JP6899981B1 - 磁気冷凍機 - Google Patents
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Abstract
Description
図1に示されるように、実施の形態1に係る磁気冷凍用電磁石100は、リターンヨーク1、第1磁極2、第2磁極3、第3磁極4、第4磁極5、第1コイル7、および第2コイル8を備える。
図3に示されるように、磁気冷凍機200は、図1に示される磁気冷凍用電磁石100と、第1熱交換器111と、第2熱交換器112と、ポンプ113とを備える。
上述のように、図4では、磁気冷凍用電磁石100は上記第1状態にある。つまり、図4では、第1コイル7および第コイル8が同時に通電されている。図5では、磁気冷凍用電磁石100は上記第2状態にある。つまり、図5では、第1コイル7および第2コイル8が同時に通電されていない。
磁気冷凍用電磁石100では、上記第1状態において第1磁極2と第2磁極3との間の第1ギャップ6Aに生じる磁界は、磁性体により構成されている磁極およびリターンヨークの存在のため通電された空芯コイルの内側に生じる磁界と比べて強い。そのため、上記第1状態での第1ギャップ6A内に配置された第1磁気熱量部材10Aの発熱量は、通電された空芯コイルの内側に配置された磁気熱量部材の発熱量と比べて多くなる。上記第1状態と上記第2状態との間での第1磁気熱量部材10Aの温度差は、通電された空芯コイルの内側に配置された磁気熱量部材の温度差と比べて、大きくなる。第2磁気熱量部材10B、第3磁気熱量部材10C、および第4磁気熱量部材10Dの各々も、第1磁気熱量部材10Aと同様である。その結果、磁気冷凍用電磁石100での、
第1磁気熱量部材10A、第2磁気熱量部材10B、第3磁気熱量部材10C、および第4磁気熱量部材10Dの各吸熱・発熱効果は、磁気熱量部材が空芯コイルの内側に配置されている場合と比べて、高い。
図8〜図10は、磁気冷凍用電磁石100の変形例である磁気冷凍用電磁石101を示す図である。磁気冷凍用電磁石101は、磁気冷凍用電磁石100と基本的同様の構成を備えるが、第1コイル7および第2コイル8の構成が磁気冷凍用電磁石100の第1コイル7および第2コイル8の構成とは異なる。
図13に示されるように、実施の形態2に係る磁気冷凍用電磁石102は、リターンヨーク11、第5磁極12、第6磁極13、第7磁極14、第8磁極15、中央磁極16、第3コイル18A、第4コイル18B、第5コイル19A、および第6コイル19Bを備える。
図14では、磁気冷凍用電磁石102は上記第5状態にある。つまり、図14では、第3コイル18A、第4コイル18B、第5コイル19A、および第6コイル19Bが同時に通電されている。図15では、磁気冷凍用電磁石102は上記第6状態にある。つまり、図15では、第3コイル18A、第4コイル18B、第5コイル19A、および第6コイル19Bが同時に通電されていない。
磁気冷凍用電磁石102では、上記第5状態において第5磁極12と中央磁極16との間の第5ギャップ17Aに生じる磁界は、通電された空芯コイルの内側に生じる磁界と比べて強い。そのため、上記第5状態での第5ギャップ17A内に配置された第5磁気熱量部材21Aの発熱量は、通電された空芯コイルの内側に配置された磁気熱量部材の発熱量と比べて多くなる。上記第5状態と上記第6状態との間での第5磁気熱量部材21Aの温度差は、通電された空芯コイルの内側に配置された磁気熱量部材の温度差と比べて、大きくなる。第6磁気熱量部材21B、第7磁気熱量部材21C、および第8磁気熱量部材21Dの各々も、第5磁気熱量部材21Aと同様である。その結果、磁気冷凍用電磁石102での、第5磁気熱量部材21A、第6磁気熱量部材21B、第7磁気熱量部材21C、および第8磁気熱量部材21Dの各吸熱・発熱効果は、磁気熱量部材が空芯コイルの内側に配置されている場合と比べて、高い。
図16および図17は、磁気冷凍用電磁石102の変形例である磁気冷凍用電磁石103を示す図である。
図18〜図20に示されるように、実施の形態3に係る磁気冷凍用電磁石104は、実施の形態2に係る磁気冷凍用電磁石102と基本的に同様の構成を備えるが、中央磁極16がZ方向に延びる中心軸に対して45度回転した構成を備えている点で、磁気冷凍用電磁石102とは異なる。
具体的には、磁気冷凍用電磁石104は、図19に示される上記第7状態と、図20に示される上記第8状態と、を繰り返す。この場合、磁気冷凍用電磁石104は、磁気冷凍用電磁石102と同様の効果を奏することができる。また、磁気冷凍用電磁石104は、磁気冷凍用電磁石103と同様にも、駆動され得る。この場合、磁気冷凍用電磁石104は、磁気冷凍用電磁石102と同様の効果を奏することができる。
図21に示されるように、実施の形態4に係る磁気冷凍用電磁石105は、リターンヨーク22A、第9磁極22B、第10磁極22C、第7コイル24A、および第8コイル24Bを備える。
このような磁気冷凍用電磁石105も、磁気冷凍用電磁石100と同様の効果を奏することができる。
図22は、磁気冷凍用電磁石105の変形例である磁気冷凍用電磁石106を示す図である。磁気冷凍用電磁石106は、磁気冷凍用電磁石105と基本的に同様の構成を備えるが、第9磁極22Bおよび第10磁極22Cの各々が第7方向Eに沿って延びる面と第8方向Fに沿って延びる面とを有している点で、磁気冷凍用電磁石105とは異なる。
図23に示されるように、実施の形態5に係る磁気冷凍用電磁石107は、実施の形態4に係る磁気冷凍用電磁石106と基本的に同様の構成を備えるが、第11磁極27をさらに備える点で、磁気冷凍用電磁石106とは異なる。
図24に示されるように、実施の形態6に係る磁気冷凍用電磁石108は、実施の形態2に係る磁気冷凍用電磁石102と基本的に同様の構成を備えるが、六角環状に形成されているリターンヨーク31を備える点で、磁気冷凍用電磁石102とは異なる。
Claims (9)
- 磁気冷凍用電磁石を備え、
前記磁気冷凍用電磁石は、
リターンヨークと、
前記リターンヨークの内側において、互いにギャップを隔てて配置されている少なくとも1組の対向磁極と、
前記ギャップ内に配置されており、かつ熱輸送媒体が流れる配管と、
前記配管の内部に配置されており、かつ前記熱輸送媒体と熱交換する磁気熱量部材と、
通電時に前記ギャップを通る磁束を生じさせるコイルと含み、
前記少なくとも1組の対向磁極は、
前記リターンヨークの内側において、第1方向に互いに第1ギャップを隔てて配置された第1磁極および第2磁極と、前記第1方向に互いに第2ギャップを隔てて配置された第3磁極および第4磁極とを含み、
前記第1磁極は、前記第1方向と交差する第2方向において前記第3磁極と第3ギャップを隔てて配置されており、
前記第2磁極は、前記第2方向において前記第4磁極と第4ギャップを隔てて配置されており、
前記配管は、
前記第1ギャップ内に配置されており、かつ熱輸送媒体が流れる第1配管と、
前記第2ギャップ内に配置されており、かつ熱輸送媒体が流れる第2配管と、
前記第3ギャップ内に配置されており、かつ熱輸送媒体が流れる第3配管と、
前記第4ギャップ内に配置されており、かつ熱輸送媒体が流れる第4配管とを含み、
前記磁気熱量部材は、前記第1配管、前記第2配管、前記第3配管、および前記第4配管の各々の内部に配置されており、
前記コイルは、
通電時に、前記第1ギャップ、前記第2ギャップ、前記第3ギャップ、および前記第4ギャップのうちの2つのギャップを通る磁束を生じさせる第1コイルと、
通電時に、前記第1ギャップ、前記第2ギャップ、前記第3ギャップ、および前記第4ギャップのうちの他の2つのギャップを通る磁束を生じさせる第2コイルとを含む、磁気冷凍機。 - 前記リターンヨークの内側において、前記第1磁極と前記第4磁極との間であってかつ前記第2磁極と前記第3磁極との間には、中央ギャップが配置されており、
前記第1ギャップおよび前記第2ギャップは、前記第2方向において前記中央ギャップを挟んで配置されており、
前記第3ギャップおよび前記第4ギャップは、前記第1方向において前記中央ギャップを挟んで配置されている、請求項1に記載の磁気冷凍機。 - 前記第1コイルは、前記第2方向において前記第1ギャップおよび前記第2ギャップを囲んでおり、
前記第2コイルは、前記第1方向において前記第3ギャップおよび前記第4ギャップを囲んでおり、
前記第1コイルおよび前記第2コイルは、交互に通電され、
前記第1コイルは、通電時に、前記第1ギャップを通る磁束と前記第2ギャップを通る磁束とを生じさせ、
前記第2コイルは、通電時に、前記第3ギャップを通る磁束と前記第4ギャップを通る磁束とを生じさせる、請求項1または2に記載の磁気冷凍機。 - 前記第1コイルは、前記第1磁極を囲んでおり、
前記第2コイルは、前記第2磁極を囲んでおり、
前記第1コイルおよび前記第2コイルは、同時に通電され、または同時に通電が遮断され、
前記第1コイルおよび前記第2コイルは、通電時に、前記第1ギャップおよび前記第4ギャップを通る磁束と、前記第2ギャップおよび前記第3ギャップを通る磁束とを生じさせる、請求項1または2に記載の磁気冷凍機。 - 前記第1ギャップおよび前記第2ギャップの前記第1方向の間隔、ならびに前記第3ギャップおよび前記第4ギャップの前記第2方向の間隔は、前記第1コイルおよび前記第2コイルの中心軸に沿った方向の幅よりも狭い、請求項1〜4のいずれか1項に記載の磁気冷凍機。
- 磁気冷凍用電磁石を備え、
前記磁気冷凍用電磁石は、
リターンヨークと、
前記リターンヨークの内側において、互いにギャップを隔てて配置されている少なくとも1組の対向磁極と、
前記ギャップ内に配置されており、かつ熱輸送媒体が流れる配管と、
前記配管の内部に配置されており、かつ前記熱輸送媒体と熱交換する磁気熱量部材と、
通電時に前記ギャップを通る磁束を生じさせるコイルと含み、
前記少なくとも1組の対向磁極は、前記リターンヨークの内側において、第3方向および前記第3方向と交差する第4方向の中央に配置されている中央磁極と、前記第3方向において前記中央磁極を挟むように配置されている第5磁極および第6磁極と、前記第4方向において前記中央磁極を挟むように配置されている第7磁極および第8磁極とを含み、
前記中央磁極は、前記第3方向において前記第5磁極と第5ギャップを隔てて配置されており、
前記中央磁極は、前記第3方向において前記第6磁極と第6ギャップを隔てて配置されており、
前記中央磁極は、前記第4方向において前記第7磁極と第7ギャップを隔てて配置されており、
前記中央磁極は、前記第4方向において前記第8磁極と第8ギャップを隔てて配置され
ており、
前記配管は、
前記第5ギャップ内に配置されており、かつ熱輸送媒体が流れる第5配管と、
前記第6ギャップ内に配置されており、かつ熱輸送媒体が流れる第6配管と、
前記第7ギャップ内に配置されており、かつ熱輸送媒体が流れる第7配管と、
前記第8ギャップ内に配置されており、かつ熱輸送媒体が流れる第8配管とを含み、
前記磁気熱量部材は、前記第5配管、前記第6配管、前記第7配管、および前記第8配管の各々の内部に配置されており、
前記コイルは、
前記第4方向において前記第5磁極を囲むように配置された第3コイルと、
前記第4方向において前記第6磁極を囲むように配置された第4コイルと、
前記第3方向において前記第7磁極を囲むように配置された第5コイルと、
前記第3方向において前記第8磁極を囲むように配置された第6コイルとを含む、磁気冷凍機。 - 前記中央磁極は、
前記第4方向に沿って延びておりかつ前記第5ギャップに面している第1面と、
前記第4方向に沿って延びておりかつ前記第6ギャップに面している第2面と、
前記第3方向に沿って延びておりかつ前記第7ギャップに面している第3面と、
前記第3方向に沿って延びておりかつ前記第8ギャップに面している第4面とを有している、請求項6に記載の磁気冷凍機。 - 前記中央磁極は、
前記第3方向および前記第4方向の各々と交差する第5方向に沿って延びておりかつ前記第5ギャップの一部および前記第7ギャップの一部の各々に面している第5面と、
前記第5方向に沿って延びておりかつ前記第6ギャップの一部および前記第8ギャップの一部の各々に面している第6面と、
前記第5面と交差する方向に延びておりかつ前記第6ギャップの残部および前記第7ギャップの残部の各々に面している第7面と、
前記第6面と交差する方向に延びておりかつ前記第5ギャップの残部および前記第8ギャップの残部の各々に面している第8面とを有している、請求項6に記載の磁気冷凍機。 - 前記磁気冷凍用電磁石の前記配管の一端に接続されている第1熱交換器と、
前記磁気冷凍用電磁石の前記配管の他端に接続されている第2熱交換器とをさらに備える、請求項1〜8のいずれか1項に記載の磁気冷凍機。
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