JP2021196064A - Heat exchange device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、弾性熱量効果を発現する固体冷却部材を利用した熱交換装置に関するものである。 The present invention relates to a heat exchange device using a solid cooling member that exhibits an elastic calorific value effect.
この種の熱交換装置として、例えば特許文献1に記載された冷却システムが従来から知られている。この特許文献1に記載された冷却システムは、弾性熱量効果を発現する固体冷却部材としての2つの冷媒集合と、その2つの冷媒集合へ弾性歪みを与える負荷十字部材とを備えている。 As this type of heat exchange device, for example, the cooling system described in Patent Document 1 has been conventionally known. The cooling system described in Patent Document 1 includes two refrigerant sets as solid cooling members that exhibit an elastic calorific value effect, and a load cross member that gives elastic strain to the two refrigerant sets.
負荷十字部材は、所定の部材往復方向へ往復運動する。2つの冷媒集合のうちの一方である第1冷媒集合は、負荷十字部材に対し部材往復方向の一方側に設けられ、2つの冷媒集合のうちの他方である第2冷媒集合は、負荷十字部材に対し部材往復方向の他方側に設けられている。 The load cross member reciprocates in a predetermined member reciprocating direction. The first refrigerant set, which is one of the two refrigerant sets, is provided on one side of the load cross member in the reciprocating direction of the member, and the second refrigerant set, which is the other of the two refrigerant sets, is the load cross member. It is provided on the other side in the reciprocating direction of the member.
例えば、負荷十字部材が部材往復方向の他方側のストローク端から一方側のストローク端へ移動すると、第1冷媒集合は圧縮変形させられ、オーステナイトからマルテンサイトへと変態すると共に潜熱を放出する。それと同時に、第2冷媒集合は弛緩され、マルテンサイトからオーステナイトへと変態すると共に潜熱を吸収する。 For example, when the load cross member moves from the stroke end on the other side in the reciprocating direction of the member to the stroke end on the one side, the first refrigerant set is compressively deformed, transformed from austenite to martensite, and releases latent heat. At the same time, the second refrigerant assembly is relaxed, transforming from martensite to austenite and absorbing latent heat.
逆に、負荷十字部材が部材往復方向の一方側のストローク端から他方側のストローク端へ移動すると、第1冷媒集合は弛緩され、マルテンサイトからオーステナイトへと変態すると共に潜熱を吸収する。それと同時に、第2冷媒集合は圧縮変形させられ、オーステナイトからマルテンサイトへと変態すると共に潜熱を放出する。 On the contrary, when the load cross member moves from the stroke end on one side in the reciprocating direction of the member to the stroke end on the other side, the first refrigerant assembly is relaxed, transformed from martensite to austenite, and absorbs latent heat. At the same time, the second refrigerant set is compressed and deformed, transforming from austenite to martensite and releasing latent heat.
特許文献1の冷却システムでは、第1冷媒集合と第2冷媒集合とが吸熱と放熱とを互い違いに繰り返すので、冷却システムのうちの高温部分と低温部分とが交互に入れ替わる。例えば、冷却したい対象の冷却空間を熱交換媒体で冷却しようとした場合、その熱交換媒体は冷却システムの低温部分で常に冷却される必要がある。そのため、冷却システムにおいて高温部分と低温部分との入れ替わりに同期して、冷却空間を冷却するための熱交換媒体の流通経路を切り替える必要が生じる。なお、加熱したい対象の加熱空間を熱交換媒体で加熱する場合も、これと同様に、熱交換媒体の流通経路を切り替える必要が生じる。発明者らの詳細な検討の結果、以上のようなことが見出された。 In the cooling system of Patent Document 1, since the first refrigerant set and the second refrigerant set alternately repeat heat absorption and heat dissipation, the high temperature portion and the low temperature portion of the cooling system are alternately alternated. For example, when an attempt is made to cool a cooling space of an object to be cooled by a heat exchange medium, the heat exchange medium must always be cooled in a low temperature portion of the cooling system. Therefore, in the cooling system, it is necessary to switch the distribution path of the heat exchange medium for cooling the cooling space in synchronization with the replacement of the high temperature portion and the low temperature portion. When the heating space of the object to be heated is heated by the heat exchange medium, it is necessary to switch the distribution path of the heat exchange medium in the same manner. As a result of detailed examination by the inventors, the above was found.
本発明は上記点に鑑みて、弾性熱量効果を発現する固体冷却部材を備えた熱交換装置において、上記熱交換媒体としての流体の流通経路を切り替えることを必要とせずに、冷却空間から放熱空間へ熱を移動させるヒートポンプの作動を実現することを目的とする。 In view of the above points, the present invention is a heat exchange device provided with a solid cooling member that exhibits an elastic heat quantity effect, without the need to switch the flow path of the fluid as the heat exchange medium, from the cooling space to the heat dissipation space. The purpose is to realize the operation of a heat pump that transfers heat to.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の熱交換装置は、
弾性歪みの増減を繰り返すように変形させられ、弾性熱量効果を発現する固体冷却部材(18)と、
第1流体室(201a)の容積を変化させる第1可動部(202)を有し、その第1可動部によって第1流体室の容積を縮小させることで第1流体室から第1流体を吹き出す第1吹出部(20)と、
第2流体室(261a)の容積を変化させる第2可動部(262)を有し、その第2可動部によって第2流体室の容積を縮小させることで第2流体室から第2流体を吹き出す第2吹出部(26)と、
第1吹出部が吹き出した第1流体を受けるように配置されており、第1吹出部から第1流体を受けることで、その第1流体を受けない場合に比して、固体冷却部材と冷却空間(12)内の流体との熱交換を促進する第1熱交換部(30)と、
第2吹出部が吹き出した第2流体を受けるように配置されており、第2吹出部から第2流体を受けることで、その第2流体を受けない場合に比して、固体冷却部材と放熱空間(14)内の流体との熱交換を促進する第2熱交換部(32)とを備え、
固体冷却部材の弾性歪みが増すほど第1可動部が第1流体室の容積を拡大すると共に第2可動部が第2流体室の容積を縮小するように、固体冷却部材と第1可動部と第2可動部は互いに連結されている。
In order to achieve the above object, the heat exchange device according to claim 1 is used.
A solid cooling member (18) that is deformed so as to repeatedly increase and decrease elastic strain and exhibits an elastic calorific value effect.
It has a first movable portion (202) that changes the volume of the first fluid chamber (201a), and the first movable portion reduces the volume of the first fluid chamber to blow out the first fluid from the first fluid chamber. The first outlet (20) and
It has a second movable part (262) that changes the volume of the second fluid chamber (261a), and the second movable part reduces the volume of the second fluid chamber to blow out the second fluid from the second fluid chamber. The second outlet (26) and
The first blowing portion is arranged so as to receive the first fluid blown out, and by receiving the first fluid from the first blowing portion, the solid cooling member and the cooling are performed as compared with the case where the first fluid is not received. The first heat exchange unit (30) that promotes heat exchange with the fluid in the space (12),
The second outlet is arranged so as to receive the second fluid blown out, and by receiving the second fluid from the second outlet, the solid cooling member and the heat dissipation are compared with the case where the second fluid is not received. It is equipped with a second heat exchange unit (32) that promotes heat exchange with the fluid in the space (14).
The solid cooling member and the first movable portion are arranged so that the first movable portion expands the volume of the first fluid chamber and the second movable portion reduces the volume of the second fluid chamber as the elastic strain of the solid cooling member increases. The second movable part is connected to each other.
このようにすれば、固体冷却部材が弾性歪み減少に伴い吸熱する際には、第1熱交換部を介した固体冷却部材と冷却空間内の流体との間の熱交換が促進される。その一方で、固体冷却部材が弾性歪み増大に伴い放熱する際には、第2熱交換部を介した固体冷却部材と放熱空間内の流体との間の熱交換が促進される。従って、固体冷却部材の弾性歪みの増減が繰り返されることに伴い、冷却空間から固体冷却部材への熱移動と、固体冷却部材から放熱空間への熱移動とが交互に行われることになる。そのため、第1および第2流体の流通経路を切り替えることを必要とせずに、冷却空間から放熱空間へ熱を移動させるヒートポンプの作動を実現することが可能である。 In this way, when the solid cooling member absorbs heat as the elastic strain decreases, heat exchange between the solid cooling member and the fluid in the cooling space via the first heat exchange section is promoted. On the other hand, when the solid cooling member dissipates heat due to the increase in elastic strain, heat exchange between the solid cooling member and the fluid in the heat dissipation space via the second heat exchange section is promoted. Therefore, as the elastic strain of the solid cooling member is repeatedly increased and decreased, heat transfer from the cooling space to the solid cooling member and heat transfer from the solid cooling member to the heat dissipation space are alternately performed. Therefore, it is possible to realize the operation of the heat pump that transfers heat from the cooling space to the heat dissipation space without the need to switch the flow paths of the first and second fluids.
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。 The reference numerals in parentheses attached to each component or the like indicate an example of the correspondence between the component or the like and the specific component or the like described in the embodiment described later.
以下、図面を参照しながら、各実施形態を説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, each embodiment will be described with reference to the drawings. In each of the following embodiments, the parts that are the same or equal to each other are designated by the same reference numerals in the drawings.
(第1実施形態)
図1に示す熱交換装置10は、冷却空間12から放熱空間14へ熱を移動させるヒートポンプ作動を行う。例えば、熱交換装置10は、冷却空間12から吸収した熱を放熱空間14へ放散することにより冷却空間12を冷却する冷却機または冷凍機である。
(First Embodiment)
The
図1に示すように、熱交換装置10は、筐体16と、固体冷却部材18と、第1吹出部20と、第2吹出部26と、第1熱交換部30と、第2熱交換部32と、アクチュエータ34と、可動連結部36とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
筐体16は、熱交換装置10の外殻を構成し、固体冷却部材18と第1吹出部20と第2吹出部26と第1熱交換部30と第2熱交換部32とアクチュエータ34とを支持している。本実施形態の筐体16は、移動しない固定部材である。
The
固体冷却部材18は、弾性熱量効果を発現する金属材料で構成されている。固体冷却部材18は、その固体冷却部材18の弾性歪みの増減を繰り返すように変形させられ、それに伴って、オーステナイト相とマルテンサイト相との間で相変態を生じる。
The
具体的に、固体冷却部材18は、固体冷却部材18を弾性変形させる変形力が除去された歪緩和状態と、その変形力が印加され歪緩和状態に対し固体冷却部材18の弾性変形が増大された歪印加状態との間で、繰り返し弾性変形させられる。歪印加状態における固体冷却部材18の弾性歪みは、歪緩和状態における固体冷却部材18の弾性歪みよりも大きい。そして、固体冷却部材18は、歪緩和状態ではオーステナイト相になり、歪印加状態ではマルテンサイト相になる。
Specifically, the
なお、歪緩和状態における固体冷却部材18の弾性歪みは零であってもよいし、零でなくてもよい。図1は、固体冷却部材18が歪緩和状態とされたときの熱交換装置10を示し、図2は、固体冷却部材18が歪印加状態とされたときの熱交換装置10を示している。
The elastic strain of the
固体冷却部材18は、図1の歪緩和状態から図2の歪印加状態へ変化させられると、オーステナイト相からマルテンサイト相へ相変態するので、固体冷却部材18から潜熱を放出する。逆に、固体冷却部材18は、図2の歪印加状態から図1の歪緩和状態へ変化させられると、マルテンサイト相からオーステナイト相へ相変態するので、固体冷却部材18の潜熱として熱を吸収する。すなわち、固体冷却部材18は、図1の歪緩和状態に比して図2の歪印加状態では高温になる。
When the
図1および図2に示すように、本実施形態では、冷却空間12と放熱空間14は、第1方向としての空間並び方向D1に並んで設けられている。そして、空間並び方向D1において、固体冷却部材18は、冷却空間12と放熱空間14との間に配置されている。すなわち、冷却空間12は、固体冷却部材18に対し空間並び方向D1の一方側に配置され、放熱空間14は、固体冷却部材18に対し空間並び方向D1の他方側に配置されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, in the present embodiment, the cooling
また、固体冷却部材18は、空間並び方向D1の一方側に設けられた一端部181と、空間並び方向D1の他方側に設けられた他端部182とを有している。固体冷却部材18の一端部181は、筐体16の一部を構成する部材支持部161に固定されている。
Further, the
第1吹出部20は、第1流体(具体的には、空気)を吹き出す容積型の送風部である。第1吹出部20は、第1シリンダ部201と、第2方向としての作動方向D2に往復運動する第1可動部としての第1ピストン部202とを有している。この作動方向D2と空間並び方向D1は互いに交差する方向、厳密に言えば互いに垂直な方向である。
The
第1シリンダ部201には、第1流体が入る第1流体室201aが形成されている。第1ピストン部202は、作動方向D2における第1流体室201aの一方側を覆っている。そして、第1ピストン部202には、第1ピストン部202を作動方向D2に貫通した吹出孔202aが形成されている。また、第1シリンダ部201は、筐体16の一部分でもある。
A
また、第1吹出部20は、冷却空間12に対し作動方向D2の他方側に設けられている。従って、第1ピストン部202は、冷却空間12に面すると共に、冷却空間12に対し作動方向D2の他方側に設けられている。そして、第1ピストン部202は、第1流体室201aと冷却空間12の間を隔てている。
Further, the
このように設けられた第1ピストン部202は、筐体16に対し作動方向D2に往復運動をすることにより、第1流体室201aの容積を増減させる。詳細には、その往復運動において第1ピストン部202は、筐体16に対し作動方向D2の一方側へ移動するほど、第1流体室201aの容積を拡大させる。逆に、第1ピストン部202は、筐体16に対し作動方向D2の他方側へ移動するほど、第1流体室201aの容積を縮小させる。
The
そして、第1吹出部20は、第1ピストン部202によって第1流体室201aの容積を縮小させることで、第1流体室201aから第1ピストン部202の吹出孔202aを介して冷却空間12へ矢印A1(図1参照)のように第1流体を吹き出す。冷却空間12は、筐体16と第1ピストン部202とに囲まれ閉じられた空間として形成されている。
Then, the
第2吹出部26は、第2流体(具体的には、空気)を吹き出す容積型の送風部である。第2吹出部26は、第2シリンダ部261と、作動方向D2に往復運動する第2可動部としての第2ピストン部262とを有している。
The
第2シリンダ部261には、第2流体が入る第2流体室261aが形成されている。第2ピストン部262は、作動方向D2における第2流体室261aの他方側を覆っている。そして、第2ピストン部262には、第2ピストン部262を作動方向D2に貫通した吹出孔262aが形成されている。また、第2シリンダ部261は、筐体16の一部分でもある。
A
また、第2吹出部26は、放熱空間14に対し作動方向D2の一方側に設けられている。従って、第2ピストン部262は、放熱空間14に面すると共に、放熱空間14に対し作動方向D2の一方側に設けられている。そして、第2ピストン部262は、第2流体室261aと放熱空間14の間を隔てている。
Further, the
このように設けられた第2ピストン部262は、筐体16に対し作動方向D2に往復運動をすることにより、第2流体室261aの容積を増減させる。詳細には、その往復運動において第2ピストン部262は、筐体16に対し作動方向D2の他方側へ移動するほど、第2流体室261aの容積を拡大させる。逆に、第2ピストン部262は、筐体16に対し作動方向D2の一方側へ移動するほど、第2流体室261aの容積を縮小させる。
The
そして、第2吹出部26は、第2ピストン部262によって第2流体室261aの容積を縮小させることで、第2流体室261aから第2ピストン部262の吹出孔262aを介して放熱空間14へ矢印A2(図2参照)のように第2流体を吹き出す。放熱空間14は、筐体16の外部に広がる外部空間の一部分として形成されている。
Then, the
可動連結部36は、作動方向D2に延びている。可動連結部36は、作動方向D2の一方側に設けられた一端と、作動方向D2の他方側に設けられた他端とを有している。可動連結部36の一端は、第2ピストン部262に対して固定され、可動連結部36の他端は、第1ピストン部202に対して固定されている。従って、可動連結部36と第1ピストン部202と第2ピストン部262は一体となって、筐体16に対し作動方向D2に往復運動をする往復可動ユニット37を構成している。
The movable connecting
また、可動連結部36には、固体冷却部材18の他端部182が固定されている。
Further, the
第1熱交換部30は、熱交換促進用のフィンであり、例えばアルミニウム合金で構成されている。第1熱交換部30は冷却空間12に露出しており、第1吹出部20が矢印A1のように吹き出した第1流体を受けるように配置されている。
The first
また、第1熱交換部30は、筐体16の部材支持部161に固定されると共に、固体冷却部材18の一端部181に対し熱伝導可能に連結されている。このような構成から、第1熱交換部30は、第1吹出部20から第1流体を受けることで、その第1流体を受けない場合に比して、固体冷却部材18と冷却空間12内の流体(具体的には、空気)との熱交換を促進する。
Further, the first
第2熱交換部32は、第1熱交換部30と同様の熱交換促進用のフィンであり、例えばアルミニウム合金で構成されている。第2熱交換部32は放熱空間14に露出しており、第2吹出部26が矢印A2のように吹き出した第2流体を受けるように配置されている。
The second
また、第2熱交換部32は、可動連結部36に固定されると共に、固体冷却部材18の他端部182に対し熱伝導可能に連結されている。このような構成から、第2熱交換部32は、第2吹出部26から第2流体を受けることで、その第2流体を受けない場合に比して、固体冷却部材18と放熱空間14内の流体(具体的には、空気)との熱交換を促進する。
Further, the second
アクチュエータ34は、往復可動ユニット37に連結されており、所定のストロークで作動方向D2に往復可動ユニット37を往復運動させる。すなわち、アクチュエータ34は、往復可動ユニット37を駆動する駆動源である。なお、図1は、往復可動ユニット37が作動方向D2における他方側のストローク端に位置している状態の熱交換装置10を示し、図2は、往復可動ユニット37が作動方向D2における一方側のストローク端に位置している状態の熱交換装置10を示している。
The
以上のように構成された熱交換装置10において、例えば、往復可動ユニット37が図1の状態から作動方向D2の一方側へ移動させられ図2の状態に至る場合を想定する。その場合、往復可動ユニット37が図1の状態から作動方向D2の一方側へ移動させられるに伴って、固体冷却部材18の他端部182は、固体冷却部材18の一端部181に対し作動方向D2の一方側へずれることになる。
In the
すなわち、図1および図2に示すように、筐体16に対する往復可動ユニット37の往復運動において、例えば往復可動ユニット37が作動方向D2の一方側へ移動するほど、固体冷却部材18のせん断変形が拡大する形でその固体冷却部材18の弾性歪みが増す。その結果、往復可動ユニット37が作動方向D2の一方側へ移動することに伴い、固体冷却部材18は、図1の歪緩和状態から図2の歪印加状態へ変化させられる。
That is, as shown in FIGS. 1 and 2, in the reciprocating motion of the reciprocating
このとき、往復可動ユニット37が作動方向D2の一方側へ移動するほど、第1ピストン部202は第1流体室201aの容積を拡大し、それと共に、第2ピストン部262は第2流体室261aの容積を縮小する。すなわち、本実施形態では、固体冷却部材18の弾性歪みが増すほど第1ピストン部202が第1流体室201aの容積を拡大すると共に第2ピストン部262が第2流体室261aの容積を縮小するように、固体冷却部材18と第1ピストン部202と第2ピストン部262は互いに連結されている。
At this time, as the reciprocating
そして、往復可動ユニット37が作動方向D2の一方側へ移動する場合には、第1流体室201aの容積が拡大するので、第1吹出部20は例えば吹出孔202aから冷却空間12内の空気を第1流体室201aへと吸い込む。すなわち、第1吹出部20は第1流体を吹き出さない。その一方で、この場合、第2流体室261aの容積が縮小するので、第2吹出部26は、放熱空間14内の第2熱交換部32へ向けて矢印A2(図2参照)のように第2流体を吹き出す。
Then, when the reciprocating
従って、往復可動ユニット37が作動方向D2の一方側へ移動する場合には、固体冷却部材18は、冷却空間12内の空気と放熱空間14内の空気とのうち専ら放熱空間14内の空気と熱交換させられる。そして、固体冷却部材18は、図1の歪緩和状態から図2の歪印加状態へ変化することに伴い固体冷却部材18の潜熱を放出し、放熱空間14内の空気よりも高温になるので、固体冷却部材18から放熱空間14へと放熱する。
Therefore, when the reciprocating
次に、上記とは逆に、往復可動ユニット37が図2の状態から作動方向D2の他方側へ移動させられ図1の状態に至る場合を想定する。その場合、往復可動ユニット37が図2の状態から作動方向D2の他方側へ移動させられるに伴って、固体冷却部材18の一端部181に対する他端部182の作動方向D2への位置ずれが縮小することになる。
Next, conversely to the above, it is assumed that the reciprocating
すなわち、図1および図2に示すように、筐体16に対する往復可動ユニット37の往復運動において、例えば往復可動ユニット37が作動方向D2の他方側へ移動するほど、固体冷却部材18のせん断変形が縮小する形でその固体冷却部材18の弾性歪みが減少する。その結果、往復可動ユニット37が作動方向D2の他方側へ移動することに伴い、固体冷却部材18は、図2の歪印加状態から図1の歪緩和状態へ変化させられる。
That is, as shown in FIGS. 1 and 2, in the reciprocating motion of the reciprocating
このとき、往復可動ユニット37が作動方向D2の他方側へ移動するほど、第1ピストン部202は第1流体室201aの容積を縮小し、それと共に、第2ピストン部262は第2流体室261aの容積を拡大する。
At this time, as the reciprocating
そして、往復可動ユニット37が作動方向D2の他方側へ移動する場合には、第2流体室261aの容積が拡大するので、第2吹出部26は例えば吹出孔262aから放熱空間14内の空気を第2流体室261aへと吸い込む。すなわち、第2吹出部26は第2流体を吹き出さない。その一方で、この場合、第1流体室201aの容積が縮小するので、第1吹出部20は、冷却空間12内の第1熱交換部30へ向けて矢印A1(図1参照)のように第1流体を吹き出す。
Then, when the reciprocating
従って、往復可動ユニット37が作動方向D2の他方側へ移動する場合には、固体冷却部材18は、冷却空間12内の空気と放熱空間14内の空気とのうち専ら冷却空間12内の空気と熱交換させられる。そして、固体冷却部材18は、図2の歪印加状態から図1の歪緩和状態へ変化することに伴い固体冷却部材18の潜熱として熱を吸収し、冷却空間12内の空気よりも低温になるので、冷却空間12から吸熱する。
Therefore, when the reciprocating
このように、アクチュエータ34によって往復可動ユニット37が作動方向D2に往復運動させられることに伴い固体冷却部材18のせん断変形が繰り返されることで、固体冷却部材18の弾性歪みの増減が繰り返される。そして、固体冷却部材18が冷却空間12から吸熱することと、固体冷却部材18が放熱空間14へ放熱することとが交互に繰り返し行われる。
In this way, the reciprocating
上述したように、本実施形態によれば、固体冷却部材18は、弾性歪みの増減を繰り返すように変形させられ、弾性熱量効果を発現する。第1熱交換部30は、第1吹出部20から第1流体を受けることで、その第1流体を受けない場合に比して、固体冷却部材18と冷却空間12内の空気との熱交換を促進する。第2熱交換部32は、第2吹出部26から第2流体を受けることで、その第2流体を受けない場合に比して、固体冷却部材18と放熱空間14内の空気との熱交換を促進する。そして、固体冷却部材18の弾性歪みが増すほど、第1ピストン部202が第1流体室201aの容積を拡大すると共に第2ピストン部262が第2流体室261aの容積を縮小する。
As described above, according to the present embodiment, the
これにより、固体冷却部材18が弾性歪み減少に伴い吸熱する際には、第1熱交換部30を介した固体冷却部材18と冷却空間12内の空気との間の熱交換が促進される。その一方で、固体冷却部材18が弾性歪み増大に伴い放熱する際には、第2熱交換部32を介した固体冷却部材18と放熱空間14内の空気との間の熱交換が促進される。
As a result, when the
すなわち、固体冷却部材18と放熱空間14内の空気との熱交換が促進されるタイミングと、固体冷却部材18からの放熱が行われるタイミングとが同期する。それと共に、固体冷却部材18と冷却空間12内の空気との熱交換が促進されるタイミングと、固体冷却部材18が吸熱するタイミングとが同期する。
That is, the timing at which heat exchange between the
従って、固体冷却部材18の弾性歪みの増減が繰り返されることに伴い、冷却空間12から固体冷却部材18への熱移動と、固体冷却部材18から放熱空間14への熱移動とが交互に行われることになる。そのため、第1および第2流体の流通経路を切り替えることを必要とせずに、冷却空間12から放熱空間14へ熱を移動させるヒートポンプの作動を実現することが可能である。
Therefore, as the elastic strain of the
ここで、本実施形態では、弾性熱量効果を発現する固体冷却部材18の結晶は、固体冷却部材18の弾性歪みの増大に伴い、せん断されたように変形する。具体的に、本実施形態では、固体冷却部材18の弾性歪みの増減繰り返しに伴い固体冷却部材18がオーステナイト相とマルテンサイト相との間で相変態する。この場合、固体冷却部材18の弾性歪みの増大に伴い、固体冷却部材18の結晶は、オーステナイトの結晶からマルテンサイトの結晶へと変化する。そして、マルテンサイトの結晶は、オーステナイトの結晶と比較してせん断されたような形状を呈する。
Here, in the present embodiment, the crystal of the
これに対し、本実施形態によれば、固体冷却部材18のせん断変形が繰り返されることで、固体冷却部材18の弾性歪みの増減が繰り返される。従って、固体冷却部材18の弾性歪みの増減繰り返しにおいて、固体冷却部材18の結晶の変形の仕方に合うように固体冷却部材18が弾性変形させられるので、固体冷却部材18の相変態を効率よく発現させることが可能である。
On the other hand, according to the present embodiment, the shear deformation of the
また、本実施形態によれば、固体冷却部材18が図2の歪印加状態から図1の歪緩和状態へ変化させられる際には、固体冷却部材18の弾性変形が緩和される。すなわち、往復可動ユニット37が図2の状態から作動方向D2の他方側へ移動する場合、固体冷却部材18の弾性力は、その往復可動ユニット37の移動を助けるように作用する。従って、固体冷却部材18の弾性エネルギを第1ピストン部202および第2ピストン部262を作動方向D2の他方側へ移動させる付勢力として回生し、アクチュエータ34が発生する駆動力の低減を図ることが可能である。
Further, according to the present embodiment, when the
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第1実施形態と異なる点を主として説明する。また、前述の実施形態と同一または均等な部分については省略または簡略化して説明する。このことは後述の実施形態の説明においても同様である。
(Second Embodiment)
Next, the second embodiment will be described. In this embodiment, the differences from the above-mentioned first embodiment will be mainly described. Further, the same or equal parts as those in the above-described embodiment will be omitted or simplified. This also applies to the description of the embodiment described later.
図3および図4に示すように、本実施形態の熱交換装置10はアクチュエータ34(図1参照)を備えていない。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
また、本実施形態の筐体16は、移動しない固定部材ではなく、外部の加振源40から外乱振動が伝えられ、矢印A3で示すように作動方向D2に振動させられる。すなわち、熱交換装置10の全体が加振源40によって振動させられる。例えば、加振源40としては、エンジンなどの動力源や、車両などを挙げることができる。
Further, the
更に、本実施形態では、第1ピストン部202と第2ピストン部262と固体冷却部材18は、加振源40から外乱振動が伝達されることによって共振させられ、それにより、往復可動ユニット37が作動方向D2に往復運動を行う。
Further, in the present embodiment, the
そして、第1ピストン部202と第2ピストン部262と固体冷却部材18とが共振させられることにより、固体冷却部材18は、その固体冷却部材18の弾性歪みの増減を繰り返す。すなわち、固体冷却部材18は、図3の歪緩和状態と図4の歪印加状態との間で変形を繰り返す。
Then, the
例えば、加振源40から伝達される外乱振動の周波数は予め実験的に判っている。そして、その外乱振動の周波数に基づき、第1ピストン部202と第2ピストン部262と固体冷却部材18とが共振するように、第1ピストン部202の質量、第2ピストン部262の質量、および固体冷却部材18が弾性変形する際のバネ定数などが決定されている。このようにすれば、外乱振動によって、第1ピストン部202と第2ピストン部262と固体冷却部材18とを共振させることができる。
For example, the frequency of the disturbance vibration transmitted from the
また、外乱振動の振動方向に限定がある場合には、その外乱振動の振動方向に作動方向D2を合わせるのが好ましい。例えば、外乱振動が上下方向の振動である場合には、作動方向D2が上下方向になるように熱交換装置10の姿勢を定めればよい。
When the vibration direction of the disturbance vibration is limited, it is preferable to match the operation direction D2 with the vibration direction of the disturbance vibration. For example, when the disturbance vibration is a vibration in the vertical direction, the posture of the
上述したように、本実施形態によれば、第1ピストン部202と第2ピストン部262と固体冷却部材18とが共振させられることにより、固体冷却部材18は、その固体冷却部材18の弾性歪みの増減を繰り返す。従って、その共振によって生じる第1ピストン部202と第2ピストン部262と固体冷却部材18との自励振動を利用することにより、固体冷却部材18の弾性歪みを繰り返し増減させるために必要とされる動力を低減することが可能である。例えば、その共振が生じない場合と比較して、所定のストロークで往復可動ユニット37を往復運動させるために必要とされる動力を低減することが可能である。
As described above, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、第1ピストン部202と第2ピストン部262と固体冷却部材18は、外部の加振源40から外乱振動が伝達されることによって共振させられる。従って、固体冷却部材18の弾性歪みを繰り返し増減させるために動力を発生するアクチュエータ34(図1参照)などの動力源を省くことが可能である。
Further, according to the present embodiment, the
以上説明したことを除き、本実施形態は第1実施形態と同様である。そして、本実施形態では、前述の第1実施形態と共通の構成から奏される効果を第1実施形態と同様に得ることができる。 Except as described above, the present embodiment is the same as the first embodiment. Then, in the present embodiment, the effect obtained from the configuration common to the above-mentioned first embodiment can be obtained in the same manner as in the first embodiment.
(第3実施形態)
次に、第3実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第1実施形態と異なる点を主として説明する。
(Third Embodiment)
Next, the third embodiment will be described. In this embodiment, the differences from the above-mentioned first embodiment will be mainly described.
図5および図6に示すように、第1熱交換部30と第2熱交換部32は固体冷却部材18と同じ材料で構成されている。すなわち、第1熱交換部30と第2熱交換部32も、弾性熱量効果を発現することが可能な材料で構成されている。
As shown in FIGS. 5 and 6, the first
そして、第1熱交換部30と第2熱交換部32と固体冷却部材18は、互いに連結された別々の部品ではなく、単一の部品を構成している。
The first
これにより、第1熱交換部30と第2熱交換部32と固体冷却部材18とが例えば別々の部品として構成され互いに連結されている場合と比較して、第1熱交換部30と固体冷却部材18との間および第2熱交換部32と固体冷却部材18との間のそれぞれで熱伝導しやすくなる。従って、熱交換装置10の熱交換性能を向上させることが可能である。
As a result, the first
なお、第1熱交換部30および第2熱交換部32の形状は、例えば、第1実施形態と同様にフィン形状となっている。
The shapes of the first
以上説明したことを除き、本実施形態は第1実施形態と同様である。そして、本実施形態では、前述の第1実施形態と共通の構成から奏される効果を第1実施形態と同様に得ることができる。 Except as described above, the present embodiment is the same as the first embodiment. Then, in the present embodiment, the effect obtained from the configuration common to the above-mentioned first embodiment can be obtained in the same manner as in the first embodiment.
なお、本実施形態は第1実施形態に基づいた変形例であるが、本実施形態を前述の第2実施形態と組み合わせることも可能である。 Although this embodiment is a modification based on the first embodiment, it is also possible to combine this embodiment with the above-mentioned second embodiment.
(他の実施形態)
(1)上述の各実施形態では、図1等に示す固体冷却部材18は、弾性熱量効果を発現する金属材料で構成されているが、これは一例である。例えば、固体冷却部材18は、弾性熱量効果を発現するポリマーなどの非金属材料で構成されていても差し支えない。
(Other embodiments)
(1) In each of the above-described embodiments, the
(2)上述の第2実施形態では図3および図4に示すように、第1ピストン部202と第2ピストン部262と固体冷却部材18は、外部の加振源40から外乱振動が伝達されることによって共振させられるが、これは一例である。例えば、熱交換装置10が第1実施形態と同様にアクチュエータ34を備えており、第1ピストン部202と第2ピストン部262と固体冷却部材18は、そのアクチュエータ34から振動が伝達されることによって共振させられても差し支えない。
(2) In the above-mentioned second embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, disturbance vibration is transmitted from the
(3)上述の各実施形態では例えば図1に示すように、放熱空間14内の流体は、具体的には空気であるが、これは一例である。例えば、その放熱空間14内の流体は液体であっても差し支えない。そのように放熱空間14内の流体が液体であれば、第2吹出部26が放熱空間14へ吹き出す第2流体も、空気ではなく、その液体になる。
(3) In each of the above-described embodiments, for example, as shown in FIG. 1, the fluid in the
(4)なお、本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。 (4) The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified and carried out. Further, the above embodiments are not unrelated to each other, and can be appropriately combined unless the combination is clearly impossible.
また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。 Further, in each of the above embodiments, it goes without saying that the elements constituting the embodiment are not necessarily essential except when it is clearly stated that they are essential or when they are clearly considered to be essential in principle. stomach. Further, in each of the above embodiments, when numerical values such as the number, numerical values, quantities, and ranges of the constituent elements of the embodiment are mentioned, when it is clearly stated that they are particularly essential, and when it is clearly limited to a specific number in principle. It is not limited to the specific number except when it is done.
また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。 Further, in each of the above embodiments, when the material, shape, positional relationship, etc. of the constituent elements, etc. are referred to, except when specifically specified or when the material, shape, positional relationship, etc. are limited to a specific material, shape, positional relationship, etc. in principle. , The material, shape, positional relationship, etc. are not limited.
(まとめ)
上記各実施形態の一部または全部で示された第1の観点によれば、固体冷却部材は、弾性歪みの増減を繰り返すように変形させられ、弾性熱量効果を発現する。第1熱交換部は、第1吹出部が吹き出した第1流体を受けるように配置されており、第1吹出部から第1流体を受けることで、その第1流体を受けない場合に比して、固体冷却部材と冷却空間内の流体との熱交換を促進する。第2熱交換部は、第2吹出部が吹き出した第2流体を受けるように配置されており、第2吹出部から第2流体を受けることで、その第2流体を受けない場合に比して、固体冷却部材と放熱空間内の流体との熱交換を促進する。そして、固体冷却部材の弾性歪みが増すほど第1可動部が第1流体室の容積を拡大すると共に第2可動部が第2流体室の容積を縮小するように、固体冷却部材と第1可動部と第2可動部は互いに連結されている。
(summary)
According to the first aspect shown in part or all of the above embodiments, the solid cooling member is deformed so as to repeatedly increase and decrease the elastic strain, and exhibits an elastic calorific value effect. The first heat exchange section is arranged so that the first blowout section receives the first fluid blown out, and the first heat exchange section receives the first fluid from the first blowout section, as compared with the case where the first fluid is not received. This promotes heat exchange between the solid cooling member and the fluid in the cooling space. The second heat exchange section is arranged so that the second blowout section receives the second fluid blown out, and the second heat exchange section receives the second fluid from the second blowout section as compared with the case where the second fluid is not received. This promotes heat exchange between the solid cooling member and the fluid in the heat dissipation space. Then, as the elastic strain of the solid cooling member increases, the solid cooling member and the first movable portion expand the volume of the first fluid chamber and the second movable portion reduces the volume of the second fluid chamber. The portion and the second movable portion are connected to each other.
また、第2の観点によれば、第1可動部は、往復運動をすることにより第1流体室の容積を増減させ、第2可動部は、往復運動をすることにより第2流体室の容積を増減させる。そして、第1可動部と第2可動部と固体冷却部材とが共振させられることにより、固体冷却部材は、その固体冷却部材の弾性歪みの増減を繰り返す。従って、その共振によって生じる第1可動部と第2可動部と固体冷却部材との自励振動を利用することにより、固体冷却部材の弾性歪みを繰り返し増減させるために必要とされる動力を低減することが可能である。 Further, according to the second viewpoint, the first movable portion reciprocates to increase or decrease the volume of the first fluid chamber, and the second movable portion reciprocates to increase or decrease the volume of the second fluid chamber. Increase or decrease. Then, by resonating the first movable portion, the second movable portion, and the solid cooling member, the solid cooling member repeatedly increases and decreases the elastic strain of the solid cooling member. Therefore, by utilizing the self-excited vibration between the first movable portion, the second movable portion, and the solid cooling member generated by the resonance, the power required to repeatedly increase or decrease the elastic strain of the solid cooling member is reduced. It is possible.
また、第3の観点によれば、第1可動部と第2可動部と固体冷却部材は、外部から外乱振動が伝達されることによって共振させられる。従って、固体冷却部材の弾性歪みを繰り返し増減させるために動力を発生するアクチュエータなどの動力源を省くことが可能である。 Further, according to the third viewpoint, the first movable portion, the second movable portion, and the solid cooling member are resonated by transmitting disturbance vibration from the outside. Therefore, it is possible to omit a power source such as an actuator that generates power in order to repeatedly increase or decrease the elastic strain of the solid cooling member.
また、第4の観点によれば、第1熱交換部と第2熱交換部は固体冷却部材と同じ材料で構成され、第1熱交換部と第2熱交換部と固体冷却部材は、単一の部品を構成している。これにより、第1熱交換部と第2熱交換部と固体冷却部材とが例えば別々の部品として構成され互いに連結されている場合と比較して、第1熱交換部と固体冷却部材との間および第2熱交換部と固体冷却部材との間のそれぞれで熱伝導しやすくなる。従って、熱交換装置の熱交換性能を向上させることが可能である。 Further, according to the fourth viewpoint, the first heat exchange section and the second heat exchange section are made of the same material as the solid cooling member, and the first heat exchange section, the second heat exchange section, and the solid cooling member are simply. It constitutes one part. As a result, the space between the first heat exchange unit and the solid cooling member is compared with the case where the first heat exchange unit, the second heat exchange unit, and the solid cooling member are configured as separate parts and are connected to each other, for example. And heat conduction becomes easy between the second heat exchange part and the solid cooling member, respectively. Therefore, it is possible to improve the heat exchange performance of the heat exchange device.
ここで、例えば、固体冷却部材の弾性歪みの増減繰り返しに伴い固体冷却部材がオーステナイト相とマルテンサイト相との間で相変態する場合、固体冷却部材の弾性歪みの増大に伴い、固体冷却部材の結晶は、オーステナイトの結晶からマルテンサイトの結晶へと変化する。そして、マルテンサイトの結晶は、オーステナイトの結晶と比較してせん断されたような形状を呈する。 Here, for example, when the solid cooling member undergoes a phase transformation between the austenite phase and the martensite phase due to repeated increase and decrease of the elastic strain of the solid cooling member, the solid cooling member increases the elastic strain of the solid cooling member. The crystals change from austenite crystals to martensite crystals. The martensite crystals have a sheared shape as compared with the austenite crystals.
これに対し、第5の観点によれば、固体冷却部材のせん断変形が繰り返されることで、固体冷却部材の弾性歪みの増減が繰り返される。従って、固体冷却部材の弾性歪みの増減繰り返しにおいて、固体冷却部材の結晶の変形の仕方に合うように固体冷却部材が弾性変形させられるので、固体冷却部材の相変態を効率よく発現させることが可能である。 On the other hand, according to the fifth aspect, the shear deformation of the solid cooling member is repeated, so that the elastic strain of the solid cooling member is repeatedly increased or decreased. Therefore, when the elastic strain of the solid cooling member is repeatedly increased or decreased, the solid cooling member is elastically deformed to match the way the crystals of the solid cooling member are deformed, so that the phase transformation of the solid cooling member can be efficiently expressed. Is.
12 冷却空間
18 固体冷却部材
20 第1吹出部
26 第2吹出部
30 第1熱交換部
32 第2熱交換部
201a 第1流体室
202 第1ピストン部(第1可動部)
261a 第2流体室
262 第2ピストン部(第2可動部)
12
261a 2nd
Claims (5)
第1流体室(201a)の容積を変化させる第1可動部(202)を有し、該第1可動部によって前記第1流体室の容積を縮小させることで前記第1流体室から第1流体を吹き出す第1吹出部(20)と、
第2流体室(261a)の容積を変化させる第2可動部(262)を有し、該第2可動部によって前記第2流体室の容積を縮小させることで前記第2流体室から第2流体を吹き出す第2吹出部(26)と、
前記第1吹出部が吹き出した前記第1流体を受けるように配置されており、前記第1吹出部から前記第1流体を受けることで、該第1流体を受けない場合に比して、前記固体冷却部材と冷却空間(12)内の流体との熱交換を促進する第1熱交換部(30)と、
前記第2吹出部が吹き出した前記第2流体を受けるように配置されており、前記第2吹出部から前記第2流体を受けることで、該第2流体を受けない場合に比して、前記固体冷却部材と放熱空間(14)内の流体との熱交換を促進する第2熱交換部(32)とを備え、
前記固体冷却部材の弾性歪みが増すほど前記第1可動部が前記第1流体室の容積を拡大すると共に前記第2可動部が前記第2流体室の容積を縮小するように、前記固体冷却部材と前記第1可動部と前記第2可動部は互いに連結されている、熱交換装置。 A solid cooling member (18) that is deformed so as to repeatedly increase and decrease elastic strain and exhibits an elastic calorific value effect.
It has a first movable portion (202) that changes the volume of the first fluid chamber (201a), and the volume of the first fluid chamber is reduced by the first movable portion, whereby the first fluid from the first fluid chamber is reduced. The first blowing part (20) that blows out the
It has a second movable portion (262) that changes the volume of the second fluid chamber (261a), and the volume of the second fluid chamber is reduced by the second movable portion, so that the second fluid chamber to the second fluid The second blowing part (26) that blows out the
The first blowing portion is arranged so as to receive the first fluid blown out, and by receiving the first fluid from the first blowing portion, the first fluid is not received, as compared with the case where the first fluid is not received. A first heat exchange unit (30) that promotes heat exchange between the solid cooling member and the fluid in the cooling space (12),
The second blowing portion is arranged so as to receive the second fluid blown out, and by receiving the second fluid from the second blowing portion, the second fluid is not received, as compared with the case where the second fluid is not received. It is provided with a second heat exchange unit (32) that promotes heat exchange between the solid cooling member and the fluid in the heat dissipation space (14).
As the elastic strain of the solid cooling member increases, the solid cooling member increases the volume of the first fluid chamber and the second movable portion reduces the volume of the second fluid chamber. A heat exchange device in which the first movable portion and the second movable portion are connected to each other.
前記第2可動部は、往復運動をすることにより前記第2流体室の容積を増減させ、
前記第1可動部と前記第2可動部と前記固体冷却部材とが共振させられることにより、前記固体冷却部材は、該固体冷却部材の弾性歪みの増減を繰り返す、請求項1に記載の熱交換装置。 The first movable portion increases or decreases the volume of the first fluid chamber by reciprocating.
The second movable part increases or decreases the volume of the second fluid chamber by reciprocating.
The heat exchange according to claim 1, wherein the solid cooling member repeatedly increases and decreases the elastic strain of the solid cooling member by causing the first movable portion, the second movable portion, and the solid cooling member to resonate with each other. Device.
前記第1熱交換部と前記第2熱交換部と前記固体冷却部材は、単一の部品を構成している、請求項1ないし3のいずれか1つに記載の熱交換装置。 The first heat exchange section and the second heat exchange section are made of the same material as the solid cooling member.
The heat exchange device according to any one of claims 1 to 3, wherein the first heat exchange unit, the second heat exchange unit, and the solid cooling member constitute a single component.
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