JP4842327B2 - 磁気冷凍機 - Google Patents

Description

本発明は、高温熱交換部と低温熱交換部とが分離・独立されて別個の熱伝導流体が循環する磁気冷凍機に関する。

従来、磁気冷凍機として、例えば、特許文献１が提案されている。図１及び図２に示した通り、従来の磁気冷凍機は低温側入口パイプ２１を介して低温部入口２２に投入された熱伝導流体１７は高温部出口３４へ流れる間、磁場が印加された磁気熱量材料１２が有する磁気発熱効果によって加熱された熱を熱伝導流体１７が吸収して高温部出口３４を通じてパイプ３３へ抜けるため、磁気熱量材料１２を冷却させる。高温部はパイプ３３を通って分配器７１を通じてポンプ６０を経ち室外機部(高温熱交換器)６２を通過した後、磁気熱交換室１３へ投入される。パイプ３１において高温部はパイプ３１とパイプ３３とに分けられて移動し、低温部出口２４において低温部と逢って分配器７４に進む。高温部が高温部入口３２から低温部出口２４へ、また高温部入口３２から低温部出口２４へ移動する際には既に高温部によって冷められた磁気熱量材料１２を経ちながら冷却される。分配器７４を通過した低温部は室内機部(低温熱交換器)６３を経ってパイプ８３、２１、２１へ移動しながら同じサイクルが繰り返される(説明していない符号は従来技術を参照し、詳述は省略する)。

このように、従来の磁気冷凍機は１２個の磁気熱交換室と４個の分配器７１、７２、７３、７４、また２４個以上のパイプなどを用いることによって複雑になり製造するのに困難がある。

また、１つの熱伝導流体が循環し高温部と低温部の役割を並行するため、図１を参照してみると、高温部入口３２から高温部が入り、冷却されている磁気熱量材料を経ちながら(図２参照)低温部に冷却されて低温部出口２４へ出るため、熱交換の効率が劣る。この際、仮に高温部入口３２に投入される高温部の温度より低い温度の熱伝導流体が高温部入口３２へ入り、冷却されている磁気熱量材料を通れば低温部出口２４ではさらに低い温度の熱伝導流体を流すことができるため、熱交換の効率を高めることが分かる。

また、高温部を通過する熱伝導流体の量をコントロールできず磁気熱量材料の熱を速い時間内に最大限冷却させることができないため、熱交換の効率が劣る。

一方、従来、磁気熱交換室を通過する際に磁気熱量材料が熱伝導流体と直接接触して熱交換を行うため酸化する恐れが大きい。

また、磁気熱交換室を通過する際に出入口(メッシュ)に粉末型の磁気熱量材料が抜けて流失され、熱伝導流体の強度によって出口に磁気熱量材料が蓄積されて流れを妨害し得る。

米国特許公報第６，６６８，５６０号

本発明は、前述した問題を解決するために案出されたものであって、その目的とするところは、高温部と低温部とを分離・循環させて構造の簡素化、高い熱効率及び熱伝導流体の量を、コントロールできる磁気冷凍機を提供することにある。

前述した目的を達成するために本発明の磁気冷凍機は、熱伝導流体の流れを通過させる磁気熱量材料を含む複数個の磁気熱交換ユニットと、前記磁気熱交換ユニットが円周方向に沿って所定間隔毎に設けられる回転板と、前記回転板間に配置され、前記磁気熱交換ユニットが通過する際に磁場を印加して温度を上昇させる磁石と、前記磁気熱交換ユニットの高温側に配置される高温熱交換部材と、前記磁気熱交換ユニットの低温側に配置される低温熱交換部材を含んでおり、
前記熱伝導流体は前記高温熱交換部材において循環する第１熱伝導流体と、前記低温熱交換部材において循環する第１熱伝導流体とに分離されている。

この構成によると、熱伝導流体のサイクルを高温部と低温部の２つに分離循環させて簡単な構造と高い熱効率及び熱伝導流体の量をコントロールすることができる。

前述した構成において、前記高温熱交換部材は高温熱交換器と、前記高温熱交換器の低温側出口の第１熱伝導流体を前記高温側磁気熱交換ユニットへ流動させる第１パイプと、前記高温側磁気熱交換ユニットを通過しつつ前記磁気熱量材料の熱を吸収過熱された第１熱伝導流体を前記高温熱交換器の高温側入口へ流動させる第２パイプで構成され、前記低温熱交換部材は低温熱交換器と、前記低温熱交換器の高温側出口の第２熱伝導流体を前記低温熱伝導流体を前記低温側磁気熱交換ユニットへ流動させる第３パイプと、前記低温側磁気熱交換ユニットを通過しつつ前記磁気熱量材料に熱を放出冷却された第２熱伝導流体を前記低温熱交換器の低温側入口へ流動させる第４パイプと、で構成されるのが好ましい。

また、前記磁気熱交換ユニットは前記回転板に形成された装着孔に装着される装着筒と、前記装着筒の両端に設けられるメッシュと、前記メッシュ間の装着筒内に含まれる前記磁気熱量材料で構成されるのが好ましい。

また、磁気熱交換ユニットは下部ケースと上部ケースを有するケースと、前記ケース内に密封されて磁場が印加される際に温度が変化する磁気熱量材料を含むと、磁気熱量材料が熱伝導流体と接触せずに磁気熱量材料の酸化と流失を防止することができる。

また、前記ケースの側面には所定間隔毎に谷が形成されれば、熱伝導流体との接触長さを伸ばすことができる。

また、前記谷は前記上部ケースの上側から前記下部ケースの下側に向けて傾斜されるよう形成されれば、接触長さをさらに伸ばすことができる。

また、前記ケースは熱伝達特性と加工性に優れたアルミニウム材質で構成されるのが好ましい。

また、前記上部ケースと下部ケースはＣｕブレージングによって密封されるのが好ましい。

また、前記ケースには熱伝導流体が通過される貫通孔がさらに形成されれば、熱伝導流体の通過量を増加させることができる。

また、前記各々の磁気熱量熱材料片は互いに接触しないように間隔を置いて配置される板状であったり、長手方向に沿って円形断面を一定のロッド形状にすれば、熱伝導流体の流れを助けながら熱伝導流体と充分に接触させることができる。

また、前記ケースは前記回転板の下面から突出したまま装着され、前記磁石は前記突出されたケースの両側に配置されるのが好ましい。

また、前記ケースの上部は漏斗状であり、前記ケースの下部には前記磁気熱量材料片を支える支持片が形成されるのが好ましい。

また、前記ロッド状の磁気熱量材料片には長手方向に沿って溝が形成されれば、熱伝導流体との接触面積を広げることによって熱交換効率を高めることができる。

また、前記磁気熱量材料はガドリニウム(Ｇｄ)で具現するのが好ましい。

本発明の他の特徴による磁気冷凍機は、熱伝導流体の流れを通過させる磁気熱量材料を含む複数の第１磁気熱交換ユニットが円周方向に沿って所定間隔毎に設けられる第１回転板と、前記第１回転板間に配置され、前記第１磁気熱交換ユニットが通過する際に磁場を印加して温度を上昇させる第１磁石と、前記第１磁気熱交換ユニットの高温側に配置される高温熱交換部材と、熱伝導流体の流れを通過させる磁気熱量材料を含む複数の第２磁気熱交換ユニットが円周方向に沿って所定間隔毎に設けられる第２回転板と、前記第２回転板間に配置され、前記第２磁気熱交換ユニットが通過する際に磁場を印加して温度を上昇させる第２磁石と、前記第１磁気熱交換ユニットの低温側に配置される低温熱交換部材と、前記第１磁気熱交換ユニットの低温側と前記第２磁気熱交換ユニットの高温側を循環する中間循環部材を含んでなる。

この構成によると、熱伝導流体の温度変化を大きくするだけでなく、高温部と低温部とを分離・循環させることによって、構造が簡素化し高い熱効率及び熱伝導流体の量をコントロールすることができる。

以下、本発明の好ましい実施例を図面に沿って説明するが、従来のものと同一の部分に対しては同一の参照符号を付し詳述は省略する。

[実施例１]
図３は本発明の好ましい第１実施例による磁気冷凍機の構成要素の斜視図で、図４は図３の正面図である。

図３及び図４に示した通り、本実施例１の磁気冷凍機は複数個の磁気熱交換ユニット１１３と、前記磁気熱交換ユニット１１３が円周方向に沿って所定間隔毎に設けられる回転板１１８と、前記回転板１１８間に配置され、前記磁気熱交換ユニット１１３が通過する際に磁場を印加して温度を上昇させる磁石１４０と、前記磁気熱交換ユニット１１３の高温側１１３ａに配置される高温熱交換部材と、前記熱交換ユニット１１３の低温側１１３ｂに配置される低温熱交換部材と、で構成されている。

前記熱伝導流体は前記高温熱交換部材において循環する第１熱伝導流体１７ａと、前記低温熱交換部材において循環する第２熱伝導流体１７ｂに分離されてサイクルを形成することになる。

即ち、前記高温熱交換部材は高温熱交換器１６２と、前記高温熱交換器１６２の低温側出口の第１熱伝導流体１７ａａを前記高温側磁気熱交換ユニット１１３ａへ流動させる第１パイプ１３０と、前記高温側磁気熱交換ユニット１１３ａを通過しながら前記磁気熱量材料１１２の熱を吸収過熱された第１熱伝導流体１７ａｂを前記高温熱交換器１６２の高温側入口へ移動させる第２パイプ１３１と、で構成されている。

同様に、前記低温熱交換部材は低温熱交換器１６３と、前記低温熱交換器１６３の高温側出口の第２熱伝導流体１７ｂｂを前記低温側磁気熱交換ユニット１１３ｂへ流動させる第３パイプ１３２と、前記低温側磁気熱交換ユニット１１３ｂを通過しつつら前記磁気熱量材料１１２に熱を放出冷却した第２熱伝導流体１７ｂｃを前記低温熱交換器１６３の低温側入口へ流動させる第４パイプ１３３と、で構成されている。

前記磁気熱交換ユニット１１３は熱伝導流体の流れを通過させる磁気熱量材料１１２を含む構成である。該磁気熱量材料１１２は磁場が印加される際に温度が変化する特性を有するが、このような特性の優れた材料としては、微細なサイズの粉末のガドリニウム(Ｇｄ)がある。該ガドリニウムは熱伝導流体の流れに対して浸透性の優れた空隙を有しており、熱の吸収及び放出が優れている。

回転板１１８はその中心に結合されたシャフト１４８を回転させるモータ１４４によって回転される。該回転板１１８の円周方向には磁気熱量材料１１２が所定間隔毎に配置されている。

即ち、回転板１１８には装着孔が円周方向に沿って穿設され、該装着孔には図５に示した磁気熱交換ユニット１１３が装着される。

磁気熱交換ユニット１１３は前記装着孔に装着される装着筒１１５と、前記装着筒１１５の両端に設けられるメッシュ１１６、１１７と、前記メッシュ１１６、１１７間の装着筒１１５内に含まれる前記磁気熱量材料１１２で構成されている。この構成により、回転する回転板１１８に装着することが容易になる。

磁石１４０は第１パイプ１３０と第２パイプ１３１の直前の回転板１１８上下に固定配置され、前記磁気熱交換ユニット１１３が通過する際に磁場を印加して温度を上昇させる構成である。

一方、図６ないし図８に示した通り、磁気熱交換ユニット２１３は、前記回転板１１８の装着孔に装着されるケース２１５と、該ケース２１５に密封された前記磁気熱量材料２１２で具現されるのが好ましい。

前記ケース２１５は互いに組み立てられる下部ケース２１５ａと上部ケース２１５ｂで構成され、磁気熱量材料２１２と熱伝導流体間の直接的な接触無しに熱交換を行うことができる。従って、磁気熱量材料２１２の酸化と流失を確実に防止することができる。
この際、前記ケース２１５は熱伝達特性と加工性に優れたアルミニウム材質で成形されるのが好ましい。

また、上部ケース２１５ｂと下部ケース２１５ａの密封効率を高めるために、間隙をＣｕブレージングするのが好ましい。

また、前記ケース２１５の側面には所定間隔毎に谷２１７が形成され、熱伝導流体との接触長さを伸ばすことによって熱伝達の効率を高めることができる。

前記谷２１７は熱伝導流体と接触長さを伸ばすために傾斜されるよう具現するのが好ましい。

図９に示した通り、谷２１７は上端から下端に下りるほどその幅が広くなるように傾斜されたり、図１０に示した通り、谷２１９の幅自体を傾けたりすれば、接触長さをさらに伸ばすことができる。

また、ケース２１５には図６に示した通り、熱伝導流体が通過する貫通孔２２１を形成して熱交換効率をさらに高めることができる。

以下、本実施例の磁気冷凍機のサイクルを説明する。

室外機部１６２と熱交換する大気温度と室内機部１６３と熱交換する室内温度は２６℃とし、磁気熱量材料の特性を実験した結果、平常時の磁気熱量材料が磁化されると大気温度より３℃程度高くなり、また熱伝導流体に冷却させると大気温度より３℃程度低くなる特徴を勘案して数字として説明する。

図３及び図４に示した通り、モニタ１４４によって回転板１１８が回転し、それにより磁気熱交換ユニット１１３は順次に磁石１４０、高温熱交換部及び低温熱交換部を通過する。

磁石１４０を通過した磁気熱交換ユニット１１３ａは磁気熱量材料１１２が有した磁気発熱効果で熱くなり(２９℃)、該熱は磁気熱量材料１１２を通る第１パイプ１３０の第１熱伝導流体１７ａａにより２６℃に冷却されると共に第１熱伝導流体１７ａｂは２９℃に加熱される。加熱された第１熱伝導流体１７ａｂは第２パイプ１３１を通じて高温熱交換器１６２を通過して熱を放出し、２６℃の温度に冷却された第１熱伝導流体１７ａａは第１パイプ１３０を通じて再び磁気熱交換ユニット１１３を通過するサイクルを繰り返す。

第１熱伝導流体によって熱を奪われた磁気熱量材料２６℃は低温熱交換部へ移動する間、温度は２３℃に下がる。該２３℃の磁気熱量材料１１３ｂは第３パイプ１３２の第２熱伝導流体１７ｂｂ(２６℃)を経ちながら奪われた自身の熱を２６℃に再度回復した反面、その第２熱伝導流体の温度は２３℃に下がる。冷却された第２熱伝導流体１７ｂｃは第４パイプ１３３を通じて低温熱交換器１６３を通過して冷たい空気(２３℃)を放出し、２６℃の温度で加熱された第２熱伝導流体１７ｂｂは第３パイプ１３２を通じて再度磁気熱交換ユニット１１３を通過するサイクルを繰り返す。

この際、第２パイプ１３１と第４パイプ１３３には各々ポンプ１６０、１６１が設けられ、第１熱伝導流体１７ａａ、１７ａｂと第２熱伝導流体１７ｂｂ、１７ｂｃを進めるのが好ましい。

このように、熱伝導流体の循環を高温熱交換部と低温熱交換部とに分離して２つのサイクルとし、円形の回転板１１８に磁気熱量材料１１２を装着して高温熱交換部と低温熱交換部との間で回転させて熱交換することによって磁気冷凍サイクルの構造を大幅に簡素化することができる。

また、このようなシステムでは大気温度の熱伝導流体が磁気熱量材料に投入されるため、材料の状態に応じて熱伝導流体が既存よりさらに加熱され、またさらに冷却されることによって熱交換の効率を高めることができる。

また、高温熱交換部と低温熱交換部とに分離されており、第１熱伝導流体と第２熱伝導流体の量を相異するように流動させ得るコントロールが可能である。従って、高温側磁気熱交換ユニットに多量の第１熱伝導流体を流すことによって磁気熱量材料の熱を速い時間内に最大限冷却させることができる。

[実施例２]
図１１及び図１２に示した実施例２の磁気冷凍機は実施例１とその構造及び機能は類似するが、磁気熱交換ユニットの装着構造の差により、磁石１１４０が磁気熱交換ユニット１１３の下面両側面に配置される構成を成している。

＜第１変形例 ： 磁気熱交換ユニット１１１３＞
図１３及び図１４に示した通り、第２実施例の第１変形例の磁気熱交換ユニット１１１３は上下に貫通するケース１１１５と、間隔１１１４が形成されるよう前記ケース１１１５内に配置される複数個の磁気熱量材料片１１１２で構成されている。

前記ケース１１１５の上部は漏斗状で、前記ケース１１１５の下部には前記磁気熱量材料片１１１２を支える支持片１１１５ｂが形成されるのが好ましい。支持片１１１５ｂは縁から内側に向けるフランジで具現するのが好ましい。

漏斗状の上部ケース１１１５ａは前記回転板１１８の装着孔に係止して支持される機能だけでなく、熱伝導流体をケース内部に案内集束する機能を果たす点で好ましい。

また、ケース１１１５は図１１及び図１２に示した通り、回転板１１８の下面から突出するよう装着されるのが好ましい。

該突出されたケース１１１５はその両側に磁石１１４０を配置することができ、磁場が印加された状態下で熱伝導流体が流れるため、熱伝導流体の熱交換効率を大幅に向上させることができる。

磁気熱量材料片１１１２はパウダー型ガドリニウムを板状にした後、ケースに互いに接触されない間隔１１１４に形成されるよう並列配置されている。該板型磁気熱量材料片１１１２は、熱伝導流体の流動速度と熱交換率に応じて、薄肉のフォイル(ｆｏｉｌ)から厚肉のシート(ｓｈｅｅｔ)で具現することができる。

このように、非接触間隔１１１４を有する板状磁気熱量材料片１１１２はメッシュを使用しなくても材料の損失がなく、熱伝導流体が間隔１１１４を介して流動するため円滑な流れを誘導するだけでなく、複数の磁気熱量材料片１１１２全体にもれなく接触することができ、また板の広い面積と接触するため、既存の熱交換より高い熱交換効率が得られる。

＜第２変形例：磁気熱交換ユニット１２１３＞
図１５に示した通り、第２実施例の第２変形例である磁気熱交換ユニット１２１３は第１変形例の板状磁気熱量材料片１１１２の代わりにロッド状の磁気熱量材料片１２１２が配置されている。即ち、円形断面が長手方向に沿って一定のロッド状でなされている。

このようなロッド状の磁気熱量材料片１２１２はランダムに配置されても、円形断面形状であることから接触または非接触時にその間毎に空隙のような間隔１２１４が形成され、該間隔１２１４を介して熱伝導流体を流動させると、前述した実施例１のような効果が得られる。

ロッド状の磁気熱量材料片１２１２は列(図面から見るとき縦)に配置される各々のロッドを１つにバッチ(ｂａｔｃｈ)して挿入配置するのが好ましい。

一方、ロッド状の磁気熱量材料片１２１２には、図１８に示した通り、長手方向に沿って溝１２１２ａが形成されるのが、熱伝導流体との接触面積を広げることができるため、熱交換効率をさらに向上させることができる。

＜第３変形例：磁気熱交換ユニット１３１３＞
図１６に示した通り、第２実施例の第３変形例である磁気熱交換ユニット１３１３は、第２変形例のロッド状の磁気熱量材料片１２１２のランダム配列の代わりに、第１変形例の板状磁気熱量材料片１１１２と同じ形態に配列して間隔１３１４を形成したロッド状の磁気熱量材料片１３１２が配置されている。

このロッド状の磁気熱量材料片１３１２も列(図面から見るとき縦)に配置される各々のロッドを１つにバッチして挿入配置するのが好ましい。

このロッド状の磁気熱量材料片１３１２においても、図１８のように長手方向に沿って溝１２１２ａが形成されるのが好ましい。

＜第４変形例：磁気熱交換ユニット１４１３＞
図１７に示した通り、第２実施例の第４変形例である磁気熱交換ユニット１４１３はロッド状の磁気熱量材料片１４１２ａと板状磁気熱量材料片１４１２ｂを間隔１４１４が形成されるように組み合わせて配置された状態を示している。

回転板１１８はその中心に結合されたシャフト１４８を回転させるモータ１４４によって回転される。該回転板１１８の円周方向には前述した磁気熱交換ユニット１１１３、１２１３、１３１３または１４１３が所定間隔毎に配置されている。

即ち、回転板１１８には装着孔が円周方向に沿って穿設され、該装着孔には図１４ないし図１７に示した磁気熱交換ユニット１１１３、１２１３、１３１３または１４１３が装着されることになる。

[実施例３]
一方、図１９に示した通り、二段サイクルを具現することによって、熱伝導流体の温度範囲を大きくすることができる。

即ち、図１９の磁気冷凍機はモータ、磁石、室内外機、磁気熱量材料が挿入された磁気熱交換ユニットが装着された第１回転板と第２回転板とで構成される。モータにより第１回転板と第２回転板が同時に回転し、それにより第１磁気熱交換ユニットと第２磁気熱交換ユニットは順次に磁石、高温部及び低温部を通過する。

第１回転板を見ると、第１磁石を通過した第１磁気熱交換ユニットは磁気熱量材料が有する磁気発熱効果によって熱くなり、該熱は磁気熱量材料を通る第１熱伝導流体により冷却されると共に第１熱伝導流体は加熱される。

加熱された第１熱伝導流体は室外機部を通過して熱を放出し、再び第１磁気熱交換ユニットを通過するサイクルを繰り返す。

第一目の高温部の第１熱伝導流体によって熱を奪われた(１次冷却)磁気熱量材料は中間低温部熱伝導流体を経ちながら奪われた自身の熱を取り戻す反面、その中間熱伝導流体の温度は２３℃に下がる。

２次冷却された中間熱伝導流体は第２回転板の第２磁石で磁化され、２９℃に発熱された磁気熱量材料を経ちながら(３次冷却)自身本来の温度に取り戻され、再び２次冷却に取り戻されつつサイクルが繰り返される。

３次冷却で１次・２次冷却のときより低い温度の中間熱伝導流体で冷却されることによって磁気熱量材料の温度はさらに下がり、４次冷却を通じてはじめて最低の冷却温度の２０℃で室内機に入り室内温度を下げる。

これを数字として簡単に纏めると、大気温度が２６℃の時に第１回転板(上板)の第１磁石によって加熱された磁気熱量材料温度が２９℃に上がり、大気温度の２６℃の第１熱伝導流体１７ａａで１次冷却させる際に磁気熱量材料は２３℃に冷却される反面、第１熱伝導流体１７ａｂの温度は２９℃に上がり室外機部を通過して熱を放出し、再度大気温度に第１磁気熱交換ユニットを通過するサイクルを繰り返す。

大気温度の２６℃の中間熱伝導流体が２３℃の磁気熱量材料に遭って２次冷却されると、磁気熱量材料は本来自身の温度の大気温度に取り戻る反面、中間熱伝導流体は２３℃に下がる。

２３℃の中間熱伝導流体が第２回転板(下板)で磁化され発熱された磁気熱量材料２９℃を３次冷却しながら、自身本来の温度２６℃になり、再度２次冷却に取り戻ることでサイクルが繰り返される。

磁気熱量材料は３次冷却で２３℃の中間熱伝導流体に冷却されることによって２３℃に下がり、４次冷却を通じてはじめて２０℃の冷却温度で室内機に入り室内温度を２０℃に保持する。

第１磁気熱量ユニットの低温側と第２磁気熱量ユニットの高温側間を循環する中間熱伝導流体を案内する中間循環部材によって、２次冷却から４次冷却へさらに多い冷却の機会を通じて熱伝導流体の温度変化を大きくすることができる。

本発明の磁気冷凍機は前述した実施例に限定されず、本発明の技術思想が許容する範囲内で多様に変形して実施することができる。例えば、磁石１４０または１１４０は対向する永久磁石として説明したが、電磁石として具現可能なことは当業者であれば自明なことである。

以上の説明から明らかであるように、本発明の磁気冷凍機によると次のような効果が奏でる。

熱伝導流体の循環を高温熱交換部と低温熱交換部とに分離して２つのサイクルとし、円形の回転板に磁気熱量材料を装着して高温熱交換部と低温熱交換部との間で回転熱交換させることによって磁気冷凍サイクルの構造を大きく簡素化することができる。

また、このようなシステムでは大気温度の熱伝導流体が磁気熱量材料に投入されるため、材料の状態に応じて熱伝導流体が既存よりさらに加熱され、またさらに冷却されることによって熱交換の効率を高めることができる。

また、高温熱交換部と低温熱交換部とに分離されており、第１熱伝導流体と第２熱伝導流体の量を相異するよう流動させ得るコントロールが可能である。従って、高温側磁気熱交換ユニットに多量の第１熱伝導流体を流すことによって磁気熱量材料の熱を速い時間内に最大限冷却させることができる。

また、磁気熱量材料がケース内に密封されることによって、熱伝導流体との間接接触をするため、酸化を防止して半永久的に使用することができるだけでなく、流れる熱伝導流体によって流失されることを防止することができる。

また、ケースの側面に谷を形成することによって、流れる熱伝導流体との接触面積を広くして熱交換効率を高めることができる。

また、谷を傾斜するよう形成することによって、さらに伸ばされた接触長さにより熱交換効率を高めることができる。

また、ケースをアルミニウム材質とすることによって、熱伝達特性と加工性が優れている。

また、磁気熱交換ユニットが上下に貫通するケースと、間隔が形成されるよう前記ケース内に配置される複数個の磁気熱量材料片で構成されることによって、間隔間に熱伝導流体が流動することができるため、一度通った箇所に流動することを防止して全体の磁気熱量材料片と熱伝導流体間の均一な接触を通じた熱交換効率を高め、メッシュの使用が不要になり熱伝導流体の流れが円滑になる。

また、前記ロッド状の磁気熱量材料片には長手方向に沿って溝が形成されれば、熱伝導流体との接触面積を広くして熱交換効率を高めることができる。

また、前記磁気熱量材料片が板状またはロッド状で具現されることによって、流失されるおそれが殆どない。

また、二段サイクルで具現することによって２次冷却から４次冷却にさらに多い冷却の機会を通じて熱伝導流体の温度変化を大きくすることができるため、磁気冷凍分野や磁気熱交換冷凍装置の応用範囲を拡大させることができる。

従来の回転磁石式磁気冷凍機内の熱伝導流体の構成要素の平面図である。 図１の磁気熱量材料を含む例示的な磁気熱交換室の平面図である。 本発明の好ましい第１実施例による磁気冷凍機の構成要素の斜視図である。 図３の正面図である。 第１実施例における第１変形例による磁気熱交換ユニットの断面図である。 第１実施例における第２変形例による磁気熱交換ユニットを示した斜視図である。 図６の側断面図である。 図６のケースを分離して示した斜視図である。 図６のＡ方向から見た側面図であって、谷を説明するための概略図である。 図６のＡ方向から見た側面図であって、他の谷を説明するための概略図である。 本発明の好ましい第２実施例による磁気冷凍機の構成要素の斜視図である。 図１１の正面図である。 第２実施例の第１変形例による磁気熱交換ユニットを示した斜視図である。 図１３のＢ−Ｂ線を切った断面図である。 図１３のＢ−Ｂ線を切った他の変形例の断面図である。 図１３のＢ−Ｂ線を切った他の変形例の断面図である。 図１３のＢ−Ｂ線を切った他の変形例の断面図である。 ロッド状の磁気熱量材料片を示した斜視図である。 本発明の好ましい第３実施例による磁気冷凍機の正面図である。

符号の説明

６０、１６０、１６１：ポンプ
６２、１６２：高温熱交換器(室外機部)
６３、１６３：低温熱交換器(室内機部)
１３：磁気熱交換室
１７ａａ、１７ａｂ：第１熱伝導流体
１７ｂｂ、１７ｂｃ：第２熱伝導流体
１１２、２１２、１３１２、４１２ａ、４１２ｂ：磁気熱量材料片(Ｇｄ)
１１３、２１３、１１１３、１２１３、１３１３、１４１３：磁気熱交換ユニット
１１３ａ：高温側磁気熱交換ユニット
１１３ｂ：低温側磁気熱交換ユニット
１１５：装着筒
１１６、１１７：メッシュ
１３０、１３１、１３２、１３３：パイプ
１４０、１１４０：磁石
１４４：モータ
１４８：シャフト
２１５：ケース
２１７、２１９：谷
２２１：貫通孔
１１１４、１２１４、１３１４、１４１４：間隙(空隙)
１１１５：ケース
１１１５ａ：漏斗部
１１１５ｂ：支持片

Claims (14)

1. 熱伝導流体が流れて熱交換するように形成され、下部ケースと上部ケースを有するケースと、前記ケース内に密封されて磁場が印加される際に温度が変化する磁気熱量材料と、を各々含む複数個の磁気熱交換ユニットと、
   円周方向に沿って配置された複数の装着孔が所定間隔毎に設置され、前記複数の磁気熱交換ユニットが前記装着孔に装着される回転板と、
   前記回転板の上面及び下面に沿って配置され、磁場内で前記磁気熱交換ユニットの温度を上昇させる磁石と、
   前記磁気熱交換ユニットの高温側に配置される高温熱交換部材と、
   前記磁気熱交換ユニットの低温側に配置される低温熱交換部材と、を含んでなり、
   前記熱伝導流体は、前記高温熱交換部材において循環する第１熱伝導流体と、前記低温熱交換部材において循環する第２熱伝導流体とに分離されたことを特徴とする磁気冷凍機。
2. 前記高温熱交換部材は高温熱交換器と、前記高温熱交換器の低温側出口の第１熱伝導流体を前記高温側磁気熱交換ユニットへ流動させる第１パイプと、前記高温側磁気熱交換ユニットを通過しながら前記磁気熱量材料の熱を吸収加熱された第１熱伝道流体を前記高温熱交換器の高温側入口へ流動させる第２パイプで構成され、
   前記低温熱交換部材は低温熱交換器と、前記低温熱交換器の高温側出口の第２熱伝導流体を前記低温側磁気熱交換ユニットへ流動させる第３パイプと、
   前記低温側磁気熱交換ユニットを通過しながら前記磁気熱量材料に熱を放出冷却された第２熱伝導流体を前記低温熱交換器の低温側入口へ流動させる第４パイプで構成されることを特徴とする請求項１に記載の磁気冷凍機。
3. 前記ケースの側面には所定間隔毎に谷が形成されることを特徴とする請求項１に記載の磁気冷凍機。
4. 前記谷は前記上部ケースの上側から前記下部ケースの下側に向けて傾斜されるよう形成されることを特徴とする請求項３に記載の磁気冷凍機。
5. 前記ケースはアルミニウム材質でなされることを特徴とする請求項３又は４に記載の磁気冷凍機。
6. 前記上部ケースと下部ケースはＣｕブレージングによって密封されることを特徴とする請求項５に記載の磁気冷凍機。
7. 前記ケースには熱伝導流体が通過される貫通孔がさらに形成されることを特徴とする請求項６に記載の磁気冷凍機。
8. ケースと、熱伝導流体が流れて熱交換して間隔が形成されるように前記ケース内に配置される複数の磁気熱量材料片と、を有する複数の磁気熱交換ユニットと、
   上下に貫通して下面から突き出されたまま設置されるケースが装着される磁気熱交換ユニットが円周方向に沿って配置される回転板と、
   前記回転板の下面の下側に配置され、前記ケースの両側に配置され、前記磁気熱交換ユニットが通過する際に磁場を印加して温度を上昇させる磁石と、
   前記磁気熱交換ユニットの高温側に配置される高温熱交換部材と、
   前記磁気熱交換ユニットの低温側に配置される低温熱交換部材と、を含んでなり、
   前記熱伝導流体は、前記高温熱交換部材において循環する第１熱伝導流体と、前記低温熱交換部材において循環する第２熱伝導流体とに分離されたことを特徴とする磁気冷凍機。
9. 前記ケースの上部は漏斗状であり、
   前記ケースの下部には前記磁気熱量材料片の各々を支える支持片が形成されることを特徴とする請求項８に記載の磁気冷凍機。
10. 前記各々の磁気熱量材料片は互いに接触しないように間隔を置いて配置される板状であることを特徴とする請求項９に記載の磁気冷凍機。
11. 前記各々の磁気熱量材料片は長手方向に沿って円形断面が一定のロッド状であることを特徴とする請求項９に記載の磁気冷凍機。
12. 前記磁気熱量材料はガドリニウム(Ｇｄ)であることを特徴とする請求項１又は８に記載の磁気冷凍機。
13. 第１熱伝導流体が流れて熱交換するために形成され、上部ケース及び下部ケースからなったケースと、前記ケース内に密封されて磁場が印加される際に温度が変化する第１磁気熱量材料を含む複数の第１磁気熱交換ユニットが円周方向に沿って所定間隔ごとに設置される第１回転板と、
    前記第１回転板の上面及び下面に沿って配置され、磁場内で前記第１磁気熱交換ユニットの第１磁気熱量材料の温度を上昇させる第１磁石と、
    前記第１磁気熱交換ユニットの高温側に配置され、第１熱伝導流体が循環するように形成された高温熱交換部材と、
    第２熱伝導流体が流れて熱交換するために形成され、磁場が印加される際に温度が変化する第２磁気熱量材料を含む複数の第２磁気熱交換ユニットが円周方向に沿って所定間隔ごとに設置される第２回転板と、
    磁場内で前記第２磁気熱交換ユニットの第２磁気熱量材料の温度を上昇させる第２磁石と、
    前記第２磁気熱交換ユニットの低温側に配置され、第２熱伝導流体が循環するように形成された低温熱交換部材と、
    前記第１磁気熱交換ユニットの低温側と前記第２磁気熱交換ユニットの高温側との間を循環する中間循環部材と、を含むことを特徴とする磁気冷凍機。
14. 前記高温熱交換部材は、高温熱交換機と、前記高温熱交換機の低温側出口の第１熱伝導流体を前記高温側磁気熱交換ユニットに流動させる第１パイプと、前記高温側磁気熱交換ユニットを通過しながら前記磁気熱量材料の熱を吸収して加熱された第1熱伝導流体を前記高温熱交換機の高温側入口に流動させる第２パイプと、で構成され、
    前記低温熱交換部材は、低温熱交換機と、前記低温熱交換機の高温側出口の第２熱伝導流体を前記低温側磁気熱交換ユニットに流動させる第３パイプと、前記低温側磁気熱交換ユニットを通過しながら前記磁気熱量材料に熱を放出して冷却された第２熱伝導流体を前記低温熱交換機の低温側入口に流動させる第４パイプと、で構成されることを特徴とする請求項８または請求項１３に記載の磁気冷凍機。

Images