JP7364932B2 - 固体冷凍装置 - Google Patents
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Description
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、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。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、空調対象の空間の空気の温度を調節する。空調対象の空間は、室内空間である。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2に示すように、磁気冷凍ユニット(U)は、固体冷凍部としての2つの磁気冷凍部(20)と、低温流出管(51)と、低温流入管(52)と、高温流出管(53)と、高温流入管(54)と、ユニット側ポンプ(55)とを有する。磁気冷凍ユニット(U)は、低温第1三方弁(56)と、低温第2三方弁(57)と、高温第1三方弁(58)と、高温第2三方弁(59)とを有する。2つの磁気冷凍部(20)は、第1磁気冷凍部(20A)と第2磁気冷凍部(20B)とで構成される。低温流出管(51)は低温流出部に対応し、低温流入管(52)は低温流入部に対応する。高温流出管(53)は高温流出部に対応し、高温流入管(54)は高温流入部に対応する。ユニット側ポンプ(55)及び複数の三方弁(56,57,58,59)により、往復搬送機構(50)が構成されている。
図1に示す室内熱交換器(11)は、利用熱交換器である。室内熱交換器(11)は、熱媒体と室内空気とを熱交換させる。室内熱交換器(11)の一端は、配管を介して第1四方切換弁(F1)の第2ポートと接続する。室内熱交換器(11)の他端は、配管を介して第2四方切換弁(F2)の第2ポートと接続する。
室外熱交換器(12)は、熱源熱交換器である。室外熱交換器(12)は、熱媒体と室外空気とを熱交換させる。室外熱交換器(12)の一端は、配管を介して第1四方切換弁(F1)の第3ポートと接続する。室外熱交換器(12)の他端は、配管を介して第2四方切換弁(F2)の第3ポートと接続する。
切換機構(15)は、熱媒体回路(C)の熱媒体の流路を切り換える。切換機構(15)は、少なくとも暖房運転と除霜運転において、熱媒体の流路を切り換える。本実施形態の切換機構(15)は、冷房運転、暖房運転、及び除霜運転において、熱媒体の流路を切り換える。切換機構(15)は、各種の弁により構成される。
制御装置(100)は、磁気冷凍装置(1)を制御する。制御装置(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。
磁気冷凍装置(1)は、冷房運転、暖房運転、及び除霜運転を行う。冷房運転では、室内空間の空気が冷却される。冷房運転は冷却運転に対応する。暖房運転では、室内空間の空気が加熱される。暖房運転は加熱運転に対応する。除霜運転では、室外熱交換器(12)の霜が融かされる。各運転について詳細に説明する。
磁気冷凍ユニット(U)では、第1動作と第2動作とが交互に繰り返し行われる。第1動作と第2動作との切換の周期は1秒程度である。
磁気冷凍ユニット(U)では、図5(A)に示す第1動作と、図5(B)に示す第2動作とが交互に繰り返し行われる。
除霜運転では、実質的には冷房運転と同様の動作が行われる。除霜運転は、例えば冬季の暖房運転中において、室外熱交換器(12)の表面に霜が付く条件が成立すると実行される。
暖房運転から除霜運転への切換後には、磁気冷凍部(20)における低温端から高温端までの温度勾配が低下することがある。具体的には、上述した暖房運転では、比較的高温の熱媒体が室内熱交換器(11)を流れ、比較的低温の熱媒体が室外熱交換器(12)を流れる。暖房運転から除霜運転へ切り換えると、室内熱交換器(11)側の高温の熱媒体が低温流入管(52)を介して、磁気冷凍部(20)の低温端側へ送られる。同時に、室外熱交換器(12)側の低温の熱媒体が高温流入管(54)を介して磁気冷凍部(20)の高温端側へ送られる。この結果、図9に示すように、磁気冷凍部(20)の低温端から高温端までの温度勾配L1が、L2のように低下してしまう可能性がある。
本形態の特徴は、磁気作業物質(22)と、該磁気作業物質(22)が配置される内部流路(24,25)と、該磁気作業物質(22)に磁場変動を付与する磁場変調部(23)とを有する少なくとも1つの磁気冷凍部(20)と、少なくとも1つの第1熱交換器(11,16)と、少なくとも1つの第2熱交換器(12)と、前記第1熱交換器(11,16)と前記第2熱交換器(12)と前記内部流路(24,25)とが接続される少なくとも1つの熱媒体回路(C)と、前記熱媒体回路(C)の熱媒体を往復的に搬送する往復搬送機構(30,50)と、前記磁気冷凍部(20)により加熱した前記熱媒体を前記第1熱交換器(11,16)で放熱させ且つ磁気冷凍部(20)により冷却した前記熱媒体を第2熱交換器(12)で吸熱させる加熱運転と、前記磁気冷凍部(20)により冷却した前記熱媒体を前記第1熱交換器(11,16)で吸熱させ且つ磁気冷凍部(20)により加熱した前記熱媒体を第2熱交換器(12)で放熱させる除霜運転とを切り換える運転切換機構(15,100)とを備えていることである。
図10に示す実施形態1の変形例1は、上記実施形態1において、抑制機構が付加されている。抑制機構は、除霜運転の立ち上がり時、及び暖房運転の立ち上がり時において、カスケード式の磁気冷凍部(20)の高温端から低温端までの間の温度勾配の低下を抑制する。変形例1の抑制機構は、第1熱量調節部(A1)と、第2熱量調節部(A2)とを有する。
本変形例の磁気冷凍装置(1)の基本的な運転は、上述した実施形態1の運転と同じである。一方、本変形例の暖房運転は、通常動作とバイパス動作とを含む。本変形例の除霜運転は、通常動作とバイパス動作を含む。
磁気冷凍ユニット(U)では、第1動作と第2動作とが交互に繰り返し行われる。
磁気冷凍ユニット(U)では、第1動作と第2動作とが交互に繰り返し行われる。
除霜運転の通常動作では、実質的には冷房運転と同様の動作が行われる。磁気冷凍ユニット(U)では、第1動作と第2動作とが交互に繰り返し行われる。
上述したように、暖房運転から除霜運転に切り換えた後、あるいは除霜運転から暖房運転に切り換えた後には、磁気冷凍部(20)における温度勾配が低下する可能性がある。上述したように、温度勾配L1(図9を参照)がL2まで低下したとしても、磁気冷凍部(20)の中間部分の磁気作業物質(22)により磁気冷凍効果を得ることができる。しかし、この場合には、磁気冷凍部(20)の温度勾配が元の状態に戻るまでに時間がかかり、除霜運転の立ち上げ時間が長くなる可能性がある。この結果、除霜運転の運転時間も長くなるという問題が生じ得る。同様に、暖房運転の立ち上げ時間が長くなり、室内の快適性が損なわれるという問題も生じ得る。そこで、本変形例では、暖房運転から除霜運転へ切り換えた後の除霜運転において、バイパス動作が行われ、その後に通常動作が行われる。同様に、本変形例では、除霜運転から暖房運転へ切り換えた後の暖房運転において、バイパス動作が行われ、その後に通常動作が行われる。
暖房運転中において、制御装置(100)に除霜運転を実行させる指令が入力されると、まず、制御装置(100)は除霜運転のバイパス動作を実行させる。
除霜運転中において、制御装置(100)に暖房運転を実行させる指令が入力されると、まず、制御装置(100)は暖房運転のバイパス動作を実行させる。
本形態の特徴は、前記加熱運転から前記除霜運転へ切り換えた後、及び前記除霜運転から前記加熱運転へ切り換えた後の少なくとも一方において、前記磁気冷凍部(20)の高温端から低温端までの間の温度勾配の低下を抑制する抑制機構を備えていることである。
実施形態1の変形例2は、実施形態1と同様の熱媒体回路(C)を有する(図1を参照)。実施形態1の変形例2は、実施形態1の変形例1と異なる抑制機構を有する。変形例2の抑制機構は、往復搬送機構(50)を含んでいる。より具体的には、抑制機構は、ユニット側ポンプ(55)を含む。ユニット側ポンプ(55)は、流量が調節可能な可変容量式に構成される。
暖房運転から除霜運転に切り換わった後の除霜運転では、流量低減動作が行われ、次いで通常動作が行われる。
除霜運転から暖房運転に切り換わった後の暖房運転では、流量低減動作が行われ、次いで通常動作が行われる。
本形態の特徴は、前記抑制機構が、前記往復搬送機構(50)を含み、前記往復搬送機構(50)は、前記熱媒体の流量を小さくすることにより前記磁気冷凍部(20)の前記温度勾配の低下を抑制することである。
実施形態1の変形例3は、実施形態1と熱媒体回路(C)の構成が異なる。図16に示すように、本変形例は、複数の熱媒体回路(C)を有する。複数の熱媒体回路(C)は、第1熱媒体回路(C1)と第2熱媒体回路(C2)とで構成される。
実施形態1の変形例3は、冷房運転、暖房運転、及び除霜運転を行う。除霜運転は、第1除霜動作と、第2除霜動作とを含む。
各磁気冷凍ユニット(U)では、実施形態1と同様、第1動作と第2動作とが交互に繰り返し行われる。
各磁気冷凍ユニット(U)では、実施形態1と同様、第1動作と第2動作とが交互に繰り返し行われる。
除霜運転は、第1除霜動作と、第2除霜動作とを含む。これらの除霜動作では、除霜対象となる室外熱交換器(12)、及び熱媒体を吸熱させる室外熱交換器(12)が互いに異なる。本例の除霜運転では、第1除霜動作と第2除霜動作とが少なくとも1回ずつ行われる。
各磁気冷凍ユニット(U)では、実施形態1と同様、第1動作と第2動作とが交互に繰り返し行われる。第1除霜動作では、第1熱媒体回路(C1)において一部除霜運転が実行され、第2熱媒体回路(C2)において一部加熱運転が実行される。
各磁気冷凍ユニット(U)では、実施形態1と同様、第1動作と第2動作とが交互に繰り返し行われる。第2除霜動作では、第2熱媒体回路(C2)において一部除霜運転が実行され、第1熱媒体回路(C1)において一部加熱運転が実行される。
各除霜動作では、磁気冷凍ユニット(U)により冷却された熱媒体が、室内熱交換器(11)を流れる。具体的には、第1除霜運転では、第1磁気冷凍ユニット(U1)の磁気冷凍部(20)により冷却された熱媒体が室内熱交換器(11)を流れる。第2除霜運転では、第2磁気冷凍ユニット(U2)の磁気冷凍部(20)により冷却された熱媒体が室内熱交換器(11)を流れる。このため、各除霜動作では、室内熱交換器(11)の暖房能力が低下し、室内の快適性が損なわれてしまう可能性がある。そこで、本変形例では、各除霜運転において、磁気冷凍ユニット(U)の出力を以下のように制御する。
本形態の特徴は、前記少なくとも1つの磁気冷凍部(20)が、複数の磁気冷凍部(20)で構成され、前記少なくとも1つの熱媒体回路(C)は、複数の熱媒体回路(C)で構成され、前記少なくとも1つの第2熱交換器(12)は、複数の第2熱交換器(12)で構成され、前記除霜運転は、除霜対象となる第2熱交換器(12)を変更するように複数の除霜動作が行われ、前記各除霜動作では、一部の磁気冷凍部(20)により加熱した熱媒体を前記第1熱交換器(11,16)で放熱させ且つ該一部の磁気冷凍部(20)により冷却した熱媒体を一部の前記第2熱交換器(12)で吸熱させる第1運転と、他の磁気冷凍部(20)により加熱した熱媒体を除霜対象となる他の前記第2熱交換器(12)で放熱させる第2運転とが同時に実行されることである。
実施形態1の変形例4は、実施形態1の変形例3の各熱媒体回路(C)にそれぞれ補助回路(80)を付加している。図21に示すように、複数の補助回路(80)は、第1補助回路(80A)と第2補助回路(80B)とで構成される。第1補助回路(80A)は、第1熱媒体回路(C1)に設けられる。第2補助回路(80B)は、第2熱媒体回路(C2)に設けられる。
実施形態1の変形例4は、冷房運転、暖房運転、及び除霜運転を行う。除霜運転は、第1除霜動作と、第2除霜動作とを含む。
実施形態1の変形例4の冷房運転は、実施形態1の変形例3の冷房運転と基本的に同様であるため、図示を省略する。
変形例4の暖房運転は、変形例3の暖房運転と基本的に同様であるため、図示を省略する。
除霜運転は、第1除霜動作と、第2除霜動作とを含む。これらの除霜動作では、除霜対象となる室外熱交換器(12)、及び熱媒体を吸熱させる室外熱交換器(12)が互いに異なる。本例の除霜運転では、第1除霜動作と第2除霜動作とが少なくとも1回ずつ行われる。
各磁気冷凍ユニット(U)では、実施形態1と同様、第1動作と第2動作とが交互に繰り返し行われる。第1除霜動作では、第1熱媒体回路(C1)において一部除霜運転が実行され、第2熱媒体回路(C2)において一部加熱運転が実行される。
各磁気冷凍ユニット(U)では、実施形態1と同様、第1動作と第2動作とが交互に繰り返し行われる。第2除霜動作では、第1熱媒体回路(C1)において一部加熱運転が実行され、第2熱媒体回路(C2)において一部除霜運転が実行される。
本形態の特徴は、前記複数の熱媒体回路(C)は、補助熱交換器(82,84)をそれぞれ有し、前記第2運転では、前記他の磁気冷凍部(20)により冷却した熱媒体を、前記第1熱交換器(11,16)を迂回して前記補助熱交換器(82,84)で吸熱させ且つ前記他の磁気冷凍部(20)により加熱した熱媒体を除霜対象となる他の前記第2熱交換器(12)で放熱させることである。
図24に示す実施形態1の変形例5は、実施形態1の変形例3と室内熱交換器(11)の構成が異なる。本変形例の磁気冷凍装置(1)は、複数の室内熱交換器(11)を有する。複数の室内熱交換器(11)は、複数の熱媒体回路(C)にそれぞれ対応して設けられる。具体的には、複数の室内熱交換器(11)は、第1室内熱交換器(11A)と第2室内熱交換器(11B)とで構成される。第1室内熱交換器(11A)は、第1熱媒体回路(C1)に対応する。第2室内熱交換器(11B)は、第2熱媒体回路(C2)に対応する。第1室内熱交換器(11A)及び第2室内熱交換器(11B)は、同一の室内空間を空調の対象とする。
実施形態1の変形例5は、冷房運転、暖房運転、及び除霜運転を行う。除霜運転は、第1除霜動作と、第2除霜動作とを含む。
実施形態1の変形例5の冷房運転は、実施形態1の変形例3の冷房運転と基本的に同様であるため、図示を省略する。
実施形態1の変形例4の暖房運転は、実施形態1の変形例3の暖房運転と基本的に同様であるため、図示を省略する。
除霜運転は、第1除霜動作と、第2除霜動作とを含む。これらの除霜動作では、除霜対象となる室外熱交換器(12)、及び熱媒体を吸熱させる室外熱交換器(12)が互いに異なる。本例の除霜運転では、第1除霜動作と第2除霜動作とが少なくとも1回ずつ行われる。
各磁気冷凍ユニット(U)では、実施形態1と同様、第1動作と第2動作とが交互に繰り返し行われる。第1除霜動作では、第1熱媒体回路(C1)において一部除霜運転が実行され、第2熱媒体回路(C2)において一部加熱運転が実行される。
各磁気冷凍ユニット(U)では、実施形態1と同様、第1動作と第2動作とが交互に繰り返し行われる。第2除霜動作では、第2熱媒体回路(C2)において一部除霜運転が実行され、第1熱媒体回路(C1)において一部加熱運転が実行される。
本形態の特徴は、前記複数の第1熱交換器(11,16)の各々を通過して室内空間へ供給される空気をそれぞれ搬送するファン(13)を備え、前記第1運転では、前記一部の第1熱交換器(11,16)に対応する前記ファン(13)を運転し、前記第2運転では、前記他の第1熱交換器(11,16)に対応するファン(13)の風量を前記一部の第1熱交換器(11,16)に対応するファン(13)の風量よりも小さくする、又は該他の第1熱交換器(11,16)に対応するファン(13)を停止させることである。
図27に示す実施形態1の変形例6は、実施形態1の変形例5と第1熱交換器の構成が異なる。変形例5の第1熱交換器は、熱媒体回路(C)の熱媒体と空気とを熱交換させる空気熱交換器(室内熱交換器(11))である。これに対し、変形例5の第1熱交換器は、熱媒体回路(C)の熱媒体と、他の熱媒体流路の熱媒体を熱交換させる利用熱交換器(16)である。第1熱媒体回路(C1)には、第1利用熱交換器(16A)が設けられる。第2熱媒体回路(C2)には、第2利用熱交換器(16B)が設けられる。
本変形例の磁気冷凍装置(1)は、冷却運転、加熱運転、及び除霜運転を切り換えて行う。
本変形例の冷却運転の熱媒体の流れは、実施形態1の変形例5の冷房運転の熱媒体の流れと基本的に同じである。詳細の説明は省略する。
本変形例の加熱運転の熱媒体の流れは、実施形態1の変形例5の暖房運転の熱媒体の流れと基本的に同じである。詳細の説明は省略する。
除霜運転は、第1除霜動作と第2除霜動作とを含む。
本変形例の第1除霜動作の熱媒体の流れは、実施形態1の変形例5の第1除霜動作の熱媒体の流れと基本的に同じである。第1除霜動作では、第1熱媒体回路(C1)において一部除霜運転が実行され、第2熱媒体回路(C2)において一部加熱運転が実行される。詳細の説明は省略する。
本変形例の第2除霜動作の熱媒体の流れは、実施形態1の変形例5の第2除霜動作の熱媒体の流れと基本的に同じである。第2除霜動作では、第2熱媒体回路(C2)において一部除霜運転が実行され、第1熱媒体回路(C1)において一部加熱運転が実行される。詳細の説明は省略する。
実施形態2は、単層式の磁気冷凍部(20)を有する。図28及び図29に示すように、実施形態2の磁気冷凍装置(1)の構成は、実施形態1の磁気冷凍ユニット(U)及び熱媒体回路(C)の構成と異なる。主として実施形態と異なる点について以下に説明する。
実施形態2の磁気冷凍装置(1)は、冷房運転と、暖房運転と、除霜運転とを行う。
冷房運転では、第3動作と第4動作とが交互に繰り返し行われる。
磁気冷凍ユニット(U)では、第5動作と第6動作とが交互に繰り返し行われる。
図35に示す除霜運転では、基本的に冷房運転と同じ動作が行われる。磁気冷凍ユニット(U)では、第3動作と第4動作とが交互に繰り返し行われる。
暖房運転から除霜運転への切換後、あるいは除霜運転から暖房運転への切換後には、実施形態1と同様、磁気冷凍部(20)における温度勾配が低下する可能性がある。しかし、実施形態2の磁気冷凍部(20)は、単層式であるため、その磁気冷凍効果は温度勾配の変化に大きく影響しない。単層式の磁気冷凍部(20)は、カスケード式の磁気冷凍部(20)と比較して、温度による磁気冷凍効果の影響が小さいためである。このため、除霜運転の開始時、あるいは暖房運転の開始時において、磁気冷凍部(20)の磁気冷凍効果が大きく低下することはない。
本形態の特徴は、前記磁気冷凍部(20)は、1種類の前記磁気作業物質(22)からなる単層式であり、前記熱媒体回路(C)は、前記磁気冷凍部(20)の前記内部流路(24,25)とそれぞれ連通する、第1流出部(41)、第1流入部(42)、第2流出部(43)、及び第2流入部(44)を含み、前記加熱運転では、前記磁気冷凍部(20)により加熱した熱媒体が前記第1流出部(41)、前記第1熱交換器(11,16)、及び前記第1流入部(42)を流れるとともに、前記磁気冷凍部(20)により冷却した熱媒体が前記第2流出部(43)、前記第2熱交換器(12)、及び前記第2流入部(44)を流れ、前記除霜運転では、前記磁気冷凍部(20)により冷却した熱媒体が前記第1流出部(41)、前記第1熱交換器(11,16)、及び前記第1流入部(42)を流れるとともに、前記磁気冷凍部(20)により加熱した熱媒体が前記第2流出部(43)、前記第2熱交換器(12)、及び前記第2流入部(44)を流れることである。
実施形態2の変形例1は、実施形態1の変形例3に対応している。図36に示すように、本変形例の磁気冷凍装置(1)は、第1熱媒体回路(C1)及び第2熱媒体回路(C2)を有している。第1熱媒体回路(C1)は、第1磁気冷凍ユニット(U1)及び第1室外熱交換器(12A)を有する。第2熱媒体回路(C2)は、第2磁気冷凍ユニット(U2)及び第2室外熱交換器(12B)を有する。第1熱媒体回路(C1)と第2熱媒体回路(C2)との双方に1つの室内熱交換器(11)が共用されている。
実施形態2の変形例1は、冷房運転、暖房運転、及び除霜運転を行う。除霜運転は、第1除霜動作と、第2除霜動作とを含む。
冷房運転では、第1磁気冷凍ユニット(U1)及び第2磁気冷凍ユニット(U2)において、第3動作と第4動作とが交互に繰り返し行われる。第1磁気冷凍ユニット(U1)により加熱された熱媒体は、第1室外熱交換器(12A)で放熱する。第1磁気冷凍ユニット(U1)により冷却された熱媒体は、室内熱交換器(11)で吸熱する。第2磁気冷凍ユニット(U2)で加熱された熱媒体は、第2室外熱交換器(12B)で放熱する。第2磁気冷凍ユニット(U2)で冷却された熱媒体は、室内熱交換器(11)で吸熱する。
暖房運転では、第1磁気冷凍ユニット(U1)及び第2磁気冷凍ユニット(U2)において、第5動作と第6動作とが交互に繰り返し行われる。第1磁気冷凍ユニット(U1)により冷却された熱媒体は、第1室外熱交換器(12A)で吸熱する。第1磁気冷凍ユニット(U1)により加熱された熱媒体は、室内熱交換器(11)で放熱する。第2磁気冷凍ユニット(U2)により冷却された熱媒体は、第2室外熱交換器(12B)で吸熱する。第2磁気冷凍ユニット(U2)により加熱された熱媒体は、室内熱交換器(11)で放熱する。
除霜運転は、第1除霜動作と第2除霜動作とを含む。第1除霜運転では、第1室外熱交換器(12A)の除霜が行われ、且つ室内熱交換器(11)により暖房が行われる。第2除霜運転では、第2室外熱交換器(12B)の除霜が行われ、且つ室内熱交換器(11)により暖房が行われる。
図36に示す第1除霜動作では、第1磁気冷凍ユニット(U1)において第3動作及び第4動作が交互に繰り返し行われる。第2磁気冷凍ユニット(U2)において第5動作と第6動作とが交互に繰り返し行われる。
図37に示す第2除霜動作では、第1磁気冷凍ユニット(U1)において第5動作及び第6動作が交互に繰り返し行われる。第2磁気冷凍ユニット(U2)において第3動作と第4動作とが交互に繰り返し行われる。
第1除霜動作では、第2磁気冷凍ユニット(U2)の出力を、第1磁気冷凍ユニット(U1)の出力よりも大きくする。具体的には、第2磁気冷凍ユニット(U2)の周波数f2を、第1磁気冷凍ユニット(U1)の周波数f1よりも大きくする。この結果、第1除霜動作において、室内熱交換器(11)の暖房能力が低下することを抑制できる。
実施形態2の変形例2は、実施形態1の変形例4に対応している。図38に示すように、本変形例の磁気冷凍装置(1)は、実施形態1の変形例4と同様、第1補助回路(80A)と第2補助回路(80B)とを有する。
実施形態2の変形例2は、冷房運転、暖房運転、及び除霜運転を行う。除霜運転は、第1除霜動作と、第2除霜動作とを含む。
冷房運転では、第1磁気冷凍ユニット(U1)及び第2磁気冷凍ユニット(U2)において、第3動作と第4動作とが交互に繰り返し行われる。第1三方弁(T1)が第2状態に、第2三方弁(T2)が第1状態に、第3三方弁(T3)が第2状態に、第4三方弁(T4)が第1状態にそれぞれ設定される。
暖房運転では、第1磁気冷凍ユニット(U1)及び第2磁気冷凍ユニット(U2)において、第5動作と第6動作とが交互に繰り返し行われる。第1三方弁(T1)が第2状態に、第2三方弁(T2)が第1状態に、第3三方弁(T3)が第2状態に、第4三方弁(T4)が第1状態にそれぞれ設定される。
除霜運転は、第1除霜動作と第2除霜動作とを含む。第1除霜運転では、第1室外熱交換器(12A)の除霜が行われ、且つ室内熱交換器(11)により暖房が行われる。第2除霜運転では、第2室外熱交換器(12B)の除霜が行われ、且つ室内熱交換器(11)により暖房が行われる。
図38に示す第1除霜動作では、第1磁気冷凍ユニット(U1)において第3動作及び第4動作が交互に繰り返し行われる。第2磁気冷凍ユニット(U2)において第5動作と第6動作とが交互に繰り返し行われる。第1三方弁(T1)が第1状態に、第2三方弁(T2)が第2状態に、第3三方弁(T3)が第2状態に、第4三方弁(T4)が第1状態にそれぞれ設定される。
図39に示す第2除霜動作では、第1磁気冷凍ユニット(U1)において第5動作及び第6動作が交互に繰り返し行われる。第2磁気冷凍ユニット(U2)において第3動作と第4動作とが交互に繰り返し行われる。第1三方弁(T1)が第2状態に、第2三方弁(T2)が第1状態に、第3三方弁(T3)が第1状態に、第4三方弁(T4)が第2状態にそれぞれ設定される。
実施形態2の変形例3は、実施形態1の変形例5に対応している。図40に示すように、本変形例の磁気冷凍装置(1)は、実施形態1の変形例5と同様、第1ファン(13A)及び第2ファン(13B)を有している。
実施形態2の変形例3は、冷房運転、暖房運転、及び除霜運転を行う。除霜運転は、第1除霜動作と、第2除霜動作とを含む。
冷房運転では、第1磁気冷凍ユニット(U1)及び第2磁気冷凍ユニット(U2)において、第3動作と第4動作とが交互に繰り返し行われる。第1ファン(13A)及び第2ファン(13B)は運転する。
暖房運転では、第1磁気冷凍ユニット(U1)及び第2磁気冷凍ユニット(U2)において、第5動作と第6動作とが交互に繰り返し行われる。第1ファン(13A)及び第2ファン(13B)は運転する。
除霜運転は、第1除霜動作と第2除霜動作とを含む。第1除霜運転では、第1室外熱交換器(12A)の除霜が行われ、且つ第2室内熱交換器(11B)により暖房が行われる。第2除霜運転では、第2室外熱交換器(12B)の除霜が行われ、且つ第1室内熱交換器(11A)により暖房が行われる。
図40に示す第1除霜動作では、第1磁気冷凍ユニット(U1)において第3動作及び第4動作が交互に繰り返し行われる。第2磁気冷凍ユニット(U2)において第5動作と第6動作とが交互に繰り返し行われる。第1ファン(13A)は停止し、第2ファン(13B)は運転する。
図41に示す第2除霜動作では、第1磁気冷凍ユニット(U1)において第5動作及び第6動作が交互に繰り返し行われる。第2磁気冷凍ユニット(U2)において第3動作と第4動作とが交互に繰り返し行われる。第1ファン(13A)は運転し、第2ファン(13B)は停止する。
実施形態2の変形例4は、実施形態1の変形例6に対応している。図42に示すように、本変形例の磁気冷凍装置(1)は、実施形態1の変形例6と同様、第1利用熱交換器(16A)及び第2利用熱交換器(16B)を有している。
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。
2)永久磁石を用いた回転駆動型
3)電磁石を用いた静止型
4)電磁石と永久磁石を用いた静止型
11 室内熱交換器(第1熱交換器)
12 室外熱交換器(第2熱交換器)
13 ファン
15 切換機構(運転切換機構)
16 利用熱交換器(第1熱交換器)
20 磁気冷凍部 (固体冷凍部)
22 磁気作業物質 (固体作業物質)
23 磁場変調部 (誘発部)
30 往復式ポンプ(往復搬送機構)
41 第1流出部
42 第1流入部
43 第2流出部
44 第2流入部
50 往復搬送機構 (抑制機構)
51 低温流出部
52 低温流入部
53 高温流出部
54 高温流入部
71 第1バイパス流路
72 第2バイパス流路
73 第1制御弁
74 第2制御弁
82 第1補助熱交換器
84 第2補助熱交換器
A1 第1熱量調節部(抑制機構)
A2 第2熱量調節部(抑制機構)
100 制御装置(運転切換機構)
Claims (8)
- 固体冷媒物質(22)と、該固体冷媒物質(22)が配置される内部流路(24,25)と、該固体冷媒物質(22)に熱量効果を誘発させる誘発部(23)とを有する少なくとも1つの固体冷却部(20)と、
少なくとも1つの第1熱交換器(11,16)と、
少なくとも1つの第2熱交換器(12)と、
前記第1熱交換器(11,16)と前記第2熱交換器(12)と前記内部流路(24,25)とが接続される少なくとも1つの熱媒体回路(C)と、
前記熱媒体回路(C)の熱媒体を往復的に搬送する往復搬送機構(30,50)と、
前記固体冷却部(20)により加熱した前記熱媒体を前記第1熱交換器(11,16)で放熱させ且つ固体冷却部(20)により冷却した前記熱媒体を第2熱交換器(12)で吸熱させる加熱運転と、
前記固体冷却部(20)により冷却した前記熱媒体を前記第1熱交換器(11,16)で吸熱させ且つ固体冷却部(20)により加熱した前記熱媒体を第2熱交換器(12)で放熱させる除霜運転とを切り換える運転切換機構(15,100)と
を備え、
前記固体冷媒物質は、磁気作業物質(22)であり、
前記誘発部は、前記磁気作業物質(22)に磁場変動を付与する磁場変調部(23)であり、
前記固体冷却部は、複数種の磁気作業物質(22)からなるカスケード式の磁気冷凍部(20)であり、
前記熱媒体回路(C)は、前記磁気冷凍部(20)の前記内部流路(24,25)とそれぞれ連通する、高温流出部(53)、高温流入部(54)、低温流出部(51)、及び低温流入部(52)を含み、
前記加熱運転では、前記磁気冷凍部(20)により加熱した熱媒体が前記高温流出部(53)、前記第1熱交換器(11,16)、及び前記高温流入部(54)を流れるとともに、前記磁気冷凍部(20)により冷却した熱媒体が前記低温流出部(51)、前記第2熱交換器(12)、及び前記低温流入部(52)を流れ、
前記除霜運転では、前記磁気冷凍部(20)により冷却した熱媒体が前記低温流出部(51)、前記第1熱交換器(11,16)、及び前記低温流入部(52)を流れるとともに、前記磁気冷凍部(20)により加熱した熱媒体が前記高温流出部(53)、前記第2熱交換器(12)、及び前記高温流入部(54)を流れ、
前記加熱運転から前記除霜運転へ切り換えた後、及び前記除霜運転から前記加熱運転へ切り換えた後の少なくとも一方において、前記磁気冷凍部(20)の高温端から低温端までの間の温度勾配の低下を抑制する抑制機構(A1,A2,50)を備えている
ことを特徴とする固体冷凍装置。 - 請求項1において、
前記抑制機構は、
前記低温流入部(52)に流入する熱媒体の熱量を小さくする第1熱量調節部(A1)と、
前記高温流入部(54)に流入する熱媒体の熱量を大きくする第2熱量調節部(A2)との少なくとも一方を有している
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1熱量調節部(A1)は、前記低温流出部(51)を流出した熱媒体を、前記第1熱交換器(11,16)又は前記第2熱交換器(12)を迂回して前記低温流入部(52)に流入させる第1バイパス流路(71)と、該第1バイパス流路(71)の流路抵抗を調節する第1制御弁(73)とを有し、
前記第2熱量調節部(A2)は、前記高温流出部(53)を流出した熱媒体を、前記第1熱交換器(11,16)又は前記第2熱交換器(12)を迂回して前記高温流入部(54)に流入させる第2バイパス流路(72)と、該第2バイパス流路(72)の流路抵抗を調節する第2制御弁(74)とを有している
ことを特徴とする固体冷凍装置。 - 請求項1~3のいずれか1つにおいて、
前記抑制機構は、前記往復搬送機構(50)を含み、
前記往復搬送機構(50)は、前記熱媒体の流量を小さくすることにより前記磁気冷凍部(20)の前記温度勾配の低下を抑制する
ことを特徴とする固体冷凍装置。 - 請求項1~4のいずれか1つにおいて、
前記少なくとも1つの固体冷却部(20)は、複数の固体冷却部(20)で構成され、
前記少なくとも1つの熱媒体回路(C)は、複数の熱媒体回路(C)で構成され、
前記少なくとも1つの第2熱交換器(12)は、複数の第2熱交換器(12)で構成され、
前記除霜運転は、除霜対象となる第2熱交換器(12)を変更するように複数の除霜動作が行われ、
前記各除霜動作では、一部の固体冷却部(20)により加熱した熱媒体を前記第1熱交換器(11,16)で放熱させ且つ該一部の固体冷却部(20)により冷却した熱媒体を一部の前記第2熱交換器(12)で吸熱させる第1運転と、他の固体冷却部(20)により加熱した熱媒体を除霜対象となる他の前記第2熱交換器(12)で放熱させる第2運転とが同時に実行される
ことを特徴とする固体冷凍装置。 - 請求項5において、
前記複数の熱媒体回路(C)は、補助熱交換器(82,84)をそれぞれ有し、
前記第2運転では、前記他の固体冷却部(20)により冷却した熱媒体を、前記第1熱交換器(11,16)を迂回して前記補助熱交換器(82,84)で吸熱させ且つ前記他の固体冷却部(20)により加熱した熱媒体を除霜対象となる他の前記第2熱交換器(12)で放熱させる
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、
前記複数の熱媒体回路(C)は、前記第1熱交換器(11,16)をそれぞれ有し、
前記第1運転では、前記一部の固体冷却部(20)により加熱した熱媒体を一部の前記第1熱交換器(11,16)で放熱させ且つ該一部の固体冷却部(20)により冷却した熱媒体を一部の前記第2熱交換器(12)で吸熱させ、
前記第2運転では、前記他の固体冷却部(20)により加熱した熱媒体を他の前記第2熱交換器(12)で放熱させ且つ該他の固体冷却部(20)により冷却した熱媒体を他の前記第1熱交換器(11,16)で吸熱させる
ことを特徴とする固体冷凍装置。 - 請求項7において、
前記複数の第1熱交換器(11,16)の各々を通過して室内空間へ供給される空気をそれぞれ搬送するファン(13)を備え、
前記第1運転では、前記一部の第1熱交換器(11,16)に対応する前記ファン(13)を運転し、
前記第2運転では、前記他の第1熱交換器(11,16)に対応するファン(13)の風量を前記一部の第1熱交換器(11,16)に対応するファン(13)の風量よりも小さくする、又は該他の第1熱交換器(11,16)に対応するファン(13)を停止させる
ことを特徴とする固体冷凍装置。
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