JP2020125876A - Thermomagnetic cycle device - Google Patents
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Abstract
Description
この明細書における開示は、熱磁気サイクル装置に関する。 The disclosure in this specification relates to a thermomagnetic cycle device.
特許文献1は、磁気熱量素子を利用する磁気式温度調整装置(熱磁気サイクル装置)を開示する。この装置は、回転式の弁を使用して通路を切り替えることによって、往復的な流れを生成している。従来技術として列挙された先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。 Patent Document 1 discloses a magnetic temperature adjusting device (thermomagnetic cycle device) that utilizes a magnetocaloric element. This device creates a reciprocating flow by switching passages using a rotary valve. The description of the prior art documents listed as the prior art is incorporated by reference as a description of the technical elements in this specification.
回転式の弁は、機械的に複雑であり、体格が大きい。熱磁気サイクル装置を実用化するために、媒体の流れを制御するための機器を改良することが求められている。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、熱磁気サイクル装置にはさらなる改良が求められている。 Rotary valves are mechanically complex and large in size. In order to put the thermomagnetic cycle device into practical use, it is required to improve the equipment for controlling the flow of the medium. In view of the above, or other aspects not mentioned, there is a need for further improvements in thermomagnetic cycling devices.
開示されるひとつの目的は、磁気的に駆動される弁機構を備える熱磁気サイクル装置を提供することである。 One object of the disclosure is to provide a thermomagnetic cycle device having a magnetically actuated valve mechanism.
開示される他のひとつの目的は、媒体の漏洩を抑制した熱磁気サイクル装置を提供することである。 Another disclosed object is to provide a thermomagnetic cycle device in which leakage of a medium is suppressed.
ここに開示された熱磁気サイクル装置は、周期的に変動する磁場を提供する磁場変調装置(11)と、磁場の中に配置され、磁気熱量効果を発揮するMCE素子(7)と、MCE素子と熱交換する媒体(8)をMCE素子に沿って往復的に流す装置であって、媒体の通路を制御する複数の弁(24)を有する熱輸送装置(21)と、弁を駆動するために、熱輸送装置と弁のアーマチャ(24f)とを磁気的に結合する磁気結合構造(25、C25)とを備える。 The thermomagnetic cycle device disclosed herein includes a magnetic field modulator (11) that provides a magnetic field that fluctuates periodically, an MCE element (7) that is placed in the magnetic field, and exhibits a magnetocaloric effect, and an MCE element. A device for reciprocally flowing a medium (8) that exchanges heat with an MCE element, the device comprising a heat transport device (21) having a plurality of valves (24) for controlling the passage of the medium, and for driving the valve And a magnetic coupling structure (25, C25) for magnetically coupling the heat transport device and the valve armature (24f).
開示される熱磁気サイクル装置によると、磁場変調装置が供給する磁場によって弁を駆動することができる。 According to the disclosed thermomagnetic cycle device, the valve can be driven by the magnetic field supplied by the magnetic field modulator.
この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。 The disclosed aspects in this specification employ different technical means to achieve their respective ends. The claims and the reference numerals in parentheses in this section exemplify the corresponding relationship with the portions of the embodiments described later, and are not intended to limit the technical scope. Objects, features, and advantages disclosed in this specification will become more apparent with reference to the following detailed description and the accompanying drawings.
図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび/または構造的に対応する部分および/または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および/または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。 Embodiments will be described with reference to the drawings. In embodiments, functionally and/or structurally corresponding parts and/or associated parts may be provided with the same reference signs or with hundreds or more different reference signs. For the corresponding part and/or the related part, the description of other embodiments can be referred to.
第1実施形態
図1は、第1実施形態に係る空調装置1を示す。空調装置1は、熱機器のひとつである。空調装置1は、磁気熱量効果型ヒートポンプ装置(MHP:Magneto−caloric effect Heat Pump)2を備える。MHP装置2は、熱磁気サイクル装置を提供する。
First Embodiment FIG. 1 shows an air conditioner 1 according to the first embodiment. The air conditioner 1 is one of thermal equipment. The air conditioner 1 includes a magnetocaloric effect heat pump device (MHP: Magneto-caloric effect Heat Pump) 2. The
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 that uses cold heat obtained by the heat pump device and a device that uses warm heat obtained by the heat pump device. A device that uses cold heat may also be referred to as a refrigeration cycle device. Therefore, in this specification, the term heat pump device is used as a concept including a refrigeration cycle device.
MHP装置2は、高温端HTと低温端LTとの間に温度差を生成するように構成されている。MHP装置2は、高温系統3と、低温系統4とを有する。高温系統3は、高温端HTに設けられている。低温系統4は、低温端LTに設けられている。空調装置1は、MHP装置2から熱的出力を取り出すための機器を備える。出力機器のひとつは、MHP装置2の高温端HTに得られる高温を利用する熱交換器3aによって提供される。熱交換器3aは、高温端HTと、媒体、例えば空気との間の熱交換を提供する。熱交換器3aは、主として放熱のために用いられる。熱交換器3aは、例えば車両の室内に設置され、空調用空気と熱交換することにより空気を温める。熱交換器3aは、高温系統3の構成要素のひとつである。出力機器のひとつは、MHP装置2の低温端LTに得られる低温を利用する熱交換器4aによって提供される。熱交換器4aは、低温端LTと、媒体、例えば空気との間の熱交換を提供する。熱交換器4aは、主として吸熱のために用いられる。熱交換器4aは、例えば車両の外部に設置され、外気と熱交換する。熱交換器4aは、低温系統4の構成要素のひとつである。
The
MHP装置2は、ハウジング6を備える。ハウジング6は、熱輸送媒体が流れることができる作業室を区画形成する。ひとつの作業室は、ハウジング6の軸方向に沿って延びている。ひとつの作業室は、ハウジング6の軸方向の両方の端面において開口している。
The MHP
MHP装置2は、磁気熱量効果素子(MCE:Magneto−Caloric Effect)7を備える。MCE素子7は、ハウジング6内に固定的に支持されている。MCE素子7は、作業室の中に位置づけられている。MCE素子7は、ハウジング6の軸方向に沿って細長く延在している。
The
MHP装置2は、MCE素子7の磁気熱量効果を利用する。MHP装置2は、MCE素子7によって高温端HTと低温端LTとを生成する。MCE素子7は、高温端HTと低温端LTとの間に設けられている。図示の例では、図中の右側が低温端LTであり、図中の左端が高温端HTである。
The
MCE素子7は、外部磁場の強弱の変化に応答して発熱と吸熱とを生じる。MCE素子7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7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7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7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。例えば、ガドリニウム系材料、またはランタン−鉄−シリコン化合物を用いることができる。また、マンガン、鉄、リンおよびゲルマニウムの混合物を用いることができる。MCE素子7には、外部磁場の印加により吸熱し、外部磁場の除去により発熱する素子を利用してもよい。
The
MCE素子7は、直列的に接続された複数の部分素子を有する。MCE素子7は、カスケード接続素子とも呼ばれる。複数の部分素子は、互いに異なる温度帯において高い効率で磁気熱量効果を発揮する。複数の部分素子は、高温端HTと低温端LTとの間における温度差を分担するように配列されている。
The
MCE素子7は、熱輸送を担う媒体8と熱交換するように配置されている。言い換えると、媒体8は、MCE素子7と熱交換する。媒体8は、作業室を満たしている。媒体8は、熱を蓄え、熱を輸送する蓄熱要素を提供する。MCE素子7は、媒体8の流れ方向に沿って長く配置されている。媒体8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。ハウジング6とMCE素子7とは、素子ベッドを提供する。
The
MHP装置2は、MCE素子7をAMR(Active Magnetic Refrigeration)サイクルの素子として機能させるための磁場変調装置11(MGMD)と熱輸送装置21とを備える。磁場変調装置11は、周期的に変動する磁場を提供する。MCE素子7は、磁場の中に配置され、磁気熱量効果を発揮する。磁場変調装置11は、MCE素子7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11は、MCE素子7を強い磁界内に置く励磁状態と、MCE素子7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11は、励磁期間、および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。励磁期間は、MCE素子7が強い外部磁場の中に置かれる期間である。消磁期間は、MCE素子7が励磁期間より弱い外部磁場の中に置かれる期間である。磁場変調装置11は、MCE素子7と磁力源との間の距離を周期的に変化させる可動機構を含む。可動機構は、MCE素子7、または磁力源のいずれか一方を他方に対して移動させる。
The
熱輸送装置21は、MCE素子7と熱交換する媒体8をMCE素子7に沿って往復的に流す装置である。熱輸送装置21は、MCE素子7の磁気熱量効果による発熱と吸熱とに同期して、媒体8を軸方向(図示の左右方向)に移動させる。熱輸送装置21は、MCE素子7と媒体8との間に、相対的な、往復移動を生じさせる。この実施形態では、往復移動は、媒体8の往復流によって実現されている。高温系統3、および低温系統4は、熱輸送装置21を提供する。高温系統3、および低温系統4は、媒体8の流れを生成する。高温系統3は、熱交換器3aと素子ベッド(MCE素子7)との間に配置されている。高温系統3は、熱交換器3aのための媒体を提供する。低温系統4は、熱交換器4aと素子ベッド(MCE素子7)との間に配置されている。低温系統4は、熱交換器4aのための媒体を提供する。これらの媒体は、媒体8でもよい。これらの媒体は、媒体8と熱交換する二次媒体でもよい。
The
熱輸送装置21は、媒体8の通路を制御する複数の弁24を有する。複数の弁24は、高温系統3の構成要素のひとつである高温端弁32を含む。高温端弁32は、高温系統3の機器3bとMCE素子7との間に配置されている。高温端弁32は、高温端HTにおいて素子ベッド(MCE素子7)に対する媒体8の流入、流出を制御する。高温端弁32は、MCE素子7の高温端HTにおいて媒体8の通路を制御する。
The
複数の弁24は、低温系統4の構成要素のひとつである低温端弁33を含む。低温端弁33は、低温系統4の機器4bとMCE素子7との間に配置されている。低温端弁33は、低温端LTにおいて素子ベッド(MCE素子)7に対する媒体8の流入、流出を制御する。低温端弁33は、MCE素子7の低温端LTにおいて媒体8の通路を制御する。
The plurality of
複数の弁24は、アーマチャ24fを有する。アーマチャ24fは、可動鉄心を提供する。アーマチャ24fは、外部から供給される磁場の変化に応答して、複数の弁24を駆動する。
The plurality of
熱輸送装置21は、磁気結合構造25を備える。磁気結合構造25は、弁24を駆動するために、熱輸送装置11と弁24のアーマチャ24fとを磁気的に結合する。磁気結合構造25は、ひとつまたは複数の部材、または空洞を含む。磁気結合構造25は、磁束を案内する磁性部材、エアギャップ、磁束の透過を許す磁束透過部材などを含む。磁気結合構造25は、磁場変調装置11が、磁場によってアーマチャ24fを駆動することを可能とする。この実施形態では、磁場変調装置11からMCE素子7に供給される漏洩磁場によってアーマチャ24fを駆動する。この結果、磁場変調装置11は、アーマチャ24fを介して複数の弁24を駆動する。よって、磁場源12、13は、MCE素子7を励磁するための磁場と、アーマチャ24fを駆動するための磁場との両方を供給する。磁場源12、13は、共通磁場源とも呼ばれる。
The
図2は、この実施形態の空調装置1を示す。MHP装置2は、MHP装置2を駆動するための回転軸2aを有する。回転軸2aは、動力源5と作用的に連結されている。よって、MHP装置2は、動力源5によって回転駆動される。動力源5は、MHP装置2に回転動力を提供する。動力源5は、MHP装置2の唯一の動力源である。動力源5は、電動機、内燃機関など回転機器によって提供される。動力源の一例は、車両に搭載された電池によって駆動される電動機である。回転軸2aの中心軸AXの延在方向は、軸方向と呼ばれる場合がある。中心軸AXに対する径方向は、径方向または放射方向と呼ばれる場合がある。
FIG. 2 shows the air conditioner 1 of this embodiment. The
ハウジング6は回転軸2aを回転可能に支持している。ハウジング6は、複数の作業室を区画形成する。複数の作業室は、複数の気筒とも呼ばれる。ハウジング6は、複数の作業室を備えることができる。複数の作業室は、ハウジング6の周方向に沿って配列されている。MHP装置2は、複数のMCE素子7を備える。複数のMCE素子7は、ハウジング6の周方向に沿って互いに離れて配置されている。
The
MHP装置2は、制御装置(CT)9を備える。制御装置9は、少なくとも動力源5を制御する。制御装置9は、動力源5による回転数を制御する。加えて、制御装置9は、空調装置1としての機能を制御する。制御装置9は、例えば、熱交換器3aおよび/または熱交換器4aへの送風量を制御する。
The
制御装置9は、電子制御装置(Electronic Control Unit)である。制御装置9は、熱磁気サイクル装置のための制御システムを提供する。制御システムは、少なくともひとつの演算処理装置(CPU)と、プログラムとデータとを記憶する記憶媒体としての少なくともひとつのメモリ装置とを有する。制御システムは、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を備えるマイクロコンピュータによって提供される。記憶媒体は、コンピュータによって読み取り可能なプログラムを非一時的に格納する非遷移的実体的記憶媒体である。記憶媒体は、半導体メモリまたは磁気ディスクなどによって提供されうる。制御システムは、ひとつのコンピュータ、またはデータ通信装置によってリンクされた一組のコンピュータ資源によって提供されうる。プログラムは、制御システムによって実行されることによって、制御システムをこの明細書に記載される装置として機能させ、この明細書に記載される方法を実行するように制御システムを機能させる。 The control device 9 is an electronic control unit (Electronic Control Unit). The controller 9 provides a control system for the thermomagnetic cycle device. The control system has at least one arithmetic processing unit (CPU) and at least one memory device as a storage medium for storing programs and data. The control system is provided by a microcomputer including a computer-readable storage medium. The storage medium is a non-transitional tangible storage medium that non-temporarily stores a computer-readable program. The storage medium can be provided by a semiconductor memory, a magnetic disk, or the like. The control system may be provided by a computer or a set of computer resources linked by a data communication device. The program, when executed by the control system, causes the control system to function as the device described in this specification and causes the control system to function to execute the method described in this specification.
制御システムが提供する手段および/または機能は、実体的なメモリ装置に記録されたソフトウェアおよびそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、制御システムは、if−then−else形式と呼ばれるロジック、または機械学習によってチューニングされたニューラルネットワークによって提供することができる。代替的に、例えば、制御システムがハードウェアである電子回路によって提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路によって提供することができる。 The means and/or functions provided by the control system can be provided by software recorded in a substantial memory device and a computer executing the software, software only, hardware only, or a combination thereof. For example, the control system can be provided by a logic called if-then-else form or a neural network tuned by machine learning. Alternatively, for example, where the control system is provided by an electronic circuit that is hardware, it can be provided by a digital circuit containing multiple logic circuits, or an analog circuit.
この明細書における制御装置は、電子制御装置(ECU:Electronic Control Unit)とも呼ばれる場合がある。制御装置、または制御システムは、(a)if−then−else形式と呼ばれる複数の論理としてのアルゴリズム、または(b)機械学習によってチューニングされた学習済みモデル、例えばニューラルネットワークとしてのアルゴリズムによって提供される。 The control device in this specification may also be referred to as an electronic control unit (ECU: Electronic Control Unit). The controller or control system is provided by (a) an algorithm as a plurality of logics called if-then-else form, or (b) a trained model tuned by machine learning, for example, an algorithm as a neural network. ..
制御装置は、少なくともひとつのコンピュータを含む制御システムによって提供される。制御システムは、データ通信装置によってリンクされた複数のコンピュータを含む場合がある。コンピュータは、ハードウェアである少なくともひとつのプロセッサ(ハードウェアプロセッサ)を含む。ハードウェアプロセッサは、下記(i)、(ii)、または(iii)により提供することができる。 The control device is provided by a control system including at least one computer. The control system may include multiple computers linked by a data communication device. The computer includes at least one processor (hardware processor) that is hardware. The hardware processor can be provided by (i), (ii), or (iii) below.
(i)ハードウェアプロセッサは、少なくともひとつのメモリに格納されたプログラムを実行する少なくともひとつのプロセッサコアである場合がある。この場合、コンピュータは、少なくともひとつのメモリと、少なくともひとつのプロセッサコアとによって提供される。プロセッサコアは、CPU:Central Processing Unit、GPU:Graphics Processing Unit、RISC−CPUなどと呼ばれる。メモリは、記憶媒体とも呼ばれる。メモリは、プロセッサによって読み取り可能な「プログラムおよび/またはデータ」を非一時的に格納する非遷移的かつ実体的な記憶媒体である。記憶媒体は、半導体メモリ、磁気ディスク、または光学ディスクなどによって提供される。プログラムは、それ単体で、またはプログラムが格納された記憶媒体として流通する場合がある。 (I) The hardware processor may be at least one processor core that executes a program stored in at least one memory. In this case, the computer is provided with at least one memory and at least one processor core. The processor core is called a CPU: Central Processing Unit, a GPU: Graphics Processing Unit, a RISC-CPU, or the like. The memory is also called a storage medium. A memory is a non-transitional and tangible storage medium that stores "programs and/or data" readable by a processor in a non-transitory manner. The storage medium is provided by a semiconductor memory, a magnetic disk, an optical disk, or the like. The program may be distributed by itself or as a storage medium storing the program.
(ii)ハードウェアプロセッサは、ハードウェア論理回路である場合がある。この場合、コンピュータは、プログラムされた多数の論理ユニット(ゲート回路)を含むデジタル回路によって提供される。デジタル回路は、ロジック回路アレイ、例えば、ASIC:Application−Specific Integrated Circuit、FPGA:Field Programmable Gate Array、SoC:System on a Chip、PGA:Programmable Gate Array、CPLD:Complex Programmable Logic Deviceなどとも呼ばれる。デジタル回路は、プログラムおよび/またはデータを格納したメモリを備える場合がある。コンピュータは、アナログ回路によって提供される場合がある。コンピュータは、デジタル回路とアナログ回路との組み合わせによって提供される場合がある。 (Ii) The hardware processor may be a hardware logic circuit. In this case, the computer is provided by a digital circuit including a large number of programmed logic units (gate circuits). The digital circuit is a logic circuit array, for example, ASIC: Application-Specific Integrated Circuit, FPGA: Field Programmable Gate Array, SoC: Programmable CCP, etc. The digital circuit may include a memory that stores programs and/or data. The computer may be provided by analog circuitry. The computer may be provided by a combination of digital circuits and analog circuits.
(iii)ハードウェアプロセッサは、上記(i)と上記(ii)との組み合わせである場合がある。(i)と(ii)とは、異なるチップの上、または共通のチップの上に配置される。これらの場合、(ii)の部分は、アクセラレータとも呼ばれる。 (Iii) The hardware processor may be a combination of (i) and (ii) above. (I) and (ii) are arranged on different chips or on a common chip. In these cases, the part (ii) is also called an accelerator.
制御装置と信号源と制御対象物とは、多様な要素を提供する。それらの要素の少なくとも一部は、ブロック、モジュール、またはセクションと呼ぶことができる。さらに、制御システムに含まれる要素は、意図的な場合にのみ、機能的な手段と呼ばれる。 The control device, the signal source, and the controlled object provide various elements. At least some of these elements can be referred to as blocks, modules, or sections. Further, the elements included in the control system are referred to as functional means only if they are intentional.
この開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリーを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。代替的に、この開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。代替的に、この開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリーと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。 The control unit and the method described in this disclosure are realized by a dedicated computer provided by configuring a processor and a memory programmed to execute one or a plurality of functions embodied by a computer program. May be done. Alternatively, the control unit and the method described in this disclosure may be realized by a dedicated computer provided by configuring a processor with one or more dedicated hardware logic circuits. Alternatively, the controller and techniques described in this disclosure include a processor and memory programmed to perform one or more functions and a processor configured with one or more hardware logic circuits. It may be realized by one or more dedicated computers configured by combination. Further, the computer program may be stored in a computer-readable non-transition tangible recording medium as an instruction executed by a computer.
磁場変調装置11は、MCE素子7と径方向に関して対向して配置されている。磁場変調装置11は、MCE素子7の径方向内側および/または径方向外側に配置されている。磁場変調装置11は、磁力源と素子ベッドとの相対的な回転運動によって磁場を周期的に増減させる。磁場変調装置11は、回転軸2aに与えられる回転動力によって駆動される。磁場の変動は、磁力源と素子ベッドとのいずれか一方のみ、または両方を相対的に回転移動させることで作り出すことができる。この実施形態では、素子ベッドは、静止部材を提供する。磁力源は、可動部材を提供する。磁場変調装置11は、外部磁場を生成するための磁力源12、13を備える。磁力源12、13は、永久磁石または電磁石によって提供することができる。磁力源12は、MCE素子7の径方向外側を移動する。磁力源13は、MCE素子7の径方向内側を移動する。磁場変調装置11は、媒体8の往復的な流れに同期して、MCE素子7への磁場の印加と除去とを繰り返す。
The
熱輸送装置21は、ポンプと、流路切換機構とを備える。ポンプは、媒体を一方向に流す一方向流型のポンプである。ポンプ22は、高温系統における媒体8の流れを生じさせる。ポンプ23は、低温系統における媒体8の流れを生じさせる。ポンプ22、23は、回転軸2aによって駆動することができる。ポンプ22、23は、いずれか一方だけが設けられてもよい。
The
流路切換機構は、ひとつの素子ベッド(ひとつのMCE素子7)に関して、複数の弁24を備える。複数の弁24は、素子ベッド(MCE素子7)の高温端HTに配置されて媒体8の通路を開閉する高温端弁を含む。複数の弁24は、素子ベッド(MCE素子7)の低温端LTに配置されて媒体8の通路を開閉する低温端弁33を含む。
The flow path switching mechanism includes a plurality of
具体的には、磁場変調装置11は、磁力源12、13を回転移動させる。これにより、磁場変調装置11は、ひとつの作業室(MCE素子7)に与えられる磁場を励磁期間と消磁期間とに交互に切り替える。熱輸送装置21は、ポンプ22、23によって媒体8を圧送し、複数の弁24を相補的に駆動する。これにより、熱輸送装置21は、作業室(MCE素子7)における媒体8の流れ方向を交互に反転させる。磁場変調装置11による磁場の切り替えと、熱輸送装置21による流れ方向の反転とは、同期している。磁場変調装置11がMCE素子7を強い磁場の中に置くとき、熱輸送装置21がMCE素子7に沿って第1方向に媒体8を流す。第1方向は、低温端LTから高温端HTに向かう方向である。磁場変調装置11がMCE素子7を弱い磁場の中に置くとき、熱輸送装置21がMCE素子7に沿って第2方向に媒体8を流す。第2方向は、高温端HTから低温端LTに向かう方向である。
Specifically, the
複数の弁24のそれぞれは、流れ方向を切り換える切換弁である。弁24は、三ポート二位置弁である。弁24は、第1位置24aと、第2位置24bとを有する。弁24は、素子ベッド(MCE素子7)に連通する主ポート24cを有する。弁24は、2つの選択ポート24d、24eを有する。弁24は、第1位置24aと第2位置24bにおいて、2つの選択ポート24d、24eのいずれかだけを選択的に主ポート24cに連通させる。アーマチャ24fは、弁24の可動鉄心として、第1位置24aと、第2位置24bとを切り換える可動弁体に機械的に結合されている。弁24は、例えば、第1位置24aにおいて、主ポート24cと第1の選択ポート24dとを連通する。アーマチャ24fが励磁される励磁状態において、弁24は、第1位置24aを提供する。弁24は、例えば、第2位置24bにおいて、主ポート24cと第2の選択ポート24eとを連通する。アーマチャ24fが非励磁される非励磁状態において、弁24は、第2位置24bを提供する。
Each of the plurality of
複数の弁24のそれぞれは、媒体8が素子ベッドに流入する入口ポートと、媒体8が素子ベッドから流出する出口ポートとを提供する。第1の選択ポート24dおよび第2の選択ポート24eは、入口ポートおよび出口ポートとして利用可能である。
Each of the plurality of
弁24は、第1位置24aまたは第2位置24bのいずれか一方に向けて付勢するためのバイアス手段を備える場合がある。この実施形態では、弁24は、励磁状態において第1位置24aを提供し、非励磁状態において第2位置24bを提供する。バイアス手段は、弁24を非励磁状態の第2位置24bに向けて付勢する。バイアス手段は、弁24を第1位置24aから第2位置24bに復帰するように付勢する。バイアス手段は、戻し手段、または復元手段とも呼ばれる。バイアス手段は、例えば、バイアス部材によって提供される場合がある。バイアス手段は、例えば、流体圧を提供する媒体と受圧面とによって提供される場合がある。バイアス部材は、金属製または樹脂製の弾性部材によって提供することができる。弾性部材は、コイルスプリング、弾性体の塊、弾性体の袋などによって提供することができる。
The
回転軸2aが回転すると、MCE素子7に対して相対的に磁力源12、13が移動する。同時に、回転軸2aが回転すると、アーマチャ24fに対して相対的に磁力源12、13が移動する。磁場変調装置11は、MCE素子7に印加される磁場を強弱に変調する。磁場変調装置11は、同時に、漏洩磁場を強弱に変調する。漏洩磁場は、磁気結合構造25を通してアーマチャ24fに作用する。磁気結合構造25は、磁力源12、13の漏洩磁場をアーマチャ24fに作用させるように構成されている。アーマチャ24fに作用する磁場が弁体24vの駆動を許容する閾値を上回る状態は、励磁状態と呼ばれる。アーマチャ24fに作用する磁場が閾値を下回る状態は、非励磁状態と呼ばれる。漏洩磁場が、磁気結合構造25を通してアーマチャ24fに作用する期間において、アーマチャ24fは、弁24を第1位置24aに駆動する。漏洩磁場がアーマチャ24fに作用しない期間において、アーマチャ24fは、弁24を第2位置24bに駆動する。この結果、アーマチャ24fは、磁場変調装置11による磁場変調に応答して、第1位置24aと、第2位置24bとを交互に切り換える。こうして、媒体8の流れが制御される。
When the
図3、図4は、高温端弁32と低温端弁33とを含む弁24を示す。図3は、励磁状態を示す。図4は、非励磁状態を示す。これらの図において、素子ベッドおよび磁力源12、13は、簡単化されている。弁24は、ハウジング24hと、弁体24vとを有する。
3 and 4 show the
ハウジング24hは、媒体8の流路を提供する。ハウジング24hは、複数のポート24c、24d、24eを有する。ハウジング24hは、弁体24vを移動可能に収容する弁室を区画形成している。ハウジング24hは、弁24としての固定の弁座を提供している。ハウジング24hは、磁束を透過する非磁性の材料製である。磁気結合構造25は、磁束の透過を許容するハウジング24hを含む。ハウジング24hは、磁気結合構造25の一部としての磁性体を一部に含んでいてもよい。ハウジング24hは、非磁性による磁束透過に加え、渦電流損失低減を狙って抵抗率の大きい材質が好ましい。ハウジング24hは、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス合金、チタニウム、およびチタニウム合金等の金属製である。ハウジング24hは、例えば、樹脂製でもよい。ハウジング24hは、例えば、カーボン等の炭素含有材料、または炭素繊維強化プラスチックでもよい。
The
ハウジング24hは、第1の選択ポート24dを提供する通路穴24mを有する。通路穴24mは、軸AXmに沿って延びている。ハウジング24hは、第2の選択ポート24eを提供する通路穴24nを有する。通路穴24nは、軸AXnに沿って延びている。軸AXnと軸AXmとは交差している。通路穴24mと通路穴24nとは、素子ベッドから離れる方向へ向けて延びている。この構造は、弁体24vと磁力源12、13とを近距離に配置することを可能とする。弁体24vと磁力源12、13との間の距離は、弁体24vと素子ベッドとの間に通路を形成する場合より近い。弁体24vと磁力源12、13との間の距離は、短いほど、強い吸引力をアーマチャ24fに生成する。
The
弁体24vは、ハウジング24hが区画する弁室に収容されている。弁体24vは、直方体形状を有する。弁体24vは、第1の選択ポート24dを開閉するために第1の選択ポート24dに対向する対向面24tを有する。弁体24vは、第2の選択ポート24eを開閉するために第2の選択ポート24eに対向する対向面24sを有する。対向面24sは、弁体24vの移動方向に対して交差する斜面でもある。対向面24sは、斜面とも呼ばれる。よって、弁体24vは、一部に斜面を有する直方体形状を有する。ハウジング24hは、対向面24sに対向する斜面を有する。第2の選択ポート24eを提供する通路穴24nは、斜面に開口している。この結果、弁24は、弁体24vに対する媒体8の流入方向と流出方向とが交差する構造を備える。この構造は、弁24と磁力源12、13との比較的近い配置を可能とする。
The
弁体24vは、ハウジング24h内において第1位置24aと、第2位置24bとに移動可能な可動子である。弁体24vは、第1位置24aにおいて、主ポート24cと第1の選択ポート24dとを連通する。弁体24vは、第1位置24aにおいて、弁体24vを貫通する貫通穴と、弁室とを経由する連通路を形成する。弁体24vは、第2位置24bにおいて、主ポート24cと第2の選択ポート24eとを連通する。弁体24vは、第2位置24bにおいて、弁室を経由する連通路を形成する。
The
弁体24vは、磁性体製である。弁体24vは、軟鉄等の金属製、または磁性樹脂製である。弁体24vは、アーマチャ24fとともに、弁室に配置されている。弁体24vは、アーマチャ24fを兼ねている。
The
磁気結合構造25は、ハウジング24hを透過する磁束によって熱輸送装置11とアーマチャ24fとを磁気的に結合するように構成されている。弁体24vを駆動するための駆動力は、ハウジング24hを透過する磁場によって与えられる。このため、弁24からの媒体8の漏洩が抑制される。弁体24vをカム機構などによって駆動する場合、媒体8の漏洩を抑制するためにゴムなどによるシール機構が必要となる。しかし、この実施形態では、シール機構なしで弁体24vを駆動できるから、シール機構に起因する媒体8の漏洩が抑制される。
The
弁24は、バイアス部材としてのスプリング24rを有する。スプリング24rは、圧縮された状態で、ハウジング24hと弁体24vとの間に配置されている。スプリング24rは、磁力源12、13の吸引力に抗して弁体24vを第1位置24aから第2位置24bに向けて付勢する。励磁状態において、スプリング24rは、弁体24vに作用する磁気的な吸引力に屈して、弁体24vの第1位置24aへの移動を許容する。非励磁状態において、スプリング24rは、弁体24vを第2位置24bに移動させ、保持する。
The
図3に図示されるように、励磁状態において、磁力源12、13は、主要な磁場MMをMCE素子7に印加する。同時に、磁力源12の漏洩磁場ML12は、弁体24vを吸引し、吸引力Fsを生成する。同時に、磁力源13の漏洩磁場ML13は、弁体24vを吸引し、吸引力Frを生成する。この結果、弁体24vは、磁力源12、13に向けて接近するように吸引され、第1位置24aに到達し、維持される。
As illustrated in FIG. 3, in the excited state, the
図4に図示されるように、非励磁状態において、吸引力Fs、Frは失われる。この結果、弁体24vは、スプリング24rによって、第2位置24bに到達し、維持される。第2位置24bを原点とする場合、スプリング24rは、弁体24vを原点に向けて付勢する原点復帰手段を提供する。
As illustrated in FIG. 4, the attraction forces Fs and Fr are lost in the non-excited state. As a result, the
以上に述べた実施形態によると、磁場変調装置11によって生成される周期的な磁場変動を利用して弁24を駆動することができる。しかも、漏洩磁場を利用して弁24を駆動することができる。さらに、アーマチャ24fを含む弁体24vは、ハウジング24h内に区画された弁室内に収容される。この結果、媒体8の漏洩を抑制することができる。
According to the embodiment described above, the
第2実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、バイアス手段としてスプリング24rが用いられている。これに代えて、この実施形態では、高温端弁32と低温端弁33とによる同時加圧を可能とするバイアス手段が用いられている。
Second Embodiment This embodiment is a modification based on the preceding embodiment. In the above embodiment, the
媒体8の中には、可圧縮性の気体の気泡が混入する場合がある。気泡は、例えば、MCE素子7の表面に付着することがある。気泡は、媒体8の流れを妨げる。高温端弁32と低温端弁33とは、図3の駆動状態と、図4の駆動状態とを交互に繰り返す。この場合、媒体8の流れは往復流として交互に切り替えられる。しかし、気泡は、微小期間の遅れを往復流の転流時に発生させる。気泡が圧縮されるからである。気泡に起因する転流の遅れは、磁場変調の位相と、往復流の位相との誤差を生じる。この結果、MHP装置2による冷凍能力が低下する場合があった。この実施形態では、高温端弁32および低温端弁33から同時に媒体8を印加する期間を設けることで、気泡を予備的に圧縮し、転流時の遅れを抑制する。そこで、高温端弁32および低温端弁33の一方の駆動を進角および遅角させる。
Compressible gas bubbles may be mixed in the
さらに、MHP装置2の運転は、常温域から運転を開始し、高温端HTでは温度が上昇し、低温端LTでは温度が低下する。MHP装置2は、高温端HTにおいて予定された高温が得られ、低温端LTにおいて予定された低温が得られるように設計されている。多くの場合、低温端LTにおいて常温域とは異なる低温TLが得られる。低温端LTの温度は、運転開始初期から徐々に低下し、定常運転状態では、低温域TLに到達する。多くの媒体8は、低温では、粘度が増加する。このため、低温端LTおよび低温系統4において、媒体8の粘度に起因して転流時の遅れが顕著となる。そこで、この実施形態では、MHP装置2の運転が進行し、低温端LTの温度が下がるほど、気泡を予備的に圧縮し、転流時の遅れを抑制する。
Further, the operation of the
図5および図6において、低温端弁33は、バイアス手段としてスプリング224rを備える。高温端弁32は、スプリング24rを備える。図7は、スプリング24rとスプリング224rの温度特性を示す。
5 and 6, the low
MHP装置2の運転初期における初期温度Tnにおいて、スプリング24rのばね定数Sc24rは、スプリング224rのばね定数より大きい。このばね定数の差dScは、高温端弁32と低温端弁33との応答性の差を生成する。言い換えると、スプリング24rは、スプリング224rより硬い。この結果、MHP装置2の運転初期において、低温端弁33は、高温端弁32より切り換わりやすい。言い換えると、磁場に対する応答性は、高温端弁32より低温端弁33のほうが高い。低温端弁33がもつ磁場に対する応答性は、高温端弁32がもつ磁場に対する応答性より、敏感である。磁場の増加に対して、低温端弁33は、高温端弁32より早い時刻に切り替わる。具体的には、低温端弁33は、高温端弁32より早い時刻に、第2位置24bから第1位置24aに切り替わる。磁場の減少に対して、低温端弁33は、高温端弁32より遅い時刻に切り替わる。具体的には、低温端弁33は、高温端弁32より遅い時刻に、第1位置24aから第2位置24bに切り替わる。この時間差は、高温端弁32と低温端弁33との両方から同時に媒体8を印加する期間を提供する。この結果、気泡BLは、圧縮され、小さくなる。気泡BLの圧縮は、転流時の遅れを抑制する。
At the initial temperature Tn in the initial operation of the
さらに、スプリング224rは、温度TEMPが低温になるほど、ばね定数Scが低下する温度特性を有する。低温域TLにおけるばね定数ScLは、初期温度Tnにおけるばね定数Scnより小さい(ScL<Scn)。上述のように、低温域TLは、初期温度Tnより低い(TL<Tn)。よって、低温になるほど気泡BLは、より小さく圧縮される。気泡BLのさらなる圧縮は、転流時の遅れをさらに抑制する。
Further, the
図8は、高温端弁32と低温端弁33との挙動、磁場Mg、および媒体8の流れを示す。高温端弁32と低温端弁33とは、高温端HTと低温端LTとの両方から媒体8を加えるように駆動される駆動特性を有する。高温端弁32と低温端弁33とは、一方の弁が他方の弁に対して早く切り換わり、一方の弁が他方の弁に対して遅く切り換わる駆動特性を有する。この駆動特性は、高温端弁32を付勢するバイアス手段であるスプリング24rと、低温端弁33を付勢するバイアス手段であるスプリング224rとの付勢力の差によって与えられる。上記バイアス手段は、温度に応じて付勢力が変化する温度特性を有することができる。スプリング24rと、スプリング224rとは、それらの両方が温度特性を有していてもよい。
FIG. 8 shows the behavior of the high
高温端弁32は、非励磁状態から励磁状態に切り替えられると、時刻t2において第2位置24bから第1位置24aに移動する。高温端弁32は、励磁状態から非励磁状態に切り替えられると、時刻t3において第1位置24aから第2位置24bに移動する。低温端弁33は、非励磁状態から励磁状態に切り替えられると、時刻t1において第2位置24bから第1位置24aに移動する。すなわち、低温端弁33のほうが高温端弁32より早い時刻(t1<t2)に、励磁状態である第1位置24aに切り替わる。低温端弁33は、励磁状態から非励磁状態に切り替えられると、時刻t4において第1位置24aから第2位置24bに移動する。すなわち、低温端弁33のほうが高温端弁32より遅い時刻(t3<t4)に、非励磁状態である第2位置24bに切り替わる。
When the high
高温端弁32と低温端弁33との運転状態は、図4の状態IVから、図5の状態Vを経由して、図3の状態IIIに変化する。高温端弁32と低温端弁33との運転状態は、図3の状態IIIから、図6の状態VIを経由して、図4の状態IVに変化する。この結果、転流前の期間t2−t1、または期間t4−t3において、気泡BLが圧縮され、転流の遅れが抑制される。実線EMBは、この実施形態による波形を示す。一点鎖線CMPは、比較例の波形を示す。この実施形態によると、先行する実施形態の効果に加えて、気泡に起因する転流の遅れが抑制される。
The operating states of the high
第3実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、素子ベッドの外に弁体24vを配置した。これに代えて、または加えて、この実施形態では、素子ベッドの中にアーマチャ24fとしての部材を進入可能に形成した。
Third Embodiment This embodiment is a modification based on the preceding embodiment as a basic form. In the above embodiment, the
図9は、高温端弁32の第1位置24aと、低温端弁33の第2位置24bとを示している。弁体24vは、素子ベッドの中にまで到達する突出部324pを有する。突出部324pは、アーマチャ24fの一部として機能しうる磁性を有している。突出部324pは、磁力源12、13からの漏洩磁場をより強く受けるために貢献する。言い換えると、突出部324pは、磁力源12、13から漏洩する磁束をより多く受けるために貢献する。突出部324pは、磁力源12、13により提供される主要な磁場の中に到達するように延びだしてもよい。突出部324pは、磁力源12、13による主要な磁気回路の中に配置されてもよい。この実施形態によると、弁体24vは、強い吸引力を得ることができる。
FIG. 9 shows the
第4実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、弁24は、斜面としての対向面24sを備える。これに代えて、この実施形態では、対向面24sなしでハウジング24hおよび弁体24vを形成した。
Fourth Embodiment This embodiment is a modification based on the preceding embodiment. In the above embodiment, the
図10は、高温端弁32を示す。低温端弁33は、高温端弁32と相似の形状を備える。この実施形態では、ハウジング24hは、弁体24vと素子ベッドとの間に厚い壁を有する。この壁の中に、第1の選択ポート424dのための通路穴が形成されている。弁体24vは、直方体形状を有する。弁体24vは、漏洩磁場をより強く受けるために、突出部424pを有する。この実施形態によると、突出部424pは、磁力源12、13からの漏洩磁場をより強く受けるために貢献する。また、突出部424pは、ハウジング24hの形状自由度を高めるために貢献する。また、突出部424pは、弁体24vの形状自由度を高めるために貢献する。
FIG. 10 shows the
第5実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、弁24は、バイアス手段としてスプリング24r、224rを備える。これに代えて、この実施形態では、弁24は、バイアス手段として樹脂製のブロック524rを備える。
Fifth Embodiment This embodiment is a modification based on the preceding embodiment as a basic form. In the above embodiment, the
図11は、ブロック524rを示す。ブロック524rは、樹脂製の塊である。ブロック524rは、第1位置24aにおける収縮形状と第2位置24bにおける伸長形状との間において弾性的に変形可能である。ブロック524rは、上述のスプリング224rと同様の温度特性を備えていてもよい。
FIG. 11 shows block 524r. The
第6実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、弁24は、圧縮状態のスプリング24rを備える。これに代えて、この実施形態では、弁24は、引張状態のスプリング624rを備える。
Sixth Embodiment This embodiment is a modification based on the preceding embodiment. In the above embodiment, the
図12において、弁24は、ハウジング24hと弁体24vとの間に、スプリング624rを有する。スプリング624rは、一端がハウジング24hに固定され、他端が弁体24vに固定されている。励磁状態において、弁体24vが第1位置24aに向けて吸引されると、スプリング624rは、引き伸ばされる。非励磁状態において、磁気的な吸引力が失われると、スプリング624rは、収縮し、弁体24vを第2位置24bへ引き戻す。この実施形態でも、先行する実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
In FIG. 12, the
第7実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、弁24は、媒体8の流れ経路上にスプリング724rを備える。
Seventh Embodiment This embodiment is a modification based on the preceding embodiment. In this embodiment, the
図13において、弁24は、第2の選択ポート24eと素子ベッドとの間に、スプリング724rを有する。スプリング724rは、ハウジング24hと弁体24vとの間に圧縮状態で配置されている。スプリング724rは、弁体24vの貫通穴の周囲に同軸上に配置されている。この配置は、比較的大きい直径をもつスプリング724rを可能とする。スプリング724rは、弁体24vを非励磁状態の第2位置24bへ向けて付勢する。スプリング724rは、第2の選択ポート24eを通る媒体8の温度の影響を受けやすい。スプリング724rは、先行する実施形態と同様の温度特性を有する。スプリング724rは、第2の選択ポート24eを通る媒体8の温度に応答する温度特性に適している。
In FIG. 13, the
第8実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、弁24は、媒体8の流れ経路上にスプリング824rを備える。
Eighth Embodiment This embodiment is a modification based on the preceding embodiment. In this embodiment, the
図14において、弁24は、第1の選択ポート24dと素子ベッドとの間に、スプリング824rを有する。スプリング824rは、一端がハウジング24hに固定され、他端が弁体24vに固定されている。スプリング724rは、弁体24vの貫通穴の周囲に同軸上に配置されている。この配置は、比較的大きい直径をもつスプリング724rを可能とする。スプリング824rは、弁体24vを非励磁状態の第2位置24bへ向けて付勢する。スプリング824rは、第1の選択ポート24dを通る媒体8の温度の影響を受けやすい。スプリング824rは、先行する実施形態と同様の温度特性を有する。スプリング824rは、第1の選択ポート24dを通る媒体8の温度に応答する温度特性に適している。
In FIG. 14, the
第9実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、弁24は、媒体8の流れ経路上にスプリング924rを備える。
Ninth Embodiment This embodiment is a modification based on the preceding embodiment. In this embodiment, the
図15において、弁24は、第2の選択ポート24eと素子ベッドとの間に、スプリング924rを有する。スプリング924rは、ハウジング24hと弁体24vとの間に圧縮状態で配置されている。スプリング924rは、弁体24vを非励磁状態の第2位置24bへ向けて付勢する。スプリング924rは、第2の選択ポート24eを通る媒体8の温度の影響を受けやすい。
In FIG. 15, the
第10実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、弁24は、媒体8の流れ経路上にスプリングA24rを備える。
Tenth Embodiment This embodiment is a modification based on the preceding embodiment. In this embodiment, the
図16において、弁24は、第1の選択ポート24dと素子ベッドとの間に、スプリングA24rを有する。スプリングA24rは、一端がハウジング24hに固定され、他端が弁体24vに固定されている。スプリングA24rは、弁体24vを非励磁状態の第2位置24bへ向けて付勢する。スプリングA24rは、第1の選択ポート24dを通る媒体8の温度の影響を受けやすい。
In FIG. 16, the
第11実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、弁24は、バイアス手段として弾性部材を備える。これに代えて、この実施形態では、弁24は、バイアス手段として媒体8の圧力Pと受圧面とによって、励磁状態における第1位置24aから非励磁状態における第2位置24bへの復帰を可能としている。
Eleventh Embodiment This embodiment is a modification based on the preceding embodiment as a basic form. In the above embodiment, the
図17において、弁24は、バイアス手段として、媒体8の圧力Pと、弁体24vの受圧面とを利用する。弁体24vは、スプリング24rなどの弾性部材を備えない。ただし、弁体24vは、受圧面B24uを備える。受圧面B24uに作用する媒体8の圧力Pは、弁体24vを第1位置24aから第2位置24bへ向けて付勢する力を生成する。弁体24vは、媒体8の圧力Pを受けて弁体24vを原点位置に向けて付勢する受圧面B24uを有する。この実施形態では、弁24の部品点数を抑制することができる。
In FIG. 17, the
第12実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、磁場変調装置11の漏洩磁場を利用することにより、弁24を駆動している。これに代えて、この実施形態では、磁場変調装置11は、弁24を駆動するための磁力源C26を備える。
Twelfth Embodiment This embodiment is a modification based on the preceding embodiment as a basic form. In the above-described embodiment, the
図18において、MHP装置2は、磁場変調装置11を備える。磁場変調装置11は、周期的に変動する磁場を供給する。磁場変調装置11は、MCE素子7に磁場を供給するための磁力源12、13に加えて、さらに磁力源C14を備える。磁力源C14は、周期的に変動する磁場を供給する。磁力源C14は、その主要な磁場を、アーマチャ24fに供給するように配置されている。磁気結合構造C25は、磁力源C14の磁場をアーマチャ24fに作用させる。磁力源C14は、アーマチャ24fのために配置された専用磁力源とも呼ばれる。
In FIG. 18, the
この実施形態によると、弁24に対して強い磁場を与えることができる。このため、弁24を確実に駆動することができる。さらに、磁力源12、13が生成する磁場変動と、磁力源C14が生成する磁場変動との間に位相差を生じるように、磁力源C14を配置することができる。この場合、MCE素子7に与えられる磁場変動と、媒体8の往復流との間における位相差を調節することができる。さらに、磁力源C14の位置を、磁力源12、13の位置に対して可動に構成してもよい。この場合、磁場変動と往復流との間における位相差を可変的に調節することができる。
According to this embodiment, a strong magnetic field can be applied to the
第13実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、ひとつの弁24は、ひとつの三ポート二位置弁、すなわちひとつの切換弁によって提供されている。これに代えて、この実施形態では、ひとつの弁24は、2つの二ポート二位置弁、すなわち2つの開閉弁によって提供される。
Thirteenth Embodiment This embodiment is a modification based on the preceding embodiment. In the above embodiment, one
図19において、MHP装置2は、複数の弁24を備える。複数の弁24は、高温端弁32と、低温端弁33とを提供する。ひとつの弁24は、ひとつの高温端弁32を提供する。ひとつの高温端弁32は、2つの開閉弁D34、D35によって提供されている。ひとつの弁24は、ひとつの低温端弁33を提供する。ひとつの低温端弁33は、2つの開閉弁D36、D37によって提供されている。この実施形態でも、複数の開閉弁D34、D35、D36、D37は、磁気結合構造C25によって磁場変調装置11と作動的に連結されている。複数の開閉弁D34、D35、D36、D37は、磁場変調装置11が提供する磁場変動によって、媒体8の往復流を提供するように駆動される。この実施形態でも、先行する実施形態と同様に作用効果を得ることができる。
In FIG. 19, the
他の実施形態
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および/または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および/または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および/または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに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 disclosures in this specification and the drawings are not limited to the illustrated embodiments. The disclosure encompasses the illustrated embodiments and variations on them based on them. For example, the disclosure is not limited to the combination of parts and/or elements shown in the embodiments. The disclosure can be implemented in various combinations. The disclosure may have additional parts that may be added to the embodiments. The disclosure includes omissions of parts and/or elements of the embodiments. The disclosure includes replacements or combinations of parts and/or elements between one embodiment and another. The disclosed technical scope is not limited to the description of the embodiments. It is to be understood that some technical scopes disclosed are indicated by the description of the claims and further include meanings equivalent to the description of the claims and all modifications within the scope.
明細書および図面等における開示は、請求の範囲の記載によって限定されない。明細書および図面等における開示は、請求の範囲に記載された技術的思想を包含し、さらに請求の範囲に記載された技術的思想より多様で広範な技術的思想に及んでいる。よって、請求の範囲の記載に拘束されることなく、明細書および図面等の開示から、多様な技術的思想を抽出することができる。 The disclosure in the specification and drawings is not limited by the scope of the claims. The disclosures in the specification, drawings and the like include the technical ideas described in the claims, and further cover various and broader technical ideas than the technical ideas described in the claims. Therefore, various technical ideas can be extracted from the disclosure of the specification and drawings without being bound by the description of the claims.
上記実施形態では、弁体24vはアーマチャ24fを兼ねている。これに代えて、弁体24vは、媒体8の通路を制御するための非磁性部分と、アーマチャ24fとして機能する磁性部分との両方の部材を備えていてもよい。この場合、弁体24vは、媒体8の通路を制御するための弁部材と、アーマチャ24fと、それらを機械的に連結する連結機構とを備える。この場合も、弁部材、アーマチャ24f、および連結機構は、ハウジング24h内に収容され、媒体8の漏洩を抑制することが望ましい。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、磁気結合構造25、C25は、磁束の透過を許容するハウジング24hを含む。これに代えて、または加えて、磁気結合構造25、C25は、アーマチャ24fに作用する磁場を案内する磁性体を含むことができる。磁気結合構造25、C25は、例えば、エアギャップを介してアーマチャ24fと対向するステータを含むことができる。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、ハウジング6とハウジング24hとは、別の部材によって提供されている。これに代えて、ハウジング6とハウジング24hとは、連続する材料によって提供されてもよい。ハウジング6とハウジング24hとは、例えば、連続する非磁性の金属製または樹脂製とすることができる。
In the above embodiment, the
1 空調装置、 2 磁気熱量効果型ヒートポンプ装置(MHP装置)、
2a 回転軸、 3 高温系統、 3a 熱交換器、 3b 機器、
4 低温系統、 4a 熱交換器、 4b 機器、 5 動力源、
6 ハウジング、 7 磁気熱量効果素子(MCE素子) 8 媒体、
9 制御装置、 11 磁場変調装置、 12 磁力源、 13 磁力源、
21 熱輸送装置、 22 ポンプ、 23 ポンプ、 24 弁、
24a 第1位置、 24b 第2位置、 24c 主ポート、
24d 選択ポート、 24e 選択ポート、 24f アーマチャ、
24h ハウジング、 24m 通路穴、 24n 通路穴、
24r スプリング、 24s 対向面、 24t 対向面、 24v 弁体、
25 磁気結合構造、 32 高温端弁、 33 低温端弁、
224r スプリング、
324p 突出部、
424d 選択ポート、 424p 突出部、
524r ブロック、
624r スプリング、
724r スプリング、
824r スプリング、
924r スプリング、
A24r スプリング、
B24u 受圧面、 P 圧力、
C25 磁気結合構造、 C14 磁力源、
D34、D35、D36、D37 開閉弁。
1 air conditioner, 2 magnetocaloric effect heat pump device (MHP device),
2a rotating shaft, 3 high temperature system, 3a heat exchanger, 3b equipment,
4 low temperature system, 4a heat exchanger, 4b equipment, 5 power source,
6 housing, 7 magnetocaloric effect element (MCE element) 8 medium,
9 control device, 11 magnetic field modulation device, 12 magnetic force source, 13 magnetic force source,
21 heat transport device, 22 pump, 23 pump, 24 valve,
24a first position, 24b second position, 24c main port,
24d selection port, 24e selection port, 24f armature,
24h housing, 24m passage hole, 24n passage hole,
24r spring, 24s facing surface, 24t facing surface, 24v valve body,
25 magnetic coupling structure, 32 high temperature end valve, 33 low temperature end valve,
224r spring,
324p protrusion,
424d selection port, 424p protrusion,
524r block,
624r spring,
724r spring,
824r spring,
924r spring,
A24r spring,
B24u Pressure receiving surface, P pressure,
C25 magnetic coupling structure, C14 magnetic force source,
D34, D35, D36, D37 Open/close valve.
Claims (10)
前記磁場の中に配置され、磁気熱量効果を発揮するMCE素子(7)と、
前記MCE素子と熱交換する媒体(8)を前記MCE素子に沿って往復的に流す装置であって、前記媒体の通路を制御する複数の弁(24)を有する熱輸送装置(21)と、
前記弁を駆動するために、前記熱輸送装置と前記弁のアーマチャ(24f)とを磁気的に結合する磁気結合構造(25、C25)とを備える熱磁気サイクル装置。 A magnetic field modulator (11) for providing a periodically varying magnetic field;
An MCE element (7) arranged in the magnetic field and exerting a magnetocaloric effect,
A heat transport device (21) having a plurality of valves (24) for controlling a passage of the medium, the device being a device for reciprocally flowing a medium (8) that exchanges heat with the MCE device along the MCE element
A thermomagnetic cycle device comprising a magnetic coupling structure (25, C25) for magnetically coupling the heat transport device and an armature (24f) of the valve to drive the valve.
前記媒体の通路に弁室を区画するハウジング(24h)と、
前記アーマチャ(24f)とともに、前記弁室に配置された弁体(24v)とを備え、
前記磁気結合構造は、前記ハウジングを透過する磁束によって前記熱輸送装置と前記アーマチャとを磁気的に結合するように構成されている請求項1に記載の熱磁気サイクル装置。 The valve is
A housing (24h) for partitioning the valve chamber into the medium passage,
A valve body (24v) arranged in the valve chamber together with the armature (24f),
The thermomagnetic cycle device according to claim 1, wherein the magnetic coupling structure is configured to magnetically couple the heat transport device and the armature by a magnetic flux passing through the housing.
前記MCE素子の高温端(HT)において前記媒体の通路を制御する高温端弁(32)と、
前記MCE素子の低温端(LT)において前記媒体の通路を制御する低温端弁(33)とを備え、
前記高温端弁と前記低温端弁とは、前記高温端と前記低温端との両方から前記媒体を加えるように駆動される駆動特性を有する請求項1から請求項3のいずれかに記載の熱磁気サイクル装置。 A plurality of said valves,
A hot end valve (32) for controlling the passage of the medium at the hot end (HT) of the MCE element;
A low temperature end valve (33) for controlling the passage of the medium at a low temperature end (LT) of the MCE element,
The heat according to any one of claims 1 to 3, wherein the high-temperature end valve and the low-temperature end valve have drive characteristics that are driven to add the medium from both the high-temperature end and the low-temperature end. Magnetic cycle device.
前記磁気結合構造(25)は、前記磁力源の漏洩磁場を前記アーマチャに作用させるように構成されている請求項1から請求項8のいずれかに記載の熱磁気サイクル装置。 The magnetic field modulator includes a magnetic force source (12, 13) for supplying a magnetic field to the MCE element,
The thermomagnetic cycle device according to any one of claims 1 to 8, wherein the magnetic coupling structure (25) is configured to cause a leakage magnetic field of the magnetic force source to act on the armature.
前記磁気結合構造(C25)は、前記磁力源の磁場を前記アーマチャに作用させるように構成されている請求項1から請求項8のいずれかに記載の熱磁気サイクル装置。 The magnetic field modulator includes a magnetic force source (C14) for supplying a magnetic field to the armature,
The thermomagnetic cycle device according to any one of claims 1 to 8, wherein the magnetic coupling structure (C25) is configured to cause a magnetic field of the magnetic force source to act on the armature.
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JP2019018882A JP2020125876A (en) | 2019-02-05 | 2019-02-05 | Thermomagnetic cycle device |
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