JP6589706B2 - Thermomagnetic cycle equipment - Google Patents
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Description
ここに開示される技術は、磁性体の温度特性を利用する熱磁気サイクル装置に関し、磁気熱量効果型ヒートポンプ装置として利用することができる。 The technology disclosed herein relates to a thermomagnetism cycle device that utilizes the temperature characteristics of a magnetic material, and can be used as a magnetocaloric effect type heat pump device.
従来技術として、例えば下記特許文献１に開示された熱磁気サイクル装置がある。この装置は、容器であるハウジングと、磁気熱量素子と、磁場変調装置と、熱輸送装置とを備える。ハウジングは作業室を区画形成し、作業室には磁気熱量素子が収容されている。磁場変調装置は、磁気熱量素子に印加される外部磁場を変調する。熱輸送装置は、磁気熱量素子に高温端と低温端とを生成するように、磁気熱量素子と熱交換する熱輸送媒体を、外部磁場の変調に同期して作業室の内部で往復移動させる。
As a prior art, for example, there is a thermomagnetic cycle apparatus disclosed in
本発明者は、上記特許文献１の開示技術を参照し、装置を試作して磁場変調装置及び熱輸送装置を運転したところ、思いの外、装置から出力が得られない場合があるという問題に直面した。本発明者は、上記問題点の原因について鋭意検討を行ない、磁気熱量素子と容器との間に生まれてしまう隙間が原因であることを見出した。
The present inventor refers to the technology disclosed in the above-mentioned
上記特許文献１には、作業室内への磁気熱量素子の具体的な設置構成に関して開示されていない。そこで、本発明者は、装置を試作する際に、作業室の形状に対応した磁気熱量素子を作業室内に挿設する構成を採用した。ここで用いた磁気熱量素子は、熱輸送媒体を往復移動方向に流通可能な内部流通路を有している。磁気熱量素子の外形は、作業室形状とほぼ同等である。しかしながら、作業室の寸法及び磁気熱量素子の外形寸法を、加工ばらつきを考慮して設定し、作業室内への磁気熱量素子の挿設性を確保した。そのため、容器と磁気熱量素子との組み合わせにより、容器と磁気熱量素子との間に生まれる隙間寸法が異なる。本発明者は、容器と磁気熱量素子との間の隙間寸法が比較的大きい装置では、
思いの外出力が得られないことを見出した。
I found that unexpected output was not obtained.
熱磁気サイクル装置では、熱輸送装置により作業室内で熱輸送媒体を往復移動させる際に、理想的な振幅で往復移動したときに設計上の目標出力が得られる。容器と磁気熱量素子との隙間寸法が比較的大きい装置では、熱輸送装置により作業室内で熱輸送媒体を往復移動させる際に、往復移動の振幅に偏りが発生する。流通抵抗が比較的小さい隙間では、熱輸送媒体の往復移動振幅が理想的な振幅より大きくなる。一方、流通抵抗が比較的大きい内部流通路では、熱輸送媒体の往復移動振幅が理想的な振幅より小さくなる。本発明者は、このような熱輸送媒体の往復移動動作が、装置からの出力が小さくなる原因であると推定した。 In the thermomagnetism cycle device, when the heat transport medium is reciprocated in the working chamber by the heat transport device, a design target output can be obtained when the heat transport medium reciprocates with an ideal amplitude. In an apparatus in which the gap between the container and the magnetocaloric element is relatively large, when the heat transport medium is reciprocated in the work chamber by the heat transport device, the amplitude of the reciprocation is biased. In the gap where the flow resistance is relatively small, the reciprocation amplitude of the heat transport medium is larger than the ideal amplitude. On the other hand, in the internal flow passage having a relatively large flow resistance, the reciprocation amplitude of the heat transport medium is smaller than the ideal amplitude. The present inventor presumed that such a reciprocating operation of the heat transport medium is a cause of a decrease in output from the apparatus.
ここに開示される技術は、上記点に鑑みてなされたものであり、安定して出力を得ることが可能な熱磁気サイクル装置を提供することを目的とする。 The technology disclosed herein has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a thermomagnetic cycle device capable of stably obtaining an output.
上記目的を達成するため、開示された技術の一つでは、外部磁場の強弱により発熱と吸熱とを生じる磁気熱量素子（１２）と、磁気熱量素子が配置される作業室（１１）が形成された容器（７）と、磁気熱量素子に印加される外部磁場を変調する磁場変調装置（１４）と、磁気熱量素子に高温端と低温端とを生成するように、磁気熱量素子と熱交換する熱輸送媒体を作業室の内部で往復移動させる熱輸送装置（１６）と、磁気熱量素子と容器との間の隙間（１１１）を閉塞するための枠体（２１）とを備え、磁気熱量素子は、キュリー温度が異なる複数の素子ユニット（１２ａ−１２ｄ）を往復移動の方向に配列してなり、複数の素子ユニットのそれぞれは、往復移動の方向に直交する方向（ＺＺ）に積層された複数の板部材（１２１）を有し、熱輸送媒体を往復移動の方向に流通可能な内部流通路（１２３）を有するものであって、枠体は、内部流通路を流れる熱輸送媒体の流れを阻害しないように、複数の素子ユニットの各素子ユニット間に設けられており、枠体は、素子ユニットに密着するように、各素子ユニット間では隣り合う素子ユニットに挟まれており、枠体の外周部は、隙間を閉塞するために、容器の作業室に臨む面に密着している。 In order to achieve the above object, in one of the disclosed techniques, a magnetocaloric element (12) that generates heat and absorbs heat due to the strength of an external magnetic field and a work chamber (11) in which the magnetocaloric element is disposed are formed. Heat exchange with the magnetocaloric element so as to generate a high temperature end and a low temperature end of the magnetic container (7), a magnetic field modulation device (14) for modulating an external magnetic field applied to the magnetocaloric element, and a magnetocaloric element. A heat transport device (16) for reciprocating the heat transport medium in the working chamber; and a frame (21) for closing the gap (111) between the magnetocaloric device and the container, the magnetocaloric device Is formed by arranging a plurality of element units (12a-12d) having different Curie temperatures in a reciprocating direction, and each of the plurality of element units is stacked in a direction (ZZ) orthogonal to the reciprocating direction. Plate member (121) The heat transport medium be one having an internal flow passage can flow in the direction of the reciprocating movement (123), the frame body so as not to inhibit the flow of heat transfer medium flowing inside flow passage, a plurality of element units The element is sandwiched between adjacent element units so that the frame is in close contact with the element unit, and the outer periphery of the frame closes the gap. in, it is in close contact with the surface facing the working chamber of the container.
これによると、規制部材を閉塞部材とした場合には、規制部材で、磁気熱量素子と容器との間の隙間に熱輸送媒体が流れることを抑止することができる。また、規制部材を絞り部材とした場合には、規制部材で、磁気熱量素子と容器との間の隙間に熱輸送媒体が流れることを抑制することができる。したがって、規制部材により、磁気熱量素子の内部流通路に理想的な設計振幅の熱輸送媒体の往復移動を提供することができる。このようにして、熱磁気サイクル装置から安定して出力を得ることができる。 According to this, when the restricting member is a closing member, the restricting member can prevent the heat transport medium from flowing into the gap between the magnetocaloric element and the container. Further, when the restricting member is a throttle member, the restricting member can prevent the heat transport medium from flowing into the gap between the magnetocaloric element and the container. Therefore, the restricting member can provide the reciprocating movement of the heat transport medium having an ideal design amplitude in the internal flow path of the magnetocaloric element. In this way, a stable output can be obtained from the thermomagnetic cycle device.
なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、開示技術の範囲を限定するものではない。 In addition, the code | symbol in the parenthesis described in a claim and this clause shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later as one aspect, Comprising: The range of an indication technique is limited It is not a thing.
以下に、図面を参照しながら開示技術を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組み合せることも可能である。 Hereinafter, a plurality of modes for carrying out the disclosed technology will be described with reference to the drawings. In each embodiment, parts corresponding to the matters described in the preceding embodiment may be denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted. In the case where only a part of the configuration is described in each embodiment, the other parts of the configuration are the same as those described previously. In addition to the combination of parts specifically described in each embodiment, the embodiments may be partially combined as long as the combination is not particularly troublesome.
（第１実施形態）
開示技術を適用した第１実施形態について、図１〜図１２を参照して説明する。
(First embodiment)
A first embodiment to which the disclosed technology is applied will be described with reference to FIGS.
図１は、開示技術を適用した車両用空調装置１を示すブロック図である。図１に示すように、車両用空調装置１は、磁気熱量効果型ヒートポンプ装置２を備える。磁気熱量効果型ヒートポンプ装置２は、ＭＨＰ（Magneto-caloric effect Heat Pump）装置２、または単に磁気ヒートポンプ装置２とも呼ばれる。ＭＨＰ装置２は、熱磁気サイクル装置を提供する。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a
この明細書においてヒートポンプ装置の語は広義の意味で使用される。すなわち、ヒートポンプ装置の語には、ヒートポンプ装置によって得られる冷熱を利用する装置と、ヒートポンプ装置によって得られる温熱を利用する装置との両方が含まれる。冷熱を利用する装置は、冷凍サイクル装置とも呼ばれることがある。よって、この明細書においてヒートポンプ装置の語は冷凍サイクル装置を包含する概念として使用される。 In this specification, the term heat pump device is used in a broad sense. That is, the term “heat pump device” includes both a device that uses the cold energy obtained by the heat pump device and a device that uses the heat energy obtained by the heat pump device. An apparatus using cold heat may be referred to as a refrigeration cycle apparatus. Therefore, in this specification, the term heat pump apparatus is used as a concept including a refrigeration cycle apparatus.
車両用空調装置１は、ＭＨＰ装置２の高温側に設けられた熱交換器３を有する。熱交換器３は、ＭＨＰ装置２の高温と、媒体、例えば空気との間の熱交換を提供する。熱交換器３は、主として放熱のために用いられる。図示の例では、熱交換器３は、ＭＨＰ装置２の熱輸送媒体と、空気との熱交換を提供する。熱交換器３は、車両用空調装置１における高温系統機器のひとつである。熱交換器３は、例えば車両の室内に設置され、空調用空気と熱交換することにより空気を温める。熱交換器３は、作業室１１からの熱出力のうち高温端からの温熱出力を用いて、被加熱流体である例えば空調用空気を加熱する。熱交換器３は、熱輸送媒体との熱交換により被加熱流体を加熱する高温側熱交換器である。
The
車両用空調装置１は、ＭＨＰ装置２の低温側に設けられた熱交換器４を有する。熱交換器４は、ＭＨＰ装置２の低温端と、媒体、例えば空気との間の熱交換を提供する。熱交換器４は、主として吸熱のために用いられる。図示の例では、熱交換器４は、ＭＨＰ装置２の熱輸送媒体と、熱源媒体との熱交換を提供する。熱交換器４は、車両用空調装置１における低温系統機器のひとつである。熱交換器４は、例えば車両の外部に設置され、外気と熱交換する。熱交換器４は、作業室１１からの熱出力のうち低温端からの冷熱出力を用いて、被冷却流体である例えば外気を冷却する。熱交換器４は、熱輸送媒体との熱交換により被冷却流体を冷却する低温側熱交換器である。
The
ＭＨＰ装置２は、ＭＨＰ装置２を駆動するための回転軸２ａを有する。回転軸２ａは、動力源５と作動的に連結されている。よって、ＭＨＰ装置２は、動力源５によって回転駆動される。動力源５は、ＭＨＰ装置２に回転動力を提供する。動力源５は、ＭＨＰ装置２の唯一の動力源である。動力源５は、電動機、内燃機関など回転機器によって提供される。動力源の一例は、車両に搭載された電池によって駆動される電動機である。以下、動力源を、モータと呼ぶ場合がある。
The
ＭＨＰ装置２は、ハウジング６を備える。ハウジング６は回転軸２ａを回転可能に支持している。ＭＨＰ装置２は、ロータ７を備える。ロータ７は、ハウジング６内に回転可能に支持されている。ロータ７は、回転軸２ａから直接的にまたは間接的に回転力を受けて、回転する。ロータ７は、動力源５によって回転させられる回転体である。ロータ７は、円筒状の部材である。
The
ロータ７は、熱輸送媒体が流れることができる作業室１１を形成する。ひとつの作業室１１は、ロータ７の軸方向に沿って延びている。ひとつの作業室１１は、ロータ７の軸方向の両方の端面において開口している。ロータ７は、複数の作業室１１を備えることができる。複数の作業室１１は、ロータ７の回転方向に沿って配列されている。ロータ７は、容器に相当する。以下、ロータを、容器または素子ベッドと呼ぶ場合がある。
The
ロータ７は、磁気熱量素子１２を備える。磁気熱量素子１２は、ＭＣＥ（Magneto-Caloric Effect）素子１２とも呼ばれる。ＭＨＰ装置２は、ＭＣＥ素子１２の磁気熱量効果を利用する。ＭＨＰ装置２は、ＭＣＥ素子１２によって低温端と高温端とを生成する。ＭＣＥ素子１２は、低温端と高温端との間に設けられている。図示の例では、図中の右側が低温端であり、図中の左端が高温端である。
The
ＭＣＥ素子１２は、作業室１１内に、熱輸送媒体と熱交換するように配置されている。ＭＣＥ素子１２は、ロータ７に固定され、保持されている。ＭＣＥ素子１２は、熱輸送媒体の流れ方向に沿って配置されている。ＭＣＥ素子１２は、ロータ７の軸方向に沿って細長く延在している。ロータ７は、複数のＭＣＥ素子１２を備えることができる。複数のＭＣＥ素子１２は、ロータ７の回転方向に沿って互いに離れて配置されている。
The
ＭＣＥ素子１２は、外部磁場の強弱の変化に応答して発熱と吸熱とを生じる。ＭＣＥ素子１２は、外部磁場の印加により発熱し、外部磁場の除去により吸熱する。ＭＣＥ素子１２は、外部磁場が印加されることによって電子スピンが磁場方向に揃うと、磁気エントロピーが減少し、熱を放出することによって温度が上昇する。また、ＭＣＥ素子１２は、外部磁場が除去されることによって電子スピンが乱雑になると、磁気エントロピーが増加し、熱を吸収することによって温度が低下する。ＭＣＥ素子１２は、常温域において高い磁気熱量効果を発揮する磁性体によって作られている。例えば、ガドリウム系材料、またはランタン−鉄−シリコン化合物を用いることができる。また、マンガン、鉄、リンおよびゲルマニウムの混合物を用いることができる。ＭＣＥ素子１２には、外部磁場の印加により吸熱し、外部磁場の除去により発熱する素子を利用してもよい。
The
ＭＨＰ装置２は、ロータ７と対向して配置されたステータ８を有する。ステータ８は、ハウジング６の一部によって提供されている。ステータ８は、ロータ７の径方向内側および／または径方向外側に配置され、ロータ７と径方向に関して対向する部位を有する。これら径方向に関して対向する部位は、磁場変調装置を提供するために利用される。ステータ８は、ロータ７の軸方向一端および／または軸方向他端に配置され、ロータ７と軸方向に関して対向する部位を有する。これら軸方向に対向する部位は、熱輸送装置、具体的には流路切換機構を提供するために利用される。
The
ＭＨＰ装置２は、ＭＣＥ素子１２をＡＭＲ(Active Magnetic Refrigeration)サイクルの素子として機能させるための磁場変調装置１４と熱輸送装置１６とを備える。磁場変調装置１４は、ロータ７と、ステータ８とによって提供される。磁場変調装置１４は、ステータ８に対するロータ７の相対的な回転運動によって磁場を周期的に増減させる。磁場変調装置１４は、回転軸２ａに与えられる回転動力によって駆動される。熱輸送装置１６は、ポンプ１７と、流路切換機構１８とを有する。流路切換機構１８は、ロータ７と、ステータ８とによって提供される。流路切換機構１８は、ステータ８に対するロータ７の相対的な回転運動によって機能する。流路切換機構１８は、熱輸送媒体の流路に対する作業室１１の接続状態を切換えることにより、作業室１１およびＭＣＥ素子１２に対する熱輸送媒体の流れ方向を反転するように切換える。
The
磁場変調装置１４は、ＭＣＥ素子１２に外部磁場を与えるとともに、その外部磁場の強さを増減させる。磁場変調装置１４は、ＭＣＥ素子１２を強い磁界内に置く励磁状態と、ＭＣＥ素子１２を弱い磁界内またはゼロ磁界内に置く消磁状態とを周期的に切換える。磁場変調装置１４は、ＭＣＥ素子１２が強い外部磁場の中に置かれる励磁期間、およびＭＣＥ素子１２が励磁期間より弱い外部磁場の中に置かれる消磁期間を周期的に繰り返すように外部磁場を変調する。磁場変調装置１４は、後述する熱輸送媒体の往復的な流れに同期して、ＭＣＥ素子１２への磁場の印加と除去とを繰り返す。磁場変調装置１４は、外部磁場を生成するための磁力源１３、例えば永久磁石、または電磁石を備える。
The
具体的には、磁場変調装置１４は、ひとつの作業室１１およびＭＣＥ素子１２を第１位置と第２位置とに交互に位置付ける。磁場変調装置１４は、第１位置にあるＭＣＥ素子１２を強い磁場の中に位置付ける。磁場変調装置１４は、第２位置にあるＭＣＥ素子１２を弱い磁場またはゼロ磁場の中に位置付ける。
Specifically, the magnetic
磁場変調装置１４は、ＭＣＥ素子１２に沿って第１方向に熱輸送媒体が流れるときに、ＭＣＥ素子１２が強い磁場の中に位置付けられるように、ＭＣＥ素子１２を第１位置に位置付ける。第１方向は、低温端から高温端に向かう方向である。磁場変調装置１４は、作業室１１の一端がポンプ１７の吸入口に連通し、作業室１１の他端がポンプ１７の吐出口に連通するときに、その作業室１１の中のＭＣＥ素子１２が強い磁場の中に置かれるようにＭＣＥ素子１２を第１位置に位置付ける。
The
磁場変調装置１４は、ＭＣＥ素子１２に沿って第１方向とは反対の第２方向に熱輸送媒体が流れるときに、ＭＣＥ素子１２が弱い磁場またはゼロ磁場の中に位置付けられるように、ＭＣＥ素子１２を第２位置に位置付ける。第２方向は、高温端から低温端に向かう方向である。磁場変調装置１４は、作業室１１の一端がポンプ１７の吐出口に連通し、作業室１１の他端がポンプ１７の吸入口に連通するときに、ＭＣＥ素子１２が弱い磁場またはゼロ磁場の中に置かれるようにＭＣＥ素子１２を第２位置に位置付ける。
The
熱輸送装置１６は、ＭＣＥ素子１２が放熱または吸熱する熱を輸送するための熱輸送媒体と、この熱輸送媒体を流すための流体機器とを備える。熱輸送装置１６は、ＭＣＥ素子１２と熱交換する熱輸送媒体をＭＣＥ素子１２に沿って流す装置である。熱輸送装置１６は、ＭＣＥ素子１２に沿って熱輸送媒体を往復的に流す。熱輸送装置１６は、磁場変調装置１４による外部磁場の変化に同期して、熱輸送媒体の往復的な流れを発生させる。熱輸送装置１６は、磁場変調装置１４による磁場の増減に同期して熱輸送媒体の流れ方向を切換える。
The
ＭＣＥ素子１２と熱交換する熱輸送媒体は一次媒体と呼ばれる。一次媒体は、不凍液、水、油などの流体によって提供することができる。熱輸送装置１６は、熱輸送媒体を流すためのポンプ１７を備える。ポンプ１７は、一方向に熱輸送媒体を流す一方向ポンプである。ポンプ１７は、熱輸送媒体を吸入する吸入口と、熱輸送媒体を吐出する吐出口とを有する。ポンプ１７は、熱輸送媒体の環状の流れ経路の上に配置されている。ポンプ１７は、環状の流れ経路の中に熱輸送媒体の一方向の流れを生じさせる。ポンプ１７は、回転軸２ａによって駆動される。ポンプ１７は、例えば容積型ポンプである。
The heat transport medium that exchanges heat with the
熱輸送装置１６は、流路切換機構１８を備える。流路切換機構１８は、ひとつの作業室１１およびひとつのＭＣＥ素子１２に関する熱輸送媒体の流れ方向を反転させるように、作業室１１に対して熱輸送媒体の流路を切換える。言い換えると、流路切換機構１８は、一方向型のポンプ１７によって生成される熱輸送媒体の一方向の流れの中における作業室１１の配置を流れ方向に関して反転させる。流路切換機構１８は、ポンプ１７を含む環状の流路の中における往路と復路とにひとつの作業室１１を交互に位置付ける。流路切換機構１８は、ひとつの作業室１１およびひとつのＭＣＥ素子１２と、ポンプ１７を含む環状の流路との接続関係を少なくとも２つの状態に切換える。第１の状態は、作業室１１の一端がポンプ１７の吸入口に連通し、作業室１１の他端がポンプ１７の吐出口に連通した状態である。第２の状態は、作業室１１の一端がポンプ１７の吐出口に連通し、作業室１１の他端がポンプ１７の吸入口に連通した状態である。
The
具体的には、流路切換機構１８は、ひとつの作業室１１およびＭＣＥ素子１２を第１位置と第２位置とに交互に位置付ける。流路切換機構１８は、第１位置にあるＭＣＥ素子１２に沿って第１方向に熱輸送媒体を流すように、そのＭＣＥ素子１２を収容する作業室１１を流れ経路に連通させる。流路切換機構１８は、第２位置にあるＭＣＥ素子１２に沿って第１方向とは反対の第２方向に熱輸送媒体を流すように、そのＭＣＥ素子１２を収容する作業室１１を流れ経路に連通させる。流路切換機構１８は、ＭＣＥ素子１２に対して熱輸送媒体を往復的に流すように、ポンプ１７を含む熱輸送媒体の流れ経路と、ＭＣＥ素子１２、すなわち作業室１１との接続状態を切換える。以下、熱輸送媒体が往復的に流れることを、熱輸送媒体の往復移動、又は熱輸送媒体の往復動を言う場合がある。
Specifically, the flow
流路切換機構１８は、ひとつのＭＣＥ素子１２が第１位置にあるときに、そのＭＣＥ素子１２に沿って第１方向に熱輸送媒体が流れるように、そのＭＣＥ素子１２を収容する作業室１１と流路とを接続する。流路切換機構１８は、ひとつのＭＣＥ素子１２が第１位置にあるときに、そのＭＣＥ素子１２を収容する作業室１１の一端とポンプ１７の吸入口とを連通し、他端とポンプ１７の吐出口とを連通する。
The flow
流路切換機構１８は、ひとつのＭＣＥ素子１２が第２位置にあるときに、そのＭＣＥ素子１２に沿って第１方向とは反対の第２方向に熱輸送媒体が流れるように、そのＭＣＥ素子１２を収容する作業室１１と流路とを接続する。流路切換機構１８は、ひとつのＭＣＥ素子１２が第２位置にあるときに、そのＭＣＥ素子１２を収容する作業室１１の一端とポンプ１７の吐出口とを連通し、他端とポンプ１７の吸入口とを連通する。
The flow
ＭＨＰ装置２は、熱交換器３から熱輸送媒体を受け入れる高温側入口１６ａを有する。高温側入口１６ａはポンプ１７の吸入口に連通可能である。ＭＨＰ装置２は、熱交換器３へ向けて熱輸送媒体を供給する高温側出口１６ｂを有する。高温側出口１６ｂは、第１位置にある作業室１１の一端に連通可能である。ＭＨＰ装置２は、熱交換器４から熱輸送媒体を受け入れる低温側入口１６ｃを有する。低温側入口１６ｃは、第１位置にある作業室１１の他端に連通可能である。ＭＨＰ装置２は、熱交換器４へ向けて熱輸送媒体を供給する低温側出口１６ｄを有する。低温側出口１６ｄは、第２位置にある作業室１１の他端に連通可能である。第２位置にある作業室１１の一端はポンプ１７の吐出口と連通可能である。
The
ロータ７は、ＭＣＥ素子１２を保持するための素子ベッドとも呼ばれる。この実施形態では、ＭＣＥ素子１２を収容する作業室１１を形成する素子ベッドが回転軸２ａと作動的に連結されている。流路切換機構１８と磁場変調装置１４との両方に関連するＭＣＥ素子１２を含む素子ベッドが回転軸２ａによって移動する。よって効率的な駆動が可能である。
The
ポンプ１７、流路切換機構１８、および磁場変調装置１４は、共通のハウジング６の中に収容されている。この構成によると、ポンプ１７を流路切換機構１８の近傍に設置することができる。このため、長い配管を要することなくポンプ１７と流路切換機構１８とが接続される。この結果、ポンプ１７を含む流れ経路の分岐があっても、熱輸送媒体の流れの差を抑制することができる。この構成では、ホースなどの配管を用いることなくハウジング６内の流路を利用できる。よって、分岐した流れ経路の間において、配管に起因する熱輸送媒体の流れの差が抑制される。
The
回転軸２ａとロータ７との間には、変速機構９が配置されている。変速機構９は、例えば遊星歯車機構によって提供される。変速機構９は、ポンプ１７のボディとステータ８との間に配置されている。変速機構９は、ポンプ１７の回転数が、流路切換機構１８および磁場変調装置１４の回転数より高くなるように回転軸２ａから伝達される回転数を調節する。この構成によると、ポンプ１７の回転数が、流路切換機構１８および磁場変調装置１４の回転数より高くなる。これにより、高回転型のポンプ１７を利用することができる。ポンプ１７が高い回転数で回転することにより、ポンプ１７の流量の増加、および／または小型のポンプ１７の利用が可能となる。
A
車両用空調装置１は、車両に搭載され、車両の乗員室の温度を調節する。２つの熱交換器３、４は、車両用空調装置１の一部を提供する。熱交換器３は、熱交換器４より高温になる高温側熱交換器３である。熱交換器４は、熱交換器３より低温になる低温側熱交換器４である。車両用空調装置１は、高温側熱交換器３、および／または低温側熱交換器４を室内空調のために利用するための空調ダクトおよび送風機などの空気系機器を備える。
The
車両用空調装置１は、冷房装置または暖房装置として利用される。車両用空調装置１は、室内に供給される空気を冷却する冷却器と、冷却器によって冷却された空気を加熱する加熱器とを備えることができる。ＭＨＰ装置２は、車両用空調装置１における冷熱供給源、または温熱供給源として利用される。すなわち、高温側熱交換器３は上記加熱器として用いることができる。また、低温側熱交換器４は上記冷却器として用いることができる。
The
ＭＨＰ装置２が温熱供給源として利用される場合、高温側熱交換器３を通過した空気は車両の室内に供給され、暖房のために利用される。このとき、低温側熱交換器４を通過した空気は車両の室外に排出される。熱交換器３は、室内熱交換器とも呼ばれる。熱交換器４は、室外熱交換器とも呼ばれる。
When the
ＭＨＰ装置２が冷熱供給源として利用される場合、低温側熱交換器４を通過した空気は車両の室内に供給され、冷房のために利用される。このとき、高温側熱交換器３を通過した空気は車両の室外に排出される。熱交換器４は、室内熱交換器とも呼ばれる。熱交換器３は、室外熱交換器とも呼ばれる。
When the
ＭＨＰ装置２は、除湿装置として利用されることもある。この場合、低温側熱交換器４を通過した空気は、その後に、高温側熱交換器３を通過し、室内に供給される。ＭＨＰ装置２は、冬期においても、夏期においても、温熱供給源として利用される。
The
図２には、容器であるロータ７のうち、一つの作業室１１の形成部分を図示している。図２は、ロータ７の一部を、作業室１１の端部側から見た図である。ＭＣＥ素子１２は、作業室１１に配設されている。図３に示すように、一つのＭＣＥ素子１２は、複数の素子ユニット１２ａ−１２ｄを備える。複数の素子ユニット１２ａ−１２ｄは、ＭＣＥ素子１２の長手方向、すなわち熱輸送媒体の流れ方向に沿って積層されている。一つのＭＣＥ素子１２を構成する複数の素子ユニットの数は４つに限定されない。素子ユニットは３つ以下であってもよいし、５つ以上であってもよい。
FIG. 2 illustrates a portion where one working
複数の素子ユニット１２ａ−１２ｄのそれぞれを構成する材料は、互いにキュリー温度が異なる。複数の素子ユニット１２ａ−１２ｄは、異なる温度帯において高い磁気熱量効果を発揮する。高温端に近い素子ユニット１２ｄは、定常運転状態において高温端に現れる温度の近傍において高い磁気熱量効果を発揮する材料組成を有する。低温端に近い素子ユニット１２ａは、定常運転状態において低温端に現れる温度の近傍において高い磁気熱量効果を発揮する材料組成を有する。中温部に近い素子ユニット１２ｂ、１２ｃは、定常運転状態において中温部に現れる温度の近傍において高い磁気熱量効果を発揮する材料組成を有する。
The materials constituting each of the plurality of
本実施形態では、定常運転において高温端と低温端との間に作り出される温度差を複数の素子ユニット１２ａ−１２ｄが分担する。これにより、それぞれの素子ユニットにおいて高い効率が得られる。換言すると、複数の素子ユニット１２ａ−１２ｄは、定常温度差が得られるときに、それぞれの素子ユニットが所定の閾値を上回る磁気熱量効果を発揮するように調節されている。複数の素子ユニット１２ａ−１２ｄは、作業室１１内に、所謂カスケード配置されている。
In the present embodiment, the plurality of
複数の素子ユニット１２ａ−１２ｄのそれぞれは、図４に例示する構造を有している。一つの素子ユニット１２ａは、外形が例えば直方体である。素子ユニット１２ａは、例えば断面矩形状の内部流通路１２３を複数有している。内部流通路１２３は、素子ユニット１２ａの内部に熱輸送媒体を流通可能に形成されている。内部流通路１２３は、作業室１１内における熱輸送媒体の往復動方向に延びている。内部流通路１２３は、素子ユニット１２ａの内部において、素子ユニット１２ａに沿って熱輸送媒体を往復移動可能な通路を提供する。
Each of the plurality of
図５に例示するように、素子ユニット１２ａは、板部材１２１と対をなすスペーサ１２２とを交互にＺＺ方向に積層して構成することができる。対をなすスペーサ１２２は、２枚の板部材１２１の間で、板部材１２１の延在方向の両端部に配設される。２枚の板部材１２１と一対のスペーサ１２２により、１つの内部流通路１２３が形成される。板部材１２１及びスペーサ１２２は、同一の材料により形成されている。素子ユニット１２ａは、板部材１２１とスペーサ１２２とを、例えば焼成加工により一体化して形成される。
As illustrated in FIG. 5, the
素子ユニット１２ｂ−１２ｄのそれぞれも、素子ユニット１２ａと同様の構成を有している。複数の素子ユニット１２ａ−１２ｄは、図３に示すように、熱輸送媒体の往復動方向であるＸＸ方向に配列されている。図２では、紙面表裏方向がＸＸ方向である。また、図２では図示左右方向であるＹＹ方向が、図３では紙面表裏方向が、磁場方向である。ＹＹ方向は、磁場変調装置１４による磁力線の通過方向である。各素子ユニットの板部材１２１は、ＹＹ方向に延びている。
Each of the
図３に示すように、素子ユニット１２ａ−１２ｄのそれぞれの両端には、枠体２１が配設されている。素子ユニット列の両端及び各素子ユニット間には、それぞれ１枚の枠体２１が設けられている。枠体２１は、素子ユニットに密着するように配設されている。各素子ユニット間では、隣り合う素子ユニット同士に挟まれるように枠体２１が配設されている。
As shown in FIG. 3,
図２に示すように、枠体２１の外周部は、ロータ７の作業室１１に臨む面に密着している。枠体２１は、例えばゴム材又は樹脂材からなる。枠体２１は、比較的硬度が低い金属材により形成することもできる。枠体２１は、弾性材からなる弾性部材である。枠体２１は、弾性部材がロータ７や素子ユニット１２ａ−１２ｄに押されて弾性変形した際に発生する復原力により、弾性部材がロータ７や素子ユニット１２ａ−１２ｄに密着する。
As shown in FIG. 2, the outer peripheral portion of the
枠体２１は、ロータ７と素子ユニットとの間の隙間１１１を、ＸＸ方向の端部で閉塞するように設けられる。また、枠体２１は、内部流通路１２３を流れる熱輸送媒体の流れを阻害しないように設けられる。素子ユニット１２ａ−１２ｄの外形寸法、及び、作業室１１の寸法は、素子ユニット１２ａ−１２ｄの作業室１１内への収容性を考慮して設定される。そのため、素子ユニット１２ａ−１２ｄとロータ７との間には、若干の隙間１１１が形成されてしまう。
The
素子ユニット１２ａ−１２ｄ及びロータ７は、いずれも加工ばらつき等を加味して加工公差が設定される。素子ユニット１２ａ−１２ｄの寸法及びロータ７の寸法には、設計標準値からの許容偏差が設定される。素子ユニット１２ａ−１２ｄとロータ７との間には、許容偏差内であれば相互に組付を可能とするために、隙間１１１が生まれてしまう。枠体２１は、この隙間１１１を閉塞するために設けられる。枠体２１の幅は、素子ユニット及び作業室の寸法許容偏差内における隙間１１１の最大幅以上に設定される。また、枠体２１の幅は、図５に示したスペーサ１２２の幅以下であることが好ましい。枠体２１は、本実施形態において磁気熱量素子と容器との間の隙間を閉塞するための閉塞部材に相当する。また、枠体２１は、隙間における熱輸送媒体の流通を規制する規制部材に相当する。
For each of the
なお、規制部材としての閉塞部材をなす枠体２１の枠幅寸法は、以下に述べる現象に起因して変化する隙間寸法にも対応するものであることが好ましい。
In addition, it is preferable that the frame width dimension of the
複数の素子ユニット１２ａ−１２ｄは、異なる温度帯において高い磁気熱量効果を発揮するように、磁性材料に添加される添加物量が互いに異なる場合がある。この場合には、添加物量に応じて変化する外形寸法を考慮することが好ましい。磁性材料に添加される添加物量とは、例えば添加元素量である。例えば、ＭＣＥ素子１２の材料がランタン−鉄−シリコン化合物の場合には、水素添加量による寸法変化を考慮することが好ましい。
The plurality of
また、組付容易性を向上するために、素子ユニット及び作業室の寸法許容偏差内において形成される隙間寸法の最小値を正の所定値とする場合には、これにより増大する隙間寸法を考慮することが好ましい。 In order to improve the ease of assembly, when the minimum value of the gap size formed within the dimensional tolerance of the element unit and the working chamber is set to a positive predetermined value, the gap size that increases due to this is taken into consideration. It is preferable to do.
また、ＭＣＥ素子１２は、磁場に晒された際に磁歪が発生する。この歪による干渉等により過剰な応力が発生することを防止することを目的とする、変形を許容する隙間構成も考慮することが好ましい。
The
本実施形態によれば、以下に述べる効果を得ることができる。 According to the present embodiment, the following effects can be obtained.
ＭＨＰ装置２は、ＭＣＥ素子１２と、容器であるロータ７と、磁場変調装置１４と、熱輸送装置１６とを備える。ＭＣＥ素子１２は、外部磁場の強弱により発熱と吸熱とを生じる。ロータ７は、ＭＣＥ素子１２が配置される作業室１１を形成する。磁場変調装置１４は、ＭＣＥ素子１２に印加される外部磁場を変調する。熱輸送装置１６は、ＭＣＥ素子１２に高温端と低温端とを生成するように、ＭＣＥ素子１２と熱交換する熱輸送媒体を作業室１１の内部で往復移動させる。ＭＣＥ素子１２は、熱輸送媒体を往復移動方向に流通可能な内部流通路１２３を有する。ＭＨＰ装置２は、ＭＣＥ素子１２とロータ７との間の隙間１１１を閉塞するための閉塞部材からなり、熱輸送媒体の隙間１１１における流通を規制する規制部材としての枠体２１を備える。
The
これによると、規制部材としての閉塞部材である枠体２１により、ＭＣＥ素子１２とロータ７との間の隙間１１１に熱輸送媒体が流れることを抑止することができる。したがって、枠体２１により、ＭＣＥ素子１２の内部流通路１２３に理想的な設計振幅の熱輸送媒体の往復移動を提供することができる。このようにして、ＭＨＰ装置２から安定して熱出力を得ることができる。
According to this, it is possible to prevent the heat transport medium from flowing into the
また、ＭＣＥ素子１２は、キュリー温度が異なる複数の素子ユニット１２ａ−１２ｄを熱輸送媒体の往復動方向に配列してなる。そして、規制部材である枠体２１は、複数の素子ユニット１２ａ−１２ｄのそれぞれに対応して設けられた構成である。
The
これによると、所謂カスケード配置した複数の素子ユニット１２ａ−１２ｄでＭＣＥ素子１２を構成した場合であっても、各素子ユニット１２ａ−１２ｄとロータ７との間の隙間１１１に熱輸送媒体が流れることを抑止することができる。したがって、規制部材である枠体２１により、各素子ユニット１２ａ−１２ｄの内部流通路１２３に理想的な設計振幅の熱輸送媒体の往復移動を提供することができる。
According to this, even when the
また、規制部材である枠体２１は、複数の素子ユニット１２ａ−１２ｄのそれぞれについて、熱輸送媒体の往復移動方向における両方の端部位置に設けられた構成である。これによると、複数の素子ユニット１２ａ−１２ｄとロータ７との間のそれぞれの隙間１１１において熱輸送媒体流れの抑止を可能とする構成を、容易かつ確実に形成することができる。
Moreover, the
なお、素子ユニット１２ａ、１２ｄの保持が可能であれば、ＭＣＥ素子１２の両端の枠体２１は省略することが可能である。また、図９に示す変形例のように、隣り合う素子ユニットの内部流通路１２３同士が連通可能であれば、素子ユニット１２ａと素子ユニット１２ｂの間の枠体２１、及び素子ユニット１２ｃと素子ユニット１２ｄの間の枠体２１を省略することが可能である。すなわち、規制部材である枠体２１は、複数の素子ユニット１２ａ−１２ｄのそれぞれについて、熱輸送媒体の往復移動方向における少なくとも一方の端部位置に設けられた構成とすることができる。これによっても、複数の素子ユニット１２ａ−１２ｄとロータ７との間のそれぞれの隙間１１１において熱輸送媒体流れの抑止を可能とする構成を、容易かつ確実に形成することができる。
If the
また、図３に示した枠体２１は、熱輸送媒体の往復移動方向における隙間１１１の端部に設けられていた。これに対し、規制部材である枠体２１を、図１０に例示するように、隙間１１１及び熱輸送媒体の往復移動方向における隙間１１１の端部の両方の領域に設けたり、図１１に示すように、隙間１１１のみに設けたりしてもよい。また、図１２に示すように、熱輸送媒体の往復動方向においてＭＣＥ素子１２とロータ７との隙間の全域を埋めるように、閉塞部材としての規制部材を設けてもよい。
Further, the
すなわち、規制部材は、隙間１１１及び熱輸送媒体の往復移動方向における隙間１１１の端部の少なくともいずれかに配設された構成である。これによると、端部を含む隙間１１１に規制部材を直接介在させて、磁気熱量素子と容器との間の隙間に熱輸送媒体が流れることを抑止することができる。
That is, the restricting member is configured to be disposed at at least one of the
また、規制部材は、弾性部材を含み、弾性部材が弾性変形した際に発生する復原力により、隙間１１１を閉塞する構成である。これによると、弾性部材の復原力を利用して、ＭＣＥ素子１２と容器であるロータ７との間の隙間１１１に熱輸送媒体が流れることを容易に抑止することができる。
The restricting member includes an elastic member, and is configured to close the
本実施形態の装置によれば、上述したように、ＭＣＥ素子１２とロータ７との間の隙間１１１に熱輸送媒体が流れることを抑止することができる。これによれば、図６に例示するように、熱輸送媒体の往復動の振幅を理想的な設計振幅に揃え易い。そのため、図８に実線矢印で示すように、熱輸送媒体の良好な往復移動により効率の良い熱移動を行なうことが可能となる。
According to the apparatus of this embodiment, as described above, it is possible to prevent the heat transport medium from flowing into the
図７に示す枠体２１を設けない比較例では、流通抵抗が比較的小さい隙間１１１では、熱輸送媒体の往復移動振幅が理想的な設計振幅より大きくなる。一方、流通抵抗が比較的大きい内部流通路１２３では、熱輸送媒体の往復移動振幅が理想的な設計振幅より小さくなる。そのため、図８に細い破線矢印で示すように、内部流通路１２３では良好な熱移動が行なえない。また、太い破線矢印で示すように、隙間１１１では往復移動距離が大きくなり過ぎ、設計とは逆の方向へ熱が運ばれてしまう。これらにより、比較例の装置では、熱出力が安定して得られない。これに対し、本実施形態の装置では、安定して熱出力を得ることができる。
In the comparative example in which the
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について図１３に基づいて説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described based on FIG.
第２実施形態は、前述の第１実施形態と比較して、規制部材が閉塞部材ではなく絞り部材である点が異なる。なお、第１実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。第１実施形態に係る図面と同一符号を付した構成部品、第２実施形態において説明しない他の構成は、第１実施形態と同様であり、また同様の作用効果を奏するものである。 The second embodiment differs from the first embodiment described above in that the restricting member is not a closing member but a throttle member. In addition, about the part similar to 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted. Components having the same reference numerals as those in the drawings according to the first embodiment and other configurations not described in the second embodiment are the same as those in the first embodiment and have the same effects.
図１３は、作業室１１を熱輸送媒体の往復移動方向から見た図である。図１３に示すように、本実施形態では、ＭＣＥ素子１２の素子ユニット１２ａ−１２ｄと、容器であるロータ７との間に、絞り板部材２２１が介設されている。絞り板部材２２１は、ロータ７側の面が例えば平面状であり、ロータ７の作業室１１側の面と密着する。絞り板部材２２１は、ＭＣＥ素子１２側の面が例えば凹凸のある波状面であり、凹部及び凸部が熱輸送媒体の往復移動方向である紙面表裏方向に延びている。絞り板部材２２１の波状面では、凸部が素子ユニットに接するようになっている。
FIG. 13 is a view of the
絞り板部材２２１は、例えばゴム材又は樹脂材からなる。絞り板部材２２１は、比較的硬度が低い金属材により形成することもできる。絞り板部材２２１は、弾性材からなる弾性部材である。絞り板部材２２１は、弾性部材がロータ７や素子ユニット１２ａ−１２ｄに押されて弾性変形した際に発生する復原力により、ロータ７に密着するとともに、素子ユニット１２ａ−１２ｄに一部が接する。
The
絞り板部材２２１は、ロータ７と素子ユニットとの間の隙間１１１における流路断面積を絞るように設けられる。ロータ７と素子ユニットとの間における熱輸送媒体の流路は、絞り板部材２２１の波状面の凹部により提供される。ロータ７と素子ユニットとの間における流路は、熱輸送媒体を素子ユニットに沿って流す。
The
絞り板部材２２１の凹部により提供される流路は、この流路における熱輸送媒体の圧力損失が内部流通路１２３における熱輸送媒体の圧力損失以上となるように設定されることが好ましい。さらに、当該流路における熱輸送媒体の圧力損失が内部流通路１２３における熱輸送媒体の圧力損失と同等となるように設定されることがより好ましい。
The flow path provided by the recess of the
絞り板部材２２１は、本実施形態において磁気熱量素子と容器との間の隙間における熱輸送媒体の流路断面積を絞る絞り部材に相当する。また、絞り板部材２２１は、隙間における熱輸送媒体の流通を規制する規制部材に相当する。
In this embodiment, the
本実施形態のＭＨＰ装置２は、ＭＣＥ素子１２とロータ７との間の隙間１１１における熱輸送媒体の流路断面積を絞るための絞り部材からなり、熱輸送媒体の隙間１１１における流通を規制する規制部材としての絞り板部材２２１を備える。
The
これによると、規制部材としての絞り部材である絞り板部材２２１により、ＭＣＥ素子１２とロータ７との間の隙間１１１に熱輸送媒体が流れることを抑制することができる。したがって、絞り板部材２２１により、ＭＣＥ素子１２の内部流通路１２３に理想的な設計振幅の熱輸送媒体の往復移動を提供することができる。このようにして、ＭＨＰ装置２から安定して熱出力を得ることができる。
According to this, it is possible to prevent the heat transport medium from flowing into the
また、ＭＣＥ素子１２は、キュリー温度が異なる複数の素子ユニット１２ａ−１２ｄを熱輸送媒体の往復動方向に配列してなる。そして、規制部材である絞り板部材２２１は、複数の素子ユニット１２ａ−１２ｄのそれぞれに対応して設けられた構成である。
The
これによると、ＭＣＥ素子１２を所謂カスケード配置した複数の素子ユニット１２ａ−１２ｄで構成した場合であっても、各素子ユニット１２ａ−１２ｄとロータ７との間の隙間１１１に熱輸送媒体が流れることを抑制することができる。したがって、規制部材である絞り板部材２２１により、各素子ユニット１２ａ−１２ｄの内部流通路１２３に理想的な設計振幅の熱輸送媒体の往復移動を提供することができる。
According to this, even when the
また、規制部材である絞り板部材２２１は、複数の素子ユニット１２ａ−１２ｄのそれぞれについて、熱輸送媒体の往復移動方向における両方の端部位置に設けられた構成である。これによると、複数の素子ユニット１２ａ−１２ｄとロータ７との間のそれぞれの隙間１１１において熱輸送媒体流れの抑制を可能とする構成を、容易かつ確実に形成することができる。
In addition, the
なお、絞り部材は、絞り板部材２２１のように、素子ユニットの端部を含む隙間１１１の全域に設けることができる。また、絞り部材は、複数の素子ユニットのそれぞれについて、熱輸送媒体の往復移動方向における少なくとも一方の端部位置に設ける構成であってもよい。これによると、複数の素子ユニットと容器との間のそれぞれの隙間において熱輸送媒体流れの抑制を可能とする構成を、容易かつ確実に形成することができる。
The diaphragm member can be provided over the
また、絞り部材は、隙間１１１及び熱輸送媒体の往復移動方向における隙間１１１の端部の少なくともいずれかに配設された構成であればよい。これによると、端部を含む隙間に絞り部材を直接介在させて、ＭＣＥ素子と容器との間の隙間に熱輸送媒体が流れることを抑制することができる。
Further, the throttle member may be configured to be disposed at at least one of the
また、規制部材は、弾性部材を含み、弾性部材が弾性変形した際に発生する復原力により、隙間１１１における流通路断面積を絞る構成である。これによると、弾性部材の復原力を利用して、磁気熱量素子と容器との間の隙間に熱輸送媒体が流れることを容易に抑制することができる。
The restricting member includes an elastic member, and has a configuration in which the flow passage cross-sectional area in the
また、本実施形態では、規制部材が絞り部材からなる。そして、隙間１１１における熱輸送媒体の圧力損失が、内部流通路１２３における熱輸送媒体の圧力損失以上となるように、絞り部材が流通路断面積を絞る構成である。これによると、内部流通路１２３を熱輸送媒体が往復移動する際の流速を、ＭＣＥ素子１２と容器との間の隙間１１１の流速よりも速くすることができる。したがって、隙間１１１に熱輸送媒体が流れても、ＭＣＥ素子１２の内部流通路１２３に設計振幅の熱輸送媒体の往復移動を提供することが容易である。
In the present embodiment, the restricting member is a diaphragm member. The throttle member narrows the cross-sectional area of the flow passage so that the pressure loss of the heat transport medium in the
また、本実施形態では、絞り部材により断面積が絞られた熱輸送媒体の流路は、ＭＣＥ素子１２に沿って形成され、熱輸送媒体はＭＣＥ素子１２に接しつつ流れる。したがって、隙間の絞り流路においても熱輸送媒体と素子との間で熱の受け渡しが可能である。絞り部材の形態は、絞り板部材２２１に限定されない。絞り部材は、隙間１１１における流路断面積を絞るものであればよい。隙間１１１を流れる熱輸送媒体がＭＣＥ素子１２に触れるように流れる絞り構造を有することが好ましい。
In the present embodiment, the flow path of the heat transport medium whose cross-sectional area is narrowed by the throttle member is formed along the
（第３実施形態）
次に、第３実施形態について図１４、図１５に基づいて説明する。
(Third embodiment)
Next, 3rd Embodiment is described based on FIG. 14, FIG.
第３実施形態は、前述の第１の実施形態と比較して、ＭＣＥ素子の形態が異なる。なお、第１、第２実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。第１、第２実施形態に係る図面と同一符号を付した構成部品、第３の実施形態において説明しない他の構成は、第１、第２実施形態と同様であり、また同様の作用効果を奏するものである。 The third embodiment is different from the first embodiment in the form of the MCE element. In addition, about the part similar to 1st, 2nd embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted. Components having the same reference numerals as those in the drawings according to the first and second embodiments and other configurations not described in the third embodiment are the same as those in the first and second embodiments, and have the same effects. It is what you play.
図１４に示すように、一つのＭＣＥ素子１２は、複数の素子ユニット１２ｅ−１２ｈを備える。複数の素子ユニット１２ｅ−１２ｈは、ＭＣＥ素子１２の長手方向、すなわち熱輸送媒体の流れ方向に沿って積層されている。一つのＭＣＥ素子１２を構成する複数の素子ユニットの数は４つに限定されない。素子ユニットは３つ以下であってもよいし、５つ以上であってもよい。
As shown in FIG. 14, one
複数の素子ユニット１２ｅ−１２ｈのそれぞれを構成する材料は、互いにキュリー温度が異なる。複数の素子ユニット１２ｅ−１２ｈは、異なる温度帯において高い磁気熱量効果を発揮する。複数の素子ユニット１２ｅ−１２ｈは、第１実施形態で説明した複数の素子ユニット１２ａ−１２ｄに対応している。複数の素子ユニット１２ａ−１２ｄがいずれもブロック状であったのに対し、複数の素子ユニット１２ｅ−１２ｈは、いずれも、複数の磁性体の粒子からなる。すなわち、複数の素子ユニット１２ｅ−１２ｈは、いずれも粒子群からなる。粒子群からなる複数の素子ユニット１２ｅ−１２ｈは、作業室１１内に、所謂カスケード配置されている。
The materials constituting each of the plurality of
図１４に示すように、素子ユニット１２ｅ−１２ｈのそれぞれの両端には、仕切部材３２が配設されている。素子ユニット列の両端及び各素子ユニット間には、それぞれ１枚の仕切部材３２が設けられている。仕切部材３２は、素子ユニットに密着するように配設されている。各素子ユニット間では、隣り合う素子ユニット同士に挟まれるように仕切部材３２が配設されている。
As shown in FIG. 14, the
図１５に示すように、仕切部材３２は、枠体３２１と、メッシュ体３２２とを有する。メッシュ体３２２は、素子ユニットを構成する粒子の通過を阻止し、熱輸送媒体の通過を許容するサイズの目を有する。
As shown in FIG. 15, the
仕切部材３２は、例えばゴム材又は樹脂材からなる。仕切部材３２は、ゴムや樹脂からなる板部材を例えばカッティング加工して形成することができる。ゴム材又は樹脂材により形成される仕切部材３２は、好適な弾性を有し粒子群の保持が容易である。仕切部材３２は、金属材により形成することもできる。仕切部材３２は、金属からなる板部材を例えばエッチング加工やプレス加工して形成することができる。金属材により形成される仕切部材３２は、強度に優れるとともに量産性に優れる。仕切部材３２は、互いに異なる材料からなる枠体３２１とメッシュ体３２２とを組み合わせるものであってもよい。
The
仕切部材３２の枠体３２１は、第１実施形態で説明した枠体２１と同様の機能を有する。枠体３２１の外周部は、ロータ７の作業室１１に臨む面に密着している。枠体３２１は、弾性材からなる弾性部材である。枠体３２１は、弾性部材がロータ７や素子ユニット１２ｅ−１２ｈに押されて弾性変形した際に発生する復原力により、枠体３２１がロータ７や素子ユニット１２ｅ−１２ｈに密着する。
The
本実施形態では、各素子ユニット１２ｅ−１２ｈは、作業室１１に充填された粒子群からなる。粒子群からなる素子ユニット１２ｅ−１２ｈは、粒子間に内部流通路３２３が形成される。また、粒子群が作業室１１内においてロータ７に接する部位には、粒子間の内部流通路３２３よりも熱輸送媒体の流通抵抗が小さい通路として隙間３１１が形成される。隙間３１１は、素子ユニットを構成する粒子のうち外周部に位置する粒子と、容器であるロータ７との間に形成される。
In the present embodiment, each
枠体３２１は、ロータ７と素子ユニットとの間の隙間３１１を閉塞するように設けられる。また、枠体３２１は、内部流通路３２３を流れる熱輸送媒体の流れを阻害しないように設けられる。枠体３２１の幅は、素子ユニットを構成する粒子群の平均粒子半径とほぼ同等に設定されることが好ましい。
The
枠体３２１は、本実施形態において磁気熱量素子と容器との間の隙間を閉塞するための閉塞部材に相当する。また、枠体３２１は、隙間における熱輸送媒体の流通を規制する規制部材に相当する。本実施形態の素子ユニットでは、内部流通路３２３と隙間３１１とは連通している。したがって、枠体３２１は隙間３１１に熱輸送媒体が流れることを完全に抑止することが困難である。この観点から、枠体３２１は、磁気熱量素子と容器との間の隙間における熱輸送媒体の流路断面積を絞る絞り部材に相当すると言うこともできる。
The
本実施形態によれば、閉塞部材であり規制部材としての枠体３２１を備える。枠体３２１が第１実施形態で説明した枠体２１とほぼ同様の機能を有することにより、第１実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。
According to this embodiment, it is a closure member and is provided with the
（第４実施形態）
次に、第４実施形態について図１６に基づいて説明する。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG.
第４実施形態は、前述の第３実施形態と比較して、規制部材が閉塞部材ではなく絞り部材である点が異なる。なお、第１〜第３実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。第１〜第３実施形態に係る図面と同一符号を付した構成部品、第４実施形態において説明しない他の構成は、第１〜第３実施形態と同様であり、また同様の作用効果を奏するものである。 The fourth embodiment differs from the third embodiment described above in that the restricting member is not a closing member but a throttle member. In addition, about the part similar to 1st-3rd embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted. Components having the same reference numerals as those in the drawings according to the first to third embodiments and other configurations not described in the fourth embodiment are the same as those in the first to third embodiments, and have the same effects. Is.
図１６に示すように、本実施形態では、ＭＣＥ素子１２の素子ユニット１２ｅ−１２ｈと、容器であるロータ７との間に、絞り部材４２１が介設されている。図示例において絞り部材４２１はロータ７と一体的に形成されている。絞り部材４２１は、ロータ７とは別体として形成し、ロータ７の作業室１１に臨む面に取り付けてもよい。
As shown in FIG. 16, in this embodiment, a
絞り部材４２１は、ＭＣＥ素子１２側の面が、例えば凹凸のある凹凸面となっている。この凹凸面の凸部は、例えば半球状の突起であり、半球状突起の半径は素子ユニットを構成する粒子群の平均粒子半径とほぼ同一としている。
The
絞り部材４２１は、ロータ７と素子ユニットとの間の隙間３１１における流路断面積を絞るように設けられる。ロータ７と素子ユニットとの間における熱輸送媒体の流路は、絞り部材４２１の半球状突起により提供される。ロータ７と素子ユニットとの間における流路は、熱輸送媒体を内部流通路３２３と同様に素子ユニットを構成する粒子に沿って流す。
The restricting
絞り部材４２１により提供される隙間３１１における流路は、この流路における熱輸送媒体の圧力損失が内部流通路３２３における熱輸送媒体の圧力損失以上となるように設定されることが好ましい。さらに、当該流路における熱輸送媒体の圧力損失が内部流通路３２３における熱輸送媒体の圧力損失と同等となるように設定されることがより好ましい。
The flow path in the
絞り部材４２１は、本実施形態において磁気熱量素子と容器との間の隙間における熱輸送媒体の流路断面積を絞る。絞り部材４２１は、隙間における熱輸送媒体の流通を規制する規制部材に相当する。
In the present embodiment, the
本実施形態によれば、規制部材としての絞り部材４２１を備える。絞り部材４２１は、第２実施形態で説明した絞り板部材２２１とほぼ同様の機能を有する。これにより、第２実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。
According to this embodiment, the
（第５実施形態）
次に、第５実施形態について図１７に基づいて説明する。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIG.
第５実施形態は、前述の第１実施形態と比較して、磁気熱量素子の内部に規制部材を設けた点が異なる。なお、第１実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。第１実施形態に係る図面と同一符号を付した構成部品、第５実施形態において説明しない他の構成は、第１実施形態と同様であり、また同様の作用効果を奏するものである。 The fifth embodiment is different from the first embodiment in that a regulating member is provided inside the magnetocaloric element. In addition, about the part similar to 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted. The components denoted by the same reference numerals as those in the drawing according to the first embodiment and other configurations not described in the fifth embodiment are the same as those in the first embodiment and have the same effects.
図１７は、作業室１１内に配設されるＭＣＥ素子１２の一つの素子ユニットを熱輸送媒体の往復移動方向から見た図である。複数の素子ユニット１２ａ−１２ｄのそれぞれは、図１７に例示する構造を有している。
FIG. 17 is a view of one element unit of the
一つの素子ユニット１２ａは、板部材１２１と対をなすスペーサ１２２Ａとを交互にＺＺ方向に積層して構成することができる。対をなすスペーサ１２２Ａは、２枚の板部材１２１の間で、板部材１２１の延在方向の両端部に配設される。２枚の板部材１２１と一対のスペーサ１２２Ａにより、１つの内部流通路１２３が形成される。スペーサ１２２Ａは、例えばゴム材等の弾性材により形成されている。本実施形態の素子ユニット１２ａは、板部材１２１とスペーサ１２２Ａとを、例えば接着加工により一体化して形成される。
One
板部材１２１及びスペーサ１２２Ａの積層方向であるＺＺ方向における素子ユニット１２ａの寸法は、荷重が印加されていない自由状態では、作業室１１の対応する部位の寸法よりも大きくなっている。素子ユニット１２ａを作業室１１内に配設する際には、素子ユニット１２ａに対してＺＺ方向に荷重が印加され、スペーサ１２２Ａを圧縮した状態で挿設する。作業室１１内で荷重が除去された素子ユニット１２ａは、弾性部材であるスペーサ１２２Ａの復原力により、図１７に矢印で示すようにＺＺ方向の寸法が大きくなる。これにより、素子ユニット１２ａのＺＺ方向の端面がロータ７の作業室１１の臨む面に押し付けられる。これにより、素子ユニット１２ａとロータ７との隙間が閉塞される。
The dimension of the
素子ユニット１２ｂ−１２ｄのそれぞれも、素子ユニット１２ａと同様の構成を有している。素子ユニット１２ｂ−１２ｄのそれぞれも、素子ユニット１２ａと同様に作業室１１内に配設される。これにより、少なくとも素子ユニットのＺＺ方向の端面において、素子ユニットとロータ７との隙間が閉塞される。したがって、このＺＺ方向における隙間には、素子ユニットの熱輸送媒体往復動方向の端部位置に閉塞部材等の規制部材を設ける必要がない。ＹＹ方向における隙間には、閉塞部材等の規制部材を設けてもよい。
Each of the
スペーサ１２２Ａは、本実施形態において磁気熱量素子と容器との間の隙間を閉塞するための閉塞部材に相当する。また、スペーサ１２２Ａは、隙間における熱輸送媒体の流通を規制する規制部材に相当する。本実施形態では、各素子ユニットのＹＹ方向において磁気熱量素子と容器との間に隙間が残る。したがって、スペーサ１２２Ａは、磁気熱量素子と容器との間の隙間における熱輸送媒体の流路断面積を絞る絞り部材に相当すると言うこともできる。
The
なお、図５に例示した各素子ユニットを構成する板部材１２１及びスペーサ１２２を、いずれも例えば磁性体粒子間に弾性部材を分散配置させた材料により形成することができる。これによれば、ＹＹ方向及びＺＺ方向のいずれにおいても弾性部材の復原力により隙間を閉塞することが可能である。
Note that the
本実施形態によれば、規制部材は、ＭＣＥ素子１２の内部に設けられて、隙間を閉塞又は隙間における流通路断面積を絞る構成である。これによると、磁気熱量素子の内部に設けた部材を利用して、磁気熱量素子と容器との間の隙間に熱輸送媒体が流れることを抑制又は抑止することができる。
According to the present embodiment, the restricting member is provided inside the
（第６実施形態）
次に、第６実施形態について図１８に基づいて説明する。
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment will be described with reference to FIG.
第６実施形態は、前述の第１実施形態と比較して、熱輸送媒体の往復移動振幅を調整する構成が異なる。なお、第１実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。第１実施形態に係る図面と同一符号を付した構成部品、第６実施形態において説明しない他の構成は、第１実施形態と同様であり、また同様の作用効果を奏するものである。 6th Embodiment differs in the structure which adjusts the reciprocation amplitude of a heat transport medium compared with the above-mentioned 1st Embodiment. In addition, about the part similar to 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted. Components having the same reference numerals as those in the drawing according to the first embodiment and other configurations not described in the sixth embodiment are the same as those in the first embodiment, and have the same effects.
図１８に示すように、隣り合う素子ユニット１２ａ−１２ｄの間には、それぞれ多孔体６０が配設されている。各素子ユニット間では、隣り合う素子ユニット同士に挟まれるように多孔体６０が配設されている。多孔体６０は、作業室１１内を往復移動する熱輸送媒体の流路を横断するように設けられている。多孔体６０は、素子ユニットのＹＹ方向及びＺＺ方向に拡がって、作業室１１を横断するように設けられている。多孔体６０は、多孔体６０を挟み込む両側の素子ユニットに密着している。
As shown in FIG. 18, a
多孔体６０は、熱輸送媒体が往復移動方向に通過可能な連通路を多数有している。多孔体６０は、例えば、連泡構造の発泡体とすることができる。また、多孔体６０は、不織布又は織布とすることができる。多孔体６０は、比較的大きな流通抵抗を有する。多孔体６０の流通抵抗は、作業室１１を横断する拡がり方向において均一となっている。多孔体６０は、往復移動する熱輸送媒体に比較的大きな圧力損失を提供する。
The
多孔体６０は、圧力損失体と言うことができる。多孔体６０が提供する圧力損失は、例えば内部流通路１２３における圧力損失や隙間１１１における圧力損失よりも大きい。多孔体６０は、内部流通路１２３を流れる熱輸送媒体の流速と隙間１１１を流れる熱輸送媒体の流速とを近似させる。多孔体６０は、内部流通路１２３を流れる熱輸送媒体の流速と隙間１１１を流れる熱輸送媒体の流速との差を、多孔体６０を設けない場合よりも抑制する。多孔体６０は、内部流通路１２３及び隙間１１１の流路間に圧力損失特性の相違があっても、熱輸送媒体の往復移動振幅にばらつきが出ないようにする。
The
本実施形態によれば、ＭＣＥ素子１２に接するとともに、作業室１１を横断するように設けられた多孔体６０を備える。多孔体６０は、内部流通路１２３を流れる熱輸送媒体の流速と隙間１１１を流れる熱輸送媒体の流速との差を、多孔体６０を設けない場合よりも抑制する構成である。
According to the present embodiment, the
これによると、多孔体６０により、内部流通路１２３を流れる熱輸送媒体の流速とＭＣＥ素子１２とロータ７との間の隙間１１１を流れる熱輸送媒体の流速とを近似させることができる。したがって、多孔体６０により、ＭＣＥ素子１２の内部流通路１２３に理想的な設計振幅の熱輸送媒体の往復移動を提供することが可能である。このようにして、熱磁気サイクル装置から安定して出力を得ることができる。
According to this, the
（他の実施形態）
この明細書に開示される技術は、その開示技術を実施するための実施形態に何ら制限されることなく、種々変形して実施することが可能である。開示される技術は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、種々の組み合わせによって実施可能である。実施形態は追加的な部分をもつことができる。実施形態の部分は、省略される場合がある。実施形態の部分は、他の実施形態の部分と置き換え、または組み合わせることも可能である。実施形態の構造、作用、効果は、あくまで例示である。開示技術の技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示技術のいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。
(Other embodiments)
The technology disclosed in this specification is not limited to the embodiment for carrying out the disclosed technology, and can be implemented with various modifications. The disclosed technology is not limited to the combinations shown in the embodiments, and can be implemented in various combinations. Embodiments can have additional parts. The portion of the embodiment may be omitted. The parts of the embodiments can be replaced or combined with the parts of the other embodiments. The structure, operation, and effect of the embodiment are merely examples. The technical scope of the disclosed technology is not limited to the description of the embodiments. Some technical scope of the disclosed technology is indicated by the description of the claims, and should be understood to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the description of the claims. .
上記実施形態では、ＭＣＥ素子１２は、キュリー温度が異なる複数の素子ユニット１２ａ−１２ｄ、または複数の素子ユニット１２ｅ−１２ｈを、熱輸送媒体の往復動方向に配列していたが、これに限定されるものではない。例えば、図１９に示すように、１つの素子体からなるＭＣＥ素子１２と容器であるロータ７との間の隙間１１１に、閉塞部材であり規制部材である枠体２１を設けたものであってもよい。規制部材の配設位置は、図示例のように熱輸送媒体の往復動方向において隙間１１１の両端部であってもよいし、一方の端部であってもよい。また、中間部であってもよい。少なくとも一箇所に規制部材を設ければよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、規制部材は弾性材で形成された弾性部材であったが、これに限定されるものではない。例えば、規制部材は、その一部に弾性部材を有するものであってもよい。また、例えば、規制部材を塑性体により形成してもかまわない。 Moreover, in the said embodiment, although the control member was an elastic member formed with the elastic material, it is not limited to this. For example, the regulating member may have an elastic member in a part thereof. For example, the regulating member may be formed of a plastic body.
また、上記実施形態では、作業室１１とＭＣＥ素子１２とを有する素子ベッドが回転する構成を採用したが、これに限定されるものではない。上記実施形態の構成に代えて、素子ベッドと磁場変調装置１４との間の相対的な回転と、素子ベッドと流路切換機構１８との間の相対的な回転とを提供するための多様な構成を採用することができる。例えば、素子ベッドを静止させておき、永久磁石を含む磁場変調装置を素子ベッドに対して相対的に回転移動させてもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the structure which the element bed which has the working
また、上記実施形態では、車両用空調装置に開示技術を適用した。これに代えて、住宅用の空調装置に開示技術を適用してもよい。また、水を加熱する給湯装置として利用してもよい。また、上記実施形態では、室外の空気を主要な熱源とするＭＨＰ装置２を説明した。これに代えて、水、土などの他の熱源を主要熱源として利用してもよい。
Moreover, in the said embodiment, the indication technique was applied to the vehicle air conditioner. Instead, the disclosed technology may be applied to a residential air conditioner. Moreover, you may utilize as a hot-water supply apparatus which heats water. In the above-described embodiment, the
また、上記実施形態では、熱磁気サイクル装置の一形態であるＭＨＰ装置２を説明した。これに代えて、熱磁気サイクル装置の一形態である熱磁気エンジン装置に開示技術を適用してもよい。例えば、上記実施形態のＭＨＰ装置２の磁場変化と熱輸送媒体の流れとの位相を調節することにより熱磁気エンジン装置を提供することができる。
Moreover, in the said embodiment, the
２ 磁気ヒートポンプ装置（熱磁気サイクル装置）
７ ロータ（容器）
１１ 作業室
１２ 磁気熱量素子
１４ 磁場変調装置
１６ 熱輸送装置
２１、３２１ 枠体（閉塞部材、規制部材）
１１１、３１１ 隙間
１２２Ａ スペーサ（閉塞部材、規制部材）
１２３、３２３ 内部流通路
２２１ 絞り板部材（絞り部材、規制部材）
４２１ 絞り部材（規制部材）
2 Magnetic heat pump device (Thermomagnetic cycle device)
7 Rotor (container)
DESCRIPTION OF
111, 311
123, 323
421 Aperture member (regulator member)
Claims (3)
前記磁気熱量素子が配置される作業室（１１）が形成された容器（７）と、
前記磁気熱量素子に印加される前記外部磁場を変調する磁場変調装置（１４）と、
前記磁気熱量素子に高温端と低温端とを生成するように、前記磁気熱量素子と熱交換する熱輸送媒体を前記作業室の内部で往復移動させる熱輸送装置（１６）と、
前記磁気熱量素子と前記容器との間の隙間（１１１）を閉塞するための枠体（２１）とを備え、
前記磁気熱量素子は、キュリー温度が異なる複数の素子ユニット（１２ａ−１２ｄ）を前記往復移動の方向に配列してなり、
複数の前記素子ユニットのそれぞれは、前記往復移動の方向に直交する方向（ＺＺ）に積層された複数の板部材（１２１）を有し、前記熱輸送媒体を前記往復移動の方向に流通可能な内部流通路（１２３）を有するものであって、
前記枠体は、前記内部流通路を流れる前記熱輸送媒体の流れを阻害しないように、複数の前記素子ユニットの各素子ユニット間に設けられており、
前記枠体は、前記素子ユニットに密着するように、前記各素子ユニット間では隣り合う前記素子ユニットに挟まれており、
前記枠体の外周部は、前記隙間を閉塞するために、前記容器の前記作業室に臨む面に密着している熱磁気サイクル装置。 A magnetocaloric element (12) that generates heat and absorbs heat by the strength of an external magnetic field;
A container (7) in which a working chamber (11) in which the magnetocaloric element is disposed is formed;
A magnetic field modulation device (14) for modulating the external magnetic field applied to the magnetocaloric element;
A heat transport device (16) for reciprocating a heat transport medium that exchanges heat with the magnetocaloric element in the working chamber so as to generate a high temperature end and a low temperature end in the magnetocaloric element;
A frame (21) for closing a gap (111) between the magnetocaloric element and the container ;
The magnetocaloric element comprises a plurality of element units (12a-12d) having different Curie temperatures arranged in the reciprocating direction,
Each of the plurality of element units has a plurality of plate members (121) stacked in a direction (ZZ) orthogonal to the reciprocating direction, and can circulate the heat transport medium in the reciprocating direction. An internal flow passage (123) ,
The frame body is provided between each element unit of the plurality of element units so as not to hinder the flow of the heat transport medium flowing through the internal flow passage.
The frame body is sandwiched between the element units adjacent to each other so as to be in close contact with the element unit,
The outer peripheral portion of the frame, in order to close the gap, the working chamber thermo-magnetic cycle system that has adhered to the surface facing the container.
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