JP6683138B2 - Thermomagnetic cycle device - 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 thermomagnetic cycle device that utilizes the temperature characteristics of a magnetic material, and can be used as a magnetocaloric effect heat pump device.
従来から、熱磁気サイクル装置の一形態としての磁気ヒートポンプ装置が知られている。このような装置は、磁気熱量素子と、容器と、磁場変調装置と、熱輸送装置とを備えている。容器が形成する作業室には、磁気熱量素子が配置されている。磁場変調装置は、磁気熱量素子に印加する外部磁場を変調する。熱輸送装置は、作業室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。 Conventionally, a magnetic heat pump device is known as one form of a thermomagnetic cycle device. Such a device comprises a magnetocaloric element, a container, a magnetic field modulator and a heat transport device. A magnetocaloric element is arranged in a working chamber formed by the container. The magnetic field modulator modulates an external magnetic field applied to the magnetocaloric element. The heat transport device reciprocates the heat transport medium that exchanges heat with the magnetocaloric element inside the work chamber in synchronization with the modulation of the external magnetic field so as to generate a high temperature end and a low temperature end in the work chamber.
磁気熱量素子は、複数の素子ブロックを熱輸送媒体の往復移動方向に配列して形成されている。複数の素子ブロックのそれぞれは、熱輸送媒体の往復移動方向に延びる流路溝が形成された同一形状の素子プレートを複数枚積層して構成されている。隣り合う素子ブロックの間には、スペーサが介設されている。このような装置は、例えば下記特許文献1に開示されている。 The magnetocaloric element is formed by arranging a plurality of element blocks in the reciprocating direction of the heat transport medium. Each of the plurality of element blocks is formed by laminating a plurality of element plates of the same shape in which flow channel grooves extending in the reciprocating direction of the heat transport medium are formed. Spacers are provided between adjacent element blocks. Such a device is disclosed, for example, in Patent Document 1 below.
上記従来技術の熱磁気サイクル装置では、素子プレートを製造する際に、流路溝を含む各部の寸法がばらつき易く、素子プレートを積層してなる素子ブロックでは、熱輸送媒体の流路溝の位置がばらつき易い。そのため、隣り合う素子ブロックの間にスペーサを介設して、隣り合う素子ブロックの流路溝同士の位置ずれがあっても、熱輸送媒体の往復移動方向の流路を確保している。スペーサは、容器の作業室の一部を占有するため、作業室への磁気熱量素子の充填量の増加を阻害する。しかしながら、スペーサを廃止すると、素子プレートの寸法ばらつきに起因して、例えば流路溝同士がプレート積層方向に位置ずれし、隣り合う素子ブロックの流路溝同士が連通せず、熱輸送媒体の流路が閉塞されてしまう場合がある。 In the above-mentioned conventional thermomagnetic cycle apparatus, when manufacturing the element plate, the dimensions of each part including the channel groove are likely to vary, and in the element block formed by stacking the element plates, the position of the channel groove of the heat transport medium is Is easy to vary. Therefore, a spacer is provided between the adjacent element blocks to secure a flow path in the reciprocating direction of the heat transport medium even if the flow path grooves of the adjacent element blocks are misaligned. Since the spacer occupies a part of the working chamber of the container, it inhibits an increase in the filling amount of the magnetocaloric element in the working chamber. However, if the spacers are eliminated, the flow path grooves are displaced in the plate stacking direction due to the dimensional variation of the element plate, for example, the flow path grooves of the adjacent element blocks do not communicate with each other, and the flow of the heat transport medium does not flow. The road may be blocked.
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、スペーサを介設しなくても、熱輸送媒体の流路の閉塞を防止す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 technique disclosed herein has been made in view of the above points, and provides a thermomagnetic cycle device capable of preventing blockage of a flow path of a heat transport medium without interposing a spacer. The purpose is to
上記目的を達成するため、開示される熱磁気サイクル装置では、
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(21)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(13)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(14)と、を備え、
磁気熱量素子は、複数の素子ブロック(12A、12B、12C)を熱輸送媒体の往復移動の方向である往復移動方向(XX)に配列してなり、
複数の素子ブロックのそれぞれは、第1素子プレート(121、221)及び第2素子プレート(122、222)を交互に積層したものであって、
第1素子プレートは、熱輸送媒体往復移動方向に延びる流路溝又は流路孔として形成されて熱輸送媒体を往復移動方向に流通可能な第1流路形成部(121a、221a、321a、421a、521a)を有し、
第2素子プレートは、熱輸送媒体往復移動方向に延びる流路溝又は流路孔として形成されて熱輸送媒体を往復移動方向に流通可能な第2流路形成部(122a、222a、322a、422a、522a)を有して、
第2流路形成部のプレートを積層した方向である積層方向(YY)の流路高さ寸法(Y2、Y4)が、第1流路形成部の積層方向の流路高さ寸法(Y1、Y3)よりも大きく設定されており、
熱輸送媒体往復移動方向において隣り合う素子ブロック同士では、
隣り合う素子ブロックの一方は、積層方向における一端部に第1素子プレートが配置されており、
隣り合う素子ブロックの他方は、積層方向における上記一端部と同じ側の端部に第2素子プレートが配置されている。
In order to achieve the above object, in the disclosed thermomagnetic cycle device,
A magnetocaloric element (12) that generates heat and absorbs heat depending on the strength of an external magnetic field;
A container (21) in which a working chamber (11) in which a magnetocaloric element is arranged is formed;
A magnetic field modulator (13) for modulating an external magnetic field applied to the magnetocaloric element,
A heat transport device (14) for reciprocally moving a heat transport medium that exchanges heat with the magnetocaloric element so as to generate a high temperature end and a low temperature end in the magnetocaloric element,
The magnetocaloric element has a plurality of element blocks (12A, 12B, 12C) arranged in a reciprocating direction (XX) which is a reciprocating direction of a heat transport medium,
Each of the plurality of element blocks is formed by alternately stacking first element plates (121, 221) and second element plates (122, 222),
The first element plate is formed as a flow path groove or a flow path hole extending in the reciprocating direction of the heat transport medium and is capable of circulating the heat transport medium in the reciprocating direction. 521a),
The second element plate is formed as a flow path groove or a flow path hole extending in the reciprocating direction of the heat transport medium, and is capable of circulating the heat transport medium in the reciprocating direction. 522a),
The flow path height dimension (Y2, Y4) in the stacking direction (YY), which is the direction in which the plates of the second flow path forming portion are stacked, is the flow path height dimension (Y1, Y4) in the stacking direction of the first flow path forming portion. It is set larger than Y3),
In the element blocks adjacent to each other in the reciprocating movement direction of the heat transport medium,
One of the adjacent element blocks has the first element plate arranged at one end in the stacking direction,
In the other of the adjacent element blocks, the second element plate is arranged at the end on the same side as the one end in the stacking direction.
これによると、隣り合う素子ブロック同士において、第1素子プレートと第2素子プレートとが隣り合う。第2素子プレートに形成された第2流路形成部の流路高さ寸法は、第1素子プレートに形成された第1流路形成部の流路高さ寸法よりも大きい。したがって、素子ブロック間において第1流路形成部と第2流路形成部とがプレート積層方向に位置ずれしたとしても、第1流路形成部の熱輸送媒体往復移動方向の端部開口が、第2流路形成部の端部開口範囲から外れ難い。そのため、第1流路形成部と第2流路形成部とを連通することができる。このようにして、隣り合う素子ブロックの間にスペーサを介設しなくても、熱輸送媒体の流路の閉塞を防止することができる。 According to this, in the adjacent element blocks, the first element plate and the second element plate are adjacent to each other. The flow passage height dimension of the second flow passage forming portion formed on the second element plate is larger than the flow passage height dimension of the first flow passage forming portion formed on the first element plate. Therefore, even if the first flow path forming portion and the second flow path forming portion are misaligned in the plate stacking direction between the element blocks, the end opening in the heat transport medium reciprocating direction of the first flow path forming portion, It is difficult to deviate from the end opening range of the second flow path forming portion. Therefore, the first flow path forming unit and the second flow path forming unit can be communicated with each other. In this way, it is possible to prevent blockage of the flow path of the heat transport medium without providing a spacer between the adjacent element blocks.
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。 It should be noted that reference numerals in parentheses in the claims and this section indicate correspondence with specific means described in the embodiments described later as one aspect, and limit the scope of the disclosed technology. 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 mode, parts corresponding to the matters described in the preceding mode 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 mode, the other parts of the configuration are the same as those described above. Not only the combination of the parts specifically described in the respective embodiments, but also the embodiments can be partially combined with each other as long as the combination does not cause any problems.
(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8を参照して説明する。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10を備える。磁気熱量効果型ヒートポンプ装置10はMHP(Magneto-caloric effectHeat Pump)装置10とも呼ばれる。MHP装置10は、磁気ヒートポンプ装置10とも呼ばれる。MHP装置10は、熱磁気サイクル装置を提供する。
(First embodiment)
A first embodiment to which the disclosed technology is applied will be described with reference to FIGS. 1 to 8. FIG. 1 is a block diagram showing a vehicle air conditioner 1 to which the disclosed technology is applied. As shown in FIG. 1, the vehicle air conditioner 1 includes a magnetocaloric effect
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 cold heat obtained by the heat pump device and a device that uses warm heat obtained by the heat pump device. A device that uses cold heat is sometimes called a refrigeration cycle device. Therefore, in this specification, the term heat pump device is used as a concept including a refrigeration cycle device.
MHP装置10は、磁気熱量素子12を備える。磁気熱量素子12は、磁気熱量効果を有する磁気作業物質からなり、MCE(Magneto-CaloricEffect)素子12とも呼ばれる。以下、磁気熱量素子12を、MCE素子12、又は磁気作業物質12と呼ぶ場合がある。
The
MHP装置10は、作業室11が内部に形成された容器21を備える。容器21は、ハウジング20内に配置され、少なくともひとつの作業室11を区画形成している。本実施形態では、円筒形状の容器21が、等間隔に配置された複数の作業室11を区画形成している。本例では、ひとつの容器21は、6つの作業室11を区画形成しており、6つの作業室11のそれぞれにMCE素子12が充填配置されている。容器21は、素子ベッド又は材料ベッドと呼ばれる場合がある。容器21は、非磁性材である例えば樹脂により形成されている。
The
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。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、ガドリニウム系材料、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。
The
一群のMCE素子12は、MCE素子12の長手方向、すなわち一次媒体の流れ方向に沿って配置された複数の部分を有する。複数の部分は、後述する複数の素子ブロックである。複数の部分のそれぞれを構成する材料は、キュリー温度が異なる。複数の部分は、異なる温度帯において高い磁気熱量効果(ΔS(J/kgK))を発揮する。高温端に近い部分は、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。中温部に近い部分は、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。低温端に近い部分は、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。
The group of
MCE素子12のそれぞれの部分が高い磁気熱量効果を発揮する温度帯は、高効率温度帯と呼ばれる。高効率温度帯の上限温度と下限温度とは、MCE素子12の材料組成などに依存する。複数の部分は、高温端と低温端との間において高効率温度帯が並ぶように直列に配列されている。言い換えると、複数の部分の高効率温度帯は、高温端と低温端との間において、高温端から徐々に低下する分布を示す。この高効率温度帯の分布は、定常状態における高温端と低温端との間の温度分布にほぼ対応する。
The temperature zone where each part of the
この実施形態では、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定常温度差を複数の部分が分担する。これにより、それぞれの部分において高い効率が得られる。言い換えると、MCE素子12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。MCE素子12のそれぞれの部分の温度が、高効率温度帯から外れると、その部分は高い効率を発揮できない。この結果、MCE素子12全体の効率も低下する。
In this embodiment, a plurality of parts share the steady temperature difference created between the high temperature end and the low temperature end in the steady operation. This results in high efficiency in each part. In other words, the
MHP装置10は、MCE素子12の磁気熱量効果を利用する。MHP装置10は、MCE素子12をAMR(Active Magnetic Refrigeration)サイクルとして機能させるための磁場変調装置13と熱輸送装置14とを備える。
The
磁場変調装置13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13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13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13は、外部磁場を生成するための磁力源、例えば永久磁石、又は電磁石を備える。本例では、磁力源を永久磁石としている。
The
熱輸送装置14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を流すための流体機器を備える。熱輸送装置14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14は、MCE素子12に高温端と低温端とを生成するように、熱輸送媒体を流す。熱輸送装置14は、磁場変調装置13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FM、FNを発生させる。以下、MCE素子12の一端から他端へ向かう流れFMを往流と呼び、他端から一端へ向かう流れFNを復流と呼ぶ場合がある。本例では、往流FMは、高温端11E1から低温端11E2へ向かう熱輸送媒体流れである。復流FNは、低温端11E2から高温端11E1へ向かう熱輸送媒体流れである。以下、高温端11E1を、端部11E1と呼ぶ場合がある。また、低温端11E2を、端部11E2と呼ぶ場合がある。
The
この実施形態では、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14は、磁場変調装置13による磁場の増減に同期して熱輸送媒体を往復的に移動させる。熱輸送装置14は、熱輸送媒体を流すためのポンプを含むことができる。熱輸送装置14は、一次媒体を流すためのポンプ62、72を備える。熱輸送装置14は、各作業室11の両端部にそれぞれ設けられた吸入弁111と吐出弁112とを備える。ポンプ62、72は、吸入弁111及び吐出弁112と協働して、作業室11のそれぞれに充填されたひとつのMCE素子12に関して一次媒体の往復流れを供給する。ひとつのMCE素子12は、複数の素子ブロックを組み合わせて提供される。
In this embodiment, the heat transport medium that exchanges heat with the
MHP装置10は、動力源としてのモータ15を備える。モータ15は、磁場変調装置13の動力源である。モータ15は、熱輸送装置14の動力源である。MHP装置10の動力源として設けられたモータ15は、例えば、車載の電池によって駆動される。また、モータ15は、磁場変調装置13を提供するロータコア31を回転駆動する。これにより、モータ15と磁場変調装置13とは、MCE素子12へ外部磁場を印加する状態と、MCE素子12から外部磁場を除去した状態との間での周期的な交互切換を生じさせる。モータ15は、熱輸送装置14のポンプ62、72を駆動する。これにより、モータ15とポンプ62、72とは、ひとつのMCE素子12において、一次媒体の往復的な流れを生じさせる。MHP装置10は、磁場変調装置13による磁場の増減と、熱輸送装置14による熱輸送媒体の往復的移動とを同期させるように、モータ15の出力軸に変速機構18を備えている。
The
ポンプ62、72は、MCE素子12をAMRサイクルとして機能させるための一次媒体の往復流FM、FNを作業室11内に生じさせる。ポンプ62、72は、例えば、容積型のポンプである。ポンプ62、72は、例えば、ピストンポンプである。ポンプ62、72は、例えば、多気筒のラジアルピストンポンプである。ひとつのMCE素子12に、ポンプ62のひとつの気筒と、ポンプ72のひとつの気筒とが対応付けられている。ひとつのMCE素子12に対応付けられた2つの気筒は、同期的に作動する。ポンプ62、72、吸入弁111及び吐出弁112の機能により、ひとつのMCE素子12の長手方向に沿って流れる一次媒体の往復流FM、FNが提供される。この実施形態では、MHP装置10は、熱的に並列接続された複数のMCE素子12を備える。本例のMHP装置10は、熱的に並列接続された6基のMCE素子12を有する。ポンプ62、72は、6気筒である。
The
ハウジング20は、円筒部と端板部とを有する外形円柱状の筐体である。ハウジング20は、その中心軸上に回転軸22を回転可能に支持する。回転軸22は、モータ15の出力軸に連結されている。ハウジング20は、回転軸22の周囲に、磁場変調装置13を収容する。図2に示すように、磁場変調装置13は、ロータコア31、ヨーク部32、ベアリング33、及び磁石34、35を備える。
The
ロータコア31は、回転軸22に固定されている。ロータコア31は、磁場変調装置13のためのインナヨークを提供する。ロータコア31は、その周方向に沿って磁束を通しやすい範囲と、磁束を通しにくい範囲とを形成するように構成されている。ロータコア31は、例えば断面が扇状の一対の部材からなる。ロータコア31には、磁石34が固定されている。磁石34は、部分円筒状であり、その断面が扇紙型である。磁石34は、ロータコア31の外周面に固定されている。
The
ヨーク部32は、円筒形状をなしている。ヨーク部32は、ハウジング20の内周面に沿って配置されている。ヨーク部32は、保持機構であるベアリング33によってハウジング20の内周面に回転自在に保持されている。ベアリング33は、例えばボールベアリングである。ヨーク部32は、アウタヨークを提供する。ヨーク部32には、磁石35が固定されている。
The
磁場変調装置13のうち、ロータコア31及び磁石34は、容器21の内周側に配置されている。また、磁場変調装置13のうち、ヨーク部32、ベアリング33及び磁石35は、容器21の外周側に配置されている。磁石34は、容器21の一側に配置される第1磁石である。磁石35は、容器21の他側に配置される第2磁石である。磁石34と磁石35とは、容器21の内外方の両側において、互いに異なる極が対向するように配置される。磁石34と磁石35とは、径方向の内側と外側とに配置されることによって、それらの間に位置付けられたMCE素子12に強い磁場を供給する。磁石34、35には、フェライト磁石や、ネオジム磁石等の希土類磁石を用いることができる。
In the
モータ15により回転軸22が回転されると、磁場変調装置13では、ロータコア31とともに磁石34が回転移動する。また、磁石34の回転移動に伴い、磁石34に対向する磁石35が磁石間に働く吸引力によって追従して移動し、ヨーク部32が回転する。これにより、ロータコア31、ヨーク部32、磁石34及び磁石35を有する構成が、MCE素子12に対して強力な励磁及び減磁を周期的に提供する磁場変調装置13となる。ロータコア31、ヨーク部32、磁石34及び磁石35を有する構成が、本実施形態における磁気回路部13Aである。磁気回路部13Aは、容器21に対し相対的に移動する相対的移動体である。容器21と磁気回路部13Aとを容器21外表面に沿った方向に相対的に移動させることで、磁場変調装置13はMCE素子12に印加される磁場を変調する。
When the
なお、ヨーク部32は、ベアリング33によりハウジング20の内周面に保持されていたが、これに限定されるものではない。例えば、潤滑油層や空気層を介して保持されるものであってもよい。
Although the
容器21と磁石34とは相互に離間して配設され、ロータコア31とともに磁石34が回転しても容器21に干渉しないようになっている。容器21の外表面のうち内周側の内周側表面と、磁石34の外表面のうち外周側の外周側表面との間には、隙間部23が形成されている。一方、容器21と磁石35とも相互に離間して配設され、磁石34に追従して磁石35及びヨーク部32が回転しても容器21に干渉しないようになっている。容器21の外表面のうち外周側の外周側表面と、磁石35の外表面のうち内周側の内周側表面との間には、隙間部24が形成されている。
The
MHP装置10は、MHP装置10によって得られた高温の温熱を輸送する高温系統16を備える。高温系統16は、MHP装置10によって得られた温熱を利用する熱機器でもある。MHP装置10は、MHP装置10によって得られた低温の冷熱を輸送する低温系統17を備える。低温系統17は、MHP装置10によって得られた冷熱を利用する熱機器でもある。
The
高温系統16は、一次媒体が循環的に流される通路61を備える。高温系統16は、一次媒体と他の媒体との間の熱交換を提供する熱交換器63を備える。例えば、熱交換器63は、一次媒体と空気との熱交換を提供する。高温系統16は、MHP装置10の高温端11E1からの温熱出力を利用して、熱交換器63から放熱して外部媒体を加熱する。高温系統16は、MHP装置10の高温端11E1からの温熱出力を熱交換器63で外部媒体へ放出する。
The
低温系統17は、一次媒体が循環的に流される通路71を備える。低温系統17は、一次媒体と他の媒体との間の熱交換を提供する熱交換器73を備える。例えば、熱交換器73は、一次媒体と空気との熱交換を提供する。高温系統16は、MHP装置10の低温端11E2からの冷熱出力を利用して、熱交換器63で吸熱して外部媒体を冷却する。低温系統17は、MHP装置10の低温端11E2からの冷熱出力を熱交換器73で外部媒体に放出するとも言える。
The
図3に示すように、容器21内の作業室11には、複数の素子ブロックを配列したブロック群からなるMCE素子12が配設される。図3では、容器21のうち、ひとつの作業室11に対応する部分が図示されている。図中には、ブロック群の素子ブロック12A、12B、12Cが図示されている。ひとつの作業室11に配置される素子ブロックは、3つに限定されるものではない。ひとつの作業室11に配置される素子ブロックの数は、2つであってもよいし、4つ以上であってもよい。
As shown in FIG. 3, the
素子ブロック12A、12B、12Cのそれぞれは、素子片である素子プレートを積層して構成されている。図3に示すように、複数の素子ブロックは、熱輸送媒体の往復移動方向であるXX方向に配列されている。各素子ブロックの素子プレートは熱輸送媒体の往復移動方向に直交するYY方向に積層されている。以下、熱輸送媒体の往復移動方向を、単にXX方向と呼ぶ場合がある。また、素子プレートの積層方向を、単にYY方向と呼ぶ場合がある。また、XX方向及びYY方向の両者に直交する直交方向を、ZZ方向と呼ぶ場合がある。ZZ方向は、磁場変調装置13による磁力線の通過方向でもある。
Each of the element blocks 12A, 12B, and 12C is configured by laminating element plates that are element pieces. As shown in FIG. 3, the plurality of element blocks are arranged in the XX direction which is the reciprocal movement direction of the heat transport medium. The element plates of each element block are stacked in the YY direction orthogonal to the reciprocating direction of the heat transport medium. Hereinafter, the reciprocating direction of the heat transport medium may be simply referred to as the XX direction. In addition, the stacking direction of the element plates may be simply referred to as the YY direction. Further, the orthogonal direction orthogonal to both the XX direction and the YY direction may be referred to as the ZZ direction. The ZZ direction is also the passing direction of the lines of magnetic force by the
素子ブロック12A、12B、12Cのそれぞれは、第1素子プレート121、第2素子プレート122、端部素子プレート123を有する。図4は、第1素子プレート121のXX方向に直交する断面形状を示す断面図である。第1素子プレート121は、薄い直方体状に形成されている。第1素子プレート121は、ひとつの広い面に凹状に形成されたひとつの流路溝121aを有する。流路溝121aは、断面形状が矩形状の溝であり、XX方向に沿って延びている。流路溝121aは、同一の断面形状がXX方向に連続するように形成されている。流路溝121aは、XX方向における両端に開口している。流路溝121aは、本実施形態における第1流路形成部に相当する。
Each of the element blocks 12A, 12B, and 12C has a
図5は、第2素子プレート122のXX方向に直交する断面形状を示す断面図である。第2素子プレート122は、第1素子プレート121と同様に、薄い直方体状に形成されている。第2素子プレート122は、ひとつの広い面に凹状に形成されたひとつの流路溝122aを有する。流路溝122aは、第1素子プレート121の流路溝121aに対応する位置に形成されている。流路溝122aは、断面形状が矩形状の溝であり、XX方向に沿って延びている。流路溝122aは、同一の断面形状がXX方向に連続するように形成されている。流路溝122aは、XX方向における両端に開口している。流路溝122aは、本実施形態における第2流路形成部に相当する。
FIG. 5 is a sectional view showing a sectional shape of the
第2素子プレート122の外形は、第1素子プレート121の外形と同じである。第2素子プレート122の板厚の設定値は、第1素子プレート121の板厚の設定値と同じである。流路溝122aのYY方向の流路高さ寸法Y2は、流路溝121aのYY方向の流路高さ寸法Y1よりも大きく設定されている。本例では、流路溝121aのZZ方向の流路幅寸法Z1と、流路溝122aのZZ方向の流路幅寸法Z2とは、同一に設定されている。
The outer shape of the
第1素子プレート121の流路高さ寸法Y1は、例えば、第1素子プレート121の板厚の15〜25%に設定されている。第2素子プレート122の流路高さ寸法Y2は、例えば、流路高さ寸法Y1の120〜150%に設定されている。流路溝121a、122aは、直方体状の素子プレートの一部を除去加工して形成することができる。除去加工として、ワイヤーカット加工、切削加工、研削加工等を採用することができる。流路溝121a、122aの形成は、除去加工に限定されず、例えば、素子プレート形成時に予め形成してもよい。
The flow path height dimension Y1 of the
図6に示すように、素子ブロック12Aは、第1素子プレート121と第2素子プレート122とが交互に積層されている。素子ブロック12AのYY方向における図示下方の一端部には、第1素子プレート121が配置され、その図示上方に第1、第2素子プレート121、122の交互積層構造が形成されている。素子ブロック12Aの図示上方の他端部には、板状の端部素子プレート123が配置されている。素子ブロック12Aは、積層されたプレートの間に複数の流路を区画形成する。素子ブロック12AのXX方向の両端部には、複数の流路溝121a、122aにより提供される複数の流路開口が開口している。
As shown in FIG. 6, in the
図7に示すように、素子ブロック12Bは、第1素子プレート121と第2素子プレート122とが交互に積層されている。素子ブロック12BのYY方向における図示下方の一端部には、第2素子プレート122が配置され、その図示上方に第1、第2素子プレート121、122の交互積層構造が形成されている。素子ブロック12Bの図示上方の他端部には、板状の端部素子プレート123が配置されている。素子ブロック12Bは、積層されたプレートの間に複数の流路を区画形成する。素子ブロック12BのXX方向の両端部には、複数の流路溝121a、122aにより提供される複数の流路開口が開口している。
As shown in FIG. 7, in the
素子ブロック12Cは、素子ブロック12Aと同様の構成をなしている。素子ブロック12A、12B、12Cは、図3に示すように、同じ側の端部に端部素子プレート123が配置されるように配列される。すなわち、XX方向で隣り合う素子ブロック同士では、隣り合う素子ブロックの一方は、YY方向における一端部に第1素子プレート121が配置され、隣り合う素子ブロックの他方は、YY方向における同じ側の端部に第2素子プレート122が配置されている。
The
第1素子プレート121及び第2素子プレート122は、極めて薄い板状である。したがって、第1素子プレート121及び第2素子プレート122は、加工の際に撓み等が発生し易い。第1、第2素子プレート121、122は、特に流路溝121a、122aを形成する際に撓み易く、流路溝121a、122aを含む各部の寸法が、予め設定した狙い値に対してばらつき易い。第1、第2素子プレート121、122を積層してなる素子ブロック12A、12B、12Cでは、流路溝121a、122aの位置が、予め設定した狙い位置に対してばらつき易い。
The
図8は、XX方向及びYY方向に沿った素子ブロック12A、12B、12C群の断面を示している。図8に示すように、配列された素子ブロック12A、12B、12Cにおいて、流路溝121a、122aの位置がばらついたとしても、隣り合う素子ブロックの流路溝同士は確実に連通している。
FIG. 8 shows a cross section of the element blocks 12A, 12B, and 12C along the XX direction and the YY direction. As shown in FIG. 8, in the arrayed element blocks 12A, 12B, and 12C, even if the positions of the
図1に戻り、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63、73は、車両用空調装置1の一部を提供する。熱交換器63は、熱交換器73より高温になる高温側熱交換器である。熱交換器73は、熱交換器63より低温になる低温側熱交換器である。車両用空調装置1は、高温側の熱交換器63、および/または低温側の熱交換器73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。
Returning to FIG. 1, the vehicle air conditioner 1 is mounted on a vehicle and adjusts the temperature of a passenger compartment of the vehicle. The two
車両用空調装置1は、冷房装置又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再び加熱する加熱器とを備えることができる。MHP装置10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、熱交換器63は上記加熱器として用いることができる。また、熱交換器73は上記冷却器として用いることができる。
The vehicle air conditioner 1 is used as a cooling device or a heating device. The vehicle air conditioner 1 can include a cooler that cools the air supplied to the room and a heater that heats the air cooled by the cooler again. The
MHP装置10が温熱供給源として利用されるとき、熱交換器63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。熱交換器73を通過した空気は車両の室外に排出される。このとき、熱交換器63は、室内熱交換器とも呼ばれる。熱交換器73は、室外熱交換器とも呼ばれる。
When the
MHP装置10が冷熱供給源として利用されるとき、熱交換器73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。熱交換器63を通過した空気は車両の室外に排出される。このとき、熱交換器63は、室外熱交換器とも呼ばれる。熱交換器73は、室内熱交換器とも呼ばれる。
When the
また、MHP装置10は、除湿装置として利用されることもある。この場合、熱交換器73を通過した空気は、その後に、熱交換器63を通過し、室内に供給される。MHP装置10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。
Further, the
本実施形態のMHP装置10は、MCE素子12と、容器21と、磁場変調装置13と、熱輸送装置14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。容器21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13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14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。
The
MCE素子12は、複数の素子ブロック12A、12B、12Cを熱輸送媒体の往復移動の方向である往復移動方向に配列して構成されている。複数の素子ブロック12A、12B、12Cのそれぞれは、第1素子プレート121及び第2素子プレート122を交互に積層している。第1素子プレート121は、熱輸送媒体往復移動方向に延びる流路溝121aとして形成されて熱輸送媒体を往復移動方向に流通可能な第1流路形成部を有している。第2素子プレート122は、熱輸送媒体往復移動方向に延びる流路溝122aとして形成されて熱輸送媒体を往復移動方向に流通可能な第2流路形成部を有している。第2流路形成部である流路溝122aのプレート積層方向の流路高さ寸法Y2が、第1流路形成部である流路溝121aのプレート積層方向の流路高さ寸法Y1よりも大きく設定されている。
The
そして、熱輸送媒体往復移動方向において隣り合う素子ブロック同士では、隣り合う素子ブロックの一方は、プレート積層方向における一端部に第1素子プレート121が配置されている。隣り合う素子ブロックの他方は、プレート積層方向における上記一端部と同じ側の端部に第2素子プレート122が配置されている。
In the element blocks adjacent to each other in the reciprocating direction of the heat transport medium, one of the adjacent element blocks has the
これによると、隣り合う素子ブロック同士において、第1素子プレート121と第2素子プレート122とがXX方向で隣り合う。第2素子プレート122に形成された流路溝122aの流路高さ寸法Y2は、第1素子プレート121に形成された流路溝121aの流路高さ寸法Y1よりも大きい。したがって、素子ブロック間において、流路溝121aと流路溝122aとがプレート積層方向に位置ずれしたとしても、流路溝121aの端部開口が、流路溝122aの端部開口範囲から外れ難く、流路溝121aと流路溝122aとを連通することができる。このようにして、隣り合う素子ブロックの間にスペーサを介設しなくても、熱輸送媒体の流路の閉塞を防止することができる。
According to this, in the adjacent element blocks, the
隣り合う素子ブロックの間にスペーサを介設すると、スペーサ介設部位において、熱輸送媒体流路断面積が急拡大及び急縮小する。流路断面積の急激な変化は圧力損失を増大させる。素子ブロックを多段化した磁気熱量素子にスペーサを用いると、圧力損失の増大によりシステム運転効率が低下する。本実施形態のようにスペーサを用いない構成によれば、運転効率の低下を抑制することができる。 When a spacer is provided between the adjacent element blocks, the heat transport medium flow passage cross-sectional area rapidly expands and contracts at the spacer insertion site. A sudden change in the flow passage cross-sectional area increases the pressure loss. When a spacer is used for a magnetocaloric element having a multi-stage element block, the system operation efficiency is reduced due to an increase in pressure loss. According to the configuration in which the spacer is not used as in the present embodiment, it is possible to suppress a decrease in operating efficiency.
また、第2素子プレート122は、第1素子プレート121が有する第1流路形成部に対応して、第1流路形成部と同数の第2流路形成部を有している。これによると、第1流路形成部に対応して第2流路形成部を配置し、第1流路形成部と第2流路形成部とを連通することが容易である。
In addition, the
また、第1流路形成部及び第2流路形成部は、いずれも流路断面形状が矩形状の流路溝121a、122aである。これによると、各素子プレートに第1流路形成部及び第2流路形成部を形成することが容易である。
In addition, the first flow path forming portion and the second flow path forming portion are
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について図9〜図13に基づいて説明する。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment will be described based on FIGS. 9 to 13.
第2実施形態は、前述の第1実施形態と比較して、第1流路形成部及び第2流路形成部の構成が異なる。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 is different from the above-described first embodiment in the configuration of the first flow path forming unit and the second flow path forming unit. The same parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. The components denoted by the same reference numerals as those in the drawings according to the first embodiment and the other configurations not described in the second embodiment are the same as those in the first embodiment and have the same operational effects.
本実施形態の素子ブロック12A、12B、12Cのそれぞれは、第1素子プレート221、第2素子プレート222、端部素子プレート123を有する。図9は、第1素子プレート221のXX方向に直交する断面形状を示す断面図である。第1素子プレート221は、薄い直方体状に形成されている。第1素子プレート221は、ひとつの広い面に凹状に形成された複数の流路溝221aを有する。流路溝221aは、断面形状が矩形状の溝であり、XX方向に沿って延びている。流路溝221aは、同一の断面形状がXX方向に連続するように形成されている。流路溝221aは、XX方向における両端に開口している。複数の流路溝221aは、所定ピッチで並設されている。流路溝221aは、本実施形態における第1流路形成部に相当する。
Each of the element blocks 12A, 12B, and 12C of this embodiment has a
図10は、第2素子プレート222のXX方向に直交する断面形状を示す断面図である。第2素子プレート222は、第1素子プレート221と同様に、薄い直方体状に形成されている。第2素子プレート222は、ひとつの広い面に凹状に形成された複数の流路溝222aを有する。流路溝222aは、断面形状が矩形状の溝であり、XX方向に沿って延びている。流路溝222aは、同一の断面形状がXX方向に連続するように形成されている。流路溝222aは、XX方向における両端に開口している。複数の流路溝222aは、複数の流路溝221aと同一ピッチで並設されている。それぞれの流路溝222aは、第1素子プレート221の流路溝221aに対応する位置に形成されている。流路溝222aは、本実施形態における第2流路形成部に相当する。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a cross-sectional shape of the
第2素子プレート222の外形は、第1素子プレート221の外形と同じである。第2素子プレート222の板厚の設定値は、第1素子プレート221の板厚の設定値と同じである。流路溝222aのYY方向の流路高さ寸法Y4は、流路溝221aのYY方向の流路高さ寸法Y3よりも大きく設定されている。また、流路溝222aのZZ方向の流路幅寸法Z4は、流路溝221aのZZ方向の流路幅寸法Z3よりも大きく設定されている。
The outer shape of the
第1素子プレート221の流路高さ寸法Y3は、例えば、第1素子プレート221の板厚の15〜25%に設定されている。第2素子プレート222の流路高さ寸法Y4は、例えば、流路高さ寸法Y3の120〜150%に設定されている。第2素子プレート222の流路幅寸法Z4は、例えば、流路幅寸法Z3の110〜150%に設定されている。流路幅寸法Z4は、好ましくは、流路幅寸法Z3の115〜130%に設定される。流路溝221a、222aは、流路溝121a、122aと同様の製法により形成することができる。
The flow path height dimension Y3 of the
図11に示すように、本実施形態の素子ブロック12Aは、第1素子プレート221と第2素子プレート222とが交互に積層されている。素子ブロック12AのYY方向における図示下方の一端部には、第1素子プレート221が配置され、その図示上方に第1、第2素子プレート221、222の交互積層構造が形成されている。素子ブロック12Aの図示上方の他端部には、板状の端部素子プレート123が配置されている。素子ブロック12Aは、積層されたプレートの間に複数の流路を区画形成する。素子ブロック12AのXX方向の両端部には、複数の流路溝221a、222aにより提供される複数の流路開口が開口している。
As shown in FIG. 11, in the
図12に示すように、本実施形態の素子ブロック12Bは、第1素子プレート221と第2素子プレート222とが交互に積層されている。素子ブロック12BのYY方向における図示下方の一端部には、第2素子プレート222が配置され、その図示上方に第1、第2素子プレート221、222の交互積層構造が形成されている。素子ブロック12Bの図示上方の他端部には、板状の端部素子プレート123が配置されている。素子ブロック12Bは、積層されたプレートの間に複数の流路を区画形成する。素子ブロック12BのXX方向の両端部には、複数の流路溝221a、222aにより提供される複数の流路開口が開口している。
As shown in FIG. 12, in the
本実施形態においても、素子ブロック12Cは、上記した素子ブロック12Aと同様の構成をなしている。本実施形態の素子ブロック12A、12B、12Cは、第1実施形態と同様に、同じ側の端部に端部素子プレート123が配置されるように配列される。すなわち、XX方向で隣り合う素子ブロック同士では、隣り合う素子ブロックの一方は、YY方向における一端部に第1素子プレート221が配置され、隣り合う素子ブロックの他方は、YY方向における同じ側の端部に第2素子プレート222が配置されている。
Also in this embodiment, the
第1素子プレート221及び第2素子プレート222は、極めて薄い板状である。したがって、第1素子プレート221及び第2素子プレート222は、加工の際に撓み等が発生し易い。第1、第2素子プレート221、222は、特に流路溝221a、222aを形成する際に撓み易く、流路溝221a、222aを含む各部の寸法が、予め設定した狙い値に対してばらつき易い。第1、第2素子プレート221、222を積層してなる素子ブロック12A、12B、12Cでは、流路溝221a、222aの位置が、予め設定した狙い位置に対してばらつき易い。
The
図13は、XX方向及びZZ方向に沿った素子ブロック12A、12B、12C群の断面を示している。図13に示すように、配列された素子ブロック12A、12B、12Cにおいて、流路溝221a、222aの位置がばらついたとしても、隣り合う素子ブロックの流路溝同士は確実に連通している。
FIG. 13 shows a cross section of the element blocks 12A, 12B, 12C along the XX direction and the ZZ direction. As shown in FIG. 13, in the arrayed element blocks 12A, 12B, and 12C, even if the positions of the
本実施形態のMCE素子12は、複数の素子ブロック12A、12B、12Cを熱輸送媒体の往復移動の方向である往復移動方向に配列して構成されている。複数の素子ブロック12A、12B、12Cのそれぞれは、第1素子プレート221及び第2素子プレート222を交互に積層している。第1素子プレート221は、熱輸送媒体往復移動方向に延びる流路溝221aとして形成されて熱輸送媒体を往復移動方向に流通可能な第1流路形成部を有している。第2素子プレート222は、熱輸送媒体往復移動方向に延びる流路溝222aとして形成されて熱輸送媒体を往復移動方向に流通可能な第2流路形成部を有している。第2流路形成部である流路溝222aのプレート積層方向の流路高さ寸法Y4が、第1流路形成部である流路溝221aのプレート積層方向の流路高さ寸法Y3よりも大きく設定されている。
The
そして、熱輸送媒体往復移動方向において隣り合う素子ブロック同士では、隣り合う素子ブロックの一方は、プレート積層方向における一端部に第1素子プレート221が配置されている。隣り合う素子ブロックの他方は、プレート積層方向における上記一端部と同じ側の端部に第2素子プレート222が配置されている。
Then, in the element blocks adjacent to each other in the reciprocating direction of the heat transport medium, one of the adjacent element blocks has the
これによると、隣り合う素子ブロック同士において、第1素子プレート221と第2素子プレート222とXX方向で隣り合う。第2素子プレート222に形成された流路溝222aの流路高さ寸法Y4は、第1素子プレート221に形成された流路溝221aの流路高さ寸法Y3よりも大きい。したがって、素子ブロック間において、流路溝221aと流路溝222aとがプレート積層方向に位置ずれしたとしても、流路溝221aの端部開口が、流路溝222aの端部開口範囲から外れ難く、流路溝221aと流路溝222aとを連通することができる。このようにして、隣り合う素子ブロックの間にスペーサを介設しなくても、熱輸送媒体の流路の閉塞を防止することができる。
According to this, in the adjacent element blocks, the
また、第2流路形成部である流路溝222aのプレート積層方向及び熱輸送媒体往復移動方向に直交するZZ方向の流路幅寸法Z4が、第1流路形成部である流路溝221aのZZ方向の流路幅寸法Z3よりも大きく設定されている。
The flow channel width dimension Z4 in the ZZ direction orthogonal to the plate stacking direction and the heat transport medium reciprocating direction of the
これによると、隣り合う素子ブロック同士において、第1素子プレート221と第2素子プレート222とが隣り合う。そして、第2素子プレート222に形成された流路溝222aの流路幅寸法Z4は、第1素子プレート221に形成された流路溝221aの流路幅寸法Z3よりも大きい。したがって、素子ブロック間において、流路溝221aと流路溝222aとがプレート積層方向に直交する方向に位置ずれしたとしても、流路溝221aの熱輸送媒体往復移動方向の端部開口が、流路溝222aの端部開口範囲から外れ難い。このようにして、隣り合う素子ブロックの間にスペーサを介設しなくても、熱輸送媒体の流路の閉塞を確実に防止することができる。
According to this, in the adjacent element blocks, the
また、第2素子プレート222は、第1素子プレート221が有する第1流路形成部に対応して、第1流路形成部と同数の第2流路形成部を有している。これによると、第1流路形成部に対応して第2流路形成部を配置し、第1流路形成部と第2流路形成部とを連通することが容易である。
Further, the
また、第1素子プレート221が第1流路形成部を複数有し、第2素子プレート222が第2流路形成部を複数有している。そして、第2素子プレート222は、第1素子プレート221が有する第1流路形成部に対応して、複数の第1流路形成部と同一ピッチで設けられた複数の第2流路形成部を有している。これによると、複数の第1流路形成部のそれぞれに対応して第2流路形成部を配置し、複数の第1流路形成部と複数の第2流路形成部とを連通することができる。
Further, the
また、第1流路形成部及び第2流路形成部は、いずれも流路断面形状が矩形状の流路溝221a、222aである。これによると、各素子プレートに第1流路形成部及び第2流路形成部を形成することが容易である。
Further, both the first flow path forming portion and the second flow path forming portion are
(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 variously modified and implemented. The disclosed technology is not limited to the combinations shown in the embodiments, and can be implemented by various combinations. Embodiments can have additional parts. Parts of the embodiment may be omitted. Portions of the embodiments may be replaced or combined with portions of 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. The technical scope of some of the disclosed technology is shown by the description of the claims, and should be understood to include meaning equivalent to the description of the claims and all modifications within the scope. .
上記第2実施形態では、第2素子プレート222に形成された流路溝222aの流路幅寸法Z4を、第1素子プレート221に形成された流路溝221aの流路幅寸法Z3よりも大きく設定していたが、これに限定されるものではない。流路溝222aの流路幅寸法Z4を、流路溝221aの流路幅寸法Z3と同じにしてもよい。
In the second embodiment, the flow passage width dimension Z4 of the
また、上記実施形態では、第1、第2流路形成部を、いずれも断面形状が矩形状の流路溝としていたが、これに限定されるものではない。例えば、図14に示すように、第1素子プレート221が有する第1流路形成部を断面形状が三角形状の流路溝321aとし、図15に示すように、第2素子プレート222が有する第2流路形成部を断面形状が三角形状の流路溝322aとしてもよい。流路溝322aのYY方向の流路高さ寸法が、流路溝321aのYY方向の流路高さ寸法よりも大きく設定されていればよい。流路溝322aのZZ方向の流路幅寸法が、流路溝321aのZZ方向の流路幅寸法よりも大きく設定されていれば更に好ましい。
Further, in the above-described embodiment, the first and second flow path forming portions are both flow path grooves having a rectangular cross section, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 14, the first flow path forming portion of the
また、第1、第2流路形成部は流路溝に限定されない。第1、第2流路形成部は、第1、第2素子プレートにXX方向に延びる貫通孔として形成された流路孔であってもよい。例えば、図16に示すように、第1流路形成部を断面形状が円形状の流路孔421aとし、図17に示すように、第2流路形成部を断面形状が円形状の流路孔422aとしてもよい。流路孔422aの径寸法が、流路孔421aの径寸法よりも大きく設定されていればよい。すなわち、流路孔422aのYY方向の流路高さ寸法が、流路孔421aのYY方向の流路高さ寸法よりも大きく設定され、流路孔422aのZZ方向の流路幅寸法が、流路孔421aのZZ方向の流路幅寸法よりも大きく設定されていればよい。
Further, the first and second flow path forming portions are not limited to the flow path grooves. The first and second flow path forming portions may be flow path holes formed as through holes extending in the XX direction in the first and second element plates. For example, as shown in FIG. 16, the first flow path forming portion is a
また、例えば、図18に示すように、第1流路形成部を断面形状が長円形状の流路孔521aとし、図19に示すように、第2流路形成部を断面形状が長円形状の流路孔522aとしてもよい。流路孔522aのYY方向の流路高さ寸法が、流路孔521aのYY方向の流路高さ寸法よりも大きく設定されていればよい。流路孔522aのZZ方向の流路幅寸法が、流路孔521aのZZ方向の流路幅寸法よりも大きく設定されていれば更に好ましい。
Further, for example, as shown in FIG. 18, the first flow path forming portion is a
また、上記実施形態では、第1流路形成部に対応して、第1流路形成部とほぼ相似断面形状を有する第2流路形成部を設けていたが、これに限定されるものではない。第1流路形成部の断面形状と第2流路形成部の断面形状とは、相似形状でなくてもよい。 Further, in the above-described embodiment, the second flow path forming portion having a cross-sectional shape substantially similar to that of the first flow path forming portion is provided corresponding to the first flow path forming portion, but the present invention is not limited to this. Absent. The cross-sectional shape of the first flow path forming portion and the cross-sectional shape of the second flow path forming portion may not be similar shapes.
また、上記第2実施形態及び図14〜図19を用いて説明した形態では、複数の第1流路形成部を所定ピッチで形成し、複数の第2流路形成部も同一の所定ピッチで形成していたが、これに限定されるものではない。複数の第1流路形成部に対応して複数の第2流路形成部を設けるものであれば、第1、第2流路形成部は不等ピッチで形成されるものであってもよい。 In addition, in the above-described second embodiment and the embodiment described with reference to FIGS. 14 to 19, the plurality of first flow path forming portions are formed at a predetermined pitch, and the plurality of second flow path forming portions are also at the same predetermined pitch. However, it is not limited to this. The first and second flow path forming portions may be formed at unequal pitches as long as a plurality of second flow path forming portions are provided corresponding to the plurality of first flow path forming portions. .
また、上記第2実施形態及び図14〜図19を用いて説明した形態では、複数の第1流路形成部に対応して、第1流路形成部と同数の第2流路形成部を設けていたが、これに限定されるものではない。第1流路形成部の数と第2流路形成部の数とが異なっていてもかまわない。 Further, in the second embodiment and the embodiment described with reference to FIGS. 14 to 19, the same number of second flow passage forming portions as the first flow passage forming portions are provided corresponding to the plurality of first flow passage forming portions. Although provided, it is not limited to this. The number of the first flow path forming portions and the number of the second flow path forming portions may be different.
また、上記実施形態では、磁気ヒートポンプ装置の磁場変調装置が、容器の一側に配置された第1磁石及びヨークと、容器の他側で第1磁石に対して異なる極が対向するように配置された第2磁石及びヨークと、を備えている。そして、第1磁石及びヨークに連結された駆動装置と、第2磁石及びヨークを第1磁石及びヨークに追従して回転するように保持する保持機構とを備えるものであった。しかしながら、これに限定されるものではない。 In the above embodiment, the magnetic field modulator of the magnetic heat pump device is arranged such that the first magnet and the yoke arranged on one side of the container and the different poles of the first magnet and the other magnet on the other side of the container face each other. A second magnet and a yoke that are formed. The drive device is connected to the first magnet and the yoke, and the holding mechanism that holds the second magnet and the yoke so as to rotate following the first magnet and the yoke. However, it is not limited to this.
例えば、第2磁石が取り付けられたヨークを、外部から駆動する外部駆動機構を設けて、第2磁石及びヨークを第1磁石及びヨークに追従して回転させるものであってもよい。この外部駆動機構の駆動源は、第1磁石が取り付けられたヨークを回転させる駆動装置であってもよいし、第1磁石が取り付けられたヨークを回転させる駆動装置とは別の駆動装置であってもよい。 For example, an external drive mechanism that externally drives the yoke to which the second magnet is attached may be provided to rotate the second magnet and the yoke following the first magnet and the yoke. The drive source of the external drive mechanism may be a drive device that rotates the yoke to which the first magnet is attached, or a drive device different from the drive device that rotates the yoke to which the first magnet is attached. May be.
また、上記実施形態では、磁気回路部は、容器を間にして相互に対向する第1磁石である磁石34と第2磁石である磁石35とを有していたが、これに限定されるものではない。例えば、第1磁石および第2磁石のいずれかのみを備える磁気回路部としてもかまわない。
Further, in the above-described embodiment, the magnetic circuit unit has the
また、上記実施形態では、素子ベッドである容器21を静止させておき、磁石34、35側を回転する構成を採用した。これに代えて、素子ベッドである容器21と磁場変調装置13との間の相対的な回転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、作業室11とMCE素子12とを有する素子ベッドである容器を、永久磁石を含む磁場変調装置に対して相対的に回転移動させてもよい。これにより、ひとつのMCE素子12に与えられる磁場を変動させることができる。換言すれば、磁場変調装置は、磁石を有する相対的移動体に対して容器を容器外表面に沿った方向に移動させるものであってもよい。すなわち、容器と相対的移動体とを容器外表面に沿った方向に相対的に移動させて、磁気作業物質へ印加する磁場の大きさを変更するものであればよい。
Further, in the above-described embodiment, the
また、上記実施形態では、熱輸送媒体の移動装置としてのポンプを高温端及び低温端を有する容器の両側に設けていたが、これに限定されるものではない。例えば、ポンプの両側に、高温端を有する容器と低温端を有する容器とをそれぞれ配置したものであってもよい。また、ポンプの形態も前述したタイプに限定されるものではない。 Further, in the above-described embodiment, the pumps as the heat transport medium moving device are provided on both sides of the container having the high temperature end and the low temperature end, but the present invention is not limited to this. For example, a container having a high temperature end and a container having a low temperature end may be arranged on both sides of the pump. Also, the form of the pump is not limited to the type described above.
また、上記実施形態では、磁場変調装置は、磁力源として永久磁石を有する磁気回路部を備え、磁気回路部と容器とを相対的に移動させて磁気作業物質に印加する外部磁場を変調していた。そして、磁力源は永久磁石に限定されず、電磁石でもよいことを説明した。磁力源として電磁石を採用する場合には、磁場変調装置は、磁気回路部と容器との相対的移動を行なわなくてもかまわない。電磁石を採用する場合には、磁気回路部と容器との相対的移動がなくても磁場変調が可能である。 Further, in the above embodiment, the magnetic field modulation device includes a magnetic circuit unit having a permanent magnet as a magnetic force source, and relatively moves the magnetic circuit unit and the container to modulate the external magnetic field applied to the magnetic working substance. It was Then, it was explained that the magnetic force source is not limited to the permanent magnet and may be an electromagnet. When the electromagnet is used as the magnetic force source, the magnetic field modulator does not need to perform relative movement between the magnetic circuit unit and the container. When an electromagnet is used, magnetic field modulation is possible without the relative movement of the magnetic circuit unit and the container.
また、上記実施形態では、MHP装置の外部の熱交換器63、73に熱輸送媒体を供給した。これに代えて、一次媒体である熱輸送媒体と、二次媒体とを熱交換する熱交換器をMHP装置内に設け、二次媒体を低温系統と高温系統とに供給してもよい。
In the above embodiment, the heat transport medium is supplied to the
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、車両以外の船舶や航空機等の移動体用の空調装置に開示技術を適用してもよい。また、住宅用等の定置式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や水を冷却する冷水機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。 Further, in the above embodiment, the disclosed technology is applied to the vehicle air conditioner. Instead of this, the disclosed technology may be applied to an air conditioner for a moving body such as a ship other than a vehicle or an aircraft. Further, the disclosed technology may be applied to a stationary air conditioner such as a house. Further, it may be used as a water heater for heating water or a chiller for cooling water. Moreover, in the said embodiment, the MHP apparatus which used outdoor air as a main heat source was demonstrated. Alternatively, another heat source such as water or soil may be used as the main heat source.
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装置が提供される。これに換えて、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を提供してもよい。例えば、上記実施形態のMHP装置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 MHP apparatus which is one form of a thermomagnetic cycle apparatus is provided. Alternatively, a thermomagnetic engine device, which is one form of the thermomagnetic cycle device, may be provided. For example, a thermomagnetic engine device can be provided by adjusting the phase of the magnetic field change and the flow of the heat transport medium of the MHP device of the above embodiment.
10 磁気熱量効果型ヒートポンプ装置(MHP装置、磁気ヒートポンプ装置)
11 作業室
12 磁気熱量素子(MCE素子、磁気作業物質)
12A、12B、12C 素子ブロック
13 磁場変調装置
14 熱輸送装置
21 容器
121、221 第1素子プレート
121a、221a、321a 流路溝(第1流路形成部)
122、222 第2素子プレート
122a、222a、322a 流路溝(第2流路形成部)
421a、521a 流路孔(第1流路形成部)
422a、522a 流路孔(第2流路形成部)
10 Magnetic calorific effect heat pump device (MHP device, magnetic heat pump device)
11 working
12A, 12B,
122, 222
421a, 521a Channel hole (first channel forming portion)
422a, 522a Channel hole (second channel forming portion)
Claims (5)
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(21)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(13)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(14)と、を備え、
前記磁気熱量素子は、複数の素子ブロック(12A、12B、12C)を前記往復移動の方向である往復移動方向(XX)に配列してなり、
前記複数の素子ブロックのそれぞれは、第1素子プレート(121、221)及び第2素子プレート(122、222)を交互に積層したものであって、
前記第1素子プレートは、前記往復移動方向に延びる流路溝又は流路孔として形成されて前記熱輸送媒体を前記往復移動方向に流通可能な第1流路形成部(121a、221a、321a、421a、521a)を有し、
前記第2素子プレートは、前記往復移動方向に延びる流路溝又は流路孔として形成されて前記熱輸送媒体を前記往復移動方向に流通可能な第2流路形成部(122a、222a、322a、422a、522a)を有して、
前記第2流路形成部の前記積層した方向である積層方向(YY)の流路高さ寸法(Y2、Y4)が、前記第1流路形成部の前記積層方向の流路高さ寸法(Y1、Y3)よりも大きく設定されており、
前記往復移動方向において隣り合う前記素子ブロック同士では、
前記隣り合う前記素子ブロックの一方は、前記積層方向における一端部に前記第1素子プレートが配置されており、
前記隣り合う前記素子ブロックの他方は、前記積層方向における前記一端部と同じ側の端部に前記第2素子プレートが配置されている、熱磁気サイクル装置。 A magnetocaloric element (12) that generates heat and absorbs heat depending on the strength of an external magnetic field;
A container (21) having a working chamber (11) in which the magnetocaloric element is arranged;
A magnetic field modulator (13) for modulating the external magnetic field applied to the magnetocaloric element,
A heat transport device (14) for reciprocating a heat transport medium that exchanges heat with the magnetocaloric element so as to generate a high temperature end and a low temperature end in the magnetocaloric element,
The magnetocaloric element is formed by arranging a plurality of element blocks (12A, 12B, 12C) in a reciprocating direction (XX) which is the reciprocating direction,
Each of the plurality of element blocks is formed by alternately stacking first element plates (121, 221) and second element plates (122, 222),
The first element plate is formed as a flow channel or a flow channel hole extending in the reciprocating direction, and is capable of circulating the heat transport medium in the reciprocating direction. 421a, 521a),
The second element plate is formed as a flow channel or a flow channel hole extending in the reciprocating direction, so that the heat transport medium can flow in the reciprocating direction. 422a, 522a),
The flow path height dimension (Y2, Y4) in the stacking direction (YY) which is the stacking direction of the second flow path forming portion is the flow path height dimension (Y2, Y4) in the stacking direction of the first flow path forming portion ( Y1, Y3) is set larger than
In the element blocks adjacent to each other in the reciprocating direction,
One of the adjacent element blocks has the first element plate arranged at one end in the stacking direction,
The other of the adjacent element blocks is a thermomagnetic cycle device in which the second element plate is arranged at an end on the same side as the one end in the stacking direction.
前記第2素子プレートは、前記第1素子プレートが有する前記第1流路形成部に対応して、複数の前記第1流路形成部と同一ピッチで設けられた複数の前記第2流路形成部を有する、請求項3に記載の熱磁気サイクル装置。 The first element plate has a plurality of the first flow path forming portion, the second element plate has a plurality of the second flow path forming portion,
The second element plate is provided with a plurality of the second flow passage formations provided at the same pitch as the plurality of the first flow passage formation portions, corresponding to the first flow passage formation portion of the first element plate. The thermomagnetic cycle device according to claim 3, further comprising a portion.
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