JP5716629B2 - Manufacturing method of microchannel heat exchanger using magnetic refrigeration material and microchannel heat exchanger - Google Patents
Manufacturing method of microchannel heat exchanger using magnetic refrigeration material and microchannel heat exchanger Download PDFInfo
- Publication number
- JP5716629B2 JP5716629B2 JP2011228130A JP2011228130A JP5716629B2 JP 5716629 B2 JP5716629 B2 JP 5716629B2 JP 2011228130 A JP2011228130 A JP 2011228130A JP 2011228130 A JP2011228130 A JP 2011228130A JP 5716629 B2 JP5716629 B2 JP 5716629B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic refrigeration
- heat exchanger
- refrigeration material
- microchannel heat
- manufacturing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims description 163
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 title claims description 146
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 39
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 55
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 38
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 38
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 33
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims description 27
- 239000005060 rubber Substances 0.000 claims description 27
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 20
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 18
- 238000005304 joining Methods 0.000 claims description 18
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims description 16
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 9
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 7
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 11
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 11
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 4
- 229920006332 epoxy adhesive Polymers 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 3
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 2
- 229920003051 synthetic elastomer Polymers 0.000 description 2
- 239000005061 synthetic rubber Substances 0.000 description 2
- 238000003855 Adhesive Lamination Methods 0.000 description 1
- 229920001651 Cyanoacrylate Polymers 0.000 description 1
- MWCLLHOVUTZFKS-UHFFFAOYSA-N Methyl cyanoacrylate Chemical compound COC(=O)C(=C)C#N MWCLLHOVUTZFKS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 206010040844 Skin exfoliation Diseases 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 229920000122 acrylonitrile butadiene styrene Polymers 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 1
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
Landscapes
- Hard Magnetic Materials (AREA)
Description
本発明は、磁気冷凍材料を用いたマイクロチャネル熱交換器の製造方法、およびマイクロチャネル熱交換器に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a microchannel heat exchanger using a magnetic refrigeration material, and a microchannel heat exchanger.
環境配慮型の冷凍技術として、クリーンでエネルギー効率の高い磁気冷凍に対する期待が高まっている。磁気冷凍材料としてLa(Fe,Si)13系材料が高い磁気熱量効果を発現し、且つこの材料に水素を含有させることで高い磁気熱量効果を室温で発現することが知られている(特許文献1)。あるいは水素の代わりにCoを含有させて室温動作させる方法も提案されている(特許文献2)。 As an environmentally-friendly refrigeration technology, there are growing expectations for clean and energy-efficient magnetic refrigeration. It is known that a La (Fe, Si) 13 -based material as a magnetic refrigeration material exhibits a high magnetocaloric effect, and a high magnetocaloric effect is exhibited at room temperature by containing hydrogen in this material (Patent Literature) 1). Alternatively, a method of operating at room temperature by containing Co instead of hydrogen has been proposed (Patent Document 2).
特許文献2には、磁気冷凍材料の形状については、球形あるいは楕円体が望ましく、粒径は0.1mm以上2mm以下が好ましく、0.4mm以上1.5mm以下であることがより好ましい、と記載されている。図12(A)に球状の磁気冷凍材料を円筒管に充填した状態の概略断面図を示す。符号100は球状磁気冷凍材料、符号110は円筒管である。 Patent Document 2 describes that the shape of the magnetic refrigeration material is preferably a sphere or an ellipsoid, and the particle size is preferably 0.1 mm or more and 2 mm or less, and more preferably 0.4 mm or more and 1.5 mm or less. Has been. FIG. 12A shows a schematic cross-sectional view of a state in which a cylindrical tube is filled with a spherical magnetic refrigeration material. Reference numeral 100 denotes a spherical magnetic refrigeration material, and reference numeral 110 denotes a cylindrical tube.
冷媒と磁気冷凍材料との熱交換の観点からは磁気冷凍材料の比表面積が最も大きくなる球状が好ましい。しかしながら、球状の磁気冷凍材料を用いた場合にはポンプ動力すなわち圧力損失が高くなってしまう。更に、容器に球状の磁気冷凍材料を充填した場合に個々の磁気冷凍材料粒子が完全に固定されず、一部の粒子は冷媒によって移動するために隣接する粒子との衝突によって破壊し微細粉を発生してしまう。 From the viewpoint of heat exchange between the refrigerant and the magnetic refrigeration material, a spherical shape having the largest specific surface area of the magnetic refrigeration material is preferable. However, when a spherical magnetic refrigeration material is used, pump power, that is, pressure loss becomes high. Furthermore, when the container is filled with a spherical magnetic refrigeration material, the individual magnetic refrigeration material particles are not completely fixed, and some particles are moved by the refrigerant, so that they are broken by collision with adjacent particles, resulting in fine powder. Will occur.
そこで、磁気冷凍材料の面に接した貫通スリットを形成し、このスリットに冷媒を流すことで磁気冷凍材料と冷媒間での熱交換を行うマイクロチャネル構造が提案されている(非特許文献1)。図12(B)に非特許文献1の模式断面図およびマイクロチャネルの斜視図を示す。本構造とすることで、低圧力損失と高熱交換性能の両立が可能となる。 Therefore, a microchannel structure has been proposed in which a through slit in contact with the surface of the magnetic refrigeration material is formed, and heat is exchanged between the magnetic refrigeration material and the refrigerant by flowing the refrigerant through the slit (Non-Patent Document 1). . FIG. 12B shows a schematic cross-sectional view of Non-Patent Document 1 and a perspective view of a microchannel. By adopting this structure, both low pressure loss and high heat exchange performance can be achieved.
所望の熱交換性能を得るためにはマイクロチャネルのスリット幅および磁気冷凍材料厚さ共に数mm程度以下(好ましくは、1mm程度以下)とする必要がある。一方、非特許文献1ではマイクロチャネルのスリット幅を0.15mm程度としており、磁気冷凍材料(GaSiGe)の厚さを5mmとしている。Si基板をエッチングして0.15mm深さの溝を形成し、この溝を形成した面に対向させて5mm厚の磁気冷凍材料の板を接合することでマイクロチャネルを形成している。 In order to obtain the desired heat exchange performance, both the slit width of the microchannel and the thickness of the magnetic refrigeration material must be about several mm or less (preferably about 1 mm or less). On the other hand, in Non-Patent Document 1, the slit width of the microchannel is about 0.15 mm, and the thickness of the magnetic refrigeration material (GaSiGe) is 5 mm. The Si substrate is etched to form a groove having a depth of 0.15 mm, and a microchannel is formed by bonding a plate of a magnetic refrigeration material having a thickness of 5 mm so as to face the surface on which the groove is formed.
しかしながら、非特許文献1の構造ではマイクロチャネル構造の一部が磁気冷凍材料ではないSiで形成されることになり、磁気熱量効果を十分に引き出すことができない。またSiと磁気冷凍材料とで熱膨張係数が異なるために温度変動によって界面に応力が発生し、最悪の場合界面で剥離する恐れがある。 However, in the structure of Non-Patent Document 1, a part of the microchannel structure is formed of Si that is not a magnetic refrigeration material, so that the magnetocaloric effect cannot be sufficiently obtained. Moreover, since the thermal expansion coefficient differs between Si and the magnetic refrigeration material, stress is generated at the interface due to temperature fluctuation, and in the worst case, there is a risk of peeling at the interface.
非特許文献1において磁気冷凍材料そのものでマイクロチャネルを形成しなかった理由は磁気冷凍材料がSi基板のように単結晶ではないために結晶の異方性を利用したエッチング加工ができず、更に磁気冷凍材料が機械的に脆いために放電加工など一般的な深溝機械加工では前述のマイクロチャネル構造を形成することができないためである。 In Non-Patent Document 1, the reason why the magnetic refrigeration material itself did not form the microchannel is that the magnetic refrigeration material is not a single crystal like the Si substrate, so that the etching process utilizing the crystal anisotropy cannot be performed, and the magnetic refrigeration material is magnetic. This is because the aforementioned microchannel structure cannot be formed by general deep groove machining such as electric discharge machining because the frozen material is mechanically brittle.
一方、塊状の磁気冷凍材料に、例えば幅が0.5mm以下で高さ5mm程度、奥行きが20mm程度の貫通スリットを形成するには、レーザー加工や放電加工等が考えられるが、いずれの加工方法も加工時間が長く、加工面の面粗度の悪化や亀裂・割れ等のダメージの発生が課題となる。 On the other hand, in order to form a through slit having a width of about 0.5 mm or less, a height of about 5 mm, and a depth of about 20 mm in a massive magnetic refrigeration material, laser processing, electric discharge processing, or the like can be considered. However, the processing time is long, and deterioration of the surface roughness of the processed surface and occurrence of damage such as cracks and cracks are problems.
本発明の目的は、磁気冷凍材料でマイクロチャネル熱交換器を形成する製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a manufacturing method for forming a microchannel heat exchanger with a magnetic refrigeration material.
上述した問題を解決するためになされた請求項1に記載の発明は、水素を含浸させることでキュリー温度が変化する磁気冷凍材料を用いたマイクロチャネル熱交換器の製造方法である。この製造方法は、略平板状の磁気冷凍材料に水素を含浸させる含浸工程と、含浸工程により水素を含浸させた磁気冷凍材料とスペーサとを交互に積層し、スペーサと磁気冷凍材料とを接合することで、スペーサを介して磁気冷凍材料を接合する組立工程と、を有し、組立工程において、上記スペーサは流路を形成するように間隔を空けて複数配置されることを特徴とする。 The invention according to claim 1, which has been made in order to solve the above-described problem, is a method for manufacturing a microchannel heat exchanger using a magnetic refrigeration material in which the Curie temperature is changed by impregnation with hydrogen. In this manufacturing method, a substantially flat magnetic refrigeration material is impregnated with hydrogen, a magnetic refrigeration material impregnated with hydrogen in the impregnation step and a spacer are alternately stacked, and the spacer and the magnetic refrigeration material are joined. Thus, there is an assembling step of joining the magnetic refrigeration material via the spacer, and in the assembling step, a plurality of the spacers are arranged at intervals so as to form a flow path .
このような製造方法であれば、略平板状の磁気冷凍材料を複数個積層して接合することでクラック・割れ等のダメージなく流路(マイクロチャネル)を形成することができる。マイクロチャネルは、後述するように磁気冷凍材料の少なくとも一方の面に溝を形成したり、スペーサを介して磁気冷凍材料同士を接合したりすることで流路を形成できる。平板状の磁気冷凍材料の一方の面に溝を形成するには例えば一般的な旋盤加工あるいはワイヤーカット加工で可能であり、このような方法であれば加工面の面粗度の悪化や亀裂・割れ等のダメージの発生が抑制される。 If it is such a manufacturing method, a flow path (microchannel) can be formed without damages, such as a crack and a crack, by laminating | stacking and joining several substantially flat magnetic refrigeration materials. As will be described later, the microchannel can form a flow path by forming a groove on at least one surface of the magnetic refrigeration material or joining the magnetic refrigeration materials through a spacer. In order to form a groove on one surface of a flat magnetic refrigeration material, for example, it is possible to perform general lathe processing or wire cut processing. With such a method, the surface roughness of the processed surface deteriorates, cracks, The occurrence of damage such as cracking is suppressed.
また、この製造方法では磁気冷凍材料が組立てられる前の段階で磁気冷凍材料に水素を含浸させるため、水素を含浸させることによって磁気冷凍材料が膨張しても、予め接合された磁気冷凍材料に水素を含浸させて磁気冷凍材料が膨張した場合のように、磁気冷凍材料の接合箇所に応力が集中するということがない。 Further, in this manufacturing method, since the magnetic refrigeration material is impregnated with hydrogen before the magnetic refrigeration material is assembled, even if the magnetic refrigeration material expands by being impregnated with hydrogen, the magnetic refrigeration material is bonded to the magnetic refrigeration material bonded in advance. As in the case where the magnetic refrigeration material expands due to the impregnation of the magnetic refrigeration material, the stress is not concentrated at the joint portion of the magnetic refrigeration material.
よって、製造時の磁気冷凍材料のクラックや割れなどの発生を抑制でき、また上述した応力が抑制されていることから、外部磁場による磁気歪みや冷媒の圧力による応力を受けたときのクラックや割れの発生も抑制できる。 Therefore, it is possible to suppress the occurrence of cracks and cracks in the magnetic refrigeration material during production, and since the above-described stress is suppressed, cracks and cracks when subjected to magnetostriction due to an external magnetic field and stress due to refrigerant pressure Can also be suppressed.
磁気冷凍材料としては、請求項7のように、NaZn13結晶構造を主相とするLaFe13系材料を用いてもよい。
磁気冷凍材料同士を接合する方法としては様々な方法が考えられる。例えば、高温で磁気冷凍材料同士を直接接合する方法、ブロック状の材料に溝加工する方法、材料の焼結時に予め溝を形成しておく方法などがある。また、請求項2に記載のように接合してもよい。
As the magnetic refrigeration material, a LaFe 13- based material having a NaZn 13 crystal structure as a main phase may be used as in claim 7 .
Various methods are conceivable as methods for joining the magnetic refrigeration materials. For example, there are a method of directly joining magnetic refrigeration materials at a high temperature, a method of forming a groove into a block-shaped material, and a method of forming a groove in advance when the material is sintered. Moreover, you may join as described in Claim 2.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のマイクロチャネル熱交換器の製造方法において、組立工程では、磁気冷凍材料から水素が脱離する温度以下の温度で接合する接合部材を介して磁気冷凍材料を接合することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the manufacturing method of the microchannel heat exchanger according to the first aspect, in the assembling step, a joining member that joins at a temperature equal to or lower than a temperature at which hydrogen is desorbed from the magnetic refrigeration material is used. It is characterized by joining magnetic refrigeration materials.
このような製造方法で製造されたマイクロチャネル熱交換器では、含浸工程において含浸された水素が脱離することを防止できる。
水素が脱離する温度とは、例えば磁気冷凍材料がNaZn13結晶構造を主相とするLaFe13系材料の場合、約200℃である。そのため、それ以下の温度で接合する接合部材を用いることが考えられる。
In the microchannel heat exchanger manufactured by such a manufacturing method, it is possible to prevent the hydrogen impregnated in the impregnation step from desorbing.
The temperature at which hydrogen is desorbed is, for example, about 200 ° C. when the magnetic refrigeration material is a LaFe 13 -based material having a NaZn 13 crystal structure as a main phase. Therefore, it is conceivable to use a joining member that joins at a lower temperature.
上述したように、請求項1に記載の発明は、組立工程が、磁気冷凍材料とスペーサとを交互に積層し、スペーサと磁気冷凍材料とを接合することで、スペーサを介して磁気冷凍材料を接合する工程であり、スペーサは流路を形成するように間隔を空けて複数配置されることを特徴とする。 As described above, the invention according to claim 1, set upright step, laminating the magnetic refrigeration materials and spacers alternately, by joining the spacer and the magnetic refrigeration materials, magnetic refrigeration materials via a spacer And a plurality of spacers are arranged at intervals so as to form a flow path.
このような製造方法で製造されたマイクロチャネル熱交換器は、磁気冷凍材料およびスペーサによって囲まれる領域が流路となる。よって、磁気冷凍材料に溝を形成することなく流路を形成できる。またスペーサによって、外部磁場による磁気歪みや、流路を冷媒が通過する際の圧力によって磁気冷凍材料に加わる応力を緩和できるため、クラック、割れなどの発生を抑制できる。 In the microchannel heat exchanger manufactured by such a manufacturing method, a region surrounded by the magnetic refrigeration material and the spacer serves as a flow path. Therefore, a flow path can be formed without forming a groove in the magnetic refrigeration material. Further, since the spacer can relieve the magnetic distortion caused by the external magnetic field and the stress applied to the magnetic refrigeration material by the pressure when the refrigerant passes through the flow path, the occurrence of cracks, cracks, etc. can be suppressed.
なお、上記スペーサのヤング率は、請求項3に記載のマイクロチャネル熱交換器の製造方法のように、1〜0.01GPaとしてもよい。このようなヤング率のスペーサを用いることで、クラックや割れの発生を効果的に抑制できる。 The Young's modulus of the spacer may be 1 to 0.01 GPa as in the method for manufacturing a microchannel heat exchanger according to claim 3 . By using such a Young's modulus spacer, the occurrence of cracks and cracks can be effectively suppressed.
また、上記スペーサとして、請求項4に記載のマイクロチャネル熱交換器の製造方法のように、ゴム系接着剤またはゴムシートを用いてもよい。ゴム系接着剤とは、合成樹脂や合成ゴムなどを有機溶剤に溶かした接着剤である。 Further, as the spacer, a rubber adhesive or a rubber sheet may be used as in the method of manufacturing a microchannel heat exchanger according to claim 4 . The rubber-based adhesive is an adhesive obtained by dissolving a synthetic resin or synthetic rubber in an organic solvent.
請求項5に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載のマイクロチャネル熱交換器の製造方法において、組立工程が、磁気冷凍材料とスペーサとが積層されてなる積層体を複数備える熱交換器を製造する工程であって、スペーサの少なくとも一部は、複数の積層体を接続して一体に積層されるように配置されることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a microchannel heat exchanger according to the first or second aspect , the assembly step is a heat provided with a plurality of laminated bodies in which magnetic refrigeration materials and spacers are laminated. In the process of manufacturing the exchanger, at least a part of the spacer is arranged so that a plurality of stacked bodies are connected and stacked together.
このような製造方法であれば、スペーサを介して連結した複数の積層体を有するマイクロチャネル熱交換器を製造できる。
請求項6に記載の発明は、請求項5に記載のマイクロチャネル熱交換器の製造方法において、上記複数の積層体は一列に配列されており、それぞれの積層体のキュリー温度が配列順に変化することを特徴とする。
With such a manufacturing method, a microchannel heat exchanger having a plurality of stacked bodies connected via spacers can be manufactured.
According to a sixth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a microchannel heat exchanger according to the fifth aspect , the plurality of laminated bodies are arranged in a line, and the Curie temperature of each laminated body changes in the arrangement order. It is characterized by that.
このような製造方法で作成されたマイクロチャネル熱交換器は、積層体それぞれがマイクロチャネル熱交換器として作用する。そして、積層体ごとにキュリー温度が配列順に変化するため、積層体ごとに動作温度(磁気熱量効果を発現する温度)を変化させることができ、それにより積層体を通過する流体に対して効果的に熱交換を行うことができる。 In the microchannel heat exchanger produced by such a manufacturing method, each laminate acts as a microchannel heat exchanger. Since the Curie temperature changes in the order of arrangement for each laminate, the operating temperature (the temperature that produces the magnetocaloric effect) can be changed for each laminate, which is effective for the fluid that passes through the laminate. Heat exchange can be performed.
請求項8に記載の発明は、固定部材にヤング率が1〜0.01GPaであるゴム系接着剤またはゴムシートを介して取り付けられる、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のマイクロチャネル熱交換器の製造方法にて製造されたマイクロチャネル熱交換器である。 Invention of Claim 8 is attached to a fixing member via the rubber-type adhesive agent or rubber sheet whose Young's modulus is 1-0.01GPa, or any one of Claims 1-4 . It is the microchannel heat exchanger manufactured with the manufacturing method of the microchannel heat exchanger.
固定部材とは、冷凍機などの熱交換装置において、マイクロチャネル熱交換器を取り付ける対象となる部分である。上記マイクロチャネル熱交換器は、固定部材とマイクロチャネル熱交換器との間にゴム系接着剤またはゴムシートが配されるため、ゴム系接着剤あるいはゴムシートによってマイクロチャネル熱交換器に加えられる応力を緩和し、マイクロチャネル熱交換器の破損を抑制することができる。 The fixing member is a portion to which a microchannel heat exchanger is attached in a heat exchange device such as a refrigerator. In the microchannel heat exchanger, since a rubber adhesive or a rubber sheet is disposed between the fixing member and the microchannel heat exchanger, a stress applied to the microchannel heat exchanger by the rubber adhesive or the rubber sheet. Can be mitigated and damage to the microchannel heat exchanger can be suppressed.
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。本発明は、以下の実施例に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。なお図面は形状等の理解を容易にする目的で実際とは異なる比率で記載している部分がある。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. It is needless to say that the present invention is not limited to the following examples and can take various forms as long as they belong to the technical scope of the present invention. In the drawings, there is a portion described in a ratio different from the actual for the purpose of facilitating understanding of the shape and the like.
[実施例1]
本実施例では、溝が形成された平板状の磁気冷凍材料を積層して、その溝によりマイクロチャネルが形成されたマイクロチャネル熱交換器を製造する。
[Example 1]
In this embodiment, a plate-like magnetic refrigeration material having grooves formed thereon is laminated, and a microchannel heat exchanger in which microchannels are formed by the grooves is manufactured.
(1.1)溝形成工程
本工程では、図1(A)に示す矩形の平板状の磁気冷凍材料11における一方の面11aに溝を形成し、図1(B)に示すように溝13が形成された磁気冷凍材料21を作成する。
(1.1) Groove Forming Step In this step, a groove is formed on one surface 11a of the rectangular flat magnetic refrigeration material 11 shown in FIG. 1A, and the groove 13 is formed as shown in FIG. The magnetic refrigeration material 21 in which is formed is prepared.
磁気冷凍材料としては、NaZn13結晶構造を主相とするLaFe13系材料を用いている。この磁気冷凍材料は、水素を含浸させることでキュリー温度が変化し、磁気冷凍材料の動作温度(磁気熱量効果を発現する温度)が変化する。磁気冷凍材料21の溝13は、ワイヤーカット加工により形成した。なお、ワイヤーカット加工以外の研削あるいは研磨によって溝13を形成してもよい。この溝13がマイクロチャネル(流路)を形成する。 As the magnetic refrigeration material, a LaFe 13 -based material having a NaZn 13 crystal structure as a main phase is used. When this magnetic refrigeration material is impregnated with hydrogen, the Curie temperature changes, and the operating temperature of the magnetic refrigeration material (the temperature at which the magnetocaloric effect is developed) changes. The groove 13 of the magnetic refrigeration material 21 was formed by wire cutting. The grooves 13 may be formed by grinding or polishing other than wire cutting. This groove 13 forms a microchannel (flow path).
溝13の形成方法をより具体的に説明する。図2(A)は、溝を形成する処理を行う前の磁気冷凍材料11の側面図である。まず、図2(B)に示すように、磁気冷凍材料11の一方の面11aにマイクロチャネルの縦幅以上、即ち溝13以上の深さを有する溝13aを形成した。なお、マイクロチャネルの縦幅および横幅は、数mm程度以下(好ましくは、1mm程度以下)とするとよい。 A method for forming the groove 13 will be described more specifically. FIG. 2A is a side view of the magnetic refrigeration material 11 before performing the process of forming grooves. First, as shown in FIG. 2B, a groove 13a having a depth equal to or larger than the vertical width of the microchannel, that is, a depth equal to or larger than the groove 13, was formed on one surface 11a of the magnetic refrigeration material 11. Note that the vertical width and the horizontal width of the microchannel may be about several mm or less (preferably about 1 mm or less).
次に、図2(C)に示すように磁気冷凍材料11の一方の面11aを平面となるように研削した。これにより、溝13aの深さが浅くなり、ほぼマイクロチャネルの空隙幅を有する溝13が形成された。なお、この研削された面を第1面15と称する。 Next, as shown in FIG. 2C, one surface 11a of the magnetic refrigeration material 11 was ground to be a flat surface. As a result, the depth of the groove 13a is reduced, and the groove 13 having a substantially micro-channel gap width is formed. This ground surface is referred to as a first surface 15.
次に、図2(D)に示すように磁気冷凍材料11のうち、溝13aを形成した面11aと反対側の面11b(第1面15と反対側の面、図2(A)参照)を、平面となるように研削した。なお、この研削された面を第2面17と称する。 Next, as shown in FIG. 2D, in the magnetic refrigeration material 11, the surface 11b opposite to the surface 11a on which the groove 13a is formed (the surface opposite to the first surface 15, see FIG. 2A). Was ground to a flat surface. This ground surface is referred to as the second surface 17.
このようにして、図1(B)に示す溝13が形成された平板状の磁気冷凍材料21を形成した。
なお溝形成工程では、必ずしも上述した工程を全て経る必要はなく、少なくとも溝を形成する工程が実行されればよい。
Thus, the flat magnetic refrigerating material 21 in which the groove 13 shown in FIG. 1B was formed was formed.
In the groove forming step, it is not always necessary to go through all the steps described above, and at least the step of forming the groove may be performed.
(1.2)水素含浸工程
上記溝形成工程で溝13を形成した磁気冷凍材料21に、水素(H)雰囲気中(約200℃〜300℃、1気圧)で熱処理を施し、水素を含浸させた。
(1.2) Hydrogen impregnation step The magnetic refrigeration material 21 having the grooves 13 formed in the groove formation step is heat-treated in a hydrogen (H) atmosphere (about 200 ° C to 300 ° C, 1 atm) to impregnate the hydrogen. It was.
(1.3)組立工程
図3に示すように、水素含浸工程を経た磁気冷凍材料21における溝13の周辺に位置する第1面15に、エポキシ系接着剤19(日本電子製G20)を薄く延ばして塗布した。このエポキシ系接着剤が、本発明の接合部材に対応する。
(1.3) Assembly process As shown in FIG. 3, the epoxy adhesive 19 (JEOL G20) is thinly applied to the first surface 15 located around the groove 13 in the magnetic refrigeration material 21 that has undergone the hydrogen impregnation process. It was spread and applied. This epoxy adhesive corresponds to the joining member of the present invention.
その上に水素含浸工程を経た別の磁気冷凍材料21の第2面17(図3においては裏側に位置し図示されない面)が当たるように積層した。同様に複数の磁気冷凍材料21を積層し、最上部には溝の形成されていない磁気冷凍材料11を積層した。この磁気冷凍材料を積層したものが本発明の積層体に対応する。そして各磁気冷凍材料を上述した接着剤により接合した。なお、接着剤による接合は室温(15℃)で行った。 It was laminated so that the second surface 17 (surface not shown in FIG. 3 which is located on the back side) of another magnetic refrigeration material 21 that had been subjected to the hydrogen impregnation step hit thereon. Similarly, a plurality of magnetic refrigeration materials 21 were laminated, and the magnetic refrigeration material 11 without grooves was laminated on the top. What laminated | stacked this magnetic refrigeration material respond | corresponds to the laminated body of this invention. And each magnetic refrigeration material was joined by the adhesive mentioned above. The bonding with the adhesive was performed at room temperature (15 ° C.).
以上の工程により、磁気冷凍材料11,21を接合してなる図4に示すマイクロチャネル熱交換器1を製造した。このマイクロチャネル熱交換器1において、各磁気冷凍材料21の溝13と、その上方に重ねた磁気冷凍材料21または磁気冷凍材料11と、によって囲まれる部分が、マイクロチャネル熱交換器1の1つの端面(図4において手前側の面)から他の端面(同図における裏側の面)に連通するマイクロチャネル23となる。 The microchannel heat exchanger 1 shown in FIG. 4 formed by joining the magnetic refrigeration materials 11 and 21 was manufactured by the above process. In the microchannel heat exchanger 1, a portion surrounded by the groove 13 of each magnetic refrigeration material 21 and the magnetic refrigeration material 21 or the magnetic refrigeration material 11 stacked above the one is one of the microchannel heat exchangers 1. The microchannel 23 communicates from the end surface (the front surface in FIG. 4) to the other end surface (the back surface in FIG. 4).
図5(A),(B)は、図4に示したマイクロチャネル熱交換器1を、冷媒を流すためのケース3に収納した状態の概略断面図である。ケース3の両端に設けられたポートより冷媒を充填し、磁気冷凍材料の磁気熱量効果による発熱・吸熱と同期させて冷媒を移動させることで熱交換を行うことができる。 5A and 5B are schematic cross-sectional views showing a state in which the microchannel heat exchanger 1 shown in FIG. 4 is housed in a case 3 for flowing a refrigerant. Heat exchange can be performed by filling the refrigerant from the ports provided at both ends of the case 3 and moving the refrigerant in synchronization with heat generation and heat absorption due to the magnetocaloric effect of the magnetic refrigeration material.
(1.4)効果
本実施例のマイクロチャネル熱交換器の製造方法では、水素含浸工程を行った後に組立工程を行い、磁気冷凍材料同士を接合し固定する。よって、磁気冷凍材料同士を接合した後に水素含浸を行う場合と比較して、磁気冷凍材料の膨張によってマイクロチャネル熱交換器1が歪むことを抑制できる。その結果、歪みにより磁気冷凍材料に加わる応力によってクラック、割れなどが生じてしまうことを抑制できる。
(1.4) Effect In the manufacturing method of the microchannel heat exchanger of the present embodiment, the assembly process is performed after the hydrogen impregnation process, and the magnetic refrigeration materials are joined and fixed. Therefore, compared with the case where hydrogen impregnation is performed after joining the magnetic refrigeration materials, it is possible to suppress the distortion of the microchannel heat exchanger 1 due to the expansion of the magnetic refrigeration material. As a result, it is possible to suppress the occurrence of cracks, cracks, and the like due to stress applied to the magnetic refrigeration material due to strain.
また、磁気冷凍材料を接合するエポキシ系接着剤19により、外部磁場による磁気歪みや、マイクロチャネル23を冷媒が通過する際の圧力などによる応力を緩和できるため、クラック、割れなどが生じてしまうことを抑制できる。 In addition, the epoxy adhesive 19 that joins the magnetic refrigeration material can relieve magnetostriction due to an external magnetic field and stress due to the pressure when the refrigerant passes through the microchannel 23, thus causing cracks and cracks. Can be suppressed.
また、磁気冷凍材料同士の接合を高温で行うと、含浸させた水素が脱離してしまうが、本実施例では室温にて接合できるためそのような問題が生じにくい。なお、本実施例の磁気冷凍材料を用いる場合、水素の脱離を抑制するためには200℃以下で行うことが好ましい。そのような条件を満たす接着剤としては、エポキシ系、ゴム系、シアノアクリート系などが挙げられる。エポキシ系としては可とう性のあるものが望ましい。 Further, when the magnetic refrigeration materials are joined at a high temperature, the impregnated hydrogen is desorbed, but in this embodiment, such a problem is hardly caused because the joining can be performed at room temperature. In addition, when using the magnetic refrigeration material of a present Example, in order to suppress detachment | desorption of hydrogen, it is preferable to carry out at 200 degrees C or less. Examples of the adhesive satisfying such conditions include epoxy, rubber, and cyanoacrylate. As the epoxy system, a flexible one is desirable.
また、本実施例の製造方法では、溝形成工程で研削あるいは研磨した第1面15、第2面17で接合するので、良好な接合状態を得ることができる。
また、磁気冷凍材料として、NaZn13結晶構造を主相とするLaFe13系材料を用いているため、高い磁気熱量効果すなわち高い熱交換性能が期待できる。
In the manufacturing method of this embodiment, since the first surface 15 and the second surface 17 ground or polished in the groove forming step are joined, a good joined state can be obtained.
Further, as the magnetic refrigeration materials, due to the use of LaFe 13-based material as a main phase an NaZn 13 crystal structure, it can be expected high magnetocaloric effect or high heat exchange performance.
なお、本実施例では直線状に溝13が形成された磁気冷凍材料21を用いたマイクロチャネル熱交換器を例示したが、溝の形状は上述したものに限定されず、磁気冷凍材料を積層することで流路が形成されるような様々な形状とすることができる。 In the present embodiment, the microchannel heat exchanger using the magnetic refrigeration material 21 in which the grooves 13 are linearly formed is illustrated, but the shape of the grooves is not limited to the above, and the magnetic refrigeration materials are stacked. Thus, various shapes can be formed such that the flow path is formed.
例えば、1つの磁気冷凍材料に複数の溝が形成されていてもよいし、図6に示すように、上下に積層された複数の磁気冷凍材料25の接合面を基準として、下側の磁気冷凍材料25の上面に形成された溝27と、上側の磁気冷凍材料25の下面に形成された溝29と、を重ねることでマイクロチャネル熱交換器の端部同士を連通するマイクロチャネル(図中の矢印が示す流路)が形成される構成であってもよい。 For example, a plurality of grooves may be formed in one magnetic refrigeration material, and as shown in FIG. 6, the lower magnetic refrigeration is based on the joint surfaces of a plurality of magnetic refrigeration materials 25 stacked one above the other. A microchannel (in the figure) that communicates the ends of the microchannel heat exchanger by overlapping a groove 27 formed on the upper surface of the material 25 and a groove 29 formed on the lower surface of the upper magnetic refrigeration material 25. A configuration in which a flow path indicated by an arrow) may be formed.
[実施例2]
本実施例では、実施例1と同じ素材の磁気冷凍材料を用いて、磁気冷凍材料に溝を形成せず、積層する磁気冷凍材料の間に配置するスペーサによってマイクロチャネルが形成されたマイクロチャネル熱交換器を製造する。
[Example 2]
In this example, the magnetic refrigeration material of the same material as that of Example 1 is used, and the microchannel heat is formed by forming a microchannel with a spacer disposed between the magnetic refrigeration materials to be stacked without forming a groove in the magnetic refrigeration material. Manufacture exchangers.
(2.1)水素含浸工程
図7(A)に示す矩形の平板状の磁気冷凍材料31に、水素(H)雰囲気中(約200℃〜300℃、1気圧)で熱処理を施し、水素を含浸させた。
(2.1) Hydrogen impregnation step The rectangular flat magnetic refrigeration material 31 shown in FIG. 7A is subjected to a heat treatment in a hydrogen (H) atmosphere (about 200 ° C. to 300 ° C., 1 atm), and hydrogen is Impregnated.
(2.2)組立工程
本実施例では、スペーサ33として図7(B)に示すゴム系接着剤を用いる。このゴム系接着剤は合成ゴム系、特にシリコーン系が適している。また常温でのヤング率は10〜50MPaである。このスペーサ33は厚みがあり長尺状である。
(2.2) Assembly Process In this embodiment, a rubber adhesive shown in FIG. The rubber adhesive is preferably a synthetic rubber, particularly a silicone. The Young's modulus at room temperature is 10 to 50 MPa. The spacer 33 is thick and long.
(2.2.1)ゴム系接着剤の積層処理
図7(C)に示すように、水素含浸工程を経た磁気冷凍材料31の一方の面における互いに反対側に位置する2つの端部に沿って、2つスペーサ33を間隔を空けて平行に配置した。その上に水素含浸工程を経た別の磁気冷凍材料31を積層した。そして図8に示すように、この積層した磁気冷凍材料31の上に上記スペーサ33を上述したように配置し、同様にスペーサ33と磁気冷凍材料31を交互に複数段積層した。この状態が、本発明の積層体に対応する。
(2.2.1) Rubber Adhesive Lamination Process As shown in FIG. 7C, along two end portions located on opposite sides of one surface of the magnetic refrigeration material 31 that has undergone the hydrogen impregnation step. Thus, the two spacers 33 are arranged in parallel with a space therebetween. On top of that, another magnetic refrigeration material 31 that had undergone a hydrogen impregnation step was laminated. Then, as shown in FIG. 8, the spacer 33 was disposed on the laminated magnetic refrigeration material 31 as described above, and similarly, the spacer 33 and the magnetic refrigeration material 31 were alternately laminated in a plurality of stages. This state corresponds to the laminate of the present invention.
(2.2.2)加熱接合処理
積層処理によって積層した複数の磁気冷凍材料31およびスペーサ33を、200℃に加熱し、その後室温(15℃)で冷却してスペーサ33の表面と磁気冷凍材料31とを接合した。
(2.2.2) Heat bonding process The plurality of magnetic refrigeration materials 31 and spacers 33 laminated by the lamination process are heated to 200 ° C., and then cooled at room temperature (15 ° C.) to form the surface of the spacer 33 and the magnetic refrigeration material. 31 was joined.
以上の工程により、図8に示すマイクロチャネル熱交換器5を製造した。このマイクロチャネル熱交換器5において、各磁気冷凍材料31と、スペーサ33と、によって囲まれる部分がマイクロチャネル35となる。スペーサ33の厚さが、マイクロチャネル35の空隙幅となる。 Through the above steps, the microchannel heat exchanger 5 shown in FIG. 8 was manufactured. In the microchannel heat exchanger 5, a portion surrounded by each magnetic refrigeration material 31 and the spacer 33 becomes a microchannel 35. The thickness of the spacer 33 is the gap width of the microchannel 35.
(2.3)効果
本実施例のマイクロチャネル熱交換器の製造方法では、含浸させた水素が脱離しない温度でゴム系接着剤(スペーサ33)を磁気冷凍材料31と接合させているので、水素の脱離を抑制することができる。
(2.3) Effect Since the rubber adhesive (spacer 33) is joined to the magnetic refrigeration material 31 at a temperature at which the impregnated hydrogen does not desorb in the method of manufacturing the microchannel heat exchanger of the present embodiment, Hydrogen desorption can be suppressed.
また、マイクロチャネル熱交換器5は、磁気冷凍材料31およびスペーサ33によって囲まれる領域が流路となる。よって、磁気冷凍材料31に溝を形成することなく流路を形成できる。 In the microchannel heat exchanger 5, a region surrounded by the magnetic refrigeration material 31 and the spacer 33 serves as a flow path. Therefore, the flow path can be formed without forming a groove in the magnetic refrigeration material 31.
またスペーサ33によって、外部磁場による磁気歪みや、流路を冷媒が通過する際の圧力によって磁気冷凍材料に加わる応力を緩和できるため、クラック、割れなどの発生を抑制できる。 In addition, since the spacer 33 can relieve the magnetic distortion caused by the external magnetic field and the stress applied to the magnetic refrigeration material by the pressure when the refrigerant passes through the flow path, the occurrence of cracks and cracks can be suppressed.
なお、本実施例のスペーサは10MPaというヤング率である。上述した応力を緩和してクラックや割れの発生を効果的に抑制するためには、スペーサとしてヤング率が1〜0.01GPaである材質を用いるとよい。ヤング率が1GPa以下であると、十分に応力を緩和することができる。ヤング率が0.01GPa以上であると、熱交換器に荷重が加えられても必要以上にスペーサが変形してしまうことなく、流路の形状を維持することができる。 Note that the spacer of this example has a Young's modulus of 10 MPa. In order to relieve the stress described above and effectively suppress the generation of cracks and cracks, a material having a Young's modulus of 1 to 0.01 GPa may be used as the spacer. When the Young's modulus is 1 GPa or less, the stress can be sufficiently relaxed. When the Young's modulus is 0.01 GPa or more, the shape of the flow path can be maintained without deforming the spacer more than necessary even when a load is applied to the heat exchanger.
なお、上記実施例では2つのスペーサで流路を形成する構成を例示したが、流路を形成するように、2つ以上の複数のスペーサが配置されていてもよい。例えば2枚の磁気冷凍材料31の間に3つのスペーサ33を並べて、2つの流路を形成することができる。 In addition, although the structure which forms a flow path with two spacers was illustrated in the said Example, two or more several spacers may be arrange | positioned so that a flow path may be formed. For example, two flow paths can be formed by arranging three spacers 33 between two magnetic refrigeration materials 31.
なお、マイクロチャネル熱交換器5を冷凍機などに取り付ける際にも、スペーサ33に用いたゴム系接着剤を用いることができる。図9に示すように、冷凍機ベース37とマイクロチャネル熱交換器5との間にゴム系接着剤からなるシート39を配置し、それにより冷凍機ベースにマイクロチャネル熱交換器5を接合することが考えられる。 The rubber adhesive used for the spacer 33 can also be used when attaching the microchannel heat exchanger 5 to a refrigerator or the like. As shown in FIG. 9, a sheet 39 made of a rubber-based adhesive is disposed between the refrigerator base 37 and the microchannel heat exchanger 5, thereby joining the microchannel heat exchanger 5 to the refrigerator base. Can be considered.
このようにマイクロチャネル熱交換器5の接合を行うことで、マイクロチャネル熱交換器5に加わる応力や外部から加えられる荷重をシート39によっても緩和することができる。 By joining the microchannel heat exchanger 5 in this way, the stress applied to the microchannel heat exchanger 5 and the load applied from the outside can be relaxed by the sheet 39 as well.
なお、ゴム系接着剤に変えてゴムシートを用いることもできる。この場合、ゴムシートの表面に熱溶着性のフィルムを配置したり、それ自体が熱溶着性のゴムシートを用いることができる。ゴムシートとしては、例えばシリコーンゴムなどの材料を使うことができる。なお、熱溶着性のフィルムおよびゴムシートは、水素の脱離温度以下、本実施例の磁気冷凍材料では200℃以下で融解して溶着可能となるものを用いるとよい。ゴムシートとしては上記ゴム系接着剤と同様のヤング率(1〜0.01GPa)である材質を用いるとよい。 A rubber sheet can be used instead of the rubber adhesive. In this case, a heat-weldable film can be disposed on the surface of the rubber sheet, or a heat-weldable rubber sheet itself can be used. As the rubber sheet, for example, a material such as silicone rubber can be used. As the heat-weldable film and rubber sheet, it is preferable to use a film that can be melted and welded at a temperature lower than the desorption temperature of hydrogen, or 200 ° C. or lower in the magnetic refrigeration material of this example. As the rubber sheet, a material having a Young's modulus (1 to 0.01 GPa) similar to that of the rubber adhesive may be used.
[実施例3]
本実施例では、実施例2と同じ素材および形状の磁気冷凍材料31を用いて、磁気冷凍材料に溝を形成せず、積層する磁気冷凍材料の間に配置するスペーサによってマイクロチャネルが形成されたマイクロチャネル熱交換器を製造する。なお本実施例では、スペーサとして枠型に形成された固定枠43を用いており、複数のマイクロチャネルユニット41が一列に配列されて形成される。
[Example 3]
In this example, the magnetic refrigeration material 31 having the same material and shape as in Example 2 was used, and a groove was not formed in the magnetic refrigeration material, but a microchannel was formed by a spacer disposed between the magnetic refrigeration materials to be stacked. Manufactures microchannel heat exchangers. In this embodiment, a fixed frame 43 formed in a frame shape is used as a spacer, and a plurality of microchannel units 41 are arranged in a line.
図10(A)〜(C)に、本実施例のマイクロチャネル熱交換器7を示す。図10(A)がマイクロチャネル熱交換器7の平面図を示し、図10(B)が側面図を示し、図10(C)が図10(A)におけるA−A断面図を示す。マイクロチャネル熱交換器7は、複数のマイクロチャネルユニット41を有する。 10A to 10C show a microchannel heat exchanger 7 of this embodiment. 10A is a plan view of the microchannel heat exchanger 7, FIG. 10B is a side view, and FIG. 10C is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 10A. The microchannel heat exchanger 7 has a plurality of microchannel units 41.
固定枠43は、図11に示すように、長尺状である一対の支持部45と、一対の支持部45の両端をそれぞれ連結する連結部47と、を有する。一対の支持部45は、互いに間隔を空けて平行に配置される。支持部45の上下には、磁気冷凍材料が嵌る溝49が複数形成されている。なお、図10(B)に示すように上下端の固定枠43は内側にのみ溝49が形成されていてもよい。 As shown in FIG. 11, the fixed frame 43 includes a pair of long support portions 45 and a connection portion 47 that connects both ends of the pair of support portions 45. The pair of support portions 45 are arranged in parallel with a space therebetween. A plurality of grooves 49 into which the magnetic refrigeration material is fitted are formed above and below the support portion 45. As shown in FIG. 10B, the upper and lower fixed frames 43 may have grooves 49 only on the inner side.
固定枠43の材質は形状が保つことができ、かつ、応力を緩和できる樹脂材料を用いることが好ましい。そのような樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、ABS樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレンなどを用いることができる。 The material of the fixed frame 43 is preferably a resin material that can maintain the shape and can relieve stress. As such a resin, for example, an epoxy resin, an ABS resin, polypropylene, polyethylene, or the like can be used.
磁気冷凍材料31は、実施例2と同様に矩形の平板状であって、2つの固定枠43を積層した際に2つの溝49によって形成される間隙に収まる。
以下に、マイクロチャネル熱交換器7の製造方法を説明する。
The magnetic refrigeration material 31 has a rectangular flat plate shape as in the second embodiment, and fits in a gap formed by the two grooves 49 when the two fixed frames 43 are stacked.
Below, the manufacturing method of the microchannel heat exchanger 7 is demonstrated.
(3.1)水素含浸工程
磁気冷凍材料31に、水素(H)雰囲気中(約200℃〜300℃、1気圧)で熱処理を施し、水素を含浸させた。
(3.1) Hydrogen impregnation step The magnetic refrigeration material 31 was heat-treated in a hydrogen (H) atmosphere (about 200 ° C. to 300 ° C., 1 atm) to impregnate hydrogen.
(3.2)組立工程
固定枠43の溝49に、磁気冷凍材料31をはめ込むようにして図10(B)のように積層した。その際、固定枠43と磁気冷凍材料31との隙間に実施例1で用いたものと同様の接着剤を薄く塗り、室温(15℃)で放置して接合させた。
(3.2) Assembly process The magnetic refrigeration material 31 was fitted into the groove 49 of the fixed frame 43 and laminated as shown in FIG. At that time, the same adhesive as that used in Example 1 was thinly applied to the gap between the fixed frame 43 and the magnetic refrigeration material 31 and allowed to stand at room temperature (15 ° C.) for bonding.
以上の工程により、マイクロチャネル熱交換器7を製造した。このマイクロチャネル熱交換器7において、各磁気冷凍材料31と、固定枠43と、によって囲まれる部分がマイクロチャネル51となる。このマイクロチャネル熱交換器7では、固定枠43が複数のマイクロチャネルユニット41を接続して一体に積層している。 The microchannel heat exchanger 7 was manufactured by the above process. In the microchannel heat exchanger 7, a portion surrounded by each magnetic refrigeration material 31 and the fixed frame 43 becomes a microchannel 51. In this microchannel heat exchanger 7, a fixed frame 43 connects a plurality of microchannel units 41 and is laminated integrally.
(3.3)効果
本実施例のマイクロチャネル熱交換器の製造方法では、複数のマイクロチャネルユニット41を同時に製造することができる。
(3.3) Effect In the manufacturing method of the microchannel heat exchanger of the present embodiment, a plurality of microchannel units 41 can be manufactured simultaneously.
また本実施例のマイクロチャネル熱交換器の製造方法では、含浸させた水素が脱離しない温度で固定枠43を磁気冷凍材料31と接合させているので、水素の脱離を抑制することができる。 Moreover, in the manufacturing method of the microchannel heat exchanger of the present embodiment, since the fixed frame 43 is joined to the magnetic refrigeration material 31 at a temperature at which the impregnated hydrogen is not desorbed, desorption of hydrogen can be suppressed. .
また、マイクロチャネル熱交換器7は、磁気冷凍材料31および固定枠43によって囲まれる領域が流路となる。よって、磁気冷凍材料31に溝を形成することなく流路を形成できる。また、マイクロチャネルユニット41が固定枠43を介して連結しているため、複数のマイクロチャネルユニット41を簡便に取り扱うことができる。 In the microchannel heat exchanger 7, a region surrounded by the magnetic refrigeration material 31 and the fixed frame 43 serves as a flow path. Therefore, the flow path can be formed without forming a groove in the magnetic refrigeration material 31. Moreover, since the microchannel unit 41 is connected via the fixed frame 43, a plurality of microchannel units 41 can be easily handled.
なお、上記実施例では接着剤により固定枠43と磁気冷凍材料31とを接合する構成を例示したが、それ以外の方法で磁気冷凍材料を接合してもよい。例えば、固定枠43同士をボルト等で固定することで、固定枠43を介して磁気冷凍材料31を接合することができる。この場合は、固定枠43は必ずしも応力を緩和する必要がないので、固定枠43の材質として金属など剛性のある材料を用いてもよい。 In addition, in the said Example, although the structure which joins the fixed frame 43 and the magnetic refrigeration material 31 with the adhesive agent was illustrated, you may join a magnetic refrigeration material by the method of other than that. For example, the magnetic refrigeration material 31 can be joined via the fixed frame 43 by fixing the fixed frames 43 with bolts or the like. In this case, since the fixed frame 43 does not necessarily relieve stress, a rigid material such as metal may be used as the material of the fixed frame 43.
また、複数のマイクロチャネルユニット41を、それぞれキュリー温度が異なる磁気冷凍材料にて形成してもよい。具体的には、図10(A)において、左から右に向かって(矢印Bの方向に向かって)配列順に動作温度(磁気熱量効果を発現する温度)が段階的に低くなるように構成してもよい。即ち、一番左のマイクロチャネルユニット41は最も動作温度が高い磁気冷凍材料で構成されており、右側ほど動作温度が低い磁気冷凍材料で構成されたマイクロチャネルユニットとなる。 The plurality of microchannel units 41 may be formed of magnetic refrigeration materials having different Curie temperatures. Specifically, in FIG. 10A, the operation temperature (the temperature at which the magnetocaloric effect is developed) decreases stepwise from left to right (in the direction of arrow B) in the order of arrangement. May be. That is, the leftmost microchannel unit 41 is composed of a magnetic refrigeration material having the highest operating temperature, and the microchannel unit is composed of a magnetic refrigeration material having a lower operating temperature toward the right side.
このように構成することで、全体として動作温度の範囲が大きいマイクロチャネル熱交換器とすることができ、また流路を通過する流体に効果的に熱交換を行うことができる。
また、上記実施例では、スペーサとして枠型の固定枠43を用いる構成を例示したが、それ以外の形状のスペーサであってもよい。例えば、連結部47を有さない支持部45のみからなるスペーサを用いる構成であってもよいし、一部のスペーサのみが支持部45のような長尺状のスペーサであって複数のマイクロチャネルユニット41に亘って積層され、それにより複数のマイクロチャネルユニット41を接続して一体に積層し、他は図7(C)のスペーサ33と同様に磁気冷凍材料と同じ長さのスペーサを用いる構成であってもよい。
With this configuration, a microchannel heat exchanger having a large operating temperature range as a whole can be obtained, and heat can be effectively exchanged with the fluid passing through the flow path.
Moreover, in the said Example, although the structure which uses the frame type fixed frame 43 as a spacer was illustrated, the spacer of other shapes may be sufficient. For example, a configuration using a spacer including only the support portion 45 without the connecting portion 47 may be used, or only a part of the spacers may be a long spacer such as the support portion 45 and a plurality of microchannels. A structure in which a plurality of microchannel units 41 are connected and laminated together by using a spacer having the same length as the magnetic refrigeration material in the same manner as the spacer 33 in FIG. 7C. It may be.
1…マイクロチャネル熱交換器、3…ケース、5…マイクロチャネル熱交換器、7…マイクロチャネル熱交換器、11…磁気冷凍材料、13…溝、15…第1面、17…第2面、19…エポキシ系接着剤、21…磁気冷凍材料、23…マイクロチャネル、25…磁気冷凍材料、27…溝、29…溝、31…磁気冷凍材料、33…スペーサ、35…マイクロチャネル、37…冷凍機ベース、39…シート、41…マイクロチャネルユニット、43…固定枠、45…支持部、47…連結部、49…溝、51…マイクロチャネル DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Microchannel heat exchanger, 3 ... Case, 5 ... Microchannel heat exchanger, 7 ... Microchannel heat exchanger, 11 ... Magnetic refrigeration material, 13 ... Groove, 15 ... 1st surface, 17 ... 2nd surface, DESCRIPTION OF SYMBOLS 19 ... Epoxy adhesive, 21 ... Magnetic refrigeration material, 23 ... Micro channel, 25 ... Magnetic refrigeration material, 27 ... Groove, 29 ... Groove, 31 ... Magnetic refrigeration material, 33 ... Spacer, 35 ... Micro channel, 37 ... Refrigeration Machine base, 39 ... sheet, 41 ... microchannel unit, 43 ... fixed frame, 45 ... support part, 47 ... connecting part, 49 ... groove, 51 ... microchannel
Claims (8)
略平板状の磁気冷凍材料に水素を含浸させる含浸工程と、
前記含浸工程により水素を含浸させた磁気冷凍材料とスペーサとを交互に積層し、前記スペーサと前記磁気冷凍材料とを接合することで、前記スペーサを介して前記磁気冷凍材料を接合する組立工程と、を有し、
前記組立工程において、前記スペーサは流路を形成するように間隔を空けて複数配置される
ことを特徴とするマイクロチャネル熱交換器の製造方法。 A method of manufacturing a microchannel heat exchanger using a magnetic refrigeration material whose Curie temperature changes by impregnation with hydrogen,
An impregnation step of impregnating hydrogen into a substantially flat magnetic refrigeration material;
An assembly step of joining the magnetic refrigeration material via the spacer by alternately laminating the magnetic refrigeration material impregnated with hydrogen and the spacer in the impregnation step , and joining the spacer and the magnetic refrigeration material; Have
In the assembling step, a plurality of the spacers are arranged at intervals so as to form a flow path .
ことを特徴とする請求項1に記載のマイクロチャネル熱交換器の製造方法。 2. The microchannel heat exchanger according to claim 1, wherein in the assembly step, the magnetic refrigeration material is joined through a joining member that joins at a temperature equal to or lower than a temperature at which hydrogen is desorbed from the magnetic refrigeration material. Manufacturing method.
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のマイクロチャネル熱交換器の製造方法。 The method of manufacturing a microchannel heat exchanger according to claim 1 or 2 , wherein the spacer has a Young's modulus of 1 to 0.01 GPa.
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のマイクロチャネル熱交換器の製造方法。 The method for manufacturing a microchannel heat exchanger according to any one of claims 1 to 3, wherein the spacer is a rubber adhesive or a rubber sheet.
前記スペーサの少なくとも一部は、複数の前記積層体を接続して一体に積層されるように配置される
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のマイクロチャネル熱交換器の製造方法。 The assembly step is a step of manufacturing a heat exchanger including a plurality of laminated bodies in which the magnetic refrigeration material and the spacer are laminated,
3. The method of manufacturing a microchannel heat exchanger according to claim 1 , wherein at least a part of the spacer is arranged so as to connect and stack together a plurality of the stacked bodies. .
ことを特徴とする請求項5に記載のマイクロチャネル熱交換器の製造方法。 The method of manufacturing a microchannel heat exchanger according to claim 5 , wherein the plurality of laminated bodies are arranged in a line, and the Curie temperature of each of the laminated bodies changes in the arrangement order.
ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のマイクロチャネル熱交換器の製造方法。 Examples magnetic refrigeration materials, NaZn 13 manufacturing method of microchannel heat exchanger as claimed in any one of claims 6, wherein the use of LaFe 13-based material as a main phase crystal structure.
て取り付けられてなる、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のマイクロチャネル熱交換器の製造方法にて製造されたマイクロチャネル熱交換器。 The manufacture of the microchannel heat exchanger according to any one of claims 1 to 4 , wherein the microchannel heat exchanger is attached to the fixing member via a rubber adhesive or a rubber sheet having a Young's modulus of 1 to 0.01 GPa. A microchannel heat exchanger manufactured by the method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011228130A JP5716629B2 (en) | 2011-10-17 | 2011-10-17 | Manufacturing method of microchannel heat exchanger using magnetic refrigeration material and microchannel heat exchanger |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011228130A JP5716629B2 (en) | 2011-10-17 | 2011-10-17 | Manufacturing method of microchannel heat exchanger using magnetic refrigeration material and microchannel heat exchanger |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2013088008A JP2013088008A (en) | 2013-05-13 |
| JP5716629B2 true JP5716629B2 (en) | 2015-05-13 |
Family
ID=48532101
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011228130A Expired - Fee Related JP5716629B2 (en) | 2011-10-17 | 2011-10-17 | Manufacturing method of microchannel heat exchanger using magnetic refrigeration material and microchannel heat exchanger |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5716629B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015075261A (en) * | 2013-10-07 | 2015-04-20 | 中部電力株式会社 | Heat exchanger using magnetic working material |
| JP6589706B2 (en) * | 2016-03-18 | 2019-10-16 | 株式会社デンソー | Thermomagnetic cycle equipment |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002346735A (en) * | 2001-05-18 | 2002-12-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Method and apparatus for manufacturing heat exchanger |
| JP2005036302A (en) * | 2002-10-25 | 2005-02-10 | Showa Denko Kk | Method of producing rare earth-containing alloy, rare earth-containing alloy, method of producing rare earth-containing alloy powder, rare earth-containing alloy powder, method of producing rare earth-containing alloy sintered compact, rare earth-containing alloy sintered compact, magnetostriction element, and magnetic refrigeration working substance |
| JP4237730B2 (en) * | 2005-05-13 | 2009-03-11 | 株式会社東芝 | Manufacturing method of magnetic material |
| JP2007291437A (en) * | 2006-04-24 | 2007-11-08 | Hitachi Metals Ltd | Sintered compact for magnetic refrigeration working bed, and its manufacturing method |
| CN101765892B (en) * | 2007-02-12 | 2013-10-02 | 真空熔焠有限两合公司 | Magnetic heat exchange product and manufacturing method thereof |
| CN101785072A (en) * | 2008-05-16 | 2010-07-21 | 真空熔焠有限两合公司 | Magnetic heat exchange product and manufacturing method thereof |
| FR2937793B1 (en) * | 2008-10-24 | 2010-11-19 | Cooltech Applications | MAGNETOCALORIC THERMAL GENERATOR |
| US20110139404A1 (en) * | 2009-12-16 | 2011-06-16 | General Electric Company | Heat exchanger and method for making the same |
-
2011
- 2011-10-17 JP JP2011228130A patent/JP5716629B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2013088008A (en) | 2013-05-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103782116B (en) | Magnetic construction body and use its magnetic refrigerating and heating combined equipment | |
| JP5677351B2 (en) | Magnetic refrigeration device and magnetic refrigeration system | |
| CN107250688B (en) | Field Activated Direct Contact Regenerator | |
| EP3225603B1 (en) | Glass panel unit | |
| JP5282112B2 (en) | Cold plate assembly and method of manufacturing cold plate assembly | |
| JP2011258755A (en) | Heat spreader and cooling device for heating element | |
| JP2017520883A (en) | Cold plate for electric energy storage | |
| WO2007017945A1 (en) | Heat sink and method of producing the same | |
| JP5716629B2 (en) | Manufacturing method of microchannel heat exchanger using magnetic refrigeration material and microchannel heat exchanger | |
| JP2017180857A (en) | Heat exchanger | |
| JP2012202586A (en) | Stack for thermoacoustic device and manufacturing method of stack for thermoacoustic device | |
| JP5521919B2 (en) | Manufacturing method of microchannel heat exchanger using magnetic refrigeration material | |
| US20140338368A1 (en) | Stirling-type pulse tube refrigerator and flow smoother thereof | |
| JP2012193882A (en) | Heat exchanger and method of manufacturing the same | |
| JP2013024483A (en) | Plate laminate type cooler | |
| US11035622B1 (en) | Thermal conditioning assembly | |
| JP2016023878A (en) | Air conditioner | |
| JP5853907B2 (en) | Magnetic refrigeration material heat exchanger manufacturing method | |
| US20140261644A1 (en) | Method and structure of a microchannel heat sink device for micro-gap thermophotovoltaic electrical energy generation | |
| JP2017092151A (en) | Cooler module and method of manufacturing cooler module | |
| JP2010117126A (en) | Heat exchanger having integrated stacking structure | |
| JP6162836B2 (en) | Heat exchanger | |
| CN110462308A (en) | Magnetic work piece unit and magnetic heat pump device using the same | |
| JP6491005B2 (en) | Method for manufacturing composite structure and temperature control panel | |
| CN103826838A (en) | Composite structure including resin structure and metal plate and manufacturing method thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20131122 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140613 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140624 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140819 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150217 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150302 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5716629 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |