JP5253884B2 - 磁気冷凍装置 - Google Patents
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Description
そこで、本件出願人は、特許文献1において、磁場発生手段として永久磁石を用いた磁気冷凍装置を提案している。
この磁気冷凍装置においては、回転子の回転に伴う永久磁石の接近により、磁気作業物質が増磁されて温度上昇し、永久磁石の離反により、磁気作業物質が減磁されて温度低下する。このタイミングに合わせて、冷却流体循環手段がダクト間を通るように冷却流体を循環させることで、ダクトの低温配管接続側の温度を冷凍能力と熱負荷とがバランスする温度まで低下させる一方、高温配管接続側の温度は排熱交換器の排熱能力と冷凍能力とがバランスした一定温度となる。
請求項2に記載の発明は、請求項1の構成において、熱交換効率の一層の向上を図るために、仕切り板に、隣接する充填室間を連通させる連通部を設けたことを特徴とするものである。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2の構成において、熱交換効率のさらなる向上を達成するために、仕切り板を磁気作業物質と同じ材料で形成したことを特徴とするものである。
請求項2に記載の発明によれば、請求項1の効果に加えて、連通部によって充填室間の流体圧が等しくなり、流れの均一化が促進されて熱交換効率の一層の向上が期待できる。
請求項3に記載の発明によれば、請求項1又は2の効果に加えて、冷却流体と磁気作業物質との接触量が増加して熱交換効率のさらなる向上に繋がる。
図1は、磁気冷凍装置の一例を示す全体図で、磁気冷凍装置1において、装置本体2は、軸方向の前後端が閉塞され、内部を真空気密状態とした中空筒状の固定子3と、その固定子3内の軸心にあって、軸対称となる周面に一対の永久磁石5,5を放射状に取着した回転子4とを備える。回転子4は、前後端が夫々固定子3によって回転可能に軸支されて、減速機を介して連結された図示しないサーボモータ(駆動手段)によって回転制御される。
一方、中央ダクト7の内部には、中央ダクト7内を厚み方向で二分する横板部17と、その横板部17へ直交状に連設され、中央ダクト7内を長手方向で10分割する縦板部18,18・・とからなる仕切り板16が設けられて、中央ダクト7の内部を、端部ダクト10,11間を接続する互いに平行な20個の充填室19,19・・に区分している。磁気作業物質8は、各充填室19へ等分に充填される。
まず永久磁石5,5が0°の位置(図1に示す位置)にある時、この0°及び180°の位置にあるダクト6A,6Aの磁気作業物質8A,8Aは、増磁されて温度が上昇する。一方、これと90°位相が異なる90°及び270°の位置にあるダクト6B,6Bの磁気作業物質8B,8Bは減磁されて温度が低下する。
この時、ロータリー弁25を介して冷却流体を、実線矢印で示すように、循環機26→90°位置のダクト6Bの高温配管22B→当該位置のダクト6B→低温配管21B→270°位置のダクト6Bの高温配管22B→当該位置のダクト6B→低温配管21B→冷却器23→180°位置のダクト6Aの低温配管21A→当該位置のダクト6A→高温配管22A→0°位置のダクト6Aの低温配管21A→当該位置のダクト6A→高温配管22A→ロータリー弁25→排熱交換器27→循環機26の順に循環させる。
よって、温度低下した磁気作業物質8Bで冷却された冷却流体は、冷却器23で被冷却体24を冷却した後、増磁されて温度が上昇した磁気作業物質8Aを冷却して排熱交換器27に戻り、仕事分の熱量を放出する。
この回転を繰り返すことによって、各ダクト6の低温配管21接続側の温度は冷凍能力と熱負荷とがバランスする温度まで低下する。一方、各ダクト6の高温配管22接続側の温度は排熱交換器27の排熱能力と冷凍能力とがバランスしてほぼ一定温度になる。
また、各充填室19内の磁気作業物質8は、狭い充填室19内で遊動が抑制されるため、磁気作業物質8が中央ダクト7の内壁面や仕切り板16に衝突したり、磁気作業物質8同士で衝突したりすることが起きにくくなる。
また、同図に示すように、縦板部18に複数の連通孔31,31・・を形成して、隣接する充填室19,19間を連通させるようにすることも可能である。このような連通孔31を設ければ、充填室19間の流体圧が等しくなり、流れの均一化が促進されて熱交換効率の一層の向上が期待できる。勿論連通部としては連通孔以外に、スリット状としたり、ダクトの一方の内壁面に立設した仕切り板と他方の内壁面との間に形成した隙間としたり等、連通部の形態も適宜変更可能である。さらに、対向する内壁面間で仕切り板を互い違いに立設して充填室を仕切り形成してもよい。
また、上記形態では、仕切り板を冷却流体の流れと平行に設けて充填室を仕切り形成しているが、例えば仕切り板を流れと交差状で且つ千鳥状に配置して充填室を形成することも可能である。このようにすると、充填領域内で冷却流体が蛇行状に流れ、冷却流体と磁気作業物質との接触量が増加することになる。
その他、ダクトの形態も上記構造に限らず、入口及び出口の位置を変更したり、中央ダクトと端部ダクトとを一体的に形成して両ダクト間を仕切り板で区分したり等、適宜設計変更可能である。
Claims (3)
- 駆動手段によって回転し、周面に永久磁石を固着した回転子と、その回転子を軸支し、内面側に、磁場の増減に応じて温度が変化する粒状の磁気作業物質を充填して前記永久磁石と近接するダクトを配置した筒状の固定子とを有する装置本体と、
前記ダクト間を接続して形成される循環経路に冷却流体を循環させる冷却流体循環手段と、
前記循環経路に設けられ、前記冷却流体と被冷却体との間で熱交換を行う熱交換器と、を備えてなる磁気冷凍装置であって、
前記ダクトを、前記磁気作業物質が充填される中央ダクトと、前記固定子の周方向で前記中央ダクトの両端に連結される端部ダクトとで形成すると共に、前記中央ダクト及び前記端部ダクトに形成した透孔によって両ダクト間を連通させ、前記中央ダクトと前記端部ダクトとの間で前記透孔の位置に、前記磁気作業物質の径よりもメッシュの小さい金網を挟持固定させて、一方の前記端部ダクトに前記冷却流体の入口を、他方の前記端部ダクトに前記冷却流体の出口をそれぞれ形成し、
前記中央ダクト内を、仕切り板によって互いに平行な複数の充填室に区分したことを特徴とする磁気冷凍装置。 - 前記仕切り板に、隣接する充填室間を連通させる連通部を設けたことを特徴とする請求項1に記載の磁気冷凍装置。
- 前記仕切り板を前記磁気作業物質と同じ材料で形成したことを特徴とする請求項1又は2に記載の磁気冷凍装置。
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