JP7032684B2 - 固体冷凍装置 - Google Patents
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Description
外部エネルギーに対する熱量効果を発揮する固体冷媒物質(11)と、該固体冷媒物質(11)に熱量効果を誘発させる誘発部(12)とを有する複数の固体冷凍部(M)と、
前記複数の固体冷凍部(M)が接続される熱媒体回路(C)と、
前記熱媒体回路(C)の熱媒体を搬送する搬送機構(20)とを備えた固体冷凍装置であって、
前記熱媒体回路(C)は、
前記複数の固体冷凍部(M)がそれぞれ直列に接続されるとともに前記搬送機構(20)により搬送された熱媒体を第1熱交換部(31,33,34)に供給する第1流路(40)と、
前記複数の固体冷凍部(M)がそれぞれ直列に接続されるとともに前記搬送機構(20)により搬送された熱媒体を第2熱交換部(32,33,34)に供給する第2流路(50)と、
前記第1流路(40)及び第2流路(50)の少なくとも一方に接続されるとともに、前記熱媒体が前記固体冷凍部(M)を流れる動作と、該熱媒体が該固体冷凍部(M)をバイパスする動作とを切り換える少なくとも1つのバイパス機構(B)とを有する
ことを特徴とする固体冷凍装置である。
前記バイパス機構(B)は、前記第1流路(40)及び前記第2流路(50)の双方に接続されるとともに前記複数の固体冷凍部(M)の全てに対応して設けられる。
ことを特徴とする固体冷凍装置である。
磁気作業物質(11)と、該磁気作業物質(11)に磁場変動を付与する磁場変調部(12)とを有する複数の磁気冷凍部(M)と、
前記磁気冷凍部(M)が接続される熱媒体回路(C)と、
前記熱媒体回路(C)の熱媒体を搬送する搬送機構(20)とを備えた磁気冷凍装置であって、
前記熱媒体回路(C)は、
前記複数の磁気冷凍部(M)がそれぞれ直列に接続されるとともに前記搬送機構(20)により搬送された熱媒体を第1熱交換部(31,33,34)に供給する第1流路(40)と、
前記複数の磁気冷凍部(M)がそれぞれ直列に接続されるとともに前記搬送機構(20)により搬送された熱媒体を第2熱交換部(32,33,34)に供給する第2流路(50)と、
前記第1流路(40)及び第2流路(50)の少なくとも一方に接続されるとともに、前記熱媒体が前記磁気冷凍部(M)を流れる動作と、該熱媒体が該磁気冷凍部(M)をバイパスする動作とを切り換える少なくとも1つのバイパス機構(B)とを有する。
前記複数の磁気冷凍部(M)の各々は、それらの低温端から高温端に向かって、キュリー温度が順に高くなる複数種の磁気作業物質(11)を有するカスケード式である。
前記第1流路(40)及び前記第2流路(50)には、前記複数の磁気冷凍部(M)のそれぞれのキュリー温度の平均値が順に高くなるように、該複数の磁気冷凍部(M)が直列に接続される。
前記複数の磁気冷凍部(M)は、1つの磁気作業物質(11)を有する単層式であり、
前記第1流路(40)及び前記第2流路(50)には、前記複数の磁気冷凍部(M)の各々の磁気作業物質(11)のキュリー温度が順に高くなるように、該複数の磁気冷凍部(M)が直列に接続される。
隣り合う2つの磁気冷凍部(M)の動作温度域の一部が重なる。
前記複数の磁気冷凍部(M)の各々は、それらの低温端から高温端に向かって、キュリー温度が順に高くなる複数種の磁気作業物質(11)を有するカスケード式であり、
隣り合う磁気冷凍部(M)は、各々の端部側の磁気作業物質(11)の動作温度域の一部又は全部が重なる領域を有するように構成され、
前記重なる領域の磁気熱量効果の最大値が、隣り合う磁気冷凍部(M)の前記端部側の磁気作業物質(11)における磁気熱量効果の最大値の平均値の1/2以上である。
前記複数の磁気冷凍部(M)は、1種の磁気作業物質(11)を有する単層式であり、
隣り合う磁気冷凍部(M)は、各々の磁気作業物質(11)の動作温度域の一部が重なる領域を有するように構成され、
前記重なる領域の磁気熱量効果の最大値が、前記隣り合う磁気冷凍部(M)の各々の磁気作業物質(11)における磁気熱量効果の最大値の平均値の1/2以上である。
第4又は第5の態様において、
前記複数種の磁気作業物質(11)は、それらの端部に対応する端部側磁気作業物質(11c,11d)と、それらの両端の間の中間部に対応する中間側磁気作業物質(11b,11e)とを含み、
前記端部側磁気作業物質(11c,11d)の動作温度域の幅が、前記中間側磁気作業物質(11b,11e)の動作温度域の幅よりも広い。
前記複数種の磁気作業物質(11)は、それらの端部に対応する端部側磁気作業物質(11c,11d)と、それらの両端の間の中間部に対応する中間側磁気作業物質(11b,11e)とを含み、
前記端部側磁気作業物質(11c,11d)の磁気熱量効果の最大値が、前記中間側磁気作業物質(11b,11e)の磁気熱量効果の最大値よりも大きい。
前記磁場変調部(12)は、前記端部側磁気作業物質(11c,11d)の磁束密度の変化量を、前記中間側磁気作業物質(11b,11e)の磁束密度の変化量よりも大きくする。
前記端部側磁気作業物質(11c,11d)の断熱温度変化、又はエントロピー変化が、前記中間側磁気作業物質(11b,11e)の断熱温度変化、又はエントロピー変化よりも大きい。
前記端部側磁気作業物質(11c,11d)の重量が、前記中間側磁気作業物質(11b,11e)の重量よりも大きい。
ことを特徴とする固体冷凍装置である。
前記第3磁気冷凍部(ML,MH)の磁気作業物質(11)の量が、前記第4磁気冷凍部(MM)の磁気作業物質(11)の量よりも大きい
ことを特徴とする固体冷凍装置である。
前記バイパス機構(B)は、前記第3磁気冷凍部(ML,MH)に対応して設けられる。
ことを特徴とする固体冷凍装置である。
前記第4磁気冷凍部(MM)の全体の動作温度域は、中温域であり、
前記第3磁気冷凍部(ML,MH)の全体の動作温度域は、低温域または高温域である
ことを特徴とする固体冷凍装置である。
前記第3磁気冷凍部(ML,MH)は、前記複数の磁気冷凍部(M)の両端にそれぞれ設けられる
ことを特徴とする固体冷凍装置である。
前記第3磁気冷凍部(ML,MH)は、前記第1熱交換部(31,33,34)および前記第2熱交換部(32,33,34)の少なくとも一方を構成する室外熱交換器(34)寄りに設けられる
ことを特徴とする固体冷凍装置である。
ことを特徴とする固体冷凍装置である。
本実施形態の磁気冷凍装置(1)は、磁気熱量効果を利用して熱媒体の温度を調節する。磁気冷凍装置(1)は、例えば空気調和装置に適用される。磁気冷凍装置(1)は、熱量効果を利用して熱媒体の温度を調節する固体冷凍装置である。
複数の磁気冷凍部(M)は、第1磁気冷凍部(M1)と第2磁気冷凍部(M2)とで構成される。なお、以下の説明においては、第1磁気冷凍部(M1)及び第2磁気冷凍部(M2)を総称して、単に磁気冷凍部(M)と述べる場合もある。
搬送機構(20)は、熱媒体回路(C)の熱媒体を往復的に搬送する。搬送機構(20)は、往復式ポンプ(21)を含む。往復式ポンプ(21)は、ピストンポンプで構成される。往復式ポンプ(21)は、ポンプケース(22)と、ピストン(23)と、駆動機構(図示省略)とを有する。ピストン(23)は、ポンプケース(22)の内部に配置される。ピストン(23)は、ポンプケース(22)の内部を2つの室に区画する。往復式ポンプ(21)には、第1開口(24)と第2開口(25)とが設けられる。ポンプケース(22)の一方の室が第1開口(24)と連通し、他方の室が第2開口(25)と連通する。
第1熱交換器(31)及び第2熱交換器(32)は、熱媒体回路(C)が流れる熱媒体と、対象となる流体とを熱交換せる。本実施形態では、第1熱交換器(31)及び第2熱交換器(32)が、空気熱交換器で構成される。第1熱交換器(31)及び第2熱交換器(32)は、熱媒体回路(C)の熱媒体と空気とを熱交換させる。
熱媒体回路(C)は、主として、第1流路(40)、第2流路(50)、第1搬送流路(61)、及び第2搬送流路(62)を備える。熱媒体回路(C)は、複数のバイパス機構(B)を備える。
第1流路(40)は、熱媒体を第1熱交換器(31)へ供給する流路である。第1流路(40)の流入端は、第2熱交換器(32)の流出端に接続する。第1流路(40)の流出端は、第1熱交換器(31)の流入端に接続する。第1流路(40)は、第1上流路(41)、第1中間路(42)、及び第1下流路(43)を含む。第1流路(40)は、各磁気冷凍部(M1)の内部流路(13)を含む。第1流路(40)では、第1上流路(41)、第1磁気冷凍部(M1)の内部流路(13)、第1中間路(42)、第2磁気冷凍部(M2)の内部流路(13)、及び第1下流路(43)が順に接続する。
第2流路(50)は、熱媒体を第2熱交換器(32)へ供給する流路である。第2流路(50)の流入端は、第1熱交換器(31)の流出端に接続する。第2流路(50)の流出端は、第2熱交換器(32)の流入端に接続する。第2流路(50)は、第2上流路(51)、第2中間路(52)、及び第2下流路(53)を含む。第2流路(50)は、各磁気冷凍部(M)の内部流路(13)を含む。第2流路(50)では、第2上流路(51)、第2磁気冷凍部(M2)の内部流路(13)、第2中間路(52)、第1磁気冷凍部(M1)の内部流路(13)、及び第2下流路(53)が順に接続する。
第1搬送流路(61)の流入端は、往復式ポンプ(21)の第1開口(24)に接続する。第1搬送流路(61)の流出端は、第2上流路(51)における第1熱交換器(31)と、第3バイパス流路(67)の流入端との間に接続する。
第2搬送流路(62)の流入端は、往復式ポンプ(21)の第2開口(25)に接続する。第2搬送流路(62)の流出端は、第1上流路(41)における第2熱交換器(32)と、第1バイパス流路(63)の流入端との間に接続する。
複数のバイパス機構(B)は、第1バイパス機構(B1)、第2バイパス機構(B2)、第3バイパス機構(B3)、及び第4バイパス機構(B4)で構成される。バイパス機構(B)は、熱媒体回路(C)において、熱媒体が磁気冷凍部(M)を流れる動作と、熱媒体が磁気冷凍部(M)をバイパスする動作とを切り換える。
第1バイパス機構(B1)は、第1流路(40)に接続される。第1バイパス機構(B1)は、第1磁気冷凍部(M1)の内部流路(13)に対応する。第1バイパス機構(B1)は、第1流路(40)の熱媒体が第1磁気冷凍部(M1)の内部流路(13)を流れる流路と、第1流路(40)の熱媒体が第1磁気冷凍部(M1)の内部流路(13)をバイパスする流路とを切り換える。
第2バイパス機構(B2)は、第1流路(40)に接続される。第2バイパス機構(B2)は、第2磁気冷凍部(M2)の内部流路(13)に対応する。第2バイパス機構(B2)は、第1流路(40)の熱媒体が第2磁気冷凍部(M2)の内部流路(13)を流れる流路と、第1流路(40)の熱媒体が第2磁気冷凍部(M2)の内部流路(13)をバイパスする流路とを切り換える。
第3バイパス機構(B3)は、第2流路(50)に接続される。第3バイパス機構(B3)は、第2磁気冷凍部(M2)の内部流路(13)に対応する。第3バイパス機構(B3)は、第2流路(50)の熱媒体が第2磁気冷凍部(M2)の内部流路(13)を流れる流路と、熱媒体が第2磁気冷凍部(M2)の内部流路(13)をバイパスする流路とを切り換える。
第4バイパス機構(B4)は、第2流路(50)に接続される。第4バイパス機構(B4)は、第1磁気冷凍部(M1)の内部流路(13)に対応する。第4バイパス機構(B4)は、第2流路(50)の熱媒体が第1磁気冷凍部(M1)の内部流路(13)を流れる流路と、第2流路(50)の熱媒体が第1磁気冷凍部(M1)の内部流路(13)をバイパスする流路とを切り換える。
図2に示すように、磁気冷凍装置(1)は、制御器(100)を備える。制御器(100)は、磁場変調部(12)と、搬送機構(20)と、バイパス機構(B)とを制御する。より詳細には、制御器(100)は、運転指令に応じて、各バイパス機構(B)の各制御弁(64,66,68,70)を制御する。制御器(100)は、マイクロコンピュータと、該マイクロコンピュータを動作させるためのソフトウエアを格納するメモリディバイス(具体的には半導体メモリ)とを用いて構成されている。
第1磁気冷凍部(M1)及び第2磁気冷凍部(M2)は、それぞれカスケード式である。第1磁気冷凍部(M1)及び第2磁気冷凍部(M2)は、キュリー温度が異なる複数種(本例では3つ)の磁気作業物質(11)を有する。キュリー温度は、磁気作業物質(11)の磁気熱量効果が最も高くなる温度である。カスケード式の磁気冷凍部(M)における磁気作業物質(11)の数は、2つ又は4つ以上であってもよい。
本例では、隣り合う端部側の磁気作業物質(11c,11d)の動作温度域の一部が互いに重なっている。しかしながら、隣り合う端部側の磁気作業物質(11c,11d)の動作温度域の全部が互いに重なってもよい。この場合にも、隣り合う磁気冷凍部(M)は、上記(1)式を満たすことになる。
磁気冷凍装置(1)の運転動作について図5~図10を参照しながら説明する。なお、図5以降の図面においては、磁場変調部(12)の図示を省略している。磁気冷凍装置(1)は、加熱動作と冷却動作とを交互に繰り返し行う。加熱動作は、通常加熱動作、第1バイパス加熱動作、第2バイパス加熱動作を含む。冷却動作は、通常冷却動作、第1バイパス加熱動作、第2バイパス加熱動作を含む。磁気冷凍装置(1)の通常の運転では、通常加熱動作と、通常冷却動作とが交互に繰り返し行われる。第1バイパス加熱動作、第2バイパス加熱動作、第1バイパス冷却動作、及び第2バイパス冷却動作は、磁気冷凍装置(1)の熱負荷、運転条件、必要能力などに応じて適宜実行される。なお、以下の説明では、第1バイパス加熱動作、第2バイパス加熱動作、第1バイパス冷却動作、及び第2バイパス冷却動作を総称して、バイパス動作と述べる場合もある。
図5に示す通常加熱動作では、第1磁気冷凍部(M1)及び第2磁気冷凍部(M2)の各磁場変調部(12)が、第1変調動作を行う。搬送機構(20)が第1搬送動作を行う。制御器(100)は、第1制御弁(64)、第2制御弁(66)、第3制御弁(68)、及び第4制御弁(70)を閉じる。
図6に示す通常冷却動作では、第1磁気冷凍部(M1)及び第2磁気冷凍部(M2)の各磁場変調部(12)が、第2変調動作を行う。搬送機構(20)が第2搬送動作を行う。制御器(100)は、第1制御弁(64)、第2制御弁(66)、第3制御弁(68)、及び第4制御弁(70)を閉じる。
図7に示す第1バイパス加熱動作では、第1磁気冷凍部(M1)の磁場変調部(12)が、第1変調動作を行う。第2磁気冷凍部(M2)は実質的に機能しない。搬送機構(20)が第1搬送動作を行う。制御器(100)は、第1制御弁(64)、第2制御弁(66)、第4制御弁(70)を閉じ、第3制御弁(68)を開ける。
図8に示す第2バイパス加熱動作では、第2磁気冷凍部(M2)の磁場変調部(12)が、第1変調動作を行う。第1磁気冷凍部(M1)は実質的に機能しない。搬送機構(20)が第1搬送動作を行う。制御器(100)は、第1制御弁(64)、第2制御弁(66)、第3制御弁(68)を閉じ、第4制御弁(70)を開ける。
図9に示す第1バイパス冷却動作では、第2磁気冷凍部(M2)の磁場変調部(12)が、第2変調動作を行う。第1磁気冷凍部(M1)は実質的に停止する。搬送機構(20)が第2搬送動作を行う。制御器(100)は、第2制御弁(66)、第3制御弁(68)、第4制御弁(70)を閉じ、第1制御弁(64)を開ける。
図10に示す第2バイパス冷却動作では、第1磁気冷凍部(M1)の磁場変調部(12)が、第2変調動作を行う。第2磁気冷凍部(M2)は実質的に停止する。搬送機構(20)が第2搬送動作を行う。制御器(100)は、第1制御弁(64)、第3制御弁(68)、第4制御弁(70)を閉じ、第2制御弁(66)を開ける。
実施形態1においては以下の作用効果を奏する。
磁気冷凍装置(1)は、熱媒体が磁気冷凍部(M)を流れる流路と、熱媒体が磁気冷凍部(M)をバイパスする流路とを切り換えるバイパス機構(B)を備える。このため、加熱動作において、ある磁気冷凍部(M)で熱媒体を加熱しないことで、磁気冷凍装置(1)の全体の加熱能力を調節できる。冷却動作において、ある磁気冷凍部(M)で熱媒体を冷却しないことで、磁気冷凍装置(1)の全体の冷却能力を調節できる。
バイパス機構(B)を設けると、バイパス流路(63,65,67,69)に熱媒体が溜まることがある。具体的には、例えば図8に示す第2バイパス加熱動作では、第4バイパス流路(69)に比較的高温の熱媒体が溜まる。この状態から、例えば図6に示す通常冷却動作を行ったとしても、熱媒体は第2流路(50)を流れず、第1流路(40)を流れる。このため、通常冷却動作において、第1熱交換器(31)に供給される熱媒体が、第4バイパス流路(69)に溜まった熱媒体と混合することがない。このため、このような熱媒体の混合に起因して、熱ロスが生じることを抑制できる。
第1流路(40)及び第2流路(50)には、複数(本例では2つ)の磁気冷凍部(M)のキュリー温度の平均値が順に高くなるように、複数の磁気冷凍部(M)が直列に接続される。具体的には、図3に示すように、第2磁気冷凍部(M2)の全ての磁気作業物質(11)のキュリー温度の平均値T2は、第1磁気冷凍部(M1)の全ての磁気作業物質(11)のキュリー温度の平均値T1よりも高い。通常加熱動作では、第2流路(50)の熱媒体が第2磁気冷凍部(M2)、第1磁気冷凍部(M1)を順に流れるため、各磁気冷凍部(M)を流れる熱媒体の温度を、それらのキュリー温度の平均値に近づけることができる。このため、各磁気冷凍部(M)の磁気熱量効果を増大でき、加熱能力を増大できる。
図4に示すように、隣り合う第1磁気冷凍部(M1)と第2磁気冷凍部(M2)とでは、それらの動作温度域の一部が重なる。具体的には、隣り合う磁気冷凍部(M)の端部側の磁気作業物質(11c,11d)の動作温度域の重なる領域Aについて、その領域Aの磁気熱量効果の最大値Epが、該隣り合う端部側の磁気作業物質(11c,11d)の磁気熱量効果の最大値の平均値Eave の1/2以上である。このため、通常動作(熱媒体が磁気冷凍部(M)を流れる動作)からバイパス動作への切換に起因して、ある磁気冷凍部(M)を流れる熱媒体の温度が変化した場合にも、熱媒体の温度が磁気冷凍部(M)の動作温度域から外れてしまうことを抑制できる。
実施形態2に係る磁気冷凍装置(1)は、上記実施形態1において、磁気冷凍部(M)の構成が異なる。
実施形態2の変形例は、実施形態2と磁気冷凍部(M)の構成が異なる。実施形態2の変形例の各磁気冷凍部(M)は、カスケード式である。各磁気冷凍部(M)では、端部側磁気作業物質(11c,11d)の磁気熱量効果の最大値が、中間側磁気作業物質(11b,11e)の磁気熱量効果の最大値より大きい。具体的には、第3磁気作業物質(11c)の磁気熱量効果の最大値が、第2磁気作業物質(11b)の磁気熱量効果の最大値よりも大きい。第4磁気作業物質(11d)の磁気熱量効果の最大値が、第5磁気作業物質(11e)の磁気熱量効果の最大値よりも大きい。
端部側磁気作業物質(11c,11d)の磁束密度の変化量を、中間側磁気作業物質(11b,11e)の磁束密度の変化量よりも大きくする。これにより、端部側磁気作業物質(11c,11d)の磁気熱量効果の最大値を、中間側磁気作業物質(11b,11e)の磁気熱量効果の最大値より大きくできる。
端部側磁気作業物質(11c,11d)の断熱温度変化ΔTadを、中間側磁気作業物質(11b,11e)の断熱温度変化ΔTadよりも大きくする。これにより、端部側磁気作業物質(11c,11d)の磁気熱量効果の最大値を、中間側磁気作業物質(11b,11e)の磁気熱量効果の最大値より大きくできる。
端部側磁気作業物質(11c,11d)のエントロピー変化ΔSmを、中間側磁気作業物質(11b,11e)のエントロピー変化ΔSmよりも大きくする。これにより、端部側磁気作業物質(11c,11d)の磁気熱量効果の最大値を、中間側磁気作業物質(11b,11e)の磁気熱量効果の最大値よりも大きくできる。
端部側磁気作業物質(11c,11d)の重量を、中間側磁気作業物質(11b,11e)の重量よりも大きくする。これにより、端部側磁気作業物質(11c,11d)の磁気熱量効果の最大値を、中間側磁気作業物質(11b,11e)の磁気熱量効果の最大値よりも大きくできる。
ベッド(10)内の端部側磁気作業物質(11c,11d)の充填率を、ベッド(10)内の中間側磁気作業物質(11b,11e)の充填率よりも大きくする。これにより、端部側磁気作業物質(11c,11d)の重量を、中間側磁気作業物質(11b,11e)の重量よりも大きくできる。
ベッド(10)内の端部側磁気作業物質(11c,11d)の容積を、ベッド(10)内の中間側磁気作業物質(11b,11e)の容積よりも大きくする。これにより、端部側磁気作業物質(11c,11d)の重量を、中間側磁気作業物質(11b,11e)の重量よりも大きくできる。ここでいう容積は、厳密には、磁気作業物質(11)内に形成される空隙を含んだ「かさ容積」である。
図12に示す磁気冷凍装置(1)は、2つの蓄熱部(81,82)を備える。2つの蓄熱部(81,82)は、第1流路(40)に接続される第1蓄熱部(81)と、第2流路(50)に接続される第2蓄熱部(82)とで構成される。各蓄熱部(81,82)は、熱媒体を貯留するリザーバ(蓄熱容器)で構成される。
図13に示す実施形態3の変形例1の磁気冷凍装置(1)は、実施形態3の磁気冷凍装置(1)と、蓄熱部(81,82)、及びその周辺の構成が異なる。
図14に示す実施形態3の変形例2は、実施形態3の磁気冷凍装置(1)と、蓄熱部及びその周辺の構成が異なる。
実施形態4に係る磁気冷凍装置(1)は、冷房運転と暖房運転とを切り換えて行う。図15に示すように、磁気冷凍装置(1)の熱媒体回路(C)は、室内熱交換器(33)、室外熱交換器(34)、第1四方切換弁(35)、及び第2四方切換弁(36)を有する。室内熱交換器(33)は、室内に設置される。室外熱交換器(34)は、室外に設置される。
磁気冷凍装置(1)の運転動作について説明する。
冷房運転では、第1四方切換弁(35)及び第2四方切換弁(36)がそれぞれ第2状態となる。冷房運転では、第1動作と第2動作とが交互に繰り返し行われる。
暖房運転では、第1四方切換弁(35)及び第2四方切換弁(36)がそれぞれ第1状態となる。暖房運転では、第3動作と第4動作とが交互に繰り返し行われる。
上述した実施形態においては、適用可能な範囲において、以下の構成を採用してもよい。
図20に示すように、変形例Aに係るバイパス機構(B)は、上述した実施形態において、制御弁が付加される。第1バイパス機構(B1)は、第5制御弁(95)を有する。第5制御弁(95)は、第1流路(40)における第1磁気冷凍部(M1)の流入側に設けられる。第2バイパス機構(B2)は、第6制御弁(96)を有する。第6制御弁(96)は、第1流路(40)における第2磁気冷凍部(M2)の流入側に設けられる。第3バイパス機構(B3)は、第7制御弁(97)を有する。第7制御弁(97)は、第2流路(50)における第2磁気冷凍部(M2)の流入側に設けられる。第4バイパス機構(B4)は、第8制御弁(98)を有する。第8制御弁(98)は、第2流路(50)における第1磁気冷凍部(M1)の流入側に設けられる。
図21に示すように、変形例Bに係るバイパス機構(B)は、制御弁に代わって、三方弁を有する。第1バイパス機構(B1)は、第5三方弁(55)を有する。第5三方弁(55)は、第1上流路(41)の熱媒体を、第1磁気冷凍部(M1)側のみに供給する状態と、第1バイパス流路(63)側のみに供給する状態とに切り換わる。第2バイパス機構(B2)は、第6三方弁(56)を有する。第6三方弁(56)は、第1中間路(42)の熱媒体を、第2磁気冷凍部(M2)側のみに供給する状態と、第2バイパス流路(65)側のみに供給する状態とに切り換わる。第3バイパス機構(B3)は、第7三方弁(57)を有する。第7三方弁(57)は、第2上流路(51)の熱媒体を、第2磁気冷凍部(M2)側のみに供給する状態と、第3バイパス流路(67)側のみに供給する状態とに切り換わる。第4バイパス機構(B4)は、第8三方弁(58)を有する。第8三方弁(58)は、第2中間路(52)の熱媒体を、第1磁気冷凍部(M1)側のみに供給する状態と、第4バイパス流路(69)側のみに供給する状態とに切り換わる。
図22に示すように、変形例Cに係る搬送機構(20)は、一過式のポンプ(26)と、切換部である四方切換弁(27)とを有する。四方切換弁(27)は、第1状態(図22の実線で示す状態)と、第2状態(図22の破線で示す状態)とに切り換わる。第1状態の四方切換弁(27)は、ポンプ(26)の吐出部と第1搬送流路(61)とを連通させ且つポンプ(26)の吸入部と第2搬送流路(62)とを連通させる。第2状態の四方切換弁(27)は、ポンプ(26)の吐出部と第2搬送流路(62)とを連通させ且つポンプ(26)の吸入部と第1搬送流路(61)とを連通させる。
第1流路(40)及び第2流路(50)に3つ以上の磁気冷凍部(M)を直列に接続してもよい。図23に示す例では、第1流路(40)及び第2流路(50)に3つの磁気冷凍部(M)が設けられる。第1流路(40)には、3つの磁気冷凍部(M)にそれぞれ対応するように、3つのバイパス機構(B)が設けられる。第2流路(50)には、3つの磁気冷凍部(M)に対応するようにバイパス機構(B)が設けられる。
図24に示すように、変形例Eに係る熱媒体回路(C)には、複数の回路が並列に接続される。複数の回路は、第1回路(C1)と第2回路(C2)とで構成される。熱媒体回路(C)に3つ以上の回路を並列に接続してもよい。第1回路(C1)には、上述した実施形態と同様、第1流路(40)、第2流路(50)、複数の磁気冷凍部(M)、及び複数のバイパス機構(B)が設けられる。同様に、第2回路(C2)には、第1流路(40)、第2流路(50)、複数の磁気冷凍部(M)、及び複数のバイパス機構(B)が設けられる。第1回路(C1)と第2回路(C2)とには、第1熱交換器(31)、第2熱交換器(32)、第1搬送流路(61)、及び第2搬送流路(62)がそれぞれ接続される。
図25に示すように、磁気冷凍部(M)は、1つの磁気作業物質(11)を有する単層式であってもよい。
図26に示すように、実施形態5に係る磁気冷凍装置(1)は、冷房と暖房とを切り換えて行う空気調和装置である。
実施形態5に係る磁気冷凍装置(1)の運転動作について説明する。
冷房運転では、第3四方切換弁(37)および第4四方切換弁(38)がそれぞれ第1状態となる。室外ファン(15)および室内ファン(14)が運転する。冷房運転では、第1動作と第2動作とが交互に繰り返し行われる。なお、以下では、全ての磁気冷凍部(M)を作動させる冷房運転を例に説明する。
暖房運転では、第3四方切換弁(37)および第4四方切換弁(38)がそれぞれ第2状態となる。室外ファン(15)および室内ファン(14)が運転する。暖房運転では、第3動作と第4動作とが交互に繰り返し行われる。なお、以下では、全ての磁気冷凍部(M)を作動させる第暖房運転を例に説明する。
本実施形態の磁気冷凍装置(1)では、冷房運転および暖房運転の運転条件を考慮して、複数の磁気冷凍部(M)の構成が決定されている。この点について図31を参照しながら詳細に説明する。
磁気冷凍装置(1)の冷房運転では、室外温度および冷房負荷に応じて、熱媒体の最低温度および最高温度が決定される。冷房運転の定格運転時には、最低温度がT1minとなり、最高温度がT1maxとなる。ここで最低温度T1minは冷房運転の定格運転時の室内温度および設定温度に基づく。最高温度T1maxは冷房運転の定格運転時の外気温度に基づく。
第3磁気冷凍部である低温磁気冷凍部(ML)は、複数の磁気冷凍部(M)のうち最も端(厳密には低温端)に位置する。低温磁気冷凍部(ML)は、冷房運転において、吸熱器となる室内熱交換器(33)に隣接する。高温磁気冷凍部(MH)は、暖房運転において、吸熱器となる室外熱交換器(34)に隣接する。
第3磁気冷凍部である高温磁気冷凍部(MH)は、複数の磁気冷凍部(M)のうち最も端(厳密には高温端)に位置する。高温磁気冷凍部(MH)は、冷房運転において、放熱器となる室外熱交換器(34)に隣接する。高温磁気冷凍部(MH)は、暖房運転において、放熱器となる室内熱交換器(33)に隣接する。
第2磁気冷凍部である中温磁気冷凍部(MM)は、両端の磁気冷凍部(M)の間の中間に位置する。図31に示すように、本例の中温磁気冷凍部(MM)は、6つの層の磁気作業物質(11)(中温磁気作業物質(11M))を有する。
磁気冷凍装置(1)の全体の運転を考慮すると、熱媒体の温度が低温磁気冷凍部(ML)の全体の動作温度域に至る頻度は、熱媒体の温度が中温磁気冷凍部(MM)の全体の動作温度域に至る頻度よりも少ない。同様に、熱媒体の温度が高温磁気冷凍部(MH)の全体の動作温度域に至る頻度は、熱媒体の温度が中温磁気冷凍部(MM)の全体の動作温度域に至る頻度よりも少ない。
図31に示すように、低温磁気冷凍部(ML)の1つの低温磁気作業物質(11L)の動作温度域Aは、中温磁気冷凍部(MM)の1つの中温磁気作業物質(11M)の動作温度域Bよりも広い。この構成により、低温磁気冷凍部(ML)の磁気作業物質(11)の層数を減らしつつ、所定の温度範囲(第1温度範囲)において磁気熱量効果を得ることができる。本例では、低温磁気冷凍部(ML)の層数が2つであり、中温磁気冷凍部(MM)の層数(6つ)よりも少ない。したがって、低温磁気冷凍部(ML)の構造を簡素化でき、低温磁気冷凍部(ML)の生産コストを削減できる。
低温磁気冷凍部(ML)の磁気作業物質(11)の量は、中温磁気冷凍部(MM)の磁気作業物質(11)の量よりも多い。厳密には、各々の低温磁気作業物質(11L)の量が、各々の中温磁気作業物質(11M)の量よりも多い。上述したように、低温磁気冷凍部(ML)は、層数が少ないため、磁気熱量効果が低下する傾向にある。しかしながら、低温磁気冷凍部(ML)の磁気作業物質(11)の量を多くすることで、低温磁気冷凍部(ML)における加熱能力(放熱能力)および冷却能力(吸熱能力)を増大できる。
本実施形態では、制御器(100)が、運転条件に応じて、熱媒体が第3磁気冷凍部(ML,MH)をバイパスする動作を実行させる。
暖房運転および冷房運転の定格運転時には、制御器(100)は、低温磁気冷凍部(ML)および高温磁気冷凍部(MH)において第1変調動作および第2変調動作のいずれも実行させず、中温磁気冷凍部(MM)のみ第1変調動作および第2変調動作を実行させる。これらの運転では、熱媒体の温度が第1温度範囲や第3温度範囲に至らないため、低温磁気冷凍部(ML)および高温磁気冷凍部(MH)を作動させる必要がないからである。
外気温度が極端に低い条件下での暖房運転では、低温側の熱媒体が第1温度範囲に至る第2条件が成立する。この場合、制御器(100)は、高温磁気冷凍部(MH)において第1変調動作および第2変調動作のいずれも実行させず、低温側磁気冷凍部(M)および中温磁気冷凍部(MM)において第1変調動作および第2変調動作を実行させる。
外気温度が極端に高い条件下での冷房運転、および暖房負荷が極端に高い暖房運転では、高温側の熱媒体が第3温度範囲に至る第3条件が成立する。この場合、制御器(100)は、低温磁気冷凍部(ML)において第1変調動作および第2変調動作のいずれも実行させず、中温磁気冷凍部(MM)および高温磁気冷凍部(MH)において第1変調動作および第2変調動作を実行させる。
図32に示すように、実施形態6の熱媒体回路(C)は、実施形態5に係る第1流路(40)および第2流路(50)を含む2つのユニット(U1,U2)を有する。2つのユニット(U1,U2)は、互いに並列に接続される第1ユニット(U1)と第2ユニット(U2)とで構成される。これらにユニット(U1,U2)は、互いに同じ構成である。各ユニット(U1,U2)は、実施形態5と同様、第1流路(40)、第2流路(50)、低温磁気冷凍部(ML)、中温磁気冷凍部(MM)、高温磁気冷凍部(MH)、逆止弁(CV)、第5バイパス機構(B5)、第6バイパス機構(B6)を有する。
実施形態6に係る磁気冷凍装置(1)の運転動作について説明する。
冷房運転では、第3四方切換弁(37)および第4四方切換弁(38)がそれぞれ第1状態となる。室外ファン(15)および室内ファン(14)が運転する。冷房運転では、第1動作と第2動作とが交互に繰り返し行われる。なお、以下では、全ての磁気冷凍部(M)を作動させる冷房運転を例に説明する。
暖房運転では、第3四方切換弁(37)および第4四方切換弁(38)がそれぞれ第2状態となる。室外ファン(15)および室内ファン(14)が運転する。暖房運転では、第3動作と第4動作とが交互に繰り返し行われる。なお、以下では、全ての磁気冷凍部(M)を作動させる暖房運転を例に説明する。
実施形態6においても、実施形態5と同様に、バイパス動作が行われる。例えば熱媒体の温度が第1温度範囲にあり、低温磁気冷凍部(ML)が作動しない場合には、制御器(100)は、低温磁気冷凍部(ML)に対応するバイパス流路(60)の制御弁(90)を開ける。熱媒体の温度が第3温度範囲にあり、高温磁気冷凍部(MH)が作動しない場合には、制御器(100)は、高温磁気冷凍部(MH)に対応するバイパス流路(60)の制御弁(90)を開ける。それ以外の作用効果は、実施形態5と同じである。
実施形態5および6の変形例について説明する。
変形例Gに係る磁気冷凍装置(1)は、実施形態5および6と熱媒体の出現頻度が異なる。図37に示すように、磁気冷凍装置(1)では、その出現頻度の低いものから順に、「希」、「低」、「中」、「高」の4つ段階の温度範囲がある。第1温度範囲は「希」、第2温度範囲および第6温度範囲は「低」、第3温度範囲および第5温度範囲は「中」、第4温度範囲は「高」となる。
変形例Hに係る磁気冷凍装置(1)は、冷房専用の空気調和装置に適用される。図38に示すように、磁気冷凍装置(1)は、実施形態5の第3四方切換弁(37)および第4四方切換弁(38)が省略されている。変形例Hの冷房運転は、実施形態5と同様である。
変形例Iに係る磁気冷凍装置(1)は、暖房専用の空気調和装置に適用される。図40に示すように、磁気冷凍装置(1)は、実施形態5の第3四方切換弁(37)および第4四方切換弁(38)が省略されている。変形例Iの暖房運転は、実施形態5と同様である。
第3磁気冷凍部である低温磁気冷凍部(ML)や高温磁気冷凍部(MH)は、複数の磁気冷凍部のうち最も端に配置されていなくてもよく、複数の磁気冷凍部(M)の端寄りに配置されていればよい。
上述した各実施形態や各変形例においては、以下のような構成としてもよい。
11 磁気作業物質(固体冷媒物質)
11b 第2磁気作業物質(中間側磁気作業物質)
11c 第3磁気作業物質(端部側磁気作業物質)
11d 第4磁気作業物質(端部側磁気作業物質)
11e 第5磁気作業物質(中間側磁気作業物質)
12 磁場変調部(変調部)
20 搬送機構
31 第1熱交換器(第1熱交換部)
32 第2熱交換器(第2熱交換部)
33 室内熱交換器(第1熱交換部、第2熱交換部)
34 室外熱交換器(第2熱交換部、第1熱交換部)
40 第1流路
50 第2流路
81 第1蓄熱部(蓄熱部)
82 第2蓄熱部(蓄熱部)
84 第2蓄熱ユニット(蓄熱部)
85 第4蓄熱ユニット(蓄熱部)
B バイパス機構
M 磁気冷凍部(固体冷凍部)
ML 低温磁気冷凍部(第3磁気冷凍部)
MM 中温磁気冷凍部(第4磁気冷凍部)
MH 高温磁気冷凍部(第5磁気冷凍部)
Claims (25)
- 外部エネルギーに対する熱量効果を発揮する固体冷媒物質(11)と、該固体冷媒物質(11)に熱量効果を誘発させる誘発部(12)とを有する複数の固体冷凍部(M)と、
前記複数の固体冷凍部(M)が接続される熱媒体回路(C)と、
前記熱媒体回路(C)の熱媒体を搬送する搬送機構(20)とを備えた固体冷凍装置であって、
前記熱媒体回路(C)は、
前記複数の固体冷凍部(M)がそれぞれ直列に接続されるとともに前記搬送機構(20)により搬送された熱媒体を第1熱交換部(31,33,34)に供給する第1流路(40)と、
前記複数の固体冷凍部(M)がそれぞれ直列に接続されるとともに前記搬送機構(20)により搬送された熱媒体を第2熱交換部(32,33,34)に供給する第2流路(50)と、
前記第1流路(40)及び第2流路(50)の少なくとも一方に接続されるとともに、前記熱媒体が前記固体冷凍部(M)を流れる動作と、該熱媒体が該固体冷凍部(M)をバイパスする動作とを切り換える少なくとも1つのバイパス機構(B)とを有し、
前記第1流路(40)及び前記第2流路(50)の少なくとも一方には、前記固体冷凍部(M)をバイパスした熱媒体が流れる蓄熱部(81,82,84,85)が設けられる
ことを特徴とする固体冷凍装置。 - 外部エネルギーに対する熱量効果を発揮する固体冷媒物質(11)と、該固体冷媒物質(11)に熱量効果を誘発させる誘発部(12)とを有する複数の固体冷凍部(M)と、
前記複数の固体冷凍部(M)が接続される熱媒体回路(C)と、
前記熱媒体回路(C)の熱媒体を搬送する搬送機構(20)とを備えた固体冷凍装置であって、
前記熱媒体回路(C)は、
前記複数の固体冷凍部(M)がそれぞれ直列に接続されるとともに前記搬送機構(20)により搬送された熱媒体を第1熱交換部(31,33,34)に供給する第1流路(40)と、
前記複数の固体冷凍部(M)がそれぞれ直列に接続されるとともに前記搬送機構(20)により搬送された熱媒体を第2熱交換部(32,33,34)に供給する第2流路(50)と、
前記第1流路(40)及び第2流路(50)の少なくとも一方に接続されるとともに、前記熱媒体が前記固体冷凍部(M)を流れる動作と、該熱媒体が該固体冷凍部(M)をバイパスする動作とを切り換える少なくとも1つのバイパス機構(B)とを有し、
前記複数の固体冷凍部は、前記固体冷媒物質としての磁気作業物質(11)と、該磁気作業物質(11)に磁場変動を付与する前記誘発部としての磁場変調部(12)とをそれぞれ有する複数の磁気冷凍部(M)であり、
複数の磁気冷凍部(M)は、一部の磁気冷凍部である第3磁気冷凍部(ML,MH)と、それ以外の他の磁気冷凍部である第4磁気冷凍部(MM)とを含み、
前記第3磁気冷凍部(ML,MH)の磁気作業物質(11)の動作温度域が前記第4磁気冷凍部(MM)の磁気作業物質(11)の動作温度域よりも広く、
前記固体冷凍装置の運転において、前記熱媒体の温度が前記第3磁気冷凍部(ML,MH)の全体の動作温度域に至る頻度が、前記熱媒体の温度が前記第4磁気冷凍部(MM)の全体の動作温度域内に至る頻度よりも少ない
ことを特徴とする固体冷凍装置。 - 請求項1または2において、
前記バイパス機構(B)は、前記第1流路(40)及び前記第2流路(50)の双方に接続されるとともに前記複数の固体冷凍部(M)の全てに対応して設けられる
ことを特徴とする固体冷凍装置。 - 請求項1において、
前記複数の固体冷凍部は、前記固体冷媒物質としての磁気作業物質(11)と、該磁気作業物質(11)に磁場変動を付与する前記誘発部としての磁場変調部(12)とをそれぞれ有する複数の磁気冷凍部(M)である
ことを特徴とする固体冷凍装置。 - 請求項2または4において、
前記複数の磁気冷凍部(M)の各々は、それらの低温端から高温端に向かって、キュリー温度が順に高くなる複数種の磁気作業物質(11)を有するカスケード式である
ことを特徴とする固体冷凍装置。 - 請求項5において、
前記第1流路(40)及び前記第2流路(50)には、前記複数の磁気冷凍部(M)のそれぞれのキュリー温度の平均値が順に高くなるように、該複数の磁気冷凍部(M)が直列に接続される
ことを特徴とする固体冷凍装置。 - 請求項2または4において、
前記複数の磁気冷凍部(M)は、1つの磁気作業物質(11)を有する単層式であり、
前記第1流路(40)及び前記第2流路(50)には、前記複数の磁気冷凍部(M)の各々の磁気作業物質(11)のキュリー温度が順に高くなるように、該複数の磁気冷凍部(M)が直列に接続される
ことを特徴とする固体冷凍装置。 - 請求項2または4において、
隣り合う2つの固体冷凍部(M)の動作温度域の一部が重なる
ことを特徴とする固体冷凍装置。 - 請求項8において、
前記複数の磁気冷凍部(M)の各々は、それらの低温端から高温端に向かって、キュリー温度が順に高くなる複数種の磁気作業物質(11)を有するカスケード式であり、
隣り合う磁気冷凍部(M)は、各々の端部側の磁気作業物質(11)の動作温度域の一部又は全部が重なる領域を有するように構成され、
前記重なる領域の磁気熱量効果の最大値が、隣り合う磁気冷凍部(M)の前記端部側の磁気作業物質(11)における磁気熱量効果の最大値の平均値の1/2以上である
ことを特徴とする固体冷凍装置。 - 請求項8において、
前記複数の磁気冷凍部(M)は、1種の磁気作業物質(11)を有する単層式であり、
隣り合う磁気冷凍部(M)は、各々の磁気作業物質(11)の動作温度域の一部が重なる領域を有するように構成され、
前記重なる領域の磁気熱量効果の最大値が、前記隣り合う磁気冷凍部(M)の各々の磁気作業物質(11)における磁気熱量効果の最大値の平均値の1/2以上である
ことを特徴とする固体冷凍装置。 - 請求項5又は6において、
前記複数種の磁気作業物質(11)は、それらの端部に対応する端部側磁気作業物質(11c,11d)と、それらの両端の間の中間部に対応する中間側磁気作業物質(11b,11e)とを含み、
前記端部側磁気作業物質(11c,11d)の動作温度域の幅が、前記中間側磁気作業物質(11b,11e)の動作温度域の幅よりも広い
ことを特徴とする固体冷凍装置。 - 請求項5又は6において、
前記複数種の磁気作業物質(11)は、それらの端部に対応する端部側磁気作業物質(11c,11d)と、それらの両端の間の中間部に対応する中間側磁気作業物質(11b,11e)とを含み、
前記端部側磁気作業物質(11c,11d)の磁気熱量効果の最大値が、前記中間側磁気作業物質(11b,11e)の磁気熱量効果の最大値よりも大きい
ことを特徴とする固体冷凍装置。 - 請求項12において、
前記磁場変調部(12)は、前記端部側磁気作業物質(11c,11d)の磁束密度の変化量を、前記中間側磁気作業物質(11b,11e)の磁束密度の変化量よりも大きくする
ことを特徴とする固体冷凍装置。 - 請求項12又は13において、
前記端部側磁気作業物質(11c,11d)の断熱温度変化、又はエントロピー変化が、前記中間側磁気作業物質(11b,11e)の断熱温度変化、又はエントロピー変化よりも大きい
ことを特徴とする固体冷凍装置。 - 請求項12~14のいずれか1つにおいて、
前記端部側磁気作業物質(11c,11d)の重量が、前記中間側磁気作業物質(11b,11e)の重量よりも大きい
ことを特徴とする固体冷凍装置。 - 請求項15において、
端部側磁気作業物質(11c,11d)の充填率、又は容積が、前記中間側磁気作業物質(11b,11e)の充填率、又は容積よりも大きい
ことを特徴とする固体冷凍装置。 - 請求項2において、
前記第3磁気冷凍部(ML,MH)の磁気作業物質(11)の量が、前記第4磁気冷凍部(MM)の磁気作業物質(11)の量よりも大きい
ことを特徴とする固体冷凍装置。 - 外部エネルギーに対する熱量効果を発揮する固体冷媒物質(11)と、該固体冷媒物質(11)に熱量効果を誘発させる誘発部(12)とを有する複数の固体冷凍部(M)と、
前記複数の固体冷凍部(M)が接続される熱媒体回路(C)と、
前記熱媒体回路(C)の熱媒体を搬送する搬送機構(20)とを備えた固体冷凍装置であって、
前記熱媒体回路(C)は、
前記複数の固体冷凍部(M)がそれぞれ直列に接続されるとともに前記搬送機構(20)により搬送された熱媒体を第1熱交換部(31,33,34)に供給する第1流路(40)と、
前記複数の固体冷凍部(M)がそれぞれ直列に接続されるとともに前記搬送機構(20)により搬送された熱媒体を第2熱交換部(32,33,34)に供給する第2流路(50)と、
前記第1流路(40)及び第2流路(50)の少なくとも一方に接続されるとともに、前記熱媒体が前記固体冷凍部(M)を流れる動作と、該熱媒体が該固体冷凍部(M)をバイパスする動作とを切り換える少なくとも1つのバイパス機構(B)とを有し、
前記複数の固体冷凍部は、前記固体冷媒物質としての磁気作業物質(11)と、該磁気作業物質(11)に磁場変動を付与する前記誘発部としての磁場変調部(12)とをそれぞれ有する複数の磁気冷凍部(M)であり、
複数の磁気冷凍部(M)は、一部の磁気冷凍部である第3磁気冷凍部(ML,MH)と、それ以外の他の磁気冷凍部である第4磁気冷凍部(MM)とを含み、
前記第3磁気冷凍部(ML,MH)の磁気作業物質(11)の動作温度域が前記第4磁気冷凍部(MM)の磁気作業物質(11)の動作温度域よりも広く、
前記第3磁気冷凍部(ML,MH)の磁気作業物質(11)の層数が、前記第4磁気冷凍部(MM)の磁気作業物質(11)の層数よりも少なく、
前記バイパス機構(B)は、前記第3磁気冷凍部(ML,MH)に対応して設けられ、
前記第3磁気冷凍部(ML,MH)の磁気作業物質(11)の量が、前記第4磁気冷凍部(MM)の磁気作業物質(11)の量よりも大きい
ことを特徴とする固体冷凍装置。 - 請求項2において、
前記バイパス機構(B)は、前記第3磁気冷凍部(ML,MH)に対応して設けられる
ことを特徴とする固体冷凍装置。 - 外部エネルギーに対する熱量効果を発揮する固体冷媒物質(11)と、該固体冷媒物質(11)に熱量効果を誘発させる誘発部(12)とを有する複数の固体冷凍部(M)と、
前記複数の固体冷凍部(M)が接続される熱媒体回路(C)と、
前記熱媒体回路(C)の熱媒体を搬送する搬送機構(20)とを備えた固体冷凍装置であって、
前記熱媒体回路(C)は、
前記複数の固体冷凍部(M)がそれぞれ直列に接続されるとともに前記搬送機構(20)により搬送された熱媒体を第1熱交換部(31,33,34)に供給する第1流路(40)と、
前記複数の固体冷凍部(M)がそれぞれ直列に接続されるとともに前記搬送機構(20)により搬送された熱媒体を第2熱交換部(32,33,34)に供給する第2流路(50)と、
前記第1流路(40)及び第2流路(50)の少なくとも一方に接続されるとともに、前記熱媒体が前記固体冷凍部(M)を流れる動作と、該熱媒体が該固体冷凍部(M)をバイパスする動作とを切り換える少なくとも1つのバイパス機構(B)とを有し、
前記複数の固体冷凍部は、前記固体冷媒物質としての磁気作業物質(11)と、該磁気作業物質(11)に磁場変動を付与する前記誘発部としての磁場変調部(12)とをそれぞれ有する複数の磁気冷凍部(M)であり、
複数の磁気冷凍部(M)は、一部の磁気冷凍部である第3磁気冷凍部(ML,MH)と、それ以外の他の磁気冷凍部である第4磁気冷凍部(MM)とを含み、
前記第3磁気冷凍部(ML,MH)の磁気作業物質(11)の動作温度域が前記第4磁気冷凍部(MM)の磁気作業物質(11)の動作温度域よりも広く、
前記第3磁気冷凍部(ML,MH)の磁気作業物質(11)の層数が、前記第4磁気冷凍部(MM)の磁気作業物質(11)の層数よりも少なく、
前記バイパス機構(B)は、前記第3磁気冷凍部(ML,MH)に対応して設けられ、
前記固体冷凍装置の運転において、前記熱媒体の温度が前記第3磁気冷凍部(ML,MH)の全体の動作温度域に至る頻度が、前記熱媒体の温度が前記第4磁気冷凍部(MM)の全体の動作温度域内に至る頻度よりも少ない
ことを特徴とする固体冷凍装置。 - 請求項2、18~20のいずれか1つにおいて、
前記第4磁気冷凍部(MM)の全体の動作温度域は、中温域であり、
前記第3磁気冷凍部(ML,MH)の全体の動作温度域は、低温域および高温域のいずれか一方または両方である
ことを特徴とする固体冷凍装置。 - 請求項2、18~21のいずれか1つにおいて、
前記第3磁気冷凍部(ML,MH)は、前記複数の磁気冷凍部(M)の端部寄りに設けられる
ことを特徴とする固体冷凍装置。 - 請求項22において、
前記第3磁気冷凍部(ML,MH)は、前記複数の磁気冷凍部(M)の両端にそれぞれ設けられる
ことを特徴とする固体冷凍装置。 - 請求項2、18~23のいずれか1つにおいて、
前記第3磁気冷凍部(ML,MH)は、前記第1熱交換部(31,33,34)および前記第2熱交換部(32,33,34)の少なくとも一方を構成する室外熱交換器(34)寄りに設けられる
ことを特徴とする固体冷凍装置。 - 請求項24において、
前記第3磁気冷凍部(ML,MH)は、前記室外熱交換器(34)に隣接して設けられる
ことを特徴とする固体冷凍装置。
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JP7179240B1 (ja) * | 2022-05-18 | 2022-11-28 | 三菱電機株式会社 | 磁気冷凍装置 |
Citations (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008051412A (ja) | 2006-08-24 | 2008-03-06 | Chubu Electric Power Co Inc | 磁気冷凍装置 |
US20080314048A1 (en) | 2007-06-19 | 2008-12-25 | General Electric Company | Cooling device and method of operation |
JP2012193927A (ja) | 2011-03-17 | 2012-10-11 | Nissan Motor Co Ltd | 磁気冷凍機及び磁気冷凍方法 |
JP2013189543A (ja) | 2012-03-13 | 2013-09-26 | Toyama Univ | 磁気冷凍材料、蓄冷材料及びそれを用いた冷凍システム |
JP2014214885A (ja) | 2013-04-22 | 2014-11-17 | 株式会社デンソー | 熱磁気サイクル装置 |
JP2016080205A (ja) | 2014-10-10 | 2016-05-16 | 株式会社デンソー | 磁気熱量素子および熱磁気サイクル装置 |
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US20080314048A1 (en) | 2007-06-19 | 2008-12-25 | General Electric Company | Cooling device and method of operation |
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