JP5761070B2 - 磁気ヒートポンプシステムのピストンポンプ - Google Patents

Description

本発明は、磁気ヒートポンプシステムにおいて熱輸送媒体を移動させるピストンポンプに関するものである。本発明では、ピストンポンプのピストンがシリンダ内を往復動することによって発生するピストンとシリンダ間の摺動熱を、外部に放熱することが可能な磁気ヒートポンプシステムのピストンポンプが提供される。また、温水製造部における熱輸送媒体の加熱を促進することができる磁気ヒートポンプシステムのピストンポンプが提供される。

従来、車両用の空気調和装置、例えば、自動車や鉄道車両の空気調和装置のヒートポンプシステムとして磁気ヒートポンプシステムが知られている。この磁気ヒートポンプシステムを鉄道車両用空調システムに適用したものが特許文献１に記載されている。磁気ヒートポンプシステムとは、ある種の磁性体に磁場を加えていくと磁性体が発熱し、磁場を取り去ると磁性体の温度が下がる現象（磁気熱量効果）を利用したヒートポンプシステムである。特許文献１ではある種の磁性体は磁気作業物質と記載されるが、本願ではこの磁性体を磁気熱量効果材料と呼ぶ。

このような磁気ヒートポンプシステムは、これまでの気体ヒートポンプシステムと比較すると、気体ヒートポンプに使用されるフロンや代替フロンを使用しないので、環境に優しい。また、磁気ヒートポンプシステムは、気体ヒートポンプでは必要なコンプレッサを使用した圧縮過程や膨張過程が不要であり、エネルギー効率が高い。磁気ヒートポンプシステムに必要な構成は、磁気熱量効果材料を通過させて熱交換を行う熱輸送媒体の移動を行うポンプと、磁気熱量効果材料に磁場変化を与える磁場印加装置のみである。従って、磁気ヒートポンプシステムは自動車の空気調和装置への適用が可能である。

磁気ヒートポンプシステムを用いた空気調和装置では、クーラユニットには低温の熱輸送媒体を供給し、ヒータユニットには高温の熱輸送媒体を供給する。磁気熱量効果材料を通過させて熱交換を行う熱輸送媒体としては、水、或いは不凍液（ロングライフクーラント：ＬＬＣ）が使用されている。以後の説明では、空気調和装置が車両（自動車）に搭載され、熱輸送媒体として水が使用されている場合について説明する。

空気調和装置に使用する熱輸送媒体が水である場合、車両のエンジンルーム内には、冷水と温水を製造する冷水製造部と温水製造部、及び冷水と温水を移動させる手段としてピストンポンプが設けられている。冷水製造部と温水製造部には、モータによって駆動される共通の回転軸があり、冷水製造部と温水製造部にある複数の材料容器は、この回転軸に対して放射状に配置されている。また、各材料容器内には磁気熱量効果材料が通水可能な状態で内蔵されている。材料容器は材料ベッドとも呼ばれる。

また、前述の回転軸と各材料容器の間の部分には、磁場印加装置として、回転軸によって回転する永久磁石が設けられており、永久磁石が回転することにより各材料容器内の磁気熱量効果材料に磁場変化が与えられる。そして、磁場の変化で冷却されたり発熱したりする磁気熱量効果材料を水が通過することにより、各材料容器内の水が冷水となったり温水となったりする。従って、ピストンポンプは冷水製造部と温水製造部の間の部分に設けられており、ピストンポンプのシリンダ内を往復動するピストンによって、水をシリンダ内から冷水製造部と温水製造部の各材料容器に供給したり、各材料容器からシリンダ内に吸引したりする。

ピストンポンプとしては、複数のシリンダが放射状に配置されたラジアルピストンポンプが使用される。ラジアルピストンポンプのシリンダ数は偶数であることが多く、この場合はシリンダは前述の回転軸の軸線に対して放射状に対向して設けられており、ピストンは回転軸に取り付けられたカムによってシリンダ内を往復動する。そして、ピストンの上死点方向への移動によって、ピストンの頂面とシリンダの端部との間のシリンダ内に満たされた熱輸送媒体である水が冷水製造部と温水製造部の各材料容器に供給される。逆に、ピストンが下死点方向に移動すると冷水製造部と温水製造部から水がシリンダ内に導かれる。

磁気ヒートポンプシステムに使用されるピストンポンプとしては、前述のように構成されたラジアルピストンポンプの他に、特許文献２に開示される斜板式ピストンを用いたものもある。

特許第４３８７８９２号公報

特開２０１０−１９６９１４号公報

ところが、ラジアルピストンポンプの、ピストンがシリンダ内を往復動する際には、ピストンとシリンダの内壁面（シリンダライナ）との摺動部で熱（摺動熱）が発生し、ピストンの頂面とシリンダの端部との間のシリンダ内に満たされた水の温度が上昇する。シリンダ内の水の温度が上昇すると、この水が冷水製造部に運ばれる場合、冷水製造部で作られる冷水の温度が上昇し、磁気ヒートポンプシステムの冷房効率が低下するという課題があった。また、シリンダ外部のシリンダブロックにウォータジャケットを設けてシリンダを冷却する場合も、ウォータジャケット内の冷却水を冷却する装置をラジアルピストンポンプの外部に別途も受ける必要があるので、ラジアルピストンポンプが大型化していた。

本発明は、上記課題に鑑み、磁気ヒートポンプシステムに使用されるピストンポンプ、特に、ラジアルピストンポンプにおいて、ピストンとシリンダの内壁面との間に摺動熱が発生してもシリンダの温度上昇を防止して、磁気ヒートポンプシステムの効率を向上させることができる磁気ヒートポンプシステムのピストンポンプを提供するものである。また、磁気ヒートポンプシステムの温水製造部の効率を向上させることができる磁気ヒートポンプシステムのピストンポンプを提供するものである。

上記課題を解決する本発明の第１の形態は、磁気ヒートポンプシステム３０の媒体冷却部１１と媒体加熱部１２に対して熱輸送媒体を吸引或いは供給するピストンポンプ１３であって、媒体冷却部１１と媒体加熱部１２及びピストンポンプ１３を通る回転軸２１と、回転軸２１の回転によりピストン３３を往復動させるシリンダ３４が複数形成されたシリンダブロック３６と、シリンダブロック３６のシリンダ３４の内周面の外側に設けられたウォータジャケット３７と、ピストンポンプ１３のケース２４の外側に設けられた放熱フィン５０と、ウォータジャケット３７とシリンダ３４の端部３１に連通する冷却流路５１を備え、冷却流路５１の一部を放熱フィン５０の近傍に配置することにより、ピストン３３のシリンダ３４との摺動部で発生した熱を、冷却流路５１を流れる熱輸送媒体を通じて放熱フィン５０に運んで放熱するようにしたことを特徴としている。

この場合、放熱フィン５０の直下のケース２４内に、熱輸送媒体を流すことが可能な放熱空間５１Ｂを設け、この放熱空間５１Ｂを冷却流路５１の一部にできる。また、冷却流路５１を、放熱フィン５０に対してそれぞれ２系統設け、２系統の冷却流路６１，６２の端部３１への接続部には、開弁方向が逆の逆止弁７１，７２をそれぞれ設けることができる。更に、ピストンポンプ１３は、シリンダ３４が回転軸２１の回りに放射状に設けられたラジアルピストンポンプとすることができる。

ピストンポンプ１３がラジアルピストンポンプの場合、放熱フィン５０は、シリンダ３４の各個に対して１つずつ、ケース２４の外側に設けることができる。また、シリンダ３４の個数が偶数の場合、回転軸２１を挟んで対向する２つのシリンダ３４に対して、放熱フィン５０が、シリンダ３４の何れか一方に対して、ケース２４の外側に設けることができる。

更に、ピストン３３として、ピストン頂面側に中実の断熱部材３３Ａを備え、回転軸２１側に回転軸２１に取り付けられたカム３２との係合部３３Ｂを備え、断熱部材と係合部との間が周囲に断熱空間を備えた連結部材３３Ｃで接続された断熱ピストン３３’を採用することが可能である。

これにより、ピストンポンプにおいて、ピストンとシリンダの内壁面との間に摺動熱が発生してウォータジャケット内の冷却水温が上昇しても、ウォータジャケット内の冷却水がシリンダブロックに設けられた放熱フィンで冷やされてウォータジャケット内に還流するのでシリンダの温度上昇が防止され、磁気ヒートポンプシステムの効率が向上すると共に、ピストンポンプを小型化できる。

本発明の第１の形態の変形形態として、ピストンポンプ１３が、媒体冷却部１１と媒体加熱部１２及びピストンポンプ１３を通る回転軸２１と、回転軸２１の回転によりピストン３３を往復動させるシリンダ３４が複数後形成されたシリンダブロック３６と、シリンダブロック３６のシリンダ３４の内周面の外側に設けられた放熱フィン６０とを備え、ピストン３３を、ピストン頂面側に中実の断熱部材３３Ａを備え、回転軸２１側に回転軸２１に取り付けられたカム３２との係合部３３Ｂを備え、断熱部材と係合部との間が周囲に断熱空間を備えた連結部材３３Ｃで接続された断熱ピストン３３’としたピストンポンプが可能である。

この形態では、シリンダブロックにウォータジャケットを設ける必要がないので、ピストンポンプの構成が簡素化され、ピストンポンプを小型化できる。

更に、本発明の第２の形態として、磁気ヒートポンプシステム３０の媒体冷却部１１と媒体加熱部１２に対して熱輸送媒体を吸引或いは供給するピストンポンプ１３を、媒体冷却部１１と媒体加熱部１２及びピストンポンプ１３を通る回転軸２１と、回転軸２１の回転によりピストン３３を往復動させるシリンダ３４が複数個形成されたシリンダブロック３６と、媒体加熱部１２の、シリンダ３４に接続する材料容器２５を通る熱輸送媒体の流路の途中から分岐され、材料容器２５の外部を通ってシリンダ３４の端部３１に連通する還流路７０を備えて形成することができる。

第２の形態では、ピストンポンプにおいて、媒体加熱部に対して媒体加熱部の途中から取り出した温度上昇した熱輸送媒体をシリンダ内に戻すことができるので、磁気ヒートポンプシステムの暖房能力が向上する。

なお、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施態様との対応関係を示す一例である。

ピストンポンプを用いた磁気ヒートポンプシステムが車両用空気調和装置に搭載された例を示す説明図である。 （ａ）は図１に示した磁気ヒートポンプシステムにおける冷水製造部、ピストンポンプ及び温水製造部の詳細な構成の一例を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のピストンポンプの垂直方向の断面図である。 （ａ）は図２（ａ）に示した磁気ヒートポンプシステムのＡ−Ａ線における局部断面を示す断面図、（ｂ）は（ａ）に示した磁気熱量効果材料を収容する材料容器の一例の構成を示す組み立て斜視図、（ｃ）は（ａ）に示した磁石を備えたロータの構成の一例を示す斜視図である。 （ａ）は図２（ａ）に示した冷水製造部と温水製造部、及びこれらの間に設置する本発明の第１の実施例のピストンポンプの詳細な構成の一例を示す断面図、（ｂ）は（ａ）に示したピストンポンプの垂直方向の断面図、（ｃ）は本発明の第４の実施例としてピストンポンプに使用可能な断熱ピストンの構成を示す側面図である。 図４（ａ）、（ｂ）に示した本発明の第１の実施例のピストンポンプにおける、冷却流路の構成の具体的な構成例を示すイメージ図である。 （ａ）は本発明に係るピストンポンプの第２の実施例の構成を示す要部断面図、（ｂ）は本発明に係るピストンポンプの第２の実施例の変形例の構成を示す要部断面図である。 図６（ａ）、（ｂ）に示した本発明の第２の実施例及びその変形例のピストンポンプにおける、冷却流路の構成の具体的な構成例を示すイメージ図である。 図２（ａ）に示した冷水製造部と温水製造部、及びこれらの間に設置する本発明の第３の実施例のピストンポンプの詳細な構成の一例を示す断面図である。 本発明に係るピストンポンプの第５の実施例の構成を示す断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を各実施例に基いて説明する。また、各実施例については、同一構成の部分には同一の符号を付してその説明を省略又は簡略化する。本発明のピストンポンプは、冷水を製造する冷水製造部（媒体冷却部）と温水を製造する温水製造部（媒体加熱部）とを備えた磁気ヒートポンプシステムに使用されるが、以下に説明する実施形態では代表例として車両用の空気調和装置に搭載される磁気ヒートポンプシステムを説明する。

図１は、ピストンポンプを用いた磁気ヒートポンプシステム３０が車両用の空気調和装置（エアコンディショナ）１０に搭載されたときの構成を示すものである。空気調和装置１０は車両の室内側にあり、その装置本体１の中に吸熱手段としてのクーラユニット２がある。また、クーラユニット２の下流側には、冷房通路３と、熱輸送媒体である水が有する熱を外部へ放熱する放熱手段としてのヒータユニット５とヒータコア６を備える暖房通路４とがある。そして、冷房通路３と暖房通路４の入口部にはエアミックスダンパ７が設けられており、エアミックスダンパ７の移動によってクーラユニット２を通過した気流を冷房通路３に流すか、暖房通路４を流すかの調節が行われるようになっている。

一方、車両のエンジンルーム内には、モータ２０によって駆動される回転軸２１によって動作する冷水製造部１１、温水製造部１２及び水移動手段であるピストンポンプ１３がある。ピストンポンプ１３は水を往復移動させる。冷水製造部１１、温水製造部１２及びピストンポンプ１３の内部構造については後述する。冷水製造部１１は磁気の作用で水を冷却するものであり、冷水製造部１１で冷却された水はピストンポンプ１３によって冷水循環路（第１の循環路）１５に吐出され、クーラユニット２に送られた後に冷水製造部１１に戻ってくる。逆に、温水製造部１２は磁気の作用で水を加熱するものであり、温水製造部１２で加熱された水はピストンポンプ１３によって温水循環路（第２の循環路）１６に吐出され、ヒータユニット５に送られた後に温水製造部１２に戻ってくる。

一方、空気調和装置１０では、その暖房通路４に設けられたヒータコア６に、エンジン８を冷却して暖められた冷却水（クーラント）がクーラント循環路９を通じて供給され、ヒータユニット５と共に暖房通路４を通る気流を暖める。ヒータコア６は本発明には直接関係がないので、ヒータコア６についてはこれ以上の説明を省略する。

ここで、冷水循環路１５と温水循環路１６の構成について詳細に説明する。冷水製造部１１には複数の材料容器があり、各材料容器には枝管１５Ａが接続されている。複数の枝管１５Ａは集合され、供給管１５Ｂとなってクーラユニット２に水を供給する。クーラユニット２から排出された水は、戻り管１５Ｃによって冷水製造部１１まで戻り、各材料容器に接続された枝管１５Ｄに分配されて各材料容器に戻る。供給管１５Ｂと戻り管１５Ｃの間には、クーラユニット２をバイパスするバイパス管（第１のバイパス通路）１７Ａが設けられている。バイパス管１７Ａは、戻り管１５Ｃには直接接続されるが、供給管１５Ｂには第１の流路切換弁１７を介して接続されている。

暖房時には、第１の流路切換弁１７の切り換えにより、供給管１５Ｂを流れる水は、クーラユニット２を経由せず、バイパス管１７Ａを経由して冷水製造部１１まで戻ることができる。更に、戻り管１５Ｃの枝管１５Ｄの上流側には、第３の流路切換弁１９があり、第３の流路切換弁１９には室外器１４を経由して第３の戻り管１５Ｃに戻る迂回管（第３のバイパス通路）１９Ａが接続されている。暖房時には、第３の流路切換弁１９の切り換えにより、戻り管１５Ｃを流れてきた水は、第３の流路切換弁１９から迂回管１９Ａに流れ、室外器１４で外気から吸熱して迂回管１９Ａから戻り管１５Ｃに再流入する。戻り管１５Ｃに再流入した水は冷水製造部１１に戻る。

同様に、温水製造部１２には水を加熱して温水にする複数の材料容器があり、各材料容器には枝管１６Ａが接続されている。複数の枝管１６Ａは集合され、供給管１６Ｂとなってヒータユニット５に水を供給する。ヒータユニット５から排出された水は、戻り管１６Ｃによって温水製造部１２まで戻り、前述の各材料容器に接続された枝管１６Ｄに分配されて各材料容器に戻る。枝管１６Ｄの上流側の戻り管１６Ｃには、第２の流路切換弁１８があり、第２の流路切換弁１８には室外器１４を経由して戻り管１６Ｃに戻る迂回管（第２のバイパス通路）１８Ａが接続されている。第２の流路切換弁１８の切り換えにより、戻り管１６Ｃを流れてきた水は、温水製造部１２に戻る前に迂回管１８Ａに流れ、室外器１４で外気から吸熱してから、温水製造部１２に戻ることができる。

ここで、図２（ａ）、（ｂ）と図３（ａ）〜（ｃ）を用いて冷水製造部１１、温水製造部１２及びピストンポンプ１３がラジアルピストンポンプ１３である場合の内部構造について説明する。ラジアルピストンポンプ１３に対して左右逆に取り付けられる冷水製造部１１と温水製造部１２の構造は同じであるので、同じ構成部材には同じ符号を付し、冷水製造部１１の構造について説明する。

図２（ａ）に示す冷水製造部１１は、回転軸２１に対して同心円状に配置された円筒状のヨーク部２４を備えており、回転軸２１には図３（ａ）、（ｃ）に示すような、断面が扇状のロータ２２が対向して設けられている。そして、ロータ２２の外周面には永久磁石２３が設置されている。永久磁石２３の一方は外側がＮ極であり、他方は外側がＳ極である。そして、永久磁石２３の回転軌跡の外側とヨーク部２４の内周面との間には、磁気熱量効果を有する磁気熱量効果材料２６が充填された複数の材料容器２５が配置される。材料容器２５は材料ベッドと呼ばれることもある。磁気熱量効果材料２６が充填された材料容器２５は水を流通させる。

材料容器２５は図３（ｂ）に示すように、その外形が断面が扇紙型の筒状をしており、内部の空間にペレット状の磁気熱量効果材料２６が充填され、両端部がメッシュ状の端板２５Ｍで塞がれて、磁気熱量効果材料２６を閉じ込めている。水は材料容器２５の一端から端板２５Ｍを通って内部に進入し、磁気熱量効果材料２６の間の隙間を通って反対側の端部から端板２５Ｍを通って外部に抜け出ることができる。この実施例では、ヨーク部２４の内周面に６個の同じ形状の材料容器２５が配置されており、材料容器２５の内周面側を、ロータ２２の外周面に取り付けられた永久磁石２３が回転移動する。ロータ２２、永久磁石２３及びヨーク部２４が、材料容器２５に充填された磁気熱量効果材料２６に与える磁場の大きさを変更する磁場変更手段として機能する。

図２（ａ）、（ｂ）に戻って説明を続けると、ラジアルピストンポンプ１３のケースは、冷水製造部１１及び温水製造部１２のヨーク部２４と一体的に形成されている。よってケースにも同じ符号２４を付して説明する。ラジアルピストンポンプ１３には、冷水製造部１１にある材料容器２５の個数に合わせて６つのシリンダ３４が回転軸２１に対して放射状に設けられており、各シリンダ３４の内部には往復動するピストン３３が設けられている。一方、モータ２０によって回転する回転軸２１には回転軸２１に対して偏心しているカム３２が取り付けられており、カム３２のカムプロファイル（輪郭）に各ピストン３３が係合している。カム３２が１回転すると、各シリンダ３４内のピストン３３が１往復する。回転軸２１に対してシリンダ３４が対向して設けられている場合は、ラジアルピストンポンプ１３のシリンダ数は偶数である。

回転軸２１から遠い側の各シリンダ３４の側面は、シリンダブロック３６に設けられた連絡通路３８によって冷水製造部１１と温水製造部１２の各材料容器２５の端面に接続されている。そして、連絡通路３８が接続する各シリンダ３４のピストン３３の上死点（ピストン３３が回転軸２１から最も遠くまで移動した点）とシリンダ端部３１との間は、両製造部間を往復動する水の貯留部３５となっている。また、シリンダブロック３６のシリンダ３４の外側の部分には、ウォータジャケット３７が設けられている。ウォータジャケット３７には冷却水が充填されており、冷却水はラジアルピストンポンプ１３の外部にある図示しない熱交換機によって冷却されてウォータジャケット３７内を循環している。

図２（ａ）に示す例では、ラジアルピストンポンプ１３から遠い側の冷水製造部１１の端面には、端面板２９が取り付けられている。端面板２９には、各材料容器２５の端面に水を導き入れる吸入弁２８と、各材料容器２５の端面から排出される水を吐出する吐出弁２７とが設けられている。吐出弁２７には図１で説明した冷水循環路１５の供給管１５Ｂの枝管１５Ａが接続し、吸入弁２８には図１で説明した冷水循環路１５の戻り管１５Ｃの枝管１５Ｄが接続する。以上、冷水製造部１１の構造を説明したが、ラジアルピストンポンプ１３の場合は、冷水製造部１１と温水製造部１２における永久磁石２３の回転軸２１に対する位置は、９０度ずれている。

図２（ｂ）は、図２（ａ）のラジアルピストンポンプ１３を回転軸２１に垂直な面から見た断面図である。シリンダブロック３６に設けられた連絡通路３８と、材料容器２５の連絡通路３８との接続通路２５Ｃとは段差無く接続しており、材料容器２５内にある磁気熱量効果材料２６を通過した水をスムーズにシリンダ３４の水の貯留部３５に導くようになっている。また、各シリンダ３４の周囲に設けられたウォータジャケット３７は、シリンダブロック３６内で連通している。

以上のように構成されたラジアルピストンポンプ１３では、各シリンダ３４内を往復動するピストン３３の、シリンダ３４との摺動部で摺動熱が発生し、各シリンダ３４の、水の貯留部３５内の水が摺動熱によって加熱される。そして、貯留部３５内で加熱された水が冷水製造部１１に送られると、冷水製造部１１で冷却された水の温度が設計通りに下がらず、冷却性能が設計値より低下してしまう。即ち、冷水製造部１１の実際の冷却性能は、設計冷却性能から摺動熱による損失を減算したものとなってしまう。

本発明は、各シリンダ３４の水の貯留部３５内における水の温度上昇を抑え、冷水製造部１１における冷却性能を向上させることが可能な、第１の形態の磁気ヒートポンプシステムのピストンポンプを提供するものである。また、本発明は、温水製造部１２の水の加熱性能を向上させることができる、第２の形態の磁気ヒートポンプシステムのピストンポンプも提供する。まず、図４から図８を用いて第１の形態の磁気ヒートポンプシステムのピストンポンプ１３について第１から第４の実施例を説明し、次いで、図９により第２の形態の磁気ヒートポンプシステムのピストンポンプ１３の第５の実施例について説明する。なお、以下に説明する磁気ヒートポンプシステムのピストンポンプは、ラジアルピストンポンプとする。

図４（ａ）は、図２（ａ）に示した冷水製造部１１と温水製造部１２、及びこれらの間に設置する本発明の第１の実施例のピストンポンプ１３の詳細な構成の一例を示す断面図である。また、図４（ｂ）は図４（ａ）に示したピストンポンプ１３の回転軸２１に対して垂直な方向の断面図である。なお、冷水製造部１１と温水製造部１２の構造については、図２（ａ）において既に説明したのでここではその説明を省略する。

本発明の第１の実施例のラジアルピストンポンプ１３は、冷水製造部１１及び温水製造部１２のヨーク部２４と一体的に形成されたケース２４内に、ウォータジャケット３７を有するシリンダブロック３６を備える。ウォータジャケット３７にはシリンダ３４を冷却するための冷却水が充填されている。本発明の第１の実施例のラジアルピストンポンプ１３では、ウォータジャケット３７はラジアルピストンポンプ１３の外部にある熱交換機には接続されていない。各シリンダ３４の周囲に設けられたウォータジャケット３７は、シリンダブロック３６内で連通している。

第１の実施例のシリンダブロック３６内には６つのシリンダ３４が回転軸２１に対して放射状に設けられており、各シリンダ３４の内部には往復動するピストン３３が設けられている。また、モータ２０によって回転する回転軸２１に取り付けられたカム３２が１回転すると、各シリンダ３４内をピストン３３が１往復する。回転軸２１から遠い側の各シリンダ３４の側面は、シリンダブロック３６に設けられた連絡通路３８によって冷水製造部１１と温水製造部１２の各材料容器２５の端面に接続されている。そして、連絡通路３８が接続する各シリンダ３４のピストン３３の上死点とシリンダ端部３１との間が水の貯留部３５となっている。

本発明の第１の実施例のラジアルピストンポンプ１３では、ラジアルピストンポンプ１３のケース２４の外側に、シリンダ３４と同数の放熱フィン５０が設けられている。放熱フィン５０の設置位置は、シリンダブロック３６に内蔵された各シリンダ３４に対向する位置であり、放熱フィン５０は、放射状に設けられたシリンダブロック３６の断面と同程度の底面積を備える。放熱フィン５０はアルミ材等の放熱性の良い金属で作られ櫛歯状のフィンを備える。

そして、本発明の第１の実施例のラジアルピストンポンプ１３では、シリンダ３４の端部３１とウォータジャケット３７とを連通する冷却流路５１をケース２４の内部に設ける。冷却流路５１は、図４（ｂ）に示すように、シリンダ３４の端部３１に接続するシリンダ連絡部５１Ａと、ウォータジャケット３７に接続するウォータジャケット連絡部５１Ｃ及びケース２４の内部の放熱フィン５０の近傍に位置する放熱部５１Ｂを備える。放熱部５１Ｂは放熱フィン５０の底面積と同程度の底面積を備える水の流路であり、一端にシリンダ連絡部５１Ａが接続し、他端にウォータジャケット連絡部５１Ｃが接続している。

以上のように構成されたラジアルピストンポンプ１３では、回転軸２１の回転によりカム３２が或るシリンダ３４のピストン３３を上死点まで移動させると、回転軸２１に対して反対側に位置するシリンダでは、ピストン３３が下死点まで移動する。ピストン３３の下死点から上死点への移動で貯留部３５内の水は、連絡通路３８を通って冷水製造部１１又は温水製造部１２に流れると共に、シリンダ連絡部５１Ａ、放熱部５１Ｂ及びウォータジャケット連絡部５１Ｃを通ってウォータジャケット３７に流入する。この過程において、貯留部３５内の水は、放熱部５１Ｂで冷却されてウォータジャケット３７に流入する。

逆に、ピストン３３が上死点から下死点に移動する場合は、冷水製造部１１又は温水製造部１２内の水が貯留部３５内に流入すると共に、ウォータジャケット３７内の水が冷却流路５１を通って貯留部３５に流入する。この時、ウォータジャケット連絡部５１Ｃから放熱部５１Ｂに流入した水が放熱フィン５０で冷却され、シリンダ連絡部５１Ａから貯留部３５内に流入する。このようにして、貯留部３５内の水及びウォータジャケット３７内の水が冷却されるので、各シリンダ３４にピストン３３の摺動熱が発生しても、各シリンダ３４の貯留部３５内の水の温度上昇が抑えられる。

図５は、図４（ａ）、（ｂ）に示した本発明の第１の実施例のラジアルピストンポンプ１３における、冷却流路５１の具体的な構成の一例を示すイメージ図である。図５にはピストン３３、シリンダ３４、水の貯留部３５、ウォータジャケット３７及び連絡通路３８が破線で示してあり、放熱フィン５０が二点差線で示してあり、冷却流路５１が実線で示してある。図５には、ケース２４とシリンダブロック３６の図示は省略してある。冷却流路５１はシリンダ連絡部５１Ａ、放熱部５１Ｂ及びウォータジャケット連絡部５１Ｃを備えている。放熱部５１Ｂは放熱フィン５０の直下に位置しており、その両端部にシリンダ連絡部５１Ａとウォータジャケット連絡部５１Ｃが接続している。シリンダ連絡部５１Ａの他端はシリンダ３４の一端に接続しており、ウォータジャケット連絡部５１Ｃの他端はウォータジャケット３７に接続している。構成が明確になるように、シリンダ３４と放熱部５１Ｂとの距離は引き伸ばしてあり、図５の寸法が実際の寸法を示すものではない。

図６（ａ）は、本発明に係るラジアルピストンポンプ１３の第２の実施例の構成を示すものである。本発明の第２の実施例のラジアルピストンポンプ１３は、ラジアルピストンポンプ１３のケース２４の外側にシリンダ３４と同数の放熱フィン５０が設けられている点は第１の実施例と同じである。放熱フィン５０の設置位置、大きさ、形状、材質も第１の実施例と同じである。

本発明の第２の実施例のラジアルピストンポンプ１３では、ケース２４の内部に設けられて、シリンダ３４の端部３１とウォータジャケット３７とを連通する冷却流路が、第１の冷却流路６１と第２の冷却流路６２の２系統ある。第１の冷却流路６１には、シリンダ３４の端部３１にウォータジャケット３７側に開く逆止弁７１があり、第２の冷却流路６２には、シリンダ３４の端部３１に水の貯留部３５側に開く逆止弁７２がある。逆止弁７１，７２の開弁方向は逆である。

このため、ピストン３３が下死点から上死点に移動する場合は、貯留部３５内の水が第１の冷却流路６１を通ってウォータジャケット３７に流入する。逆に、ピストン３３が上死点から下死点に移動する場合は、ウォータジャケット３７内の水が第２の冷却流路６２を通って貯留部３５に流入する。第２の実施例でも、第１の冷却流路６１及び第２の冷却流路６２を通る水が放熱フィン５０で冷却される。このようにして、貯留部３５内の水及びウォータジャケット３７内の水が冷却されるので、第２の実施例でも各シリンダ３４にピストン３３の摺動熱が発生しても、各シリンダ３４の貯留部３５内の水の温度上昇が抑えられる。

図６（ｂ）は、図６（ａ）に示した第２の実施例のラジアルピストンポンプ１３の変形実施例の構成を示すものである。図６（ａ）に示したラジアルピストンポンプ１３では、回転軸２１を挟んで対向するシリンダ３４の両方に対して、ケース２４の外側に放熱フィン５０が設けられていた。一方、図６（ｂ）に示した第２の実施例の変形実施例は、回転軸２１を挟んで対向するシリンダ３４の一方に対してのみ、ケース２４の外側に放熱フィン５０が設けられている点が図６（ａ）に示した第２の実施例と異なる。そして、第１の冷却流路６１及び第２の冷却流路６２は、放熱フィン５０が設けられている側のケース２４にしか設けられていない。その他の構成は第２の実施例と同様であるので、これ以上の説明を省略する。

図７は、図６（ａ）、（ｂ）に示した本発明の第２の実施例及びその変形実施例のラジアルピストンポンプ１３における、第１の冷却流路６１と第２の冷却流路６２の具体的な構成の一例を示すイメージ図である。図７にはピストン３３、シリンダ３４、貯留部３５、ウォータジャケット３７及び連絡通路３８が破線で示してあり、放熱フィン５０が二点差線で示してあり、第１の冷却流路６１と第２の冷却流路６２が実線で示してある。図７には、ケース２４とシリンダブロック３６の図示は省略してある。

第１の冷却流路６１はシリンダ連絡部６１Ａ、放熱部６１Ｂ及びウォータジャケット連絡部６１Ｃを備えており、第２の冷却流路６２はシリンダ連絡部６２Ａ、放熱部６２Ｂ及びウォータジャケット連絡部６２Ｃを備えている。放熱部６１Ｂ、６２Ｂは隣接して放熱フィン５０の直下に位置している。放熱部６１Ｂの両端部にはシリンダ連絡部６１Ａとウォータジャケット連絡部６１Ｃが接続している。シリンダ連絡部６１Ａの他端はシリンダ３４の一端に接続しており、ウォータジャケット連絡部６１Ｃの他端はウォータジャケット３７に接続している。同様に、放熱部６２Ｂの両端部にはシリンダ連絡部６２Ａとウォータジャケット連絡部６２Ｃが接続している。シリンダ連絡部６２Ａの他端はシリンダ３４の一端に接続しており、ウォータジャケット連絡部６２Ｃの他端はウォータジャケット３７に接続している。構成が明確になるように、シリンダ３４と放熱部６１Ｂ、６２Ｂとの距離は引き伸ばしてあり、図７の寸法が実際の寸法を示すものではない。

図８は、図２（ａ）に示した冷水製造部１１と温水製造部１２、及びこれらの間に設置する本発明の第３の実施例のラジアルピストンポンプ１３の詳細な構成の一例を示すものである。第３の実施例のラジアルピストンポンプ１３では、シリンダブロック３６に、第１と第２の実施例で説明したウォータジャケット３７が設けられていない。その代わりに、シリンダブロック３６のシリンダ３４の内周面の外側に、複数の放熱フィン６０が設けられている。

更に、第３の実施例のラジアルピストンポンプ１３が第１と第２の実施例と異なる点は、第１と第２の実施例のピストン３３に代えて、断熱ピストン３３’が使用されている点である。断熱ピストン３３’は、図４（ｃ）にその単体の構成を示すように、ピストン頂面側に中実の断熱部材３３Ａを備え、回転軸２１側にカム３２との係合部３３Ｂを備え、断熱部材３３Ａと係合部３３Ｂとの間が連結部材３３Ｃで接合された構成を備える。連結部材３３Ｃの直径は、その周囲に断熱空間があるように、断熱部材３３Ａの直径よりも小さくなっている。

第３の実施例のラジアルピストンポンプ１３では、シリンダ３４の内周面と断熱ピストン３３’の摺動部分で発生した熱が、断熱ピストン３３’の構造によって各シリンダ３４の水の貯留部３５に伝わり難い。このため、各シリンダ３４の貯留部３５内の水の温度上昇が抑えられ、冷水製造部１１における水の冷却効率が向上する。

なお、第３の実施例のラジアルピストンポンプ１３において使用される、図４（ｃ）に示す構造の断熱ピストン３３’は、前述の第１の実施例と第２の実施例のピストン３３の代わりに使用して、これを本発明の第４の実施例とすることが可能である。即ち、本発明の第４の実施例は、第１と第２の実施例のピストン３３の代わりに断熱ピストン３３’を使用した実施例である。第４の実施例では、各シリンダ３４の貯留部３５内の水の温度上昇が更に抑えられ、冷水製造部１１における水の冷却効率が一層向上する。

図９は、本発明に係るラジアルピストンポンプ１３の第２の形態の構成を示すものであり、本発明の第５の実施例を示すものである。第１から第４の実施例のラジアルピストンポンプ１３は、ピストン３３とシリンダ３４との摺動熱が各シリンダ３４の水の貯留部３５に伝わるのを抑え、各シリンダ３４の貯留部３５内の水の温度上昇を抑えて冷水製造部１１の冷却効率を向上させるものであった。一方、第４の実施例のラジアルピストンポンプ１３は、逆に温水製造部１２の水の加熱効率を向上させて温水製造部１２の加熱効率を向上させるものである。

このため、第４の実施例のラジアルピストンポンプ１３では、温水製造部１２の磁気熱量効果材料２６が収納された材料容器２５の途中を還流路７０によって分岐し、この還流路７０の他端をシリンダ３４の水の貯留部３５に接続している。還流路７０は、温水製造部１２のヨーク部２４を通り、ヨーク部２４と一体となったラジアルピストンポンプ１３のケース２４を通じてシリンダ３４の水の貯留部３５に接続している。

以上のように構成された第４の実施例のラジアルピストンポンプ１３では、ピストン３３の上死点への移動によって水の貯留部３５から温水製造部１２内に押し出され、磁気熱量効果材料２６によって加熱された温水が、還流路７０の中に流入する。還流路７０の中に流入した温水はシリンダ３４の水の貯留部３５に戻り、貯留部３５内の水の温度を上昇させる。温度が上昇した貯留部３５内の水は、ピストン３３の上死点への移動によって温水製造部１２内に押し出される。温水製造部１２内に流入する水の温度が高いと、磁気熱量効果材料２６によって加熱される温水の温度が、還流路７０がない場合に比べて上昇する。この結果、温水製造部１２の加熱効率が向上する。

以上説明した本発明の磁気ヒートポンプシステムのラジアルピストンポンプは、自動車の空気調和装置以外にも、冷水と温水をそれぞれ循環させる磁気ヒートポンプシステムであれば有効に適用することができる。また、磁気ヒートポンプシステムに使用されるピストンポンプはラジアルピストンポンプに限られるものではなく、斜板式のアキシャルピストンポンプ等も使用可能である。

１０ 空気調和装置
１１ 冷水製造部
１２ 温水製造部
１３ ラジアルピストンポンプ（ピストンポンプ）
２１ 回転軸
２３ 永久磁石
２５ 材料容器
２６ 磁気熱量効果材料
３０ 磁気ヒートポンプシステム
３３ ピストン
３３’ 断熱ピストン
３４ シリンダ
３５ 貯留部
３７ ウォータジャケット
３８ 連絡通路
５０、６０ 放熱フィン
５１，６１，６２ 冷却流路
７０ 還流路
７１，７２ 逆止弁

Claims (10)

1. 磁気ヒートポンプシステム（３０）の媒体冷却部（１１）と媒体加熱部（１２）に対して熱輸送媒体を吸引或いは供給するピストンポンプ（１３）であって、
   前記媒体冷却部（１１）と媒体加熱部（１２）及び前記ピストンポンプ（１３）を通る回転軸（２１）と、
   前記回転軸（２１）の回転によりピストン（３３）を往復動させるシリンダ（３４）が複数個形成されたシリンダブロック（３６）と、
   前記シリンダブロック（３６）の前記シリンダ（３４）の内周面の外側に設けられたウォータジャケット（３７）と、
   前記ピストンポンプ（１３）のケース（２４）の外側に設けられた放熱フィン（５０）と、
   前記ウォータジャケット（３７）と前記シリンダ（３４）の端部（３１）に連通する冷却流路（５１）を備え、
   前記冷却流路（５１）の一部を前記放熱フィン（５０）の近傍に配置することにより、前記ピストン（３３）の前記シリンダ（３４）との摺動部で発生した熱を、前記冷却流路（５１）を流れる前記熱輸送媒体を通じて前記放熱フィン（５０）に運んで放熱するようにしたことを特徴とする磁気ヒートポンプシステムのピストンポンプ。
2. 前記放熱フィン（５０）の直下の前記ケース（２４）内に、前記熱輸送媒体を流すことが可能な放熱空間（５１Ｂ）を設け、この放熱空間（５１Ｂ）を前記冷却流路（５１）の一部としたことを特徴とする請求項１に記載の磁気ヒートポンプシステムのピストンポンプ。
3. 前記冷却流路（５１）が、前記放熱フィン（５０）に対してそれぞれ２系統設けられており、前記２系統の冷却流路（６１，６２）の前記端部（３１）への接続部には、開弁方向が逆の逆止弁（７１，７２）がそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気ヒートポンプシステムのピストンポンプ。
4. 前記ピストンポンプ（１３）は、前記シリンダ（３４）が前記回転軸（２１）の回りに放射状に設けられたラジアルピストンポンプであることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の磁気ヒートポンプシステムのピストンポンプ。
5. 前記放熱フィン（５０）が、前記シリンダ（３４）の各個に対して１つずつ、前記ケース（２４）の外側に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の磁気ヒートポンプシステムのピストンポンプ。
6. 前記シリンダ（３４）の個数が偶数であり、
   前記回転軸（２１）を挟んで対向する２つの前記シリンダ（３４）に対しては、前記放熱フィン（５０）が、前記シリンダ（３４）の何れか一方に対して、前記ケース（２４）の外側に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の磁気ヒートポンプシステムのピストンポンプ。
7. 前記ピストン（３３）が、ピストン頂面側に中実の断熱部材（３３Ａ）を備え、前記回転軸（２１）側に前記回転軸（２１）に取り付けられたカム（３２）との係合部（３３Ｂ）を備え、前記断熱部材と前記係合部との間が周囲に断熱空間を備えた連結部材（３３Ｃ）で接続された断熱ピストン（３３’）であることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の磁気ヒートポンプシステムのピストンポンプ。
8. 磁気ヒートポンプシステム（３０）の媒体冷却部（１１）と媒体加熱部（１２）に対して熱輸送媒体を吸引或いは供給するピストンポンプ（１３）であって、
   前記媒体冷却部（１１）と媒体加熱部（１２）及び前記ピストンポンプ（１３）を通る回転軸（２１）と、
   前記回転軸（２１）の回転によりピストン（３３）を往復動させるシリンダ（３４）が複数個形成されたシリンダブロック（３６）と、
   前記シリンダブロック（３６）の前記シリンダ（３４）の内周面の外側に設けられた放熱フィン（６０）とを備え、
   前記ピストン（３３）が、ピストン頂面側に中実の断熱部材（３３Ａ）を備え、前記回転軸（２１）側に前記回転軸（２１）に取り付けられたカム（３２）との係合部（３３Ｂ）を備え、前記断熱部材と前記係合部との間が周囲に断熱空間を備えた連結部材（３３Ｃ）で接続された断熱ピストン（３３’）であることを特徴とする磁気ヒートポンプシステムのピストンポンプ。
9. 磁気ヒートポンプシステム（３０）の媒体冷却部（１１）と媒体加熱部（１２）に対して熱輸送媒体を吸引或いは供給するピストンポンプ（１３）であって、
   前記媒体冷却部（１１）と媒体加熱部（１２）及び前記ピストンポンプ（１３）を通る回転軸（２１）と、
   前記回転軸（２１）の回転によりピストン（３３）を往復動させるシリンダ（３４）が複数個形成されたシリンダブロック（３６）と、
   前記媒体加熱部（１２）の、前記シリンダ（３４）に接続する材料容器（２５）を通る前記熱輸送媒体の流路の途中から分岐され、前記材料容器（２５）の外部を通って前記シリンダ（３４）の端部（３１）に連通する還流路（７０）を備えることを特徴とする磁気ヒートポンプシステムのピストンポンプ。
10. 前記ピストンポンプ（１３）は、前記シリンダ（３４）が前記回転軸（２１）の回りに放射状に設けられたラジアルピストンポンプ（１３）であることを特徴とする請求項９に記載の磁気ヒートポンプシステムのピストンポンプ。

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