JP2020026926A - 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 device utilizing a magnetocaloric effect, and a magnetic heat pump device provided with the heat exchanger.
磁気ヒートポンプ装置の熱交換器として、磁気熱量効果材料からなる複数の線材を交差させることでそれぞれの格子を構成し、その複数の格子を積層してハウジングに収容したものが知られている(例えば特許文献1参照)。 As a heat exchanger of a magnetic heat pump device, there is known a heat exchanger in which a plurality of wires made of a magnetocaloric effect material are crossed to form respective grids, and the plurality of grids are stacked and housed in a housing (for example, Patent Document 1).
磁気熱量効果材料の形状を格子形状とすることで、熱輸送媒体の圧力損失を抑制すると共に磁気熱量効果材料の熱交換効率の向上を図ることができる。 By making the shape of the magnetocaloric effect material a lattice shape, it is possible to suppress the pressure loss of the heat transport medium and to improve the heat exchange efficiency of the magnetocaloric effect material.
しかしながら、上記の格子では、第1の長手方向に延在する複数の線材からなる第1の格子平面と、第2の長手方向に延在する複数の線材を第2の格子平面と、を単に重ねているだけである。そのため、上記の熱交換器では、熱輸送媒体を流通させる際に、線材が熱輸送媒体の圧力によってずれてしまう場合がある。これにより、流路が変形して均一性が崩れることで、熱交換効率が低下してしまう、という問題がある。 However, in the above-mentioned lattice, a first lattice plane composed of a plurality of wires extending in a first longitudinal direction and a plurality of wires extending in a second longitudinal direction are simply referred to as a second lattice plane. It just overlaps. Therefore, in the above heat exchanger, when the heat transport medium is allowed to flow, the wire may be shifted by the pressure of the heat transport medium. As a result, there is a problem that the heat exchange efficiency is reduced due to the deformation of the flow path and the loss of uniformity.
本発明が解決しようとする課題は、メッシュ部材の変形を抑制することで、熱交換効率の低下抑制を図ることが可能な熱交換器、及び、それ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 provide a heat exchanger capable of suppressing a decrease in heat exchange efficiency by suppressing deformation of a mesh member, and a magnetic heat pump device including the same. is there.
[1]本発明に係る熱交換器は、複数のメッシュ部材と、前記メッシュ部材を収容するケースと、を備え、前記メッシュ部材は、磁気熱量効果材料でそれぞれ構成された複数の線状体を編むことで形成されており、前記線状体は、第1の方向にそれぞれ延在すると共に、間隔を空けて相互に平行に延在する複数の第1の線状体と、前記第1の方向に交差する第2の方向にそれぞれ延在すると共に、間隔を空けて相互に平行に延在する複数の第2の線状体と、を含み、前記第1の線状体は、N本(Nは2以上の整数であり5以下の整数である。)の前記第2の線状体の一方の側を通過した後に、N本の前記第2の線状体の他方の側を通過することを繰り返す熱交換器である。 [1] A heat exchanger according to the present invention includes a plurality of mesh members, and a case for housing the mesh members. The mesh members include a plurality of linear bodies each formed of a magnetocaloric effect material. A plurality of first linear bodies each extending in a first direction and extending in parallel with each other at intervals, and the first linear bodies are formed by knitting; A plurality of second linear bodies each extending in a second direction intersecting the direction and extending in parallel with each other at an interval, wherein the first linear bodies are N pieces. (N is an integer of 2 or more and an integer of 5 or less.) After passing one side of the second linear body, it passes through the other side of the N second linear bodies. It is a heat exchanger that repeats the process.
[2]上記発明において、前記第2の線状体は、N本の前記第1の線状体の一方の側を通過した後に、N本の前記第1の線状体の他方の側を通過することを繰り返してもよい。 [2] In the above invention, the second linear member passes one side of the N first linear members, and then connects the other side of the N first linear members. The passing may be repeated.
[3]上記発明において、前記第1の線状体は、前記第2の線状体との交差位置が前記第2の線状体の一方又は他方の側から前記第2の線状体の他方又は一方の側に変わる変曲点を有しており、相互に隣り合う前記第1の線状体がそれぞれ有する前記変曲点は、前記第1の方向において相互にずれていてもよい。 [3] In the above invention, the first linear body may be such that an intersection position between the first linear body and the second linear body is the position of the second linear body from one or the other side of the second linear body. It may have an inflection point changing to the other side or one side, and the inflection points of the first linear bodies adjacent to each other may be shifted from each other in the first direction.
[4]上記発明において、複数の前記第1の線状体がそれぞれ有する前記変曲点は、前記第2の方向に向かうに従い、前記第2の線状体一本分ずつ順次ずれていてもよい。 [4] In the above invention, the inflection points of the plurality of first linear bodies may be sequentially shifted by one second linear body toward the second direction. Good.
[5]本発明に係る磁気ヒートポンプ装置は、上記の熱交換器と、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印加装置と、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、前記磁場印加装置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装置と、を備えた磁気ヒートポンプ装置である。 [5] The magnetic heat pump device according to the present invention includes the heat exchanger, a magnetic field application device that applies a magnetic field to the linear body and changes the magnitude of the magnetic field, and the heat exchanger via a pipe. A first and a second external heat exchanger respectively connected to the first external heat exchanger and the first external heat exchanger from the heat exchanger with a change in the magnitude of the magnetic field applied to the linear body by the magnetic field applying device. A fluid supply device for supplying a fluid to the heat exchanger or the second external heat exchanger.
本発明によれば、メッシュ部材が、磁気熱量効果材料でそれぞれ構成された複数の線状体を編むことでそれぞれ形成されているので、メッシュ部材の形状を維持することができ、熱交換効率の低下を抑制することができる。 According to the present invention, since the mesh member is formed by knitting a plurality of linear bodies each made of a magnetocaloric effect material, the shape of the mesh member can be maintained, and the heat exchange efficiency can be improved. The decrease can be suppressed.
また、本発明によれば、第1の線状体がN本(Nは2以上の整数であり5以下の整数である。)の第2の線状体の一方の側を通過した後にN本の第2の線状体の他方の側を通過することを繰り返すように、線状体を編む。これにより、脆い磁気熱量効果材料からなる線状体を比較的小さな曲率で編むことができるので、メッシュ部材の網目の拡大や厚みの増大を抑制することができ、磁気熱量効果材料の充填率の向上を図ることもできる。 Further, according to the present invention, after the first linear member passes through one side of N (N is an integer of 2 or more and an integer of 5 or less) second linear members, The linear body is knitted so as to repeat passing on the other side of the second linear body of the book. This makes it possible to knit a linear body made of a brittle magnetocaloric effect material with a relatively small curvature, so that it is possible to suppress an increase in the mesh and an increase in the thickness of the mesh member, and to reduce the filling rate of the magnetocaloric effect material. It can also be improved.
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.
図1及び図2は本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3〜5は本実施形態におけるMCM熱交換器を示す図、図6〜図8は本実施形態におけるメッシュ部材を示す図である。 1 and 2 are views showing the overall configuration of a magnetic heat pump device according to the present embodiment, FIGS. 3 to 5 are views showing an MCM heat exchanger according to the present embodiment, and FIGS. 6 to 8 are mesh members according to the present embodiment. FIG.
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る。この磁気ヒートポンプ装置1は、図1及び図2に示すように、MCM熱交換器10と、磁場印加装置40と、高温側熱交換器51と、低温側熱交換器52と、ポンプ装置60と、配管91〜94と、を備えている。
The magnetic
本実施形態におけるMCM熱交換器10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磁場印加装置40が本発明における磁場印加装置の一例に相当し、本実施形態における高温側熱交換器51及び低温側熱交換器52が本発明における外部熱交換器の一例に相当し、本実施形態におけるポンプ装置60が本発明における流体供給装置の一例に相当し、本実施形態における磁気ヒートポンプ装置1が本発明における磁気ヒートポンプ装置の一例に相当する。
The
MCM熱交換器10は、図3〜図5に示すように、積層体20と、当該積層体20が収容された筒状のケース(容器)30と、を備えている。積層体20は、図3及び図4に示すように、複数のメッシュ部材21を積層して構成されている。このメッシュ部材21は、図5及び図6に示すように、線材22,23を用いて織ることで形成された網目状の部材である。
As shown in FIGS. 3 to 5, the
本実施形態におけるメッシュ部材21が本発明におけるメッシュ部材の一例に相当し、本実施形態におけるケース30が本発明におけるケースの一例に相当し、本実施形態における線材22,23が、本発明における線状体の一例に相当する。
The
線材22,23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22,23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22,23は発熱して温度が上昇する。一方、線材22,23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22,23は吸熱して温度が低下する。
The
この線材22,23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
本実施形態における線材22,23は、円形の断面形状を有する線材であるが、線材22,23が円形以外の断面形状を有してもよい。線材22,23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
なお、線状体として、線材22,23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」が本発明における線状体の一例に相当する。或いは、線状体として、第1及び第2の線材22,23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」が本発明における線状体の一例に相当する。
In addition, you may use the bundled wire comprised by bundling several wires mutually instead of the
メッシュ部材21において、図6に示すように、X方向に沿って直線状に延在している複数の第1の線材22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、Y方向に沿って直線状に延在している複数の第2の線材23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22,23によって規定される個々の網目24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
なお、メッシュ部材21の網目24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、例えばメッシュ部材21の網目24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
図6〜図8に示すように、メッシュ部材21は、緯糸としての第1の線材22と、経糸としての第2の線材23とを編むことで形成されている。これにより、線材22,23が熱輸送媒体CLの圧力によって変形してしまうのを抑制することができ、メッシュ部材21の形状を維持することができる。本実施形態では、このメッシュ部材21は、いわゆる綾織で織られている。
As shown in FIGS. 6 to 8, the
具体的には、図7に示すように、第1の線材22は、X軸方向に沿って延在しながら、2本の第2の線材23の上側を通過し、第1の変曲点221を経由して、2本の第2の線材23の下側を通過し、次の第1の変曲点221を経由して、2本の第2の線材23の上側を通過することを繰り返している。これにより、脆い磁気熱量効果材料からなる第1の線材22を比較的小さな曲率で編むことができ、網目24の拡大やメッシュ部材21の厚みの増大を抑制することができる。なお、第1の変曲点221とは、第1の線材22において、第2の線材23との交差位置が、第2の線材23の上側又は下側から第2の線材23の下側又は上側に変わる部分である。
Specifically, as shown in FIG. 7, the
なお、第1の変曲点221の間で第1の線材22と交差する第2の線材23の本数は、5本以下であれば、特に限定されない。第1の線材22との第2の線材23の交差本数を、5本よりも多くすると、熱輸送媒体CLの圧力に対してメッシュ部材21の形状を維持することが難しくなる。
The number of the
同様に、第2の線材23も、図8に示すように、Y方向に沿って延在しながら、2本の第1の線材22の下側を通過し、第2の変曲点231を経由して、2本の第1の線材22の上側を通過し、次の第2の変曲点231を経由して、2本の第1の線材22の下側を通過することを繰り返している。これにより、脆い磁気熱量効果材料からなる第2の線材23を比較的小さな曲率で編むことができ、網目24の拡大やメッシュ部材21の厚みの増大を抑制することができる。なお、第2の変曲点231とは、第2の線材23において、第1の線材22との交差位置が、第1の線材22の上側又は下側から第1の線材22の下側又は上側に変わる部分である。
Similarly, as shown in FIG. 8, the
なお、第2の変曲点231の間で第2の線材23と交差する第1の線材22の本数は、5本以下であれば、特に限定されない。第2の線材23との第1の線材22の交差本数を、5本よりも多くすると、熱輸送媒体CLの圧力に対してメッシュ部材21の形状を維持し難くなる。
The number of the
そして、本実施形態では、図6に示すように、相互に隣り合う第1の線材22がそれぞれ有する第1の変曲点221が、X方向において相互にずれている。同様に、相互に隣り合う第2の線材23がそれぞれ有する第2の変曲点231も、Y方向において相互にずれている。これにより、メッシュ部材21の変形を一層抑制することができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the
さらに、本実施形態では、複数の第1の変曲点221は、Y方向に向かうに従って、第2の線材23一本分ずつ順次ずれている。同様に、複数の第2の変曲点231も、X方向に向かうに従って、第1の線材22一本分ずつ順次ずれている。本実施形態では、メッシュ部材21の織組織として、このような綾織を採用することで、第1の線材22における第1の変曲点221間の間隔を均等にすることができると共に、第2の線材23における第2の変曲点231間の間隔も均等にすることができる。このため、メッシュ部材21の全域において強度の均一化を図ることができる。
Further, in the present embodiment, the plurality of
なお、メッシュ部材21の編み方は特に上記に限定されない。図9は本実施形態におけるメッシュ部材の第1変形例を示す拡大平面図であり、図10は本実施形態におけるメッシュ部材の第2変形例を示す拡大平面図である。
The method of knitting the
例えば、図9に示すように、複数の第1の変曲点221が、Y方向に向かうに従ってランダムにずれていてもよい。同様に、複数の第2の変曲点231が、X方向に向かうに従ってランダムにずれていてもよい。
For example, as shown in FIG. 9, the plurality of
或いは、図10に示すように、複数の第1の変曲点221が、X方向において相互にずれずに隣り合う第1の変曲点221を含んでもよい。同様に、複数の第2の編曲点231が、Y方向において相互にずれずに隣り合う第2の変曲点231を含んでもよい。
Alternatively, as shown in FIG. 10, the plurality of
図3〜図5に戻り、ケース30は、収容部31と蓋部32を備えており、断面矩形の筒型の形状を有している。このケース30は、その一方の端部に第1の開口301を有していると共に、その他方の端部に第2の開口302を有している。なお、ケース30の形状は、筒型であれば、特に上記に限定されない。
Returning to FIGS. 3 to 5, the
収容部31は、ケース30の底板を構成する底部311と、ケース30の両側の側壁を構成する一対の側部312,313と、を備えている。一対の側部312,313の上端の間に開口314が形成されており、その結果、収容部31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32は、矩形板状の部材である。この蓋部32が一対の側部312,313の上端に固定されている。収容部31の開口314が蓋部32により閉塞されることで、ケース30が形成されている。
The
積層体20は、メッシュ部材21の積層方向(図中のZ方向)とケース30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、ケース30内に収容されている。相互に積層されたメッシュ部材21が有する網目24によって、後述の熱輸送媒体CLが流通する流路が積層体20内に形成されている。
The
図3及び図4に示すように、ケース30の両端には、第1及び第2の端末部材(連結部材)33,34が装着されている。この第1の端末部材33は、連結口331と、当該連結口331よりも大きな接続口332と、を備えている。この第1の端末部材33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, first and second terminal members (connection members) 33 and 34 are attached to both ends of the
この第1の端末部材33の接続口332には、ケース30の一方の端部が挿入され、ケース30の端部に第1の端末部材33が固定されている。また、この第1の端末部材33の連結口331には、第1の配管91が連結されており、図1及び図2に示すように、MCM熱交換器10は、この第1の配管91を介して、高温側熱交換器51に連通している。
One end of the
第2の端末部材34も、上述の第1の端末部材33と同様の構成を有している。この第2の端末部材34の接続口342には、ケース30の他方の端部が挿入され、ケース30の端部に第2の端末部材34が固定されている。また、この第2の端末部材34の連結口341には、第2の配管92が連結されており、図1及び図2に示すように、MCM熱交換器10は、この第2の配管92を介して、低温側熱交換器52に連通している。
The
磁場印加装置40は、図1及び図2に示すように、一対の永久磁石41と、永久磁石41を支持する支持部材42と、支持部材42を介して永久磁石41を移動させるアクチュエータ43と、を備えている。永久磁石41は、相互に離れて対向している。アクチュエータ43の具体例としては、例えば、エアシリンダ等を例示することができる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the magnetic
これらの永久磁石41は、アクチュエータ43によって、MCM熱交換器10から離脱した(MCM熱交換器10を挟まない)「第1の位置」(図1に示す状態)と、MCM熱交換器10を挟む「第2の位置」(図2に示す状態)との間を往復移動することが可能となっている。永久磁石41が「第1の位置」に移動すると、MCM熱交換器10の積層体20が消磁されて当該積層体20が吸熱する。これに対し、永久磁石41が「第2の位置」に移動すると、MCM熱交換器10の積層体20が励磁されて、当該積層体20が発熱する。
These
なお、磁場印加装置40を、コイルを有する電磁石で構成してもよく、この場合には、アクチュエータを省略することができる。また、コイルを有する電磁石を用いる場合には、積層体20に対する磁場の印加/除去に代えて、積層体20に印加した磁場の大きさを変更するようにしてもよい。
The magnetic
高温側熱交換器51の第1のポート511には、第1の配管91の他端が接続されており、高温側熱交換器51は、この第1の配管91を介して、MCM熱交換器10に連通している。一方、この高温側熱交換器51の第2のポート512には、第3の配管93の一端が接続されており、当該第3の配管93の他端は、ポンプ装置60が有する一方の往復ポンプ71に接続されている。
The other end of the
低温側熱交換器52の第1のポート521には、第2の配管92の他端が接続されており、低温側熱交換器52は、この第2の配管92を介して、MCM熱交換器10に連通している。一方、この低温側熱交換器52の第2のポート522には、第4の配管94の一端が接続されており、当該第4の配管94の他端は、ポンプ装置60が有する他方の往復ポンプ72に接続されている。
The other end of the
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52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51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51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52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 performing heat exchange between the high-temperature
以上に説明した熱交換器10,51,52及び配管91〜94からなる配管系内において、ポンプ装置60によって熱輸送液体CLが圧送される。熱輸送液体CL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熱輸送液体CLが、本発明における流体の一例に相当する。
The heat transport liquid CL is pumped by the
本実施形態におけるポンプ装置60は、図1及び図2に示すように、一対の往復ポンプ71,72と、当該往復ポンプ71,72を駆動させるアクチュエータ80と、を備えている。一方の往復ポンプ71は、MCM熱交換器10から低温側熱交換器52に向かって熱輸送液体CLを圧送するのに対し、他方の往復ポンプ72は、MCM熱交換器10から高温側熱交換器51に向かって熱輸送液体CLを圧送する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
一方の往復ポンプ71は、筒状のシリンダ711と、当該シリンダ711内を往復移動することが可能なプランジャ712と、を備えており、シリンダ711の連結口711aに第3の配管93が接続されている。すなわち、この往復ポンプ71は、第3の配管93、高温側熱交換器51、及び、第1の配管91を介して、MCM熱交換器10に接続されており、第3の配管93を介してMCM熱交換器10に連通している。
One
他方の往復ポンプ72も、筒状のシリンダ721と、当該シリンダ721内を往復移動することが可能なプランジャ722と、を備えており、シリンダ721の連結口721aに第4の配管94が接続されている。すなわち、この往復ポンプ72は、第4の配管94、低温側熱交換器52、及び、第2の配管92を介して、MCM熱交換器10に接続されており、第4の配管94を介してMCM熱交換器10に連通している。
The
図1及び図2に示すように、往復ポンプ71,72は、プランジャ712,722の後端部で連結部材81によって連結されており、2つのプランジャ712,722が相互に反対の方向を向いている。連結部材81は、アクチュエータ80に接続されており、2つのプランジャ712,722は一つのアクチュエータ80によって往復移動することが可能となっている。アクチュエータ80の具体例としては、例えば、エアシリンダ等を例示することができる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the reciprocating pumps 71 and 72 are connected by connecting
ポンプ装置60のアクチュエータ80の動作は、制御装置(不図示)の制御によって、上述の磁場印加装置40のアクチュエータ43の動作と同期している。具体的には、アクチュエータ80の動作によって、図1に示す「第1の位置」では、一方の往復ポンプ71のプランジャ712が前進すると共に、他方の往復ポンプ72のプランジャ722が後退する。これに対し、図2に示す「第2の位置」では、一方の往復ポンプ71のプランジャ712が後退すると共に、他方の往復ポンプ72のプランジャ722が前進する。
The operation of the
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, the operation of the magnetic
先ず、磁場印加装置40のアクチュエータ43を駆動させて、一対の磁石41を「第1の位置」に移動させる。これにより、MCM熱交換器10内の積層体20が消磁されて、当該積層体20の温度が低下する。
First, the
また、これと同時に、ポンプ装置60のアクチュエータ80を駆動させて、一方の往復ポンプ71のプランジャ712をシリンダ711内で前進させると共に、他方の往復ポンプ72のプランジャ722をシリンダ721内で後退させる。これにより、熱輸送液体CLが高温側熱交換器51から低温側熱交換器52に向かって移動し、当該熱輸送液体CLは、MCM熱交換器10を通過する際に、温度が低下した積層体20によって冷却される。
At the same time, the
次いで、図2に示すように、磁場印加装置40のアクチュエータ45により、一対の磁石41,42を「第2の位置」に移動させる。これにより、MCM熱交換器10内の積層体20が励磁されて、当該積層体20の温度が上昇する。
Next, as shown in FIG. 2, the pair of
また、これと同時に、ポンプ装置40のアクチュエータ80により、一方の往復ポンプ71のプランジャ712をシリンダ711内で後退させると共に、他方の往復ポンプ72のプランジャ722をシリンダ721内で前進させる。これにより、熱輸送液体CLが低温側熱交換器52から高温側熱交換器51に向かって移動し、当該熱輸送液体CLは、MCM熱交換器10を通過する際に、温度が上昇した積層体20によって加熱される。
At the same time, the
そして、以上に説明した磁石41及びプランジャ712,722の「第1の位置」と「第2の位置」との間の往復移動を繰り返し、MCM熱交換器10内のMCM11に対する磁場の印加/除去を繰り返すことにより、高温側熱交換器51の加熱と、低温側熱交換器52の冷却とが継続される。
Then, the reciprocating movement between the “first position” and the “second position” of the
以上のように、本実施形態では、メッシュ部材21が、磁気熱量効果材料でそれぞれ構成された複数の線材22,23を編むことでそれぞれ形成されているので、メッシュ部材21の形状を維持することができ、熱交換効率の低下を抑制することができる。
As described above, in the present embodiment, since the
また、通常、希土類元素やセラミック材料から形成されている磁気熱量効果材料は脆く、当該磁気熱量効果材料で構成された線材をメッシュ状に編む際に強いテンションを印加することができない。そのため、大きな曲率で線材を編まなければならず、メッシュ部材の網目が拡大したり、当該メッシュ部材の厚みが増大してしまう場合がある。 Further, a magnetocaloric effect material usually formed of a rare earth element or a ceramic material is brittle, and strong knitting cannot be applied when a wire made of the magnetocaloric effect material is knitted in a mesh shape. For this reason, the wire must be knitted with a large curvature, and the mesh of the mesh member may be enlarged or the thickness of the mesh member may be increased.
これに対し、本実施形態では、第1(第2)の線材22(23)がN本(Nは2以上の整数であり5以下の整数である。)の第2(第1)の線材23(22)の上側を通過した後にN本の第2(第1)の線材23(22)の下側を通過することを繰り返すように、線材22,23を編む。これにより、脆い磁気熱量効果材料からなる線材22,23を小さな曲率で編むことができるので、メッシュ部材21の網目の拡大や厚みの増大を抑制することができ、ケース30内における磁気熱量効果材料の充填率の向上を図ることができる。
On the other hand, in the present embodiment, the first (second) wire rod 22 (23) has N (N is an integer of 2 or more and an integer of 5 or less) second (first) wire rod 22 (23). The
また、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に対して直交していると、反磁場の影響が大きくなる。そのため、メッシュ部材を構成する線材の延在方向を磁気印加方向と一致させることで反磁場を低減することができる。しかしながら、経糸と緯糸とが一本ずつ交互に交差する平織のメッシュ部材では、織りによって当該メッシュ部材の断面において個々の線材が細かく蛇行しているため、反磁場を十分に低減することができない場合がある。 In general, when the direction of the applied magnetic field is parallel to the longitudinal direction of the magnetocaloric effect material, the influence of the demagnetizing field is reduced, whereas the direction of the applied magnetic field is orthogonal to the magnetocaloric effect material. The influence of the demagnetizing field increases. Therefore, the demagnetizing field can be reduced by making the extending direction of the wire constituting the mesh member coincide with the direction in which the magnetic field is applied. However, in the case of a plain-woven mesh member in which a warp and a weft alternately intersect one by one, individual wires are finely meandered in the cross section of the mesh member due to weaving, so that the demagnetizing field cannot be sufficiently reduced. There is.
これに対し、本実施形態では、上述のような編み方で線材22,23を編むことで、個々の線材22,23の蛇行の周期を広げることができるので、反磁場を低減することができる。
On the other hand, in the present embodiment, by knitting the
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 embodiments described above are described for facilitating the understanding of the present invention, and are 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.
例えば、上述した磁気ヒートポンプ装置の構成は一例であり、上述したMCM熱交換器10を他の構成を有するAMR(Active Magnetic Refrigerataion)方式の磁気ヒートポンプ装置に適用してもよい。
For example, the configuration of the magnetic heat pump device described above is an example, and the above-described
さらに、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。 Further, in the above-described embodiment, an example in which the magnetic heat pump device is applied to an air conditioner for home use or an automobile has been described, but the present invention is not particularly 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 is applied to an application in an extremely low temperature range such as a refrigerator or an application in a somewhat high temperature range. May be.
1…磁気ヒートポンプ装置
10…MCM熱交換器
20…積層体
21…メッシュ部材
22…第1の線材
221…第1の変曲点
23…第2の線材
231…第2の変曲点
24…網目
30…ケース
301,302…開口
31…収容部
311…底部
312,313…側部
314…開口
32…蓋部
33、34…端末部材
331,341…連結口
332,342…接続口
40…磁場印加装置
41…磁石
42…支持部材
43…アクチュエータ
51…高温側熱交換器
511,512…ポート
52…低温側熱交換器
521,522…ポート
60…ポンプ装置
71,72…往復ポンプ
711,721…シリンダ
711a,721a…連結口
712,722…プランジャ
80……アクチュエータ
81…連結部材
82…支持部材
91〜94…第1〜第4の配管
CL…熱輸送液体
DESCRIPTION OF
221: first inflection point 23: second wire rod
231: second inflection point 24:
Claims (5)
前記メッシュ部材を収容するケースと、を備え、
前記メッシュ部材は、磁気熱量効果材料でそれぞれ構成された複数の線状体を編むことで形成されており、
前記線状体は、
第1の方向にそれぞれ延在すると共に、間隔を空けて相互に平行に延在する複数の第1の線状体と、
前記第1の方向に交差する第2の方向にそれぞれ延在すると共に、間隔を空けて相互に平行に延在する複数の第2の線状体と、を含み、
前記第1の線状体は、N本(Nは2以上の整数であり5以下の整数である。)の前記第2の線状体の一方の側を通過した後に、N本の前記第2の線状体の他方の側を通過することを繰り返す熱交換器。 A plurality of mesh members,
And a case for accommodating the mesh member,
The mesh member is formed by knitting a plurality of linear bodies each formed of a magnetocaloric effect material,
The linear body,
A plurality of first linear bodies each extending in the first direction and extending in parallel with each other at intervals;
A plurality of second linear bodies each extending in a second direction intersecting the first direction and extending in parallel with each other at intervals.
After passing through one side of the N second linear bodies (N is an integer of 2 or more and an integer of 5 or less), the first linear bodies are N in number of the first linear bodies. A heat exchanger that repeats passing through the other side of the linear body of 2.
前記第2の線状体は、N本の前記第1の線状体の一方の側を通過した後に、N本の前記第1の線状体の他方の側を通過することを繰り返す熱交換器。 The heat exchanger according to claim 1, wherein
The second linear body repeats heat passing one side of the N first linear bodies and then passing the other side of the N first linear bodies. vessel.
前記第1の線状体は、前記第2の線状体との交差位置が前記第2の線状体の一方又は他方の側から前記第2の線状体の他方又は一方の側に変わる変曲点を有しており、
相互に隣り合う前記第1の線状体がそれぞれ有する前記変曲点は、前記第1の方向において相互にずれている熱交換器。 The heat exchanger according to claim 1 or 2,
In the first linear body, an intersecting position with the second linear body is changed from one or the other side of the second linear body to the other or one side of the second linear body. Has inflection points,
The heat exchanger, wherein the inflection points of the first linear bodies adjacent to each other are shifted from each other in the first direction.
複数の前記第1の線状体がそれぞれ有する前記変曲点は、前記第2の方向に向かうに従い、前記第2の線状体一本分ずつ順次ずれている熱交換器。 The heat exchanger according to claim 3, wherein
The heat exchanger in which the inflection points of the plurality of first linear bodies are sequentially shifted by one second linear body toward the second 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印加装置と、
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、
前記磁場印加装置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装置と、を備えた磁気ヒートポンプ装置。 A heat exchanger according to any one of claims 1 to 4,
A magnetic field applying device that applies a magnetic field to the linear body and changes the magnitude of the magnetic field,
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 with a change in the magnitude of the magnetic field applied to the linear body by the magnetic field applying device. A magnetic heat pump device comprising: a fluid supply device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2018152243A JP2020026926A (en) | 2018-08-13 | 2018-08-13 | Heat exchanger and magnetic heat pump device |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022209158A1 (en) | 2021-03-29 | 2022-10-06 | 株式会社豊田自動織機 | Electrolytic solution and lithium ion secondary battery |
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2018
- 2018-08-13 JP JP2018152243A patent/JP2020026926A/en active Pending
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