JP5949159B2 - Magnetic heat pump system - Google Patents
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Description
本発明は、磁気ヒートポンプシステムに関するものである。 The present invention is related to magnetic heat pump system.
磁気熱量効果材料を作業要素として使用する磁気ヒートポンプシステム(磁気冷凍)は、従来のガス圧縮及び膨張を利用する冷凍技術である気体ヒートポンプシステムに比べて、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、気体ヒートポンプに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。 The magnetic heat pump system (magnetic refrigeration) that uses magnetocaloric effect material as a working element is environmentally friendly because it does not use chlorofluorocarbons or alternative chlorofluorocarbons compared to conventional gas heat pump systems that use refrigeration technology that uses gas compression and expansion. . Moreover, the magnetic heat pump system does not require a compression process or an expansion process using a compressor necessary for a gas heat pump, and has high energy efficiency. The configuration required for the magnetic heat pump system is only a pump that moves the heat transport medium that passes the magnetocaloric effect material and performs heat exchange, and a magnetic field application device that applies a magnetic field change to the magnetocaloric effect material.
磁気ヒートポンプシステムに使用される磁気熱量効果材料は、磁界が印加された時に温度が変化するという特性を有する。更に詳しく説明すると、磁気熱量効果材料は、磁場が印加された時に暖かくなり、磁場が消去された時に冷たくなる現象(磁気熱量効果)を備える。このような磁気熱量効果材料を使用した熱発生装置が特許文献1に開示されている。 Magneto-caloric effect materials used in magnetic heat pump systems have the property that the temperature changes when a magnetic field is applied. More specifically, the magnetocaloric effect material has a phenomenon (magnetocaloric effect) that becomes warm when a magnetic field is applied and cools when the magnetic field is erased. A heat generator using such a magnetocaloric effect material is disclosed in Patent Document 1.
しかし、特許文献1に開示の磁気熱効果材料による熱発生装置では、中心軸回りに環状に並ぶピストンが、制御カムによって駆動されて往復動し、ピストンに対応して配置された磁気熱効果要素内に熱搬送流体を流すので、ピストンの摩擦によるロスが大きいという課題があった。 However, in the heat generating device using the magnetothermal effect material disclosed in Patent Document 1, the pistons arranged in a ring around the central axis are driven by the control cam to reciprocate, and the magnetothermal effect elements arranged corresponding to the pistons Since the heat transfer fluid is allowed to flow inside, there is a problem that loss due to friction of the piston is large.
本発明は、上記課題に鑑み、磁気熱量効果材料に対して磁場を印加する磁気回路を備えた磁気ヒートポンプの両側に磁気搬送手段である往復動ポンプが設けられている磁気ヒートポンプにおいて、一方の往復動ポンプのピストンによって移動する作動液を、他方の往復動ポンプに作用させて、他方の往復動ポンプの駆動力を補助するようにした磁気ヒートポンプシステム並びに磁気ヒートポンプシステムを用いた空気調和装置を提供するものである。 In view of the above problems, the present invention provides a magnetic heat pump in which a reciprocating pump as a magnetic conveying means is provided on both sides of a magnetic heat pump provided with a magnetic circuit for applying a magnetic field to a magnetocaloric effect material. Provided is a magnetic heat pump system in which hydraulic fluid moved by a piston of a dynamic pump acts on the other reciprocating pump to assist the driving force of the other reciprocating pump, and an air conditioner using the magnetic heat pump system To do.
上記課題を解決するために、磁気熱量効果を有する磁気熱量効果材料(26)が内部に配置されると共に、その内部を熱輸送媒体が流通するように形成された材料容器(25)と、磁気熱量効果材料(26)へ印加する磁場の大きさを変更する磁場変更手段(22)と、材料容器(25)の両端部の間で、熱輸送媒体を往復移動させる熱輸送媒体移動手段(13)と、材料容器(25)の一方の端部側で、材料容器(25)から吐出される熱輸送媒体を用いて熱交換を行う熱交換器(45)を備えた第1の熱交換部(1)と、材料容器(25)の他方の端部側で、材料容器(25)から吐出される熱輸送媒体を用いて熱交換を行う熱交換器(45)を備えた第2の熱交換部(2)とを備える磁気ヒートポンプシステムであって、熱輸送媒体移動手段(13)が材料容器(25)の両端部において、第1の熱交換部(1)と第2の熱交換部(2)とにそれぞれ接続されており、熱輸送媒体移動手段(13)の一方が熱輸送媒体に対してなした仕事が、熱輸送媒体により、熱輸送媒体移動手段(13)の他方の駆動力として利用されることを特徴とする磁気ヒートポンプシステムが提供される。 In order to solve the above-mentioned problem, a magneto-caloric effect material (26) having a magneto-caloric effect is disposed inside, and a material container (25) formed so that a heat transport medium circulates therein, and a magnetic container Magnetic field changing means (22) for changing the magnitude of the magnetic field applied to the calorie effect material (26), and heat transport medium moving means (13) for reciprocating the heat transport medium between both ends of the material container (25). And a heat exchanger (45) that performs heat exchange using a heat transport medium discharged from the material container (25) on one end side of the material container (25). (1) and a second heat provided with a heat exchanger (45) that performs heat exchange using the heat transport medium discharged from the material container (25) on the other end side of the material container (25). A magnetic heat pump system comprising an exchange part (2), wherein the heat transfer medium transfer The means (13) is connected to the first heat exchange section (1) and the second heat exchange section (2) at both ends of the material container (25), respectively, and the heat transport medium moving means (13). A magnetic heat pump system is provided in which work performed on one of the heat transport media is utilized as the other driving force of the heat transport media moving means (13) by the heat transport media.
これにより、材料容器の両端に設けられた熱輸送媒体移動手段において、一方の熱輸送媒体移動手段が熱輸送媒体に対してなした仕事が、熱輸送媒体により、他方の熱輸送媒体移動手段の駆動力として利用されるので、磁気ヒートポンプシステムを高効率にできる。 Thereby, in the heat transport medium moving means provided at both ends of the material container, the work performed by one heat transport medium moving means with respect to the heat transport medium is changed by the heat transport medium to the other heat transport medium moving means. Since it is used as a driving force, the magnetic heat pump system can be made highly efficient.
また、磁気ヒートポンプシステム(51〜54)を用いた空気調和装置であって、第1の熱交換手段(1)がクーラユニットとして、空気調和装置の冷房通路の上流に配置され、第2の熱交換手段(2)がヒータユニットとして、第1の熱交換手段(1)を通過した空気調和風の取り込み量を調節するエアミックスダンパの下流側に位置する暖房通路の中に配置されていることを特徴とする空気調和装置が提供される。 Moreover, it is an air conditioner using a magnetic heat pump system (51-54), Comprising: A 1st heat exchange means (1) is arrange | positioned upstream of the air_conditioning | cooling passage of an air conditioner as a cooler unit, and 2nd heat The exchanging means (2) is arranged as a heater unit in a heating passage located on the downstream side of the air mix damper that adjusts the intake amount of the air-conditioned air that has passed through the first heat exchanging means (1). An air conditioner characterized by the above is provided.
これにより、空気調和装置における暖房能力及び冷房能力が向上する。 Thereby, the heating capability and the cooling capability in the air conditioner are improved.
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。 In addition, the code | symbol attached | subjected above is an example which shows a corresponding relationship with the specific embodiment as described in embodiment mentioned later.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。また、各実施態様についても、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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Moreover, also about each embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to the part of the same structure, and the description is abbreviate | omitted or simplified.
図1(a)は本発明の第1の実施例の磁気ヒートポンプシステム51の構成を示すものであり、図1(b)は図1(a)のA−A線における断面図である。更に、図1(c)は図1(a)に示した永久磁石23を備えたロータ22の構成の一例を示す斜視図であり、図1(d)は図1(a)に示した磁気熱量効果材料26を収容する材料容器25の一例の構成を示す組立斜視図である。
FIG. 1A shows a configuration of a magnetic
第1の実施例の磁気ヒートポンプシステム51には、磁気ヒートポンプ本体10と、磁気ヒートポンプ本体10の一方の端部に設けられた第1の熱交換部1と、磁気ヒートポンプ本体10の他方の端部に設けられた第2の熱交換部2とを備える。第1の実施例では、磁気ヒートポンプ本体10の左側にある熱交換部を第1の熱交換部1、磁気ヒートポンプ本体10の右側にある熱交換部を第2の熱交換部2とする。第1の熱交換部1、磁気ヒートポンプ本体10及び第2の熱交換部2は回転軸21で連結されており、回転軸21は駆動手段であるモータ20によって駆動される。また、第1の熱交換部1と第2の熱交換部2にはそれぞれ複数の独立した媒体流路46がある。
The magnetic
磁気ヒートポンプ本体10は、回転軸21に対して同心円状に配置された円筒状のシェル24を備えており、回転軸21には図1(b)、(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。シェル24は磁力線を流すことができる物質で作られている。そして、ロータ22の外周面には永久磁石23が取り付けられている。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。
The magnetic heat pump
そして、永久磁石23の回転軌跡の外側とシェル24の内周面との間には、磁気熱量効果材料26が充填された複数の材料容器25が配置されている。材料容器25は、図1(d)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。液体は、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。
A plurality of
第1の実施例では、シェル24の内周面には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、対向する永久磁石23及びシェル24が、材料容器25に充填された磁気熱量効果材料26に磁場を与える磁場変更手段として機能する。そして、シェル24は、材料容器25に充填された磁気熱量効果材料26に印加される磁力線を流すヨーク部として機能する。
In the first embodiment, six same-
第1の実施例では、磁気ヒートポンプ本体10の両端部に端面板29が取り付けられている。端面板29には、各材料容器25の端面に熱輸送媒体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熱輸送媒体を吐出する吐出弁27とが設けられている。各吐出弁27と吸入弁28の間には媒体流路46が接続されており、媒体流路46の途中には、媒体流路46内を流れる熱輸送媒体である作動流体(以後作動液という)と外部との間で熱交換を行う熱交換器45が設けられている。作動液が冷水である場合には、熱交換器45はクーラユニットとなり、作動液が温水である場合には、熱交換器45はヒータユニットとなる。媒体流路46は、図1(b)に示すように、1つの材料容器25に対して1系統設けられており、各媒体流路46は独立している。
In the first embodiment,
第1の実施例では、磁気ヒートポンプ本体10の両側に、回転軸21で駆動される往復動ポンプであるラジアルピストンポンプ13Rが設けられている。ラジアルピストンポンプ13Rには、磁気ヒートポンプ本体10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。
In the first embodiment, a
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制御カム32が取り付けられており、制御カム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。制御カム32を回転軸21の軸線方向から見た図が図9(a)や図9(b)に示される。図9(a)に示す形状の制御カム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。図9(b)に示す形状の制御カム32Aが1回転すると、各シリンダ34内のピストン33が2往復する。第1の実施例では、永久磁石23が2極であるので、磁気ヒートポンプ本体10のロータ22が1回転する際に、制御カム32Aを用いてピストン33を2往復させれば良い。
On the other hand, a
また、回転軸21から遠い側の各シリンダ34は、前述の媒体流路46の、熱交換器45と吸入弁28の間に接続されている。そして、第1の熱交換部1では、ラジアルピストンポンプ13Rのピストン33が回転軸21側に移動すると、材料容器25の中にある作動液が吸引され、吐出弁27から吐出された作動液は媒体流路46を通って熱交換器45で熱交換を行う。次に、ラジアルピストンポンプ13Rのピストン33が回転軸21から離れる側に移動すると、媒体流路46内の作動液が押される。吐出弁27は作動液を吐出する方向にしか開かないので、押された作動液は吸入弁28を通って材料容器25内に進入する。
Further, each
同様に、第2の熱交換部2では、ラジアルピストンポンプ13Rのピストン33が回転軸21側に移動すると、材料容器25の中にある作動液が吸引され、吐出弁27から吐出された作動液は媒体流路46を通って熱交換器45で熱交換を行う。次に、ラジアルピストンポンプ13Rのピストン33が回転軸21から離れる側に移動すると、媒体流路46内の作動液が押される。吐出弁27は作動液を吐出する方向にしか開かないので、押された作動液は吸入弁28を通って材料容器25内に進入する。
Similarly, in the second heat exchanging unit 2, when the
第1の実施例では、1つの材料容器25の両端に位置する媒体流路46において、ラジアルピストンポンプ13Rの一方のピストン33が回転軸21側に移動する時に、他方のピストン33が回転軸21から離れる側に移動するように形成されている。この結果、図1(a)に矢印で示すように、一方のピストン33に押されて材料容器25内に進入した作動液が反対側にある吐出弁27を通じて媒体流路46に入り、熱交換器45を通過した後に他方のピストン33を押す。この結果、片側のピストン33のなす仕事が、反対側のピストン33に伝達される。伝達された仕事は、カム機構で軸駆動力に利用される。
In the first embodiment, when one
図2は、本発明の第2の実施例の磁気ヒートポンプシステム52の構成を示すものである。第2の実施例の磁気ヒートポンプシステム52にも、磁気ヒートポンプ本体10と、磁気ヒートポンプ本体10の一方の端部に設けられた第1の熱交換部1と、磁気ヒートポンプ本体10の他方の端部に設けられた第2の熱交換部2とを備える。第2の実施例でも、磁気ヒートポンプ本体10の左側にある熱交換部が第1の熱交換部1であり、磁気ヒートポンプ本体10の右側にある熱交換部が第2の熱交換部2とする。第1の熱交換部1、磁気ヒートポンプ本体10及び第2の熱交換部2は回転軸21で連結されており、回転軸21は駆動手段であるモータ20によって駆動される。また、第1の熱交換部1と第2の熱交換部2にはそれぞれ複数の独立した媒体流路46がある。
FIG. 2 shows a configuration of a magnetic
第2の実施例の磁気ヒートポンプ本体10は、図3(a)に示すように、回転軸21に対して同心円状に配置された円筒状のシェル24を備えており、回転軸21には断面が扇状のロータ22が対向して設けられている。シェル24は磁力線を流すことができる物質で作られており、ロータ22の外周面には永久磁石23が取り付けられている。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。
As shown in FIG. 3A, the magnetic heat pump
そして、永久磁石23の回転軌跡の外側とシェル24の内周面との間には、磁気熱量効果材料26が充填された複数の材料容器25が配置されている。第2の実施例では、シェル24の内周面には4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、対向する永久磁石23及びシェル24が、材料容器25に充填された磁気熱量効果材料26に磁場を与える磁場変更手段として機能する点は第1の実施例と同じである。そして、シェル24が、材料容器25に充填された磁気熱量効果材料26に印加される磁力線を流すヨーク部として機能する点も第1の実施例と同じである。
A plurality of
即ち、第2の実施例の磁気ヒートポンプ本体10の構成は、シェル24の内周面に配置される材料容器25の数が4個である点を除いて、第1の実施例の磁気ヒートポンプ本体10の構成と同じである。端面板29に設けられた吐出弁27と吸入弁28の構造も第1の実施例と同じであり、各吐出弁27と吸入弁28の間を接続する熱交換器45を備えた媒体流路46がそれぞれ独立している点も同じである。
That is, the configuration of the magnetic heat pump
磁気ヒートポンプ本体10の両側には、第1の実施例では回転軸21で駆動されるラジアルピストンポンプ13Rが設けられていたが、第2の実施例では、クランク機構13Bによって駆動されるピストン33が設けられている。クランク機構13Bには、磁気ヒートポンプ本体10にある材料容器25の個数に合わせて4つのシリンダ34が、回転軸21に対して縦列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。各ピストン33はクランク軸35にクランクロッド36を介して接続されており、クランク軸35が1回点すると、各ピストン33は1往復する。
In the first embodiment, the
なお、図2には、磁気ヒートポンプ本体10の両側でクランク軸35に接続する4つのピストンのうち、上死点と下死点に位置する2つのピストン33とこれに接続する媒体流路46しか図示していない。また、図2にはクランク軸35は細線で示してあるが、実際には回転軸21と同じ太さである。クランク軸35は、モータ20によって回転する回転軸21により回転し、図3(b)に示すように、4つのクランク部35A,35B,35C及び35Dは互いに90度の位相差を備えている。従って、クランク軸35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。クランク軸35から遠い側の各シリンダ34が、媒体流路46の熱交換器45と吸入弁28の間に接続されている点は第1の実施例と同じである。
In FIG. 2, of the four pistons connected to the
第2の実施例でも、各媒体流路通46に接続するピストン33がクランク軸35側に移動すると、材料容器25の中にある作動液が吸引され、吐出弁27から吐出された作動液は媒体流路46を通って熱交換器45で熱交換を行う。次に、ピストン33がクランク軸35から離れる側に移動すると、媒体流路46内の作動液が押される。吐出弁27は作動液を吐出する方向にしか開かないので、押された作動液は吸入弁28を通って材料容器25内に進入する。
Also in the second embodiment, when the
第2の実施例でも、1つの材料容器25の両端に位置する媒体流路46において、一方のピストン33がクランク軸35側に移動する時に、他方のピストン33がクランク軸35から離れる側に移動するように形成されている。この結果、図2に矢印で示すように、一方のピストン33に押されて材料容器25内に進入した作動液が反対側にある吐出弁27を通じて媒体流路46に入り、熱交換器45を通過した後に他方のピストン33を押す。この結果、片側のピストン33のなす仕事が、反対側のピストン33に伝達される。伝達された仕事は、クランク機構13Bで軸駆動力に利用される。
Also in the second embodiment, when one
図4は、本発明の第3の実施例の磁気ヒートポンプシステム53の構成を示すものである。第3の実施例の磁気ヒートポンプシステム53にも、磁気ヒートポンプ本体10と、磁気ヒートポンプ本体10の一方の端部(左側)に設けられた第1の熱交換部1と、磁気ヒートポンプ本体10の他方の端部(右側)に設けられた第2の熱交換部2とを備える。磁気ヒートポンプ本体10の構成は第1又は第2の実施例における磁気ヒートポンプ本体10の構成と同じであるので、同じ構成部財には同じ符号を付してその説明を省略する。
FIG. 4 shows the configuration of a magnetic
第3の実施例の磁気ヒートポンプシステム53は、第1の実施例の磁気ヒートポンプシステム51におけるラジアルピストンポンプ13Rが、斜板コンプレッサ13Cに置き換えられた点を除いて、第1の実施例と同じである。よって、斜板コンプレッサ13Cを除く部分の構成は、同じ部材には同じ符号を付してその説明を省略する。
The magnetic
第3の実施例の斜板コンプレッサ13Cには、例えばラジアルピストンポンプ13Rと同様に、本体39の内部に6つのシリンダ34があり、各シリンダ34の内部には往復動する2つのピストン33が設けられている。そして2つのピストン33が対向する部分には、モータ20によって回転する回転軸21に取り付けられた斜板32Bの外周部が係合している。斜板32Bは、回転軸21に対して斜めに取り付けられており、回転軸21が1回転すると、斜板32Bにより各シリンダ34内の2つのピストン33が2往復する。回転軸21が1回転した時にピストン33を2往復させるためには、斜板32Bの形状を変更すれば良い。
In the
本体39の両端部には端面板37が取り付けられており、モータ20側の端面板37と各シリンダ34内のピストン33との間には、ピストン33を斜板32B側に付勢するスプリング38が挿入されている。一方、各シリンダ34の磁気ヒートポンプ本体10側の端面は、もう一方の端面板37に設けられた連絡通路40に接続している。連絡通路40は、吐出弁27と熱交換器45を結ぶ媒体流路46の途中を、各シリンダ34の磁気ヒートポンプ本体10側の端面に接続するものである。
第3の実施例では、1つの材料容器25の両端にある媒体流路46において、斜板コンプレッサ13Cの一方のピストン33がシリンダ34内の作動液を押し出す方向に移動する時に、他方のピストン33がシリンダ34内に作動液を引き込むように形成されている。この結果、図4に矢印で示すように、一方のピストン33に押されて材料容器25内に進入した作動液が反対側にある吐出弁27を通じて媒体流路46に入り、熱交換器45を通過した後に他方のピストン33を押す。この結果、片側のピストン33のなす仕事が、反対側のピストン33に伝達される。伝達された仕事は、カム機構で軸駆動力に利用される。
In the third embodiment, when one
図5は、本発明の第4の実施例の磁気ヒートポンプシステム54の構成を示すものである。第4の実施例の磁気ヒートポンプシステム54の構成は、図4で説明した第3の実施例の磁気ヒートポンプシステム53の構成と殆ど同じであり、相違点は、斜板コンプレッサ13Dの構成のみである。よって、第4の実施例では、第3の実施例と同じ構成部財には同じ符号を付してその説明を省略する。
FIG. 5 shows a configuration of a magnetic
第4の実施例の磁気ヒートポンプシステム54における斜板コンプレッサ13Dが、第3の実施例の斜板コンプレッサ13Cと異なる点は、媒体流路46側のピストン33と媒体流路46との間にダイアフラム44が設けられている点である。第3の実施例では、シリンダ34内に設けられたピストン33で直接、シリンダ34内に作動液を吸引、或いはシリンダ内の作動液を押し出していた。一方、第4の実施例では、図6に示すように、シリンダ34内に取り付けられたダイアフラム44をピストン33の移動によって変形させることにより、シリンダ34内に作動液Lを吸引、或いはシリンダ内の作動液Lを押し出している。
The
第4の実施例でも、1つの材料容器25の両端にある媒体流路46において、斜板コンプレッサ13Dの一方のシリンダ34内で、ダイアフラム44が作動液Lを押し出す場合、他方のシリンダ34内ではダイアフラム44が作動液を引き込むように形成されている。この結果、図5に矢印で示すように、一方のダイアフラム44に押されて材料容器25内に進入した作動液が反対側にある吐出弁27を通じて媒体流路46に入り、熱交換器45を通過した後に他方のダイアフラム44を押す。この結果、ダイアフラム44の弾性を利用して、作動液Lからなされた仕事が保存され、ピストン33が反対方向へ移動する際の駆動力をアシストする。
Also in the fourth embodiment, when the
以上説明した第1から第4の実施例では、モータ20の回転軸21が磁気ヒートポンプシステム51〜54の磁気ヒートポンプ本体10に直結しているので、ロータ22の回転数はモータ20の回転数と同じであった。一方、第1から第4の実施例では、往復動ポンプ13(ラジアルピストンポンプ13R,クランク機構13B,斜板コンプレッサ13C,13D)が磁気ヒートポンプ本体10の両側に設けられている。そこで、往復動ポンプ13と磁気ヒートポンプ本体10の間の回転軸21に変速機構を設ければ、ロータ22の回転数をモータ20の回転数と異ならせることができる。これを図7を用いて説明する。
In the first to fourth embodiments described above, since the rotating
図7は、第1から第4の実施例の磁気ヒートポンプ本体10の入力側の回転軸21とクランク軸35の間に変速機構GB1を設けると共に、出力側の回転軸21とクランク軸35との間にも変速機構GB2を設けた共通の変形実施例の構成を示すものである。変速機構GB1では、クランク軸35に取り付けたギアG1の歯数に対して、磁気ヒートポンプ本体10の入力側の回転軸21に取り付けたギアG2の歯数が2倍になっている。また、変速機構GB2では、磁気ヒートポンプ本体10の出力側の回転軸21に取り付けたギアG3の歯数に対して、クランク軸35に取り付けたギアG4の歯数が半分になっている。
FIG. 7 shows that a transmission mechanism GB1 is provided between the input-
即ち、変速機構GB1,GB2のギア比は1:2であり、モータ20が2回転すると、磁気ヒートポンプ本体10の中にあるロータが1回転するようになっている。第1の熱交換部1の往復動ポンプ13の回転数と、第2の熱交換部2の往復動ポンプ13の回転数は同じである。このように、変形実施例では、変速機構GB1,GB2のギア比を1:2としているが、変速機構GB1,GB2のギア比を変更することにより、モータ20の回転数に対するロータの回転数を変更することができる。
That is, the gear ratio of the transmission mechanisms GB1 and GB2 is 1: 2, and when the
また、以上説明した実施例では、回転軸に対して、対向する位置にフライホイール効果を備えた2極のロータがあり、その先端部に永久磁石が設けられていたが、ロータの極数(永久磁石の個数)はこれに限定されるものではない。例えば、図8(a)は単極のロータ22の外周部に永久磁石23が取り付けられている例を示しており、図8(b)は4極のロータ22の外周部に永久磁石23が取り付けられている例を示している。図8(b)に示すように永久磁石23の数が多い場合は、変速機構を介して往復動ポンプの回転軸と磁気ヒートポンプ本体の回転軸を連結すれば良い。
In the embodiment described above, there is a two-pole rotor having a flywheel effect at a position facing the rotation axis, and a permanent magnet is provided at the tip of the rotor. The number of permanent magnets) is not limited to this. For example, FIG. 8A shows an example in which a
なお、第1から第4の磁気ヒートポンプシステム51〜54において、往復動ポンプ13により材料容器25から排出される作動液に対して、永久磁石23による磁場の印加、除去を組み合わせることにより、排出作動液の温度を調整することができる。そして、往復動ポンプ13の動作と永久磁石23による磁場の印加、除去を組み合わせにより、特定の材料容器25からは常に温度の低い作動液が排出され、他の特定の材料容器25からは常に温度の高い作動液が排出されるようにすることが可能である。この場合、温度の低い作動液が通過する熱交換器45を集合させてクーラユニットとし、温度の高い作動液が通過する熱交換器45を集合させてヒータユニットとすれば、磁気ヒートポンプシステムを車両の空気調和装置に適用することができる。磁気ヒートポンプシステムを車両の空気調和装置に適用する場合は、クーラユニットを冷房通路の上流に配置し、ヒータユニットを空気調和風の取り込み量を調節するエアミックスダンパの下流側に位置する暖房通路の中に配置すれば良い。
In the first to fourth magnetic
13 熱輸送媒体移動手段(往復動ポンプ)
20 モータ
22 ロータ
23 永久磁石
25 材料容器
26 磁気熱量効果材料
33 ピストン
35 クランク軸
44 ダイアフラム
51〜54 磁気ヒートポンプシステム
13 Heat transport medium moving means (reciprocating pump)
20
Claims (9)
前記磁気熱量効果材料(26)へ印加する磁場の大きさを変更する磁場変更手段(22)と、
回転軸(21)による軸駆動力により駆動され、前記材料容器(25)の両端部の間で、前記熱輸送媒体を往復移動させる熱輸送媒体移動手段(13)と、
前記材料容器(25)の一方の端部側で、前記材料容器(25)から吐出される前記熱輸送媒体を用いて熱交換を行う熱交換器(45)を備えた第1の熱交換部(1)と、
前記材料容器(25)の他方の端部側で、前記材料容器(25)から吐出される前記熱輸送媒体を用いて熱交換を行う熱交換器(45)を備えた第2の熱交換部(2)とを備える磁気ヒートポンプシステムであって、
前記熱輸送媒体移動手段(13)が前記材料容器(25)の両端部において、前記第1の熱交換部(1)と前記第2の熱交換部(2)とにそれぞれ接続されており、
前記熱輸送媒体移動手段(13)が、往復動するピストン(33)をそれぞれ備えており、
前記熱輸送媒体移動手段(13)は、前記熱輸送媒体移動手段(13)の一方のピストン(33)が前記熱輸送媒体に対してなした仕事が、前記熱輸送媒体により、前記熱輸送媒体移動手段(13)の他方のピストン(33)を駆動することで、一方の前記熱輸送媒体移動手段(13)自身を駆動する軸駆動力に利用されるように、且つ前記熱輸送媒体移動手段(13)の他方のピストン(33)が前記熱輸送媒体に対してなした仕事が、前記熱輸送媒体により、前記熱輸送媒体移動手段(13)の一方のピストン(33)を駆動することで、他方の前記熱輸送媒体移動手段(13)自身を駆動する軸駆動力に利用されるように、前記材料容器(25)の両端部に配置されており、
複数の前記材料容器(25)の各個に対して設けられた一対の前記ピストン(33)は、位相が180度ずれたクランク機構にそれぞれ連結されており、
前記クランク機構は前記回転軸(21)に連結されていることを特徴とする磁気ヒートポンプシステム。 A plurality of material containers (25) formed so that a magneto-caloric effect material (26) having a magneto-caloric effect is disposed therein, and a heat transport medium flows therethrough;
Magnetic field changing means (22) for changing the magnitude of the magnetic field applied to the magnetocaloric effect material (26);
A heat transport medium moving means (13) driven by a shaft driving force by the rotating shaft (21) and reciprocatingly moving the heat transport medium between both ends of the material container (25);
1st heat exchange part provided with the heat exchanger (45) which performs heat exchange using the said heat transport medium discharged from the said material container (25) in the one edge part side of the said material container (25) (1) and
2nd heat exchange part provided with the heat exchanger (45) which performs heat exchange using the said heat transport medium discharged from the said material container (25) in the other edge part side of the said material container (25). (2) a magnetic heat pump system comprising:
The heat transport medium moving means (13) is connected to the first heat exchange section (1) and the second heat exchange section (2) at both ends of the material container (25), respectively.
Each of the heat transport medium moving means (13) includes a reciprocating piston (33),
The heat transport medium moving means (13) is configured such that work performed by one piston (33) of the heat transport medium moving means (13) with respect to the heat transport medium is performed by the heat transport medium. By driving the other piston (33) of the moving means (13), the heat transport medium moving means is used so as to be used as an axial driving force for driving one of the heat transport medium moving means (13) itself. The work performed by the other piston (33) of (13) with respect to the heat transport medium drives one piston (33) of the heat transport medium moving means (13) by the heat transport medium. , Arranged at both ends of the material container (25) so as to be used for the shaft driving force for driving the other heat transport medium moving means (13) itself ,
A pair of the pistons (33) provided for each of the plurality of material containers (25) is connected to a crank mechanism that is 180 degrees out of phase.
The magnetic heat pump system, wherein the crank mechanism is connected to the rotating shaft (21) .
前記熱輸送媒体移動手段(13)が前記熱輸送媒体に対してなした仕事が、前記軸駆動力を通じて、前記磁場変更手段(22)の駆動に利用される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。 The heat transport medium moving means (13) and the magnetic field changing means (22) are connected to a common driving means (20),
The heat transport medium moving means (13) work with no respect to the heat transport medium through said axis driving force, to claim 1, characterized in that is used for driving of the magnetic field changing means (22) The magnetic heat pump system described.
前記回転軸(21)によって回転するヨーク(22)は、前記回転軸(21)からの距離が長いほど円周方向の長さが長く形成されたフライホイールの役割を付加して形成され、
前記ヨーク(22)の外周部に設置された永久磁石(23)は、対向する極性が異なる2つの永久磁石の組が前記回転軸(21)に対して点対称の位置に少なくとも1組配置されて設けられていることを特徴とする請求項2に記載の磁気ヒートポンプシステム。 A motor for said drive means (20) is provided with the rotary shaft (21),
The yoke (22) rotated by the rotating shaft (21) is formed by adding the role of a flywheel having a longer circumferential length as the distance from the rotating shaft (21) is longer,
In the permanent magnet (23) installed on the outer peripheral portion of the yoke (22) , at least one set of two permanent magnets having different polarities facing each other is arranged at a point-symmetrical position with respect to the rotating shaft (21). The magnetic heat pump system according to claim 2, wherein the magnetic heat pump system is provided.
前記材料容器(25)は前記永久磁石(23)が回転する円環状の領域の外側に複数配置されており、
前記ピストン(33)は、複数の前記材料容器(25)の各個に対して、両端部にそれぞれ一対ずつ設けられており、
複数の前記材料容器(25)の各個の、一端に接続する前記第1の熱交換部(1)と他端に接続する前記第2の熱交換部(2)はそれぞれ独立した媒体流路(46)を備えることを特徴とする請求項3に記載の磁気ヒートポンプシステム。 The piston (33) reciprocates by the rotation of the rotating shaft (21) ,
A plurality of the material containers (25) are arranged outside an annular region where the permanent magnet (23) rotates,
A pair of pistons (33) is provided at each end of each of the plurality of material containers (25),
In each of the plurality of material containers (25), the first heat exchange part (1) connected to one end and the second heat exchange part (2) connected to the other end are independent medium flow paths ( 46) The magnetic heat pump system according to claim 3, further comprising:
前記磁気熱量効果材料(26)へ印加する磁場の大きさを変更する磁場変更手段(22)と、
回転軸(21)による軸駆動力により駆動され、前記材料容器(25)の両端部の間で、前記熱輸送媒体を往復移動させる熱輸送媒体移動手段(13)と、
前記材料容器(25)の一方の端部側で、前記材料容器(25)から吐出される前記熱輸送媒体を用いて熱交換を行う熱交換器(45)を備えた第1の熱交換部(1)と、
前記材料容器(25)の他方の端部側で、前記材料容器(25)から吐出される前記熱輸送媒体を用いて熱交換を行う熱交換器(45)を備えた第2の熱交換部(2)とを備える磁気ヒートポンプシステムであって、
前記熱輸送媒体移動手段(13)が前記材料容器(25)の両端部において、前記第1の熱交換部(1)と前記第2の熱交換部(2)とにそれぞれ接続されており、
前記熱輸送媒体移動手段(13)が、往復動するピストン(33)をそれぞれ備えており、
前記熱輸送媒体移動手段(13)は、前記熱輸送媒体移動手段(13)の一方のピストン(33)が前記熱輸送媒体に対してなした仕事が、前記熱輸送媒体により、前記熱輸送媒体移動手段(13)の他方のピストン(33)を駆動することで、一方の前記熱輸送媒体移動手段(13)自身を駆動する軸駆動力に利用されるように、前記熱輸送媒体移動手段(13)の他方のピストン(33)が前記熱輸送媒体に対してなした仕事が、前記熱輸送媒体により、前記熱輸送媒体移動手段(13)の一方のピストン(33)を駆動することで、他方の前記熱輸送媒体移動手段(13)自身を駆動する前記回転軸(21)の軸駆動力に利用されるように、前記材料容器(25)の両端部に配置されており、
複数の前記材料容器(25)の各個に対して設けられた一対の前記ピストン(33)は、前記軸駆動力により駆動されて回転する斜板(32B)によって往復動して前記媒体流路(46)に前記熱輸送媒体を流通させることを特徴とする磁気ヒートポンプ。 A plurality of material containers (25) formed so that a magneto-caloric effect material (26) having a magneto-caloric effect is disposed therein, and a heat transport medium flows therethrough;
Magnetic field changing means (22) for changing the magnitude of the magnetic field applied to the magnetocaloric effect material (26);
A heat transport medium moving means (13) driven by a shaft driving force by the rotating shaft (21) and reciprocatingly moving the heat transport medium between both ends of the material container (25);
1st heat exchange part provided with the heat exchanger (45) which performs heat exchange using the said heat transport medium discharged from the said material container (25) in the one edge part side of the said material container (25) (1) and
2nd heat exchange part provided with the heat exchanger (45) which performs heat exchange using the said heat transport medium discharged from the said material container (25) in the other edge part side of the said material container (25). (2) a magnetic heat pump system comprising:
The heat transport medium moving means (13) is connected to the first heat exchange section (1) and the second heat exchange section (2) at both ends of the material container (25), respectively.
Each of the heat transport medium moving means (13) includes a reciprocating piston (33),
The heat transport medium moving means (13) is configured such that work performed by one piston (33) of the heat transport medium moving means (13) with respect to the heat transport medium is performed by the heat transport medium. By driving the other piston (33) of the moving means (13), the heat transport medium moving means (in order to be used for the shaft driving force that drives one of the heat transport medium moving means (13) itself. The work that the other piston (33) of 13) did with respect to the heat transport medium drives one piston (33) of the heat transport medium moving means (13) by the heat transport medium, Arranged at both ends of the material container (25) so as to be used for the axial driving force of the rotating shaft (21) that drives the other heat transport medium moving means (13) itself,
A pair of the pistons (33) provided for each of the plurality of material containers (25) is reciprocated by a swash plate (32B) that is driven by the shaft driving force to rotate, so that the medium flow path ( 46) A magnetic heat pump characterized in that the heat transport medium is circulated in 46).
前記熱輸送媒体移動手段(13)が前記熱輸送媒体に対してなした仕事が、前記軸駆動力を通じて、前記磁場変更手段(22)の駆動に利用され、
前記駆動手段(20)が前記回転軸(21)を備えたモータであり、
前記回転軸(21)によって回転するヨーク(22)は、前記回転軸(21)からの距離が長いほど円周方向の長さが長く形成されたフライホイールの役割を付加して形成され、
前記ヨーク(22)の外周部に設置された永久磁石(23)は、対向する極性が異なる2つの永久磁石の組が前記回転軸(21)に対して点対称の位置に少なくとも1組配置されて設けられており、
前記ピストン(33)が、前記回転軸(21)の回転によって往復動し、
前記材料容器(25)は前記永久磁石(23)が回転する円環状の領域の外側に複数配置されており、
前記ピストン(33)は、複数の前記材料容器(25)の各個に対して、両端部にそれぞれ一対ずつ設けられており、
複数の前記材料容器(25)の各個の、一端に接続する前記第1の熱交換部(1)と他端に接続する前記第2の熱交換部(2)はそれぞれ独立した媒体流路(46)を備えることを特徴とする請求項6から8の何れか1項に記載の磁気ヒートポンプシステム。 The heat transport medium moving means (13) and the magnetic field changing means (22) are connected to a common driving means (20),
The work performed by the heat transport medium moving means (13) on the heat transport medium is used for driving the magnetic field changing means (22) through the shaft driving force,
The drive means (20) is a motor provided with the rotating shaft (21);
The yoke (22) rotated by the rotating shaft (21) is formed by adding the role of a flywheel having a longer circumferential length as the distance from the rotating shaft (21) is longer,
In the permanent magnet (23) installed on the outer peripheral portion of the yoke (22), at least one set of two permanent magnets having different polarities facing each other is arranged at a point-symmetrical position with respect to the rotating shaft (21). Provided,
The piston (33) reciprocates by the rotation of the rotating shaft (21),
A plurality of the material containers (25) are arranged outside an annular region where the permanent magnet (23) rotates,
A pair of pistons (33) is provided at each end of each of the plurality of material containers (25),
In each of the plurality of material containers (25), the first heat exchange part (1) connected to one end and the second heat exchange part (2) connected to the other end are independent medium flow paths ( 46) The magnetic heat pump system according to any one of claims 6 to 8, further comprising:
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