JP7030658B2 - Magnetic refrigerator - Google Patents
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Description
本発明は、磁気冷凍機に関する。 The present invention relates to a magnetic refrigerator.
磁気冷凍機においては、磁性体の有する性質であって、外部から磁場を加えて励磁されると磁気モーメントが整列して発熱し、消磁されると磁気モーメントの整列が解かれて吸熱する性質が利用されている。 In a magnetic refrigerating machine, which is a property of a magnetic material, when it is excited by applying a magnetic field from the outside, the magnetic moments are aligned and generate heat, and when degaussed, the magnetic moments are unaligned and absorb heat. It's being used.
特許文献1に開示されている磁気冷凍機によれば、リボルバー部に固定された磁性体が磁場に対して回転移動することで、当該磁性体の発熱と吸熱とが繰り返される。また、この磁気冷凍機によれば、冷媒の流路において、外部の熱を吸収する吸熱器と、外部へ熱を排出する排熱器とが設けられている。そして、リボルバー部の回転移動により、吸熱器から排熱器へと高温の冷媒が流れる第1流路と、排熱器から吸熱器へと低温の冷媒が流れる第2流路との切り替えが行われる。このように第1流路への排熱と第2流路での吸熱とが繰り返されることで、第2流路から第1流路への熱輸送が行われるので、吸熱器によって冷却対象を冷却することができる。
According to the magnetic refrigerator disclosed in
特許文献1に開示される磁気冷凍機においては、リボルバー部の回転移動に応じて高温の冷媒が流れる第1流路と低温の冷媒が流れる第2流路との切り替えが行われる。そのため、リボルバー部が回転運動する際に、磁性体の発熱により昇温した高温の冷媒と、磁性体の吸熱により降温した低温の冷媒とが混合してしまい、冷却効率が低下してしまうおそれがある。
In the magnetic refrigerator disclosed in
本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、高温の冷媒が流れる第1流路と低温の冷媒が流れる第2流路とを分離することで、冷却効率の低下を抑制する磁気冷凍機を提供することを目的とする。 The present invention has been made by paying attention to such a problem, and suppresses a decrease in cooling efficiency by separating a first flow path through which a high-temperature refrigerant flows and a second flow path through which a low-temperature refrigerant flows. It is an object of the present invention to provide a magnetic refrigerator.
本発明の磁気冷凍機は、冷却対象物から熱を吸収する吸熱器から、外部へ熱を排出する排熱器へと、高温の冷媒が流れる第1流路と、排熱器から吸熱器へと低温の冷媒が流れる第2流路と、第1流路と第2流路とを接続するバイパス部と、バイパス部において移動可能に構成される吸発熱体であって、第1流路の側と第2流路の側とを隔離する隔離板と、磁気に応じて吸熱又は発熱する磁性体と、を備る吸発熱体と、吸発熱体を、第1流路及び第2流路の冷媒の流速の速い部分と、バイパス部の冷媒の流速の遅い部分との間において移動させるとともに、吸発熱体と磁気発生手段との距離を変化させて吸発熱体を吸熱又は発熱させる移動手段と、を有する。 The magnetic refrigerating machine of the present invention has a first flow path through which a high-temperature refrigerant flows from a heat absorber that absorbs heat from an object to be cooled to a heat exhaust device that discharges heat to the outside, and a heat absorber to a heat absorber. A second flow path through which a low-temperature refrigerant flows, a bypass portion connecting the first flow path and the second flow path, and a heat-absorbing body configured to be movable in the bypass portion, which is a heat absorbing / heating element of the first flow path. A heat-absorbing body having a separating plate that separates the side and the side of the second flow path, a magnetic material that absorbs heat or generates heat according to magnetism, and a heat-absorbing body, the first flow path and the second flow path. A moving means for moving between a portion where the flow velocity of the refrigerant is high and a portion where the flow velocity of the refrigerant in the bypass portion is slow, and changing the distance between the heat absorbing and generating element and the magnetic generating means to absorb or generate heat of the heat absorbing and generating element. And have.
本発明の一態様によれば、高温の冷媒の流路と低温の冷媒との流路を隔離板により分離することで、冷却効率の低下を抑制することができる。 According to one aspect of the present invention, the decrease in cooling efficiency can be suppressed by separating the flow path of the high temperature refrigerant and the flow path of the low temperature refrigerant by the separating plate.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態の磁気冷凍機の概略構成図である。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the magnetic refrigerator of the first embodiment.
磁気冷凍機100においては、熱交換物質としての磁性体を有する吸発熱体21が用いられる。吸発熱体21は、励磁されると、磁気熱量効果によりエントロピーが小さくなり発熱する。一方で、吸発熱体21は、消磁されるとエントロピーが大きくなり吸熱する。このような吸発熱体21を発熱及び吸熱させて冷媒と熱交換することで、磁気冷凍機100において冷媒を用いた対象物の冷却を実現することができる。
In the
磁気冷凍機100においては、ポンプ1によって、冷媒が、吸熱器2、排熱器3の順に循環される。吸熱器2は、接触する不図示の冷却対象物から熱を吸収して冷却する。排熱器3は、例えば、ラジエータなどであり大気などの外部に熱を排出する。冷媒が流れる環状流路において、吸熱器2から排熱器3までの高温の冷媒が通る流路を第1流路11と称し、排熱器3から吸熱器2までの低温の冷媒が通る流路を第2流路12と称する。
In the
さらに、磁気冷凍機100の冷媒の流路においては、第1流路11及び第2流路12の両中間部を接続するバイパス部13が設けられている。バイパス部13の近傍における第1流路11の一部を排熱部14と称し、バイパス部13の近傍における第2流路12の一部を吸熱部15と称する。排熱部14、及び、吸熱部15は、環状流路の一部であるが、図中では可読性のために拡大して示されている。排熱部14、及び、吸熱部15は、環状流路の一部として構成され、排熱部14及び吸熱部15における冷媒の流速が比較的速いので、熱交換器20による熱交換効率が高い。一方で、バイパス部13は、第1流路11と第2流路12とから分離されて形成される流路であるとともに、後述の隔離板26によって第1流路11側の流路と第2流路12側の流路とが隔離されておりバイパス部13を介して第1流路11と第2流路12との間で冷媒が通過しないので、冷媒の流速が比較的遅く、熱交換器20による熱交換効率が低い。
Further, in the flow path of the refrigerant of the
そして、バイパス部13、排熱部14、及び、吸熱部15には、熱交換器20が配置される。
A
熱交換器20は、磁気に応じて吸発熱する吸発熱体21と、永久磁石などの磁気発生手段22と、吸発熱体21をバイパス部13内で移動させる移動手段23とにより構成される。
The
吸発熱体21は、磁性体からなる磁気作業物質24と、金属体であり磁気作業物質24よりも熱伝導性の高い冷却フィン25と、磁気作業物質24と冷却フィン25との間に設けられる隔離板26とを備える。隔離板26は、例えば、バイパス部13の内週面に対して摺動可能に構成される。バイパス部13内の空間は、隔離板26によって第1流路11の側と第2流路12の側とに隔離される。なお、このような磁気作業物質24の磁性体には、ガトリウムなどが用いられる。
The heat absorbing / generating
磁気作業物質24と、冷却フィン25とは、冷媒と熱交換する表面積が大きくなるように多結管構造で構成されている。具体的には、隔離板26と、隔離板26との間に平行に設けられる端面24A、25Aとの間を連結し、隔離板26及び端面24A、25Aの両者に対して垂直になるように複数の管部(壁部)24B、25Bが設けられている。管部24B、25Bのそれぞれにおいては、複数の管部24B、25Bの間に冷媒が通過するための通路が形成されている。なお、端面24A、25Aは、断熱材により構成されて、管部24B、25Bが、それぞれ、磁性体、金属で構成される。なお、端面24A、25Aは、それぞれ、磁性体、金属で構成されてもよい。
The magnetic working
このような多結管構造となることで、磁気作業物質24が第1流路11の排熱部14に突出する場合や、冷却フィン25が第2流路12の吸熱部15に突出する場合には、冷媒との熱交換が行われる表面積が大きくなり、熱交換効率を向上させることができる。さらに、バイパス部13に収容された場合には、端面24A、25Aによって、第1流路11又は第2流路12からバイパス部13の内部への冷媒の流入が抑制されるとともに、断熱材である端面24A、25Aによって熱伝導が抑制されるので、熱交換効率を低下させることができる。
With such a multi-tube structure, the magnetic working
磁気発生手段22は、排熱部14の近傍であってバイパス部13の反対側に配置される。磁気発生手段22は、例えば、永久磁石である。移動手段23は、隔離板26をバイパス部13において移動可能に構成されている。詳細には、移動手段23は、隔離板26と接続される棒部23Aと、棒部23Aをその外縁側の側面に備える円板状の回転部23Bとにより構成される。回転部23Bの回転運動が棒部23Aのピストン運動に変換されることで、隔離板26はバイパス部13内を移動する。磁気冷凍機100は、磁気作業物質24が磁気発生手段22に近づき発熱する状態Aと、磁気作業物質24が磁気発生手段22から遠ざかり吸熱する状態Bとを繰り返し、吸熱器2において対象物を冷却する。
The magnetic generating means 22 is arranged in the vicinity of the heat
図2は、状態Aにおける磁気冷凍機100の上面図である。図3は、図2のA-A断面図である。状態Aにおいては、磁気作業物質24が排熱部14に突出し、冷却フィン25はバイパス部13に収容される。このような状態では、磁気発生手段22と磁気作業物質24との距離が短くなる。
FIG. 2 is a top view of the
図3に示されるように、バイパス部13において、隔離板26が図左右方向に移動可能に構成されている。そして、移動手段23の棒部23Aは、バイパス部13の筐体の外部に露出しており、棒部23Aの露出部分は柔らかく密閉性の高い材料からなるカバー27により覆われている。カバー27は、一端がバイパス部13の筐体に固定され、他端が回転部23Bと接続されている。このようにカバー27を設けることで、バイパス部13から摺動部を介して冷媒が漏洩することが抑制される。
As shown in FIG. 3, in the
このような状態Aでは、磁気作業物質24が第1流路11の排熱部14に突出して磁気発生手段22に近づくので、磁気作業物質24は励磁されて磁気熱量効果によりエントロピーが小さくなり発熱する。排熱部14においては、突出した多結管構造の吸発熱体21の内部を冷媒が通過するため、熱交換効率が高い。そして、磁気作業物質24の発熱は排熱部14の冷媒へと排熱されるので、吸発熱体21は温度が上昇することなくエントロピーが高められるとともに、排熱部14における排熱によって第1流路11の冷媒の温度は上昇する。
In such a state A, since the magnetic working
一方、冷却フィン25はバイパス部13に収容され、第2流路12の吸熱部15に突出しない。多結管構造の冷却フィン25においては、断熱材である端面25Aによって、内部への冷媒の流入が抑制されるので、冷却フィン25の熱交換効率は低くなる。そのため、磁気作業物質24の発熱が、隔離板26、冷却フィン25を経由して、吸熱部15側の冷媒へと移動することが抑制される。したがって、第2流路12の冷媒の温度上昇が抑制される。
On the other hand, the cooling
なお、隔離板26は、バイパス部13の内部をシーリングしながら移動可能であるため、バイパス部13において第1流路11の一部である排熱部14と、第2流路12の一部である吸熱部15との間で冷媒が混合することが抑制される。
Since the
図4は、状態Bにおける磁気冷凍機100の上面図である。図5は、図4のB-B断面図である。状態Bにおいては、冷却フィン25が第2流路12の吸熱部15に突出し、吸発熱体21はバイパス部13に収容される。このように、移動手段23によって隔離板26を移動させて吸発熱体21がバイパス部13に収容されると、磁気作業物質24と磁気発生手段22との距離が長くなる。
FIG. 4 is a top view of the
このような状態Bでは、冷却フィン25は吸熱部15に突出する。吸熱部15においては、突出した多結管構造の冷却フィン25の内部を冷媒が通過するため、冷却フィン25の熱交換効率が高い。そのため、吸発熱体21における吸熱は、隔離板26を介して冷却フィン25へと伝導し、吸熱部15の冷媒が冷却される。そのため、第2流路12の冷媒の温度は下降する。
In such a state B, the cooling
一方、磁気作業物質24がバイパス部13に収容されて磁気発生手段22から遠ざかるので、磁気作業物質24は、消磁されて磁気熱量効果によりエントロピーが大きくなり吸熱する。バイパス部13に収容された吸発熱体21においては、断熱材である端面24Aによって内部への冷媒の通過が抑制され、バイパス部13における隔離板26よりも第1流路11側の熱交換効率が低くなる。そのため、磁気作業物質24の吸熱によって排熱部14内の冷媒が冷却されることが抑制され、排熱部14の冷媒の温度下降が抑制される。したがって、第1流路11の冷媒の温度低下が抑制される。
On the other hand, since the magnetic working
このように、状態Aにおいては、励磁により吸発熱体21のエントロピーが低い状態となり、熱交換効率の高い排熱部14における冷媒の温度が上昇するが、熱交換効率の低い吸熱部15における冷媒の温度は変化しない。そのため、第1流路11においては、吸熱器2における吸熱作用により温度が上昇した冷媒は、排熱部14においてさらに温度が上昇されるが、最終的に排熱器3によって排熱されて温度が低下する。吸発熱体21に着目すれば、吸発熱体21による発熱は第1流路11(排熱部14)へと輸送される。
As described above, in the state A, the entropy of the heat absorbing /
状態Bにおいては、消磁により吸発熱体21のエントロピーが高い状態となり、熱交換効率の高い吸熱部15における冷媒の温度が下降するが、熱交換効率の低い排熱部14における冷媒の温度は変化しない。そのため、第2流路12においては、排熱器3における排熱作用により温度が低下した冷媒は、吸熱部15においてさらに温度が低下されて、最終的に、吸熱器2において冷却対象物からの吸熱作用により温度が上昇する。すなわち、吸発熱体21に着目すれば、吸発熱体21は、第2流路12(吸熱部15)の冷媒から吸熱することになる。
In the state B, the entropy of the heat absorbing /
このような状態Aと状態Bとを繰り返すことにより、第2流路12から吸発熱体21を介して第1流路11への熱輸送が可能となり、吸熱器2によって冷却対象を効率的に冷却することができる。
By repeating such a state A and a state B, heat can be transferred from the
なお、本実施形態においては、吸発熱体21のうち、第1流路11の側に磁気作業物質24が設けられ、第2流路12の側に冷却フィン25が設けられる例について説明したが、これに限らない。
In the present embodiment, an example in which the magnetic working
別の形態として、冷却フィン25が設けられず、磁気作業物質24だけで吸発熱体21が構成されてもよい。
As another form, the
このような形態では、状態Aにおいて、磁気作業物質24の一部が排熱部14に突出するともに、磁気作業物質24の他の部分は、バイパス部13における隔離板26よりも第2流路12の側に収容される。隔離板26よりも第2流路12の側においては、熱交換効率が低いため第2流路12側の冷媒への加熱が抑制される。
In such a form, in the state A, a part of the magnetic working
状態Bにおいて、磁気作業物質24の一部が吸熱部15に突出するともに、磁気作業物質24の他の部分は、バイパス部13における隔離板26よりも第1流路11の側に収容される。隔離板26よりも第1流路11の側においては、熱交換効率が低いため第1流路11側の冷媒からの吸熱が抑制される。
In the state B, a part of the magnetic working
このように、状態Aにおいては第1流路11の排熱部14において排熱がなされ、状態Bにおいては第2流路12の吸熱部15において吸熱がなされるので、状態Aと状態Bとが繰り返されることで吸熱器2による冷却を行うことができる。
As described above, in the state A, the heat is exhausted by the
さらに別の形態として、本実施形態とは逆に、すなわち、冷却フィン25が第1流路11側に設けられ、磁気作業物質24が第2流路12側に設けられてもよい。なお、磁気発生手段22は、バイパス部13の近傍に設けられ、状態Aにおいて磁気作業物質24との距離が短くなり、状態Bにおいて磁気作業物質24との距離が長くなる。
As yet another embodiment, contrary to the present embodiment, that is, the cooling
状態Aにおいては、バイパス部13に収容された磁気作業物質24の発熱は、第1流路11側に突出する冷却フィン25を介して、第1流路11の排熱部14において排熱される。状態Bにおいては、バイパス部13に収容された磁気作業物質24の吸熱は、第2流路12側に突出する磁気作業物質24の一部によって、第2流路12の排熱部14の冷媒が冷却される。このような状態Aと状態Bとが繰り返されることで吸熱器2による冷却を行うことができる。
In the state A, the heat generated by the magnetic working
また、本実施形態では、第1流路11と第2流路12とで環状となる流路を構成したが、これに限らない。第1流路11と第2流路12とを異なる冷媒(例えば、水と油)とが流れるように構成して、第1流路11と第2流路12との間にバイパス部13を設け、隔離板26により隔離してもよい。
Further, in the present embodiment, the
第1実施形態によれば以下の効果を得ることができる。 According to the first embodiment, the following effects can be obtained.
第1実施形態の磁気冷凍機100によれば、熱交換器20が有する隔離板26によって、バイパス部13を第1流路11側と第2流路12側とに隔離しながら、熱交換器20をバイパス部13内にて移動させることができる。
According to the
バイパス部13においては、バイパス部13を隔離する隔離板26が存在するため、第1流路11と第2流路12との間において冷媒がバイパス部13を介して通過しないので、バイパス部13に対して第1流路11と第2流路12から冷媒が流入しにくい。したがって、バイパス部13内においては冷媒の流速が遅く、吸発熱体21と冷媒との熱交換効率は低い。
In the
これに対して、排熱部14及び吸熱部15は、冷媒が循環する循環流路の一部であるため、冷媒の流速が速くで、吸発熱体21と冷媒との熱交換比率は高い。
On the other hand, since the
このように、隔離板26によって第1流路11と第2流路12との間での冷媒の混合が抑制されるとともに、冷媒との熱交換比率が高い部分(バイパス部13)と低い部分(排熱部14、吸熱部15)が設けられる。
In this way, the
このような構成となることにより、第1流路11側の冷媒と、第2流路12側の冷媒との混合が隔離板26により抑制された状態で、吸発熱体21が排熱部14に突出する状態Aにおける第1流路11への排熱と、吸発熱体21が吸熱部15に突出する状態Bにおける第2流路12からの吸熱とを交互に行うことができる。そのため、第2流路12から第1流路11への吸発熱体21による熱移動が行われる際に、磁気熱量効果の仕事によって作り出された高温の冷媒と低温の冷媒とが混合しないので、両者の温度差が小さくなるような混合損失を抑制することができる。
With such a configuration, the
第1実施形態の磁気冷凍機100によれば、励磁により吸発熱体21が発熱する場合には、吸発熱体21は、第1流路11の側の端部(磁気作業物質24)は排熱部14に突出するとともに、第2流路12の側の端部(冷却フィン25)はバイパス部13内に収容される。第1流路11の側において、吸発熱体21の端部(磁気作業物質24)が排熱部14に突出するため、熱交換器20と接触する冷媒の流速が速く、熱交換器20と接触する冷媒の流量が多くなるので熱交換効率が高くなり、吸発熱体21の発熱が冷媒へと排出される。一方で、第2流路12の側において、吸発熱体21の端部(冷却フィン25)が吸熱部15に突出するため、バイパス部13内の流速が遅く、吸発熱体21と接触する冷媒の流量が小さくなるので熱交換効率が低くなり、第2流路12の冷媒に熱が排出されることが抑制される。
According to the
一方、消磁により熱交換器20が吸熱する場合には、吸発熱体21は、第1流路11の側の端部(磁気作業物質24)はバイパス部13内に収容され、第2流路12の側の端部(冷却フィン25)は吸熱部15に突出する。第2流路12の側においては、吸発熱体21の端部(冷却フィン25)が熱交換効率の高い吸熱部15に突出するため、第2流路12の冷媒が吸熱される。一方で、第1流路11の側においては、吸発熱体21の端部(磁気作業物質24)が熱交換効率の低い排熱部14に突出するため、第1流路11の冷媒の吸熱が抑制される。
On the other hand, when the
このように構成されることで、第1流路11側の冷媒と、第2流路12側の冷媒との混合が隔離板26により抑制された状態で、第2流路12から第1流路11への吸発熱体21による熱移動を実現することができる。これにより、第1流路11の冷媒と第2流路12の冷媒とが混合することによる混合損失を抑制できる。
With this configuration, the mixing of the refrigerant on the
第1実施形態の磁気冷凍機100によれば、磁気作業物質24及び冷却フィン25は、第1流路11又は第2流路12の側に設けられる端面24A、25Aと、端面24A、25Aと隔離板26とを接続する管部24B、25Bとにより構成される多結管構造である。管部24B、25Bのそれぞれにおいては、複数の管部24B、25Bの間に冷媒が通過するための通路が形成されている。
According to the
このように構成されることにより、バイパス部13内に収容された状態では、磁気作業物質24及び冷却フィン25内での冷媒の通過が抑制されるので、バイパス部13内における排熱や吸熱を抑制することができる。また、第1流路11及び第2流路12に突出される状態では、磁気作業物質24及び冷却フィン25において、通過する冷媒との間の表面積が大きくなるので、熱交換効率が大きくなり、第1流路11及び第2流路12における排熱や吸熱を促進することができる。
With this configuration, in the state of being housed in the
第1実施形態の磁気冷凍機100によれば、吸発熱体21は、第1流路11の側に設けられ、磁性体からなる磁気作業物質24と、第2流路12の側に設けられ、磁気作業物質24と隔離板26を介して接続される金属製の冷却フィン25と、を備える。
According to the
励磁により磁気作業物質24が発熱する状態Aでは、磁気作業物質24は、第1流路11の側では排熱部14に突出して排熱することで冷媒が加熱される。第2流路12の側では冷却フィン25はバイパス部13に収容されるので冷媒の加熱は抑制される。消磁により磁気作業物質24が吸熱する状態Bでは、第2流路12の側では、磁気作業物質24と隔離板26を介して接続された冷却フィン25が吸熱部15に突出するので、冷媒が冷却される。第1流路11の側では、磁気作業物質24はバイパス部13に収容されるので、冷媒の冷却は抑制される。
In the state A in which the magnetic working
このように構成されることで、バイパス部13に、磁気作業物質24又は冷却フィン25のいずれかが収容される状態Aと状態Bとが交互に行われる。そのため、第1流路11側の冷媒と、第2流路12側の冷媒との混合が隔離板26により抑制された状態で、第2流路12から第1流路11への熱輸送を行うことができ、混合損失を抑制できる。
With this configuration, the state A and the state B in which either the magnetic working
第1実施形態の磁気冷凍機100によれば、移動手段23は、円板状の回転部23Bと、回転部23Bの端面における側面の近傍と隔離板26とを接続する棒部23Aと、を備える。そして、回転部23Bの回転運動に伴って動作する棒部23Aによって、隔離板26がバイパス部13において移動される。このように構成されることにより、隔離板26は第1流路11の側に移動する状態Aと、第2流路12の側に移動する状態Bとを連続的に遷移させることにより、第1流路11及び第2流路12における排熱や吸熱を経て、吸熱器2よる冷却を行うことができる。
According to the
(第2実施形態)
第1実施形態では、第1流路11と第2流路12とを接続するバイパス部13の内部において、隔離板26がバイパス部13の内周面に対して摺動する例について説明した。本実施形態においては、バイパス部41の壁面が蛇腹構造である例について説明する。なお、本実施形態においては、2つのバイパス部41に2つの熱交換器20が設けられているものとする。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, an example in which the
図6は、第2実施形態の磁気冷凍機100の熱交換器20が設けられる部分の断面図である。なお、この磁気冷凍機100においては、2つの熱交換器20A、20Bが設けられている。第1流路11においては、図右から左に向かって、熱交換器20B、20Aの順で高温の冷媒が流れる。第2流路12においては、図左から右に向かって、熱交換器20A、20Bの順で低温の冷媒が流れる。なお、熱交換器20A、20Bの構造は同じであるため、以下では、図左の熱交換器20Aについて各構成に符号を付して構造を説明する。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a portion of the
バイパス部41は、壁面が蛇腹構造に形成され、軸方向(バイパス部41の流路方向)に伸縮可能に構成されている。このバイパス部41には、その中央部に隔離板26が固定されている。隔離板26によってバイパス部41の内部の空間は、第1流路11(排熱部14)側と、第2流路12(吸熱部15)側とに隔離される。また、隔離板26が排熱部14又は吸熱部15の側に移動すると、バイパス部41の蛇腹構造が折り畳まれる。このような構造となることで、第1実施形態のように隔離板26をバイパス部41の内部にて摺動させる構成を用いる必要がなくなり構成を簡略化できる。なお、隔離板26の外縁部はバイパス部41の外側に突出するとともに、隔離板26の外縁部と第1流路11の壁面との間には弾性体42が設けられており、隔離板26が第1流路11に近接すると反発力が発生する。
The wall surface of the
また、磁気冷凍機100には、電磁装置43が設けられている。電磁装置43は、第1実施形態における磁気発生手段22と、移動手段23との機能を備える。電磁装置43は、対向して対をなす電磁コイル44と、それらの電磁コイル44の間に設けられる鉄心45とにより構成される。電磁コイル44へ通電してON状態とすると、鉄心45において磁場が発生する。
Further, the
本実施形態においては、隣接する2つの熱交換器20A、20Bに対して、電磁装置43のスイッチのONとOFFとの切り替えが交互に行われる。すなわち、電磁装置43の操作は、熱交換器20AにおけるONと熱交換器20BにおけるOFFとが同時に行われ、また、熱交換器20AにおけるOFFと熱交換器20BにおけるONとが同時に行われる。図6においては、熱交換器20AにおいてONとなり、熱交換器20BにおいてOFFとされている。
In the present embodiment, the switches of the
図中の熱交換器20Aのように、電磁コイル44に通電してON状態とすると、鉄心45に磁力が発生して、磁気作業物質24は鉄心45に引き寄せられる。これにより、磁気作業物質24は、排熱部14に突出するとともに励磁される。この時、冷却フィン25は、吸熱部15に突出せずにバイパス41内に位置している。
When the
一方で、熱交換器20Bのように、電磁コイル44への通電を停止してOFF状態とすると、隔離板26と第1流路11との間で圧縮されていた弾性体42の反力によって、磁気作業物質24は、蛇腹構造のバイパス部41に収容されて、消磁される。この時、冷却フィン25は、吸熱部15に突出する。
On the other hand, when the energization of the
このように構成しても、状態Aにおける第1流路11(排熱部14)における排熱と、状態Bにおける第2流路12(吸熱部15)における吸熱とが交互に行われるので、磁気冷凍機100を構成できる。また、バイパス部41を蛇腹構造とするとともに、電磁装置43ではなく第1実施形態のように移動手段23を設けてもよい。このように構成しても、摺動部における冷媒の漏洩を抑制できる。
Even with this configuration, the exhaust heat in the first flow path 11 (heat exhaust section 14) in the state A and the heat absorption in the second flow path 12 (endothermic section 15) in the state B are alternately performed. The
第2実施形態の磁気冷凍機100によれば、以下の効果を得ることができる。
According to the
第2実施形態の磁気冷凍機100によれば、電磁コイル44に通電すると、磁気作業物質24が磁気の吸引力によって電磁装置43に引きつけられ、磁気作業物質24を排熱部14に突出させて励磁させることができる。この状態では、弾性体42が圧縮されている。そして、電磁コイル44への通電を停止すると、圧縮された弾性体42の反力によって磁気作業物質24がバイパス部41内に収容されて消磁する。このようにすることで、第1実施形態のようなアクチュエータを設けなくても隔離板26の往復運動を実現することができる。
According to the
第2実施形態の磁気冷凍機100によれば、バイパス部41を蛇腹構造に構成することにより、第1実施形態のように隔離板26をバイパス部41内で摺動させる必要がなくなる。さらに、移動手段23の棒部23Aとバイパス部41との摺動やシーリングが不要になる。このようにバイパス部41の構成を簡略化するとともに、摺動抵抗による損失を少なくすることができる。
According to the
第2実施形態の磁気冷凍機100によれば、複数のバイパス部41を設けるとともに、それぞれのバイパス部41に熱交換器20を設けることができる。このように構成することで、磁気冷凍機100の全体において第2流路12から第1流路11への熱輸送能力を増加させることができる。
According to the
(第3実施形態)
第2実施形態においては、第1流路11及び第2流路12に沿って、2つのバイパス部41のそれぞれに熱交換器20が設けられる例について説明した。本実施形態においては、4つのバイパス部41が設けられ、それらに熱交換器20が設けられる例について説明する。
(Third Embodiment)
In the second embodiment, an example in which the
図7は第3実施形態の磁気冷凍機100の熱交換器20部分の断面図である。この磁気冷凍機100には、4つのバイパス部41A、41B、41C、41Dが設けられ、それぞれのバイパス部41A、41B、41C、41Dに熱交換器20A、20B、20C、20Dが設けられている。なお、熱交換器20A~20Dの構造は第2実施形態に示されたた熱交換器20A、20Bと同じである。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a
第2実施形態と同様に、熱交換器20A、20B、20C、20Dは、隣り合う熱交換器20の通電タイミングが逆になるように制御される。すなわち、熱交換器20A、20CがONの場合には、熱交換器20B、20DがOFFとなり、熱交換器20A、20CがOFFの場合には、熱交換器20B、20DがONとなるように制御される。また、第1流路11における冷媒の流れ方向(図右から左)と、第2流路12における冷媒の流れ方向(図左から右)とが、逆向きになるように配置されている。
Similar to the second embodiment, the
図8は、熱交換器20A、20Cのそれぞれの近傍における、第1流路11、第2流路12の温度を示す図である。第1流路11と第2流路12とでは冷媒の流れ方向が逆になる。そのため、高温の冷媒が流れる第1流路11においては、流れ方向に沿って、熱交換器20D、20C、20B、20Aの順に温度が高くなる。低温の冷媒が流れる第2流路12においては、流れ方向に沿って、熱交換器20A、20B、20C、20Dの順に温度が低くなる。そのため、熱交換器20A、20Cにおける、第1流路11側と第2流路12側との温度差ΔTは略一定となる。
FIG. 8 is a diagram showing the temperatures of the
そこで、磁気作業物質24において発熱/吸熱反応が起こるキュリー温度を、熱交換器20A、20B、20C、20Dの順に低くなるように磁気作業物質24の材料を選択する。これにより、第1流路11又は第2流路12において冷媒の温度の上昇又は下降が行われやすくなるので、磁気熱量効果を大きくして熱移動量を大きくすることができる。
Therefore, the material of the magnetic working
第3実施形態によれば以下の効果を得ることができる。 According to the third embodiment, the following effects can be obtained.
第3実施形態の磁気冷凍機100によれば、第1流路11と第2流路12とにおける冷媒の流路は、複数の熱交換器20A~20Dの順に対して、それぞれが、逆方向と順方向となる。高温の冷媒が流れ熱交換器20A~20Dの排熱が行われる第1流路11においては、冷媒の流れ方向と同じ熱交換器20A、20B、20C、20Dの順に、温度が高くなる。一方、低温の冷媒が流れ熱交換器20A~20Dの吸熱が行われる第2流路12においては、冷媒の流れ方向と同じ熱交換器20D、20C、20B、20Aの順に、温度が低くなる。このように構成されることで、図8に示されるように、それぞれの熱交換器20A~20Dにおける第1流路11と第2流路12との間の温度差ΔTを一定にすることができる。そのため、磁気熱量効果を大きくして熱移動量を大きくすることで熱輸送を効率よくすることができる。
According to the
第3実施形態の磁気冷凍機100によれば、熱交換器20A~20Dに用いられる磁気作業物質24は、磁気に応じてエントロピーが変化して吸熱又は発熱する温度であるキュリー温度が、第1流路11の流れ方向に沿って高くなるように選択される。そのため、複数の熱交換器20を配置する場合に、予想される冷媒の温度に応じたキュリー温度となるような磁気体を磁気作業物質24に用いることで、第1流路11又は第2流路12において冷媒の温度の上昇又は下降が行われやすくなるので、熱交換効率の向上を図ることができる。
According to the
第3実施形態の磁気冷凍機100によれば、隣接する熱交換器20A~20Dのうち、一方の熱交換器20B、20DがOFF状態となり消磁される場合に、他方の熱交換器20A、20CはON状態となって励磁される。また、熱交換器20B、20DがON状態となり励磁される場合に、熱交換器20A、20CはOFF状態となって消磁される。
According to the
このように構成されることで、熱交換器20A~20Dのうち、隔離板26が排熱部14の側に移動している数(2)と、吸熱部15の側に移動している数(2)が等しくなる。そのため、磁気作業物質24が第1流路11に突出する、又は、冷却フィン25が第2流路12に突出することで発生する、第1流路11及び第2流路12における冷媒の圧力差が小さくなる。そのため、隔離板26の往復運動時の冷媒の流体抵抗と冷媒の圧力変動を少なくできるので、磁気冷凍機100の冷却効率の低下を抑制できる。
With this configuration, among the
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the above embodiments are only a part of the application examples of the present invention, and the technical scope of the present invention is limited to the specific configuration of the above embodiments. do not have.
1 ポンプ
2 吸熱器
3 排熱器
11 第1流路
12 第2流路
13、41、41A、41B、41C、41D バイパス部
14 排熱部
15 吸熱部
20、20A、20B、20C、20D 熱交換器
21 吸発熱体
22 磁気発生手段
23 移動手段
24 磁気作業物質
25 冷却フィン
26 隔離板
27 カバー
41 バイパス部
100 磁気冷凍機
1
Claims (11)
前記排熱器から前記吸熱器へと低温の冷媒が流れる第2流路と、
前記第1流路と前記第2流路とを接続するバイパス部と、
前記バイパス部において移動可能に構成される吸発熱体であって、前記第1流路の側と前記第2流路の側とを隔離する隔離板と、磁気に応じて吸熱又は発熱する磁性体と、を備る吸発熱体と、
前記吸発熱体を、前記第1流路及び前記第2流路の冷媒の流速の速い部分と、前記バイパス部の冷媒の流速の遅い部分との間において移動させるとともに、前記吸発熱体と磁気発生手段との距離を変化させて前記吸発熱体を吸熱又は発熱させる移動手段と、を有する磁気冷凍機。 A first flow path through which a high-temperature refrigerant flows from an endothermic absorber that absorbs heat from an object to be cooled to a heat exhaust device that discharges heat to the outside.
A second flow path through which a low-temperature refrigerant flows from the heat exhaust device to the heat absorber,
A bypass portion connecting the first flow path and the second flow path,
An endothermic heating element that is movable in the bypass portion and that separates the side of the first flow path from the side of the second flow path, and a magnetic material that absorbs heat or generates heat according to magnetism. And, with an endothermic heating element,
The heat-absorbing body is moved between the portion where the flow velocity of the refrigerant in the first flow path and the second flow path is high and the portion where the flow velocity of the refrigerant in the bypass portion is low, and the heat-absorbing body and the magnetism. A magnetic refrigerator having a moving means for absorbing or generating heat of the heat-absorbing body by changing the distance from the generating means.
前記吸発熱体は、前記移動手段によって前記バイパス部において移動されて、前記第1流路の側の端部が前記流速の速い部分である前記第1流路に突出するとともに、前記第2流路の側の端部が前記流速の遅い部分である前記バイパス部に収容されると、前記磁気発生手段に近接することで励磁されて発熱し、
前記吸発熱体は、前記第1流路の側の端部が前記バイパス部に収容され、前記第2流路の側の端部が前記流速の速い部分である前記第2流路に突出すると、前記磁気発生手段から遠ざかることで消磁されて吸熱する、磁気冷凍機。 The magnetic refrigerator according to claim 1.
The heating element is moved in the bypass portion by the moving means, and the end portion on the side of the first flow path protrudes into the first flow path, which is a portion where the flow velocity is high, and the second flow. When the end on the side of the road is housed in the bypass portion, which is the portion where the flow velocity is slow, the heat is generated by being excited by being close to the magnetic generating means.
When the endothermic element is housed in the bypass portion at the end on the side of the first flow path and the end on the side of the second flow path protrudes into the second flow path, which is a portion where the flow velocity is high. , A magnetic refrigerator that is demagnetized and absorbs heat by moving away from the magnetic generating means.
前記吸発熱体は、前記隔離板に対して前記第1流路または前記第2流路の側に設けられる金属体を、さらに備え、
前記磁性体は、前記隔離板に対して前記金属体の反対側に設けられる、磁気冷凍機。 The magnetic refrigerator according to claim 1 or 2.
The heating element further includes a metal body provided on the side of the first flow path or the second flow path with respect to the isolation plate.
The magnetic body is a magnetic refrigerator provided on the opposite side of the metal body with respect to the isolation plate.
前記磁性体及び前記金属体は、
前記隔離板と離間して設けられる端面と、
前記端面と前記隔離板との間を接続する複数の壁部と、を有し、
複数の前記壁部の間を冷媒が流れることが可能な構造である、磁気冷凍機。 The magnetic refrigerator according to claim 3.
The magnetic body and the metal body are
An end face provided apart from the isolation plate and
It has a plurality of walls connecting between the end face and the isolation plate.
A magnetic refrigerator having a structure in which a refrigerant can flow between a plurality of the wall portions.
前記バイパス部は、前記第1流路と前記第2流路との間において折り畳まれた蛇腹構造に構成され、
前記隔離板は、蛇腹構造の前記バイパス部に固定される、磁気冷凍機。 The magnetic refrigerator according to claim 4.
The bypass portion is configured in a bellows structure folded between the first flow path and the second flow path.
The isolation plate is a magnetic refrigerator fixed to the bypass portion of the bellows structure.
前記移動手段は、
円板状で回転可能に構成される回転部と、
前記回転部の側面と、前記隔離板との間を連結する棒部と、を備え、
前記回転部の回転運動に伴って前記連結の方向に動作する前記棒部によって、前記隔離板を前記バイパス部において移動させる、磁気冷凍機。 The magnetic refrigerator according to claim 4 or 5.
The means of transportation is
A disk-shaped rotating part that can be rotated,
A rod portion connecting the side surface of the rotating portion and the separating plate is provided.
A magnetic refrigerator in which the isolation plate is moved in the bypass portion by the rod portion that moves in the direction of the connection in accordance with the rotational movement of the rotating portion.
前記移動手段は、発生する磁気により前記磁性体を引き寄せる電磁コイルであって、
前記隔離板と前記第1流路又は前記第2流路との間に設けられる弾性体を、さらに備える、磁気冷凍機。 The magnetic refrigerator according to claim 4 or 5.
The moving means is an electromagnetic coil that attracts the magnetic material by the generated magnetism.
A magnetic refrigerator further comprising an elastic body provided between the isolation plate and the first flow path or the second flow path.
前記バイパス部は、複数設けられ、
前記吸発熱体は、それぞれの前記バイパス部に設けられる、磁気冷凍機。 The magnetic refrigerator according to any one of claims 1 to 7.
A plurality of the bypass portions are provided, and the bypass portion is provided.
The heating element is a magnetic refrigerator provided in each of the bypass portions.
前記第1流路と前記第2流路とは、前記第1流路の冷媒の流れ方向と、前記第2流路の冷媒の流れ方向とは逆向きに構成される、磁気冷凍機。 The magnetic refrigerator according to claim 8.
The first flow path and the second flow path are configured in a direction opposite to the flow direction of the refrigerant in the first flow path and the flow direction of the refrigerant in the second flow path.
複数の前記吸発熱体において磁気に応じてエントロピーが変化して吸熱又は発熱する温度であるキュリー温度は、前記第1流路の流れ方向に沿って高い、磁気冷凍機。 The magnetic refrigerator according to claim 8 or 9.
A magnetic refrigerator in which the Curie temperature, which is the temperature at which the entropy changes according to magnetism to absorb or generate heat in the plurality of endothermic elements, is high along the flow direction of the first flow path.
隣接する前記吸発熱体のうち、一方の前記吸発熱体が前記第1流路の側に突出する場合には、他方の前記吸発熱体が前記第2流路の側に突出するように制御される、磁気冷凍機。 The magnetic refrigerator according to any one of claims 8 to 10.
When one of the adjacent heating elements and heating elements projects to the side of the first flow path, the other heating element is controlled to project to the side of the second flow path. Being a magnetic refrigerator.
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