輸送媒体の圧力損失の増大を招くとともに、製造が困難となり、好ましくない。一方、等価直径が0.2mmを超えると、素子と熱輸送媒体との熱交換性能の低下を招き好ましくない。圧力損失の抑制、製造容易性、熱交換性能の観点から、媒体流路1211は、流路断面の等価直径が0.01〜0.2mmであることが好ましい。媒体流路1211は、流路断面の等価直径が0.03〜0.15mmの微細流路であれば一層好ましい。媒体流路1211は、流路断面の等価直径が0.08〜0.13mmの微細流路であればより一層好ましい。
Each
なお、ここで言う等価直径は、等価水力直径、水力等価直径、または単に水力直径と呼ばれることがある。また、等価直径は、相当直径と呼ばれることもある。 The equivalent diameter here may be called an equivalent hydraulic diameter, a hydraulic equivalent diameter, or simply a hydraulic diameter. The equivalent diameter is sometimes called an equivalent diameter.
また、それぞれの素子ブロック12A、12Bに多数の媒体流路1211を分散形成することにより、素子のいずれの部位も媒体流路1211までの距離が極めて小さくなっている。素子のいずれの部位も、媒体流路1211までの距離が0.01〜1.0mmであることが好ましい。いずれの部位も媒体流路1211までの距離が0.01mm未満となるように素子を形成することは、製造が困難となり好ましくない。一方、いずれかの部位の媒体流路1211までの距離が1.0mmを超える素子を形成することは、熱輸送媒体までの熱伝達距離が大きくなり好ましくない。製造性および熱交換性能の観点から、素子のいずれの部位も、媒体流路1211までの距離が0.01〜1.0mmであることが好ましい。また、素子のいずれの部位も、媒体流路1211までの距離が0.03〜0.5mmであれば一層好ましい。さらに、素子のいずれの部位も、媒体流路1211までの距離が0.05〜0.1mmであればより一層好ましい。
In addition, since a large number of
図3に示すXX方向で隣り合う素子ブロック12A、12Bのうち、一方の素子ブロック12Aを第1素子ブロック12A、他方の素子ブロック12Bを第2素子ブロック12Bと呼ぶことができる。第1素子ブロック12Aには、流路溝121aによってXX方向に延びる複数の媒体流路1211が形成されている。また、第2素子ブロック12Bにも、流路溝121aによってXX方向に延びる複数の媒体流路1211が形成されている。
Of the element blocks 12A and 12B adjacent in the XX direction shown in FIG. 3, one
スペーサ124は、XX方向において隣り合う2つの素子ブロック12A、12Bの間に配設されている。スペーサ124は、本例では枠状体であり、素子ブロック12A、12Bの端部に開口した複数の開口を包含する大きな貫通穴を有する。貫通穴は、素子ブロック12Aに設けられた複数の媒体流路1211と、素子ブロック12Bに設けられた複数の媒体流路1211との連通を可能とする。スペーサ124は、例えば、ゴム材、樹脂材、または比較的硬度が低い金属材により形成することができる。スペーサ124は、弾性材からなる弾性部材である。スペーサ124は、素子ブロック12A、12Bの間の緩衝部材としても機能する。スペーサ124は、断熱性を有することが好ましい。
The
スペーサ124の構成材料は、粒子81を構成する磁気熱量効果材料よりも低熱伝導率を有することが好ましい。スペーサは、例えばバインダを素子ブロックから突出させることで、素子ブロックと一体的に設けることも可能である。
The constituent material of the
スペーサ124を介設することにより、XX方向で隣り合う素子ブロック12Aと素子ブロック12Bとは互いに離間している。スペーサ124の貫通穴の部分が、素子ブロック12A、12Bの間に、媒体流路1211同士を連通する連通隙間を提供する。スペーサ124は、隣り合う素子ブロック12A、12Bの間に連通隙間を形成する隙間形成部である。連通隙間のXX方向寸法は、素子ブロックから熱輸送媒体への熱浸透距離に基づいて、熱浸透距離の2倍以下で比較的小さく設定される。連通隙間のXX方向寸法は、例えば50μmとすることができる。
By providing the
素子ブロック12A、12Bでは、連通隙間に臨むそれぞれのXX方向における端面においても、粒子81が露出している。そして、この面においても、粒子81の露出面積は、バインダ82の露出面積よりも大きくなっている。
In the element blocks 12A and 12B, the
図1に戻り、車両用空調装置1は、車両に搭載され、車両の乗員室の温度を調節する。2つの熱交換器63、73は、車両用空調装置1の一部を提供する。熱交換器63は、熱交換器73より高温になる高温側熱交換器である。熱交換器73は、熱交換器63より低温になる低温側熱交換器である。車両用空調装置1は、高温側の熱交換器63、および/または低温側の熱交換器73を室内空調のために利用するための空調ダクトおよび送風機などの空気系機器を備える。
Returning to FIG. 1, the vehicle air conditioner 1 is mounted on a vehicle and adjusts the temperature of the passenger compartment of the vehicle. The two
車両用空調装置1は、冷房装置又は暖房装置として利用される。車両用空調装置1は、室内に供給される空気を冷却する冷却器と、冷却器によって冷却された空気を再び加熱する加熱器とを備えることができる。MHP装置10は、車両用空調装置1における冷熱供給源、または温熱供給源として利用される。すなわち、熱交換器63は上記加熱器として用いることができる。また、熱交換器73は上記冷却器として用いることができる。
The vehicle air conditioner 1 is used as a cooling device or a heating device. The vehicle air conditioner 1 can include a cooler that cools the air supplied into the room, and a heater that reheats the air cooled by the cooler. The
MHP装置10が温熱供給源として利用されるとき、熱交換器63を通過した空気は車両の室内に供給され、暖房のために利用される。熱交換器73を通過した空気は車両の室外に排出される。このとき、熱交換器63は、室内熱交換器とも呼ばれる。熱交換器73は、室外熱交換器とも呼ばれる。
When the
MHP装置10が冷熱供給源として利用されるとき、熱交換器73を通過した空気は車両の室内に供給され、冷房のために利用される。熱交換器63を通過した空気は車両の室外に排出される。このとき、熱交換器63は、室外熱交換器とも呼ばれる。熱交換器73は、室内熱交換器とも呼ばれる。
When the
また、MHP装置10は、除湿装置として利用されることもある。この場合、熱交換器73を通過した空気は、その後に、熱交換器63を通過し、室内に供給される。MHP装置10は、冬期においても、夏期においても、温熱供給源として利用される。
Further, the
次に、前述の構成の磁気熱量素子の製造方法について説明する。MCE素子12を製造するときには、図6に示すように、混合工程110、成形工程120、粒子露出工程130、積層工程140及び配列工程150を実行する。
Next, a method for manufacturing the magnetocaloric element having the above-described configuration will be described. When manufacturing the
混合工程110では、供給された多数の粒子81と樹脂バインダ82となる未硬化のエポキシ樹脂とを混合して混合物を得る。樹脂バインダ82となる未硬化のエポキシ樹脂は、流動性を呈する流動性樹脂である。粒子81と流動性樹脂との混合には、例えば回転翼を有する混合機を使用することができる。混合工程110では、各種の混合器、ミキサー等が使用可能である。混合工程110では、多数の粒子81が流動性樹脂の中にランダムに分散された混合物が得られる。
In the mixing
混合工程110は、磁気熱量効果を呈する磁気熱量効果材料からなる複数の粒子81と、流動性を呈する流動性樹脂とを混合した混合物を準備する準備工程に相当する。なお、準備工程は混合工程110に限定されず、混合物を準備して、後工程に供給する工程であってもよい。
The mixing
成形工程120では、混合工程110で作成した混合物を圧縮成形機等で成形する。なお、成形工程120における成形加工は、圧縮成形に限定されず、トランスファー成形や射出成形であってもよい。成形金型には、例えば加熱ヒータからなる加熱装置が設けられている。成形工程120において金型のキャビティ内に充填された混合物は、加熱装置による加熱および硬化自己発熱による温度上昇により、流動性樹脂が硬化して樹脂バインダ82となる。
In the
このように、成形工程120では、混合物中の流動性樹脂を硬化により固化して、流動性樹脂を固化してなる樹脂バインダ82で複数の粒子81を保持するように、混合物を成形する。ここで、成形工程120では、混合物の温度を、粒子81を構成する磁気熱量効果材料のキュリー温度よりも低く維持することが好ましい。これにより、粒子81が強磁性の性質を維持することができる。
As described above, in the
成形工程120で得られる成形体には、表面にスキン層とも呼ばれる表層が形成される。この表層は、例えば、粒子81を含まず、樹脂バインダ82のみにより形成される。成形金型のキャビティ内では、流動性樹脂がキャビティ内面に沿って薄膜層を形成し、その内側に粒子81と流動性樹脂の混合物が充填され易い。これにより、成形体にはスキン層が形成され易い。
A surface layer, also called a skin layer, is formed on the surface of the molded body obtained in the
粒子露出工程130では、成形工程120で成形体に形成されたスキン層を除去して粒子81を露出させる加工が行なわれる。したがって、粒子露出工程130は、除去工程と呼ぶことができる。粒子露出工程130では、前述したように、ダイシングソーおよびマルチワイヤソーの少なくともいずれかを用いる溝入れ加工により、スキン層のない流路溝121aを形成する。また、粒子露出工程130では、素子プレート121の流路溝形成面とは反対面にもスキン層の除去加工を施すことが好ましい。当該面は、流路溝121aの内面とともに、媒体流路1211に臨む面である。当該面の一部は、流路溝121aの内面とともに、媒体流路1211を取り囲む面部である。この面においても、粒子81を露出させ、粒子81の露出面積を、バインダ82の露出面積よりも大きくする。
In the
さらに、粒子露出工程130では、素子ブロック12A、12BのそれぞれでXX方向における端面となる面に、粒子81を露出させる。そして、この面においても、粒子81の露出面積は、バインダ82の露出面積よりも大きくする。このように、粒子露出工程130では、少なくとも熱輸送媒体と接触する面の一部または全部において、粒子81を露出させる加工を行なう。そして、粒子81の露出面積を、バインダ82の露出面積よりも大きくする。
Further, in the
積層工程140では、粒子露出工程130までを完了した素子プレート121を積層して、図3に示すように各素子ブロック12A、12Bを形成する。そして、配列工程150では、積層工程140で形成した積層体である素子ブロック12A、12Bをスペーサ124とともにXX方向に配列して、MCE素子12を完成する。
In the
開示された本実施形態によれば、以下に述べる効果を得ることができる。 According to the disclosed embodiment, the following effects can be obtained.
MCE素子12は、磁気熱量効果を呈する磁気熱量効果材料からなる複数の粒子81と、複数の粒子を凝集して保持するためのバインダ82とを備え、熱輸送媒体を流通可能な媒体流路1211が形成された素子である。そして、媒体流路1211に臨む表面では、粒子81の露出面積がバインダ82の露出面積よりも大きい。
The
これによると、媒体流路1211に臨む表面において、磁気熱量効果材料からなる粒子81が露出し、粒子81の露出面積がバインダ82の露出面積よりも大きくなっている。したがって、媒体流路1211に臨む表面における熱抵抗を低減することができる。このようにして、磁気熱量素子12と熱輸送媒体との熱交換効率を向上することができる。
According to this, the
図8は、粒子81を60体積%、バインダ82を40体積%含む素子コア部の表面に、バインダ82のみからなるスキン層91が形成された比較例のモデル図である。これに対し、図7は、同一厚さの部分を、粒子81を60体積%、バインダ82を40体積%含む素子コア部のみで形成した開示例のモデル図である。各モデル図において図示左右方向が熱伝達方向である。
FIG. 8 is a model diagram of a comparative example in which a
一般的に、熱抵抗=厚さ/(熱伝導率×面積)の関係が知られている。本実施形態で例示した構成では、粒子81とバインダ82とからなる混合材料の熱伝導率は、2(W/m℃)であり、バインダ82の構成材料の熱伝導率は、0.2(W/m℃)である。
Generally, a relationship of thermal resistance = thickness / (thermal conductivity × area) is known. In the configuration exemplified in the present embodiment, the thermal conductivity of the mixed material including the
図7に示す開示例構成のモデルでは、熱抵抗は、0.21/2A=0.105A(℃/W)である。一方、図8に示す比較例構成のモデルでは、熱抵抗は、0.2/2A+0.01/0.2A=0.15A(℃/W)である。ここで、Aは面積である。この関係から明らかなように、粒子81を露出する開示例構成を採用することで、大きく熱抵抗を低減することができる。
In the model of the disclosed example configuration shown in FIG. 7, the thermal resistance is 0.21 / 2 A = 0.105 A (° C./W). On the other hand, in the model of the comparative example configuration shown in FIG. 8, the thermal resistance is 0.2 / 2A + 0.01 / 0.2A = 0.15A (° C./W). Here, A is an area. As is clear from this relationship, by employing the configuration of the disclosed example in which the
また、本実施形態のMCE素子12では、バインダ82は、磁気熱量効果材よりも低熱伝導率の材料により構成されている。これによると、熱輸送媒体の流通方向における熱移動を抑制し易い磁気熱量素子において、確実に磁気熱量素子と熱輸送媒体との熱交換効率を向上することができる。
In the
また、媒体流路1211は、等価直径が0.01〜0.2mmの微細流路である。これによると、熱輸送媒体の圧力損失抑制や素子の製造容易性と、高い熱交換性能とを両立させた媒体流路を提供することができる。
The
媒体流路1211は、上述したような微細流路とすることが好ましい。熱交換性能を向上するためには、素子と媒体との熱伝達率が高い方がよい。熱伝達率hは、下記の式で定義される。
The
h=Nu・k/L
ここで、hは熱伝達率(=熱流速密度/(素子表面温度−媒体温度))、Nuはヌセルト数、kは媒体の熱伝達率、Lは等価直径である。
h = Nu · k / L
Here, h is the heat transfer coefficient (= heat flow velocity density / (element surface temperature−medium temperature)), Nu is the Nusselt number, k is the heat transfer coefficient of the medium, and L is the equivalent diameter.
形状によってNuは変わるものであるが、熱輸送媒体流が層流であるためほぼ変わらない。熱伝達率を出来る限り高くするためには、等価直径Lを極力小さくして行きたいが圧力損失とのトレードオフがある。そのため、圧力損失と熱伝達率とを両立できる等価直径として0.01〜0.2mmを設定することが好ましい。 Nu changes depending on the shape, but hardly changes because the heat transport medium flow is laminar. In order to increase the heat transfer coefficient as much as possible, it is desirable to reduce the equivalent diameter L as much as possible, but there is a trade-off with the pressure loss. Therefore, it is preferable to set 0.01 to 0.2 mm as an equivalent diameter capable of achieving both a pressure loss and a heat transfer coefficient.
また、MCE素子12には、複数の微細流路が分散して形成されている。これによると、熱交換性能を確実に向上させて出力密度を向上することができる。
In the
また、MCE素子12は、いずれの部位も微細流路までの距離が0.01〜1.0mmである。これによると、素子内部の粒子81と熱輸送媒体との間の熱伝達を効率よく行ない、熱交換性能の一層確実に向上することができる。
In addition, in any of the
また、MCE素子12は、媒体流路1211がそれぞれに形成された複数の素子ブロック12A、12Bを配列して構成されている。素子ブロックの配列方向における両端面に媒体流路1211が開口し、配列方向において隣り合う素子ブロック同士は互いに離間している。そして、素子ブロックは、配列方向における端面においても、粒子81の露出面積がバインダ82の露出面積よりも大きくなっている。これによると、素子ブロック間の隙間部に臨む端面においても、磁気熱量素子12と熱輸送媒体との熱交換効率を向上することができる。
The
また、本実施形態のMHP装置10は、磁気熱量素子12と、磁気熱量素子12に高温端と低温端とを生成するように、熱輸送媒体を媒体流路1211で往復移動させる熱輸送装置14とを備えている。これによると、磁気熱量素子12の高温端と低温端とにおける出力密度を確実に向上することができる。
The
(他の実施形態)
この明細書に開示される技術は、その開示技術を実施するための実施形態に何ら制限されることなく、種々変形して実施することが可能である。開示される技術は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、種々の組み合わせによって実施可能である。実施形態は追加的な部分をもつことができる。実施形態の部分は、省略される場合がある。実施形態の部分は、他の実施形態の部分と置き換え、または組み合わせることも可能である。実施形態の構造、作用、効果は、あくまで例示である。開示技術の技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示技術のいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。
(Other embodiments)
The technology disclosed in this specification can be implemented in various modifications without being limited to the embodiments for implementing the disclosed technology. The disclosed technology can be implemented by various combinations without being limited to the combinations shown in the embodiments. Embodiments can have additional parts. Parts of the embodiments may be omitted. A part of the embodiment can be replaced with or combined with a part of another embodiment. The structure, operation, and effect of the embodiment are merely examples. The technical scope of the disclosed technology is not limited to the description of the embodiments. Some technical ranges of the disclosed technology are indicated by the description of the claims, and should be understood to include meanings equivalent to the description of the claims and all modifications within the scope. .
上記実施形態では、MCE素子12の各素子ブロックを、流路溝121aが形成された素子プレート121のみを積層して構成していたが、これに限定されるものではない。各種の素子プレートや素子片を組み合わせて各素子ブロックを構成したり、一体の素子ブロックを採用したりできる。
In the above embodiment, each element block of the
例えば、断面矩形状の流路溝121aに代えて、図9に示すような断面三角形状の流路溝121bを設けた素子プレート121を積層して微細流路を有する素子ブロックを構成してもよい。また、図10に示すような断面台形状の流路溝121cを設けた素子プレート121を積層して微細流路を有する素子ブロックを構成してもよい。また、図11に示すように、素子プレート121に微細流路となる貫通孔121dを多数形成して素子ブロックとしてもよい。
For example, instead of the
媒体流路としての多数の微細流路は、互いに形状が同一であるものに限定されず、例えば、断面形状が異なる複数種の微細流路を採用してもよい。また、多数の微細流路が素子に分散して形成されていれば、均一に分散形成されたものに限定されない。 The number of fine channels as the medium channel is not limited to those having the same shape, and for example, a plurality of types of micro channels having different cross-sectional shapes may be employed. Further, as long as a large number of fine channels are formed in a dispersed manner in the element, the invention is not limited to those formed in a uniformly dispersed manner.
また、媒体流路は、等価直径が0.01〜0.2mmの微細流路に限定されるものではない。媒体流路を取り囲む面において、磁気熱量効果材料からなる粒子の露出面積がバインダの露出面積よりも大きければよい。例えば、図12に示すような比較的断面積が大きな三角形状の流路溝121eを設けた素子プレートを積層して媒体流路を有する素子ブロックとしてもよい。また、図13に示すような比較的浅い矩形状の流路溝121fを1つ設けた素子プレートを積層して素子ブロックとしてもよい。
Further, the medium flow path is not limited to a fine flow path having an equivalent diameter of 0.01 to 0.2 mm. It is sufficient that the exposed area of the particles made of the magnetocaloric material is larger than the exposed area of the binder on the surface surrounding the medium flow path. For example, an element block having a medium flow path may be formed by stacking element plates provided with
また、上記各実施形態では、各素子ブロックにXX方向に延びる複数の媒体流路が形成されていたが、これに限定されるものではない。媒体流路の数は、上記実施形態で例示したものに限定されない。媒体流路の数は、図で例示した数よりも少なくてもかまわない。また、図で例示した数よりも多くてもかまわない。さらに、媒体流路は、上記各実施形態のようにXX方向に直線的に延びるものに限定されない。例えば、作業室内においてXX方向に熱輸送媒体の往復流が形成できるのであれば、若干屈曲する媒体流路であってもかまわない。 Further, in each of the above embodiments, a plurality of medium flow paths extending in the XX direction are formed in each element block, but the invention is not limited to this. The number of medium flow paths is not limited to those exemplified in the above embodiment. The number of medium flow paths may be smaller than the number illustrated in the figure. Further, the number may be larger than the number illustrated in the figure. Furthermore, the medium flow path is not limited to the one that linearly extends in the XX direction as in the above embodiments. For example, as long as a reciprocating flow of the heat transport medium can be formed in the working room in the XX direction, the medium flow path may be slightly bent.
また、上記各実施形態では、粒子81およびバインダ82をそれぞれ単一の材料で形成していたが、これに限定されるものではない。複数の粒子81は、材質の異なる粒子を混合したものであってもよい。また、バインダ82は、例えば複数種の樹脂材を混合したものであってもよい。
In each of the above embodiments, the
また、上記各実施形態では、磁気ヒートポンプ装置の磁場変調装置が、容器の一側に配置された第1磁石及びヨークと、容器の他側で第1磁石に対して異なる極が対向するように配置された第2磁石及びヨークと、を備えている。そして、第1磁石及びヨークに連結された駆動装置と、第2磁石及びヨークを第1磁石及びヨークに追従して回転するように保持する保持機構とを備えるものであった。しかしながら、これに限定されるものではない。 Further, in each of the above embodiments, the magnetic field modulation device of the magnetic heat pump device is configured such that the first magnet and the yoke arranged on one side of the container and the different poles facing the first magnet on the other side of the container. A second magnet and a yoke arranged. Then, a driving device connected to the first magnet and the yoke, and a holding mechanism for holding the second magnet and the yoke so as to rotate following the first magnet and the yoke are provided. However, it is not limited to this.
例えば、第2磁石が取り付けられたヨークを、外部から駆動する外部駆動機構を設けて、第2磁石及びヨークを第1磁石及びヨークに追従して回転させるものであってもよい。この外部駆動機構の駆動源は、第1磁石が取り付けられたヨークを回転させる駆動装置であってもよいし、第1磁石が取り付けられたヨークを回転させる駆動装置とは別の駆動装置であってもよい。 For example, an external drive mechanism for externally driving the yoke to which the second magnet is attached may be provided, and the second magnet and the yoke may be rotated following the first magnet and the yoke. The drive source of the external drive mechanism may be a drive device for rotating the yoke to which the first magnet is attached, or a drive device different from the drive device for rotating the yoke to which the first magnet is attached. You may.
また、上記各実施形態では、磁気回路部は、容器を間にして相互に対向する第1磁石である磁石34と第2磁石である磁石35とを有していたが、これに限定されるものではない。例えば、第1磁石および第2磁石のいずれかのみを備える磁気回路部としてもかまわない。
Further, in each of the above embodiments, the magnetic circuit portion has the
また、上記各実施形態では、素子ベッドである容器21を静止させておき、磁石34、35側を回転する構成を採用した。これに代えて、素子ベッドである容器21と磁場変調装置13との間の相対的な回転を提供するための多様な構成を採用することができる。例えば、作業室11とMCE素子12とを有する素子ベッドである容器を、永久磁石を含む磁場変調装置に対して相対的に回転移動させてもよい。これにより、ひとつのMCE素子12に与えられる磁場を変動させることができる。換言すれば、磁場変調装置は、磁石を有する相対的移動体に対して容器を容器外表面に沿った方向に移動させるものであってもよい。すなわち、容器と相対的移動体とを容器外表面に沿った方向に相対的に移動させて、磁気作業物質へ印加する磁場の大きさを変更するものであればよい。
In each of the above embodiments, the configuration in which the
また、上記各実施形態では、熱輸送媒体の移動装置としてのポンプを高温端及び低温端を有する容器の両側に設けていたが、これに限定されるものではない。例えば、ポンプの両側に、高温端を有する容器と低温端を有する容器とをそれぞれ配置したものであってもよい。また、ポンプの形態も前述したタイプに限定されるものではない。 Further, in each of the above embodiments, the pumps as the heat transporting medium moving devices are provided on both sides of the container having the high temperature end and the low temperature end, but the present invention is not limited to this. For example, a container having a high-temperature end and a container having a low-temperature end may be arranged on both sides of the pump. Further, the form of the pump is not limited to the type described above.
また、上記各実施形態では、磁場変調装置は、磁力源として永久磁石を有する磁気回路部を備え、磁気回路部と容器とを相対的に移動させて磁気作業物質に印加する外部磁場を変調していた。そして、磁力源は永久磁石に限定されず、電磁石でもよいことを説明した。磁力源として電磁石を採用する場合には、磁場変調装置は、磁気回路部と容器との相対的移動を行なわなくてもかまわない。電磁石を採用する場合には、磁気回路部と容器との相対的移動がなくても磁場変調が可能である。 In each of the above embodiments, the magnetic field modulation device includes a magnetic circuit unit having a permanent magnet as a magnetic force source, and modulates an external magnetic field applied to the magnetic work material by relatively moving the magnetic circuit unit and the container. I was Further, it has been described that the magnetic force source is not limited to the permanent magnet, but may be an electromagnet. When an electromagnet is used as the magnetic force source, the magnetic field modulator does not have to perform the relative movement between the magnetic circuit unit and the container. When an electromagnet is used, the magnetic field can be modulated without any relative movement between the magnetic circuit unit and the container.
また、上記各実施形態では、MHP装置の外部の熱交換器63、73に熱輸送媒体を供給した。これに代えて、一次媒体である熱輸送媒体と、二次媒体とを熱交換する熱交換器をMHP装置内に設け、二次媒体を低温系統と高温系統とに供給してもよい。
In each of the above embodiments, the heat transport medium is supplied to the
また、上記各実施形態では、車両用空調装置に開示技術を適用した。これに代えて、車両以外の船舶や航空機等の移動体用の空調装置に開示技術を適用してもよい。また、住宅用等の定置式の空調装置に開示技術を適用してもよい。また、水を加熱する給湯装置や水を冷却する冷水機として利用してもよい。また、上記実施形態では、室外の空気を主要な熱源とするMHP装置を説明した。これに代えて、水、土などの他の熱源を主要熱源として利用してもよい。 In the above embodiments, the disclosed technology is applied to the vehicle air conditioner. Instead, the disclosed technology may be applied to an air conditioner for a moving body such as a ship or an aircraft other than a vehicle. Further, the disclosed technology may be applied to a stationary air conditioner for a house or the like. Further, it may be used as a water heater for heating water or a water cooler for cooling water. In the above-described embodiment, the MHP apparatus using outdoor air as a main heat source has been described. Alternatively, another heat source, such as water or soil, may be used as the main heat source.
また、上記各実施形態では、熱磁気サイクル装置の一形態であるMHP装置が提供される。これに換えて、熱磁気サイクル装置の一形態である熱磁気エンジン装置を提供してもよい。例えば、上記実施形態のMHP装置の磁場変化と熱輸送媒体の流れとの位相を調節することにより熱磁気エンジン装置を提供することができる。 Further, in each of the above embodiments, an MHP device which is an embodiment of a thermomagnetic cycle device is provided. Alternatively, a thermomagnetic engine device which is an embodiment of a thermomagnetic cycle device may be provided. For example, a thermomagnetic engine device can be provided by adjusting the phase of the magnetic field change and the flow of the heat transport medium of the MHP device of the above embodiment.
10 磁気熱量効果型ヒートポンプ装置(MHP装置、磁気ヒートポンプ装置)
11 作業室
12 磁気熱量素子(MCE素子、磁気作業物質)
12A、12B 素子ブロック
13 磁場変調装置
14 熱輸送装置
21 容器
81 粒子
82 バインダ
121 素子プレート
121a 流路溝
1211 媒体流路
10 Magnetocaloric effect type heat pump device (MHP device, magnetic heat pump device)
11 working
12A,
Claims (7)
前記複数の粒子を凝集して保持するためのバインダ(82)と、を備え、
熱輸送媒体を流通可能な媒体流路(1211)が形成された磁気熱量素子であって、
前記媒体流路に臨む表面では、前記粒子の露出面積が前記バインダの露出面積よりも大きい磁気熱量素子。 A plurality of particles (81) of a magnetocaloric material exhibiting a magnetocaloric effect;
A binder (82) for aggregating and holding the plurality of particles,
A magnetocaloric element in which a medium flow path (1211) through which a heat transport medium can flow is formed,
A magnetocaloric element, wherein an exposed area of the particles is larger than an exposed area of the binder on a surface facing the medium flow path.
前記素子ブロックの配列方向における両端面に前記媒体流路が開口し、前記配列方向において隣り合う前記素子ブロック同士は互いに離間しており、
前記素子ブロックは、前記配列方向における端面においても、前記粒子の露出面積が前記バインダの露出面積よりも大きい請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の磁気熱量素子。 A plurality of element blocks (12A, 12B) each having the medium flow path formed therein,
The medium flow path is opened at both end faces in the arrangement direction of the element blocks, and the element blocks adjacent in the arrangement direction are separated from each other,
The magnetocaloric element according to any one of claims 1 to 5, wherein the element block has an exposed area of the particles larger than an exposed area of the binder even at an end face in the arrangement direction.
前記磁気熱量素子に高温端と低温端とを生成するように、前記熱輸送媒体を前記媒体流路で往復移動させる熱輸送装置(14)と、を備える熱磁気サイクル装置。 A magnetocaloric element (12) according to any one of the preceding claims,
A heat transport device (14) for reciprocating the heat transport medium in the medium flow path so as to generate a high-temperature end and a low-temperature end in the magnetocaloric element.
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