WO2019150819A1 - 磁気ヒートポンプ装置 - Google Patents

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WO2019150819A1
WO2019150819A1 PCT/JP2018/046914 JP2018046914W WO2019150819A1 WO 2019150819 A1 WO2019150819 A1 WO 2019150819A1 JP 2018046914 W JP2018046914 W JP 2018046914W WO 2019150819 A1 WO2019150819 A1 WO 2019150819A1
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WO
WIPO (PCT)
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yoke
axial direction
permanent magnet
built
central axis
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/046914
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
裕介 山口
相哲 ▲裴▼
Original Assignee
サンデンホールディングス株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by サンデンホールディングス株式会社 filed Critical サンデンホールディングス株式会社
Publication of WO2019150819A1 publication Critical patent/WO2019150819A1/ja

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic heat pump apparatus using a magnetocaloric effect.
  • Patent Document 1 As a technique of the magnetic heat pump apparatus using the magnetocaloric effect, there is a technique described in Patent Document 1, for example.
  • the technique described in Patent Document 1 is formed using a permanent magnet rotatably arranged, a magnetic material, a material container surrounding the outer periphery of the permanent magnet, and a ferromagnetic material such as SUS, A frame body (yoke) for accommodating the material container is provided. Then, by rotating the permanent magnet inside the container accommodated in the frame, the magnetic material is excited and demagnetized between the permanent magnet and the yoke, and the direction in which the heat exchange medium flows at the timing of excitation and demagnetization is changed. By switching, heat and cold are obtained.
  • the flow of magnetic flux passes through the magnetic material from the permanent magnet and is folded back by the yoke.
  • the flow returns to the permanent magnet after passing through.
  • the magnetic circuit through which the magnetic flux flows is formed by the permanent magnet, the magnetic material, and the yoke, so that the flow of the magnetic flux is not concentrated and the magnetic flux density obtained per mass of the permanent magnet is reduced.
  • the present invention has been made paying attention to the above-described problems, and an object thereof is to provide a magnetic heat pump device capable of improving the magnetic flux density obtained per mass of a permanent magnet.
  • one aspect of the present invention is a magnetic heat pump device including a built-in yoke that is a ferromagnetic material, a plurality of permanent magnets, and a material container that is made of resin.
  • the built-in yoke is a ferromagnetic body, is rotatable around the central axis of the rotating shaft, and has a plurality of accommodating portions formed in a U-shape that opens to the outer peripheral side of the rotating shaft when viewed from the axial direction of the central shaft.
  • Each permanent magnet is housed in a plurality of housing portions and is in contact with the built-in yoke, and the magnetization direction of the N pole and the S pole is parallel to the direction perpendicular to the axial direction of the central axis.
  • the material container is disposed so as to surround the outer periphery of the built-in yoke, and contains a magnetic material therein.
  • surfaces having different polarities of the permanent magnets are in contact with the pair of inner wall surfaces forming the housing portion.
  • the accommodating portion has a protruding portion that is a portion closer to the material container than the permanent magnet.
  • the magnetic flux flows from the north pole of the permanent magnet to the projecting portion of the contact portion with the north pole of the housing portion, the magnetic material housed in the material container, and the housing portion.
  • the flow reaches the S pole of the permanent magnet through the protruding portions of the contact portion with the S pole in order.
  • a magnetic circuit can be formed by a permanent magnet, a magnetic material, and a built-in yoke, and the flow of magnetic flux can be concentrated to improve the magnetic flux density obtained per mass of the permanent magnet. It becomes possible to provide a magnetic heat pump device.
  • the first embodiment shown below exemplifies a configuration for embodying the technical idea of the present invention
  • the technical idea of the present invention is the material of the component parts, their shapes, The structure, arrangement, etc. are not specified below.
  • the technical idea of the present invention can be variously modified within the technical scope defined by the claims described in the claims.
  • the directions of “left and right” and “up and down” in the following description are merely definitions for convenience of description, and do not limit the technical idea of the present invention.
  • “left and right” and “up and down” are read interchangeably, and if the paper is rotated 180 degrees, “left” becomes “right” and “right” becomes “left”. Of course it becomes.
  • the magnetic heat pump device 1 includes a main body portion 2, two communication hole plates 4, two rotating disks 6, two end face plates 8, a circulation pump 10, and a heat radiation side heat exchange. And an endothermic heat exchanger 14.
  • the main-body part 2 is simplified and illustrated.
  • the main body 2 includes a single built-in yoke 26, a plurality of permanent magnets 20, a plurality of material containers 22, a plurality of spacers 28, and a single main body container 30.
  • FIG. 2 is a view of the main body 2 viewed from the direction in which the main body 2, the communication hole plate 4, the rotating disk 6, and the end face plate 8 are arranged.
  • FIG.1 and FIG.2 only the material container 22 is shown with sectional drawing for description.
  • the two communication hole plates 4 are respectively fixed to two openings of the main body 2. Thereby, the two communication hole plates 4 block the opening of the main body 2.
  • Each communication hole plate 4 is formed with a plurality of communication holes 40 communicating with the main body 2.
  • the plurality of communication holes 40 include, for example, a plurality of outer peripheral side communication holes 40 a disposed on the outer peripheral side of the communication hole plate 4 and a plurality of inner peripheral side communication holes 40 b disposed on the inner peripheral side of the communication hole plate 4. Composed.
  • the outer end side communication hole 40 a and the inner peripheral side communication hole 40 b are respectively attached to open ends of the in-container pipe 16 that is a pipe disposed inside the material container 22.
  • the in-container piping 16 is arranged in pairs for one material container 22. One open end of the two in-container pipes 16 is attached to the outer peripheral side communication hole 40a. The other open end of the two in-container pipes 16 is attached to the inner peripheral side communication hole 40b.
  • FIG. 1 for the sake of explanation, only the in-container pipes 16 arranged inside the two material containers 22 among the plurality of material containers 22, that is, only four in-container pipes 16 are illustrated. Yes.
  • the in-container piping 16 is not shown inside the material container 22 for the sake of explanation.
  • the state in which the open ends of the in-container piping 16 are attached to the outer peripheral side communication hole 40 a and the inner peripheral side communication hole 40 b is represented by an image.
  • the number of the communicating holes 40 illustrated in FIG. 1 is an example, and does not necessarily match the actual number provided in the magnetic heat pump device 1 of the first embodiment.
  • the two rotating disks 6 are respectively arranged to face the opening of the main body 2 with the communication hole plate 4 interposed therebetween, and are in contact with the communication hole plate 4.
  • Each rotating disk 6 rotates in synchronization with the permanent magnet 20.
  • Each rotary disk 6 has a plurality of notches 60 opened as valve ports.
  • the plurality of notches 60 include, for example, a plurality of outer periphery-side notches 60 a disposed on the outer peripheral side of the rotating disk 6 and a plurality of inner periphery-side notches 60 b disposed on the inner peripheral side of the rotating disk 6.
  • Both the outer peripheral side notch 60a and the inner peripheral side notch 60b are formed in a slit shape extending along the circumferential direction of the rotating disk 6, and the outer peripheral side notch 60a and the inner peripheral side notch 60b The supply control of the working fluid is performed.
  • the number of the notches 60 illustrated in FIG. 1 is an example, and does not necessarily match the actual number provided in the magnetic heat pump device 1 of the first embodiment.
  • the two end face plates 8 are arranged to face the opening of the main body 2 with the rotating disk 6 and the communication hole plate 4 interposed therebetween, and are in contact with the rotating disk 6.
  • Each end face plate 8 is connected to an outer peripheral side pipe 80a and an inner peripheral side pipe 80b. As described above, the main body 2, the communication hole plate 4 and the end face plate 8 do not rotate, and only the rotating disk 6 rotates in synchronization with the permanent magnet 20.
  • the discharge side of the circulation pump 10 communicates with an outer peripheral side pipe 80a connected to the end face plate 8a.
  • the end face plate 8a is one of the two end face plates 8 (left end face plate in FIG. 1).
  • the inlet of the heat radiation side heat exchanger 12 communicates with the inner peripheral side pipe 80b connected to the end face plate 8a.
  • the outlet of the heat radiation side heat exchanger 12 communicates with the suction side of the circulation pump 10 through a pipe.
  • the inlet of the heat absorption side heat exchanger 14 communicates with the outer peripheral side pipe 80a connected to the end face plate 8b.
  • the end face plate 8b is the other of the two end face plates 8 (the right end face plate in FIG. 1).
  • the outlet of the heat absorption side heat exchanger 14 communicates with the inner peripheral side pipe 80b connected to the end face plate 8b.
  • the built-in yoke 26 is formed using a metal material such as SUS, and is a ferromagnetic material.
  • the built-in yoke 26 includes one rotating plate portion 50, a plurality of outer plate portions 52, and a plurality of divided plate portions 54.
  • the rotating plate part 50 is formed in a plate shape and is fixed to the rotating shaft 32.
  • the rotating shaft 32 is rotated by a motor (not shown).
  • illustration of the rotating shaft 32 is abbreviate
  • the outer plate portion 52 is formed in a plate shape, and one of both end portions viewed from the axial direction of the rotating shaft 32 is one of the long sides of the rotating plate portion 50 viewed from the axial direction of the rotating shaft 32. , Continuous with one end. The other end of the outer plate 52 extends in the direction toward the material container 22.
  • the built-in yoke 26 includes four outer plate portions 52 will be described as an example.
  • two outer plate portions 52a and 52b are each one of the long sides of the rotating plate portion 50 as viewed from the axial direction of the rotating shaft 32 (the upper length in FIG. 2). It is continuous with the end on the different side.
  • the remaining two outer plate portions 52c and 52d among the four outer plate portions 52 are the other of the long sides of the rotating plate portion 50 when viewed from the axial direction of the rotating shaft 32 (in FIG. 2, It is continuous with the end on the different side of the lower long side.
  • the divided plate portion 54 is formed in a plate shape, and one of both end portions viewed from the axial direction of the rotating shaft 32 is the long side of the rotating plate portion 50 viewed from the axial direction of the rotating shaft 32. Is continuous with the center. Accordingly, the divided plate portion 54 is disposed at an intermediate position between the two outer plate portions 52 that are continuous with the long side of the rotary plate portion 50 when viewed from the axial direction of the rotary shaft 32. The other of the two end portions of the dividing plate portion 54 extends in the direction toward the material container 22. Further, the distance between the other end of the divided plate portion 54 and the material container 22 is equal to the distance between the other end of the outer plate 52 and the material container 22.
  • the built-in yoke 26 includes two divided plate portions 54
  • One of the two divided plate portions 54 is arranged between the outer plate portion 52a and the outer plate portion 52b.
  • the other divided plate portion 54b of the two divided plate portions 54 is disposed between the outer plate portion 52c and the outer plate portion 52d.
  • a U-shaped accommodating portion 56 that opens to the outer peripheral side of the shaft 32 is formed.
  • the accommodating portion 56a is formed by a region surrounded by the rotating plate portion 50, the outer plate portion 52a, and the divided plate portion 54a.
  • the accommodating portion 56b is formed by a region surrounded by the rotating plate portion 50, the outer plate portion 52b, and the divided plate portion 54a.
  • the accommodating portion 56c is formed by a region surrounded by the rotating plate portion 50, the outer plate portion 52c, and the divided plate portion 54b.
  • the accommodating portion 56d is formed by a region surrounded by the rotating plate portion 50, the outer plate portion 52d, and the divided plate portion 54b.
  • the two accommodating portions 56a to 56d are arranged along a direction parallel to the direction orthogonal to the axial direction of the central axis CS when viewed from the axial direction of the central axis CS.
  • the two accommodating portions 56c and the accommodating portion 56d are along a direction parallel to a direction orthogonal to the axial direction of the central axis CS when viewed from the axial direction of the central axis CS. It is arranged.
  • the built-in yoke 26 is rotatable around the central axis CS of the rotary shaft 32 and is formed in a plurality of U-shapes that open to the outer peripheral side of the rotary shaft 32 when viewed from the axial direction of the central shaft CS.
  • the housing portion 56 is provided.
  • the built-in yoke 26 has four accommodating portions 56a to 56d arranged at an equal distance from the central axis CS when viewed from the axial direction of the central axis CS. Further, when viewed from the axial direction of the rotating shaft 32, the central axis CS and the center of gravity of the built-in yoke 26 overlap.
  • each of the plurality of permanent magnets 20 is accommodated in the accommodating portion 56 and is in contact with the built-in yoke 26.
  • the permanent magnet 20 accommodated in the accommodating portion 56 is attached to the built-in yoke 26 using an adhesive or the like.
  • the permanent magnet 20 accommodated in one accommodating part 56 is formed of one magnet.
  • the built-in yoke 26 since the built-in yoke 26 has four accommodating portions 56a to 56d, a case where the number of permanent magnets 20 is four will be described.
  • the permanent magnet 20 housed in the housing portion 56a may be referred to as “permanent magnet 20a”
  • the permanent magnet 20 housed in the housing portion 56b may be referred to as “permanent magnet 20b”.
  • the permanent magnet 20 accommodated in the accommodating portion 56c may be indicated as “permanent magnet 20c”
  • the permanent magnet 20 accommodated in the accommodating portion 56d may be indicated as “permanent magnet 20d”.
  • the shape of the permanent magnet 20 is square (rectangular) when viewed from the axial direction of the rotating shaft 32. All the permanent magnets 20a to 20d have the same shape.
  • the permanent magnet 20 has a pair of N and S poles, and the magnetization direction of the N and S poles is in a direction perpendicular to the axial direction of the central axis CS.
  • the N pole is illustrated as “N”
  • the S pole is illustrated as “S”.
  • the surface of the permanent magnet 20a having the N pole is in contact with the surface of the divided plate portion 54a facing the outer plate portion 52a, and the surface of the permanent magnet 20a having the S pole is the surface of the outer plate portion 52a.
  • the surface of the permanent magnet 20b whose polarity is the N pole is in contact with the surface facing the outer plate portion 52b of the divided plate portion 54a
  • the surface of the permanent magnet 20b whose polarity is the S pole is the outer plate portion. 52b is in contact with the surface facing the divided plate portion 54a.
  • the surface of the permanent magnet 20c having the N pole is in contact with the surface of the divided plate portion 54b facing the outer plate portion 52c, and the surface of the permanent magnet 20c having the S pole is the outer plate portion. 52c is in contact with the surface facing the divided plate portion 54b.
  • the surface of the permanent magnet 20d having the N pole is in contact with the surface facing the outer plate portion 52d of the divided plate portion 54b, and the surface of the permanent magnet 20d having the S pole is the outer plate portion. It is in contact with the surface facing the split plate portion 54b of 52d. Therefore, the two permanent magnets 20 arranged along the direction parallel to the direction orthogonal to the axial direction of the central axis CS and accommodated in the adjacent two accommodating portions 56 are the N pole surface and the S pole surface. Are facing each other.
  • the distance between the permanent magnet 20 a and the material container 22 is longer than the distance between the divided plate portion 54 a and the material container 22 and the distance between the outer plate portion 52 a and the material container 22.
  • the accommodating part 56a has the two protrusion parts 36a which are parts closer to the material container 22 than the permanent magnet 20a by the division
  • the distance between the permanent magnet 20 b and the material container 22 is longer than the distance between the divided plate portion 54 a and the material container 22 and the distance between the outer plate portion 52 b and the material container 22.
  • the accommodating part 56b has the two protrusion parts 36b which are parts closer to the material container 22 than the permanent magnet 20b by the division
  • the distance between the permanent magnet 20 c and the material container 22 is longer than the distance between the divided plate portion 54 b and the material container 22 and the distance between the outer plate portion 52 c and the material container 22.
  • the accommodating part 56c has the two protrusion parts 36c which are parts closer to the material container 22 than the permanent magnet 20c by the division
  • the distance between the permanent magnet 20 d and the material container 22 is longer than the distance between the divided plate portion 54 b and the material container 22 and the distance between the outer plate portion 52 d and the material container 22.
  • the accommodating part 56d has the two protrusion parts 36d which are parts closer to the material container 22 than the permanent magnet 20d by the division
  • the distance between the other end of the divided plate portion 54 and the material container 22 is equal to the distance between the other end of the outer plate 52 and the material container 22. For this reason, the distances between all the protruding portions 36 and the material containers 22 are the same as seen from the axial direction of the central axis CS.
  • the distance (gap) between each protruding portion 36 and the material container 22 is set according to the magnetic flux density required for the magnetic heat pump device 1, for example.
  • the permanent magnet 20 is set according to a value that can avoid contact between each protruding portion 36 and the material container 22 caused by swinging of the rotation shaft 32 when the permanent magnet 20 is rotated. .
  • the plurality of material containers 22 are made of resin (for example, made of ABS resin), and a magnetic material 34 is accommodated therein.
  • the plurality of material containers 22 are arranged along the circumferential direction of the rotating shaft 32 so as to surround the outer periphery of the built-in yoke 26. Adjacent material containers 22 are in contact with each other.
  • the in-container piping 16 shown in FIG. 1 is disposed so as to pass through the magnetic material 34. In FIG. Illustration of the piping 16 is omitted.
  • the spacer 28 is made of resin (for example, made of ABS resin). Further, each spacer 28 is disposed at a position closer to the material container 22 than the permanent magnet 20 in the accommodating portion 56, and is in contact with the permanent magnet 20. Each spacer 28 is attached to the built-in yoke 26 using an adhesive or the like.
  • the spacer 28a disposed in the accommodating portion 56a is disposed between the two protruding portions 36a.
  • the spacer 28 a is formed in a shape such that the distance from the material container 22 does not become shorter than the distance between the protruding portion 36 a and the material container 22.
  • the spacer 28b disposed in the accommodating portion 56b is disposed between the two protruding portions 36b.
  • the spacer 28 b is formed in a shape such that the distance from the material container 22 does not become shorter than the distance from the protruding portion 36 b to the material container 22.
  • the spacer 28c disposed in the accommodating portion 56c is disposed between the two protruding portions 36c.
  • the spacer 28 c is formed in a shape such that the distance from the material container 22 does not become shorter than the distance between the protruding portion 36 c and the material container 22.
  • the spacer 28d disposed in the accommodating portion 56d is disposed between the two protruding portions 36d.
  • the spacer 28d is formed in a shape such that the distance from the material container 22 does not become shorter than the distance between the protruding portion 36d and the material container 22.
  • the main body container 30 is made of resin (for example, made of ABS resin).
  • the main body container 30 has a cylindrical shape.
  • the axial direction of the main body container 30 is parallel to the axial direction of the rotation shaft 32.
  • a built-in yoke 26 Inside the main body container 30, a built-in yoke 26, a permanent magnet 20, a material container 22, and a spacer 28 are accommodated.
  • the magnitude of the magnetic field applied to the plurality of material containers 22c arranged at a position different from the phase of the permanent magnet 20 and the built-in yoke 26 at 0 ° is reduced, it is accommodated in the material container 22c.
  • the magnetic material 34 is demagnetized and the temperature is lowered.
  • FIG. 3 for the purpose of explanation, two selected material containers 22 out of a plurality of material containers 22 arranged at a position different from the phase of the permanent magnet 20 and the built-in yoke 26 at 0 ° are shown. Only the material container 22c is illustrated.
  • the outer peripheral side communication hole 40a, the outer peripheral side notch 60a, and the outer peripheral side pipe 80a are communicated.
  • the medium for example, water
  • the in-container piping 16 arranged inside the material container 22c is passed.
  • the medium is moved to the heat absorption side heat exchanger 14 through the outer peripheral side communication hole 40a, the outer peripheral side notch 60a, and the outer peripheral side pipe 80a in this order.
  • the medium moved to the heat absorption side heat exchanger 14 is passed through the inner peripheral side pipe 80b, the inner peripheral side cutout 60b, and the inner peripheral side communication hole 40b in this order, and the material container 22a and the material container 22b.
  • the in-container piping 16 arranged inside is passed. Further, the medium is moved to the heat radiation side heat exchanger 12 through the inner circumference side communication hole 40b, the inner circumference side cutout 60b, and the inner circumference side pipe 80b in this order. Then, the medium moved to the heat radiation side heat exchanger 12 is moved to the suction side of the circulation pump 10 through the pipe.
  • the medium that has moved to the heat radiation side heat exchanger 12 releases the heat of work to the outside (outside air or the like).
  • the medium that has moved to the heat absorption side heat exchanger 14 absorbs heat from an object to be cooled (not shown) that contacts the heat absorption side heat exchanger 14 to cool the object to be cooled.
  • the cooled medium absorbs heat from the object to be cooled by the heat absorption side heat exchanger 14 by dissipating heat to the material container 22c containing the magnetic material 34 that has been demagnetized and the temperature is lowered. Further, the medium that has cooled the object to be cooled is absorbed in the material container 22a and the material container 22b by absorbing heat from the material container 22a and the material container 22b that contain the magnetic material 34 that has been excited to increase the temperature. The magnetic material 34 is cooled and moved to the heat radiation side heat exchanger 12. The medium that has moved to the heat radiation side heat exchanger 12 releases the heat of work to the outside (outside air or the like).
  • the magnetization directions of the N pole and the S pole are orthogonal to the axial direction of the central axis CS, respectively.
  • 4 permanent magnets 20a to 20d are accommodated.
  • the pair of inner wall surfaces forming the accommodating portion 56 are in contact with surfaces having different polarities of the permanent magnet 20, and the accommodating portion 56 is made of a material more than the permanent magnet 20.
  • a protruding portion 36 that is a portion close to the container 22 is provided. For this reason, when the magnetic material 34 accommodated in the material container 22 closest to the protruding portion 36 is excited, the magnetic flux flow MF does not pass through the main body container 30 as shown in FIG.
  • one of the magnetic flux flows MF starts from the N pole of the permanent magnet 20a in order from the divided plate portion 54a of the built-in yoke 26, the magnetic material 34 accommodated in the material container 22a, and the outer plate portion 52a of the built-in yoke 26. Via, the flow reaches the south pole of the permanent magnet 20a.
  • one of the magnetic flux flows MF passes from the north pole of the permanent magnet 20b to the divided plate portion 54a of the built-in yoke 26, the magnetic material 34 accommodated in the material container 22a, and the outer plate portion 52b of the built-in yoke 26. The flow reaches the south pole of the permanent magnet 20b through the order.
  • one of the magnetic flux flows MF starts from the N pole of the permanent magnet 20c, in order from the divided plate portion 54b of the built-in yoke 26, the magnetic material 34 accommodated in the material container 22b, and the outer plate portion 52c of the built-in yoke 26. Via, the flow reaches the south pole of the permanent magnet 20c.
  • one of the magnetic flux flows MF passes from the north pole of the permanent magnet 20d to the divided plate portion 54b of the built-in yoke 26, the magnetic material 34 accommodated in the material container 22b, and the outer plate portion 52d of the built-in yoke 26. The flow reaches the south pole of the permanent magnet 20d through the order.
  • the above-described first embodiment is an example of the present invention, and the present invention is not limited to the above-described first embodiment, and the present invention may be applied to other forms than this embodiment. Various modifications can be made according to the design or the like as long as they do not depart from the technical idea.
  • a protruding portion 36 that is a portion close to the container 22 is provided. Therefore, a magnetic circuit through which magnetic flux flows can be formed by the permanent magnet 20, the built-in yoke 26, and the magnetic material 34. As a result, it is possible to concentrate the flow of magnetic flux as compared with the case where the magnetic circuit is formed by the permanent magnet 20, the magnetic material 34, and the main body container 30. Thereby, it becomes possible to provide the magnetic heat pump device 1 capable of improving the magnetic flux density obtained per mass of the permanent magnet 20.
  • At least two of the plurality of accommodating portions 56 are arranged along a direction parallel to a direction orthogonal to the axial direction of the central axis CS when viewed from the axial direction of the central axis CS.
  • the two permanent magnets 20 arranged along the direction parallel to the direction orthogonal to the axial direction of the central axis CS and accommodated in the adjacent two accommodating portions 56 are composed of an N-pole surface and an S-pole. Faces each other.
  • the magnetic flux flow MF that flows from the N pole of the permanent magnet 20 to the S pole of the permanent magnet 20 via the built-in yoke 26 and the magnetic material 34 is accommodated in the two adjacent accommodating portions 56.
  • the two permanent magnets 20 can be efficiently generated.
  • the number of the permanent magnets 20 in which the N-pole surface and the S-pole surface are opposed to each other, and the housing portion 56 that houses the permanent magnets 20 in which the N-pole surface and the S-pole surface are opposed to each other It is possible to adjust the attraction force and the attraction force of the magnetic material 34 by adjusting the number of.
  • the built-in yoke 26 has four accommodating portions 56a to 56d arranged at an equal distance from the central axis CS when viewed from the axial direction of the central axis CS.
  • the main body container 30 that houses the permanent magnet 20 and the material container 22 is made of resin. For this reason, it becomes possible to reduce the eddy current which generate
  • FIG. As a result, compared to the configuration in which the main body container 30 is made of a ferromagnetic material, it becomes easier to obtain a low temperature, so that the capability of the magnetic heat pump device 1 can be improved.
  • the spacer 28 made of resin is disposed at a position closer to the material container 22 than the permanent magnet 20 in the housing portion 56.
  • All the permanent magnets 20a to 20d have the same shape. As a result, the permanent magnet 20 can be easily manufactured, and the cost can be reduced.
  • the central axis CS of the rotary shaft 32 and the center of gravity of the built-in yoke 26 overlap. As a result, compared with a configuration in which the center axis CS of the rotation shaft 32 and the center of gravity of the built-in yoke 26 are shifted, it is possible to reduce the swing generated when the permanent magnet 20 and the built-in yoke 26 rotate. The capability of the magnetic heat pump device 1 can be improved.
  • the configuration of the built-in yoke 26 is configured to include the four accommodating portions 56, but is not limited thereto. That is, for example, as shown in FIG. 4, the configuration of the built-in yoke 26 may be a configuration having two accommodating portions 56. Further, for example, as shown in FIG. 5, the configuration of the built-in yoke 26 may be a configuration having six accommodating portions 56.
  • the permanent magnet 20 is formed in a square shape when viewed from the axial direction of the rotary shaft 32, but the present invention is not limited to this. That is, for example, as shown in FIG. 6, when viewed from the axial direction of the rotary shaft 32, the shape of the permanent magnet 20 is an arc-shaped side corresponding to the shape of the material container 22 at the side close to the material container 22. It is good also as a shape. In this case, the magnetic flux density can be improved as compared with the case where the permanent magnet 20 is formed in a square shape when viewed from the axial direction of the rotating shaft 32.
  • the permanent magnet 20 accommodated in the one accommodating part 56 was formed with one magnet, it is not limited to this. That is, for example, a plurality of magnets may be combined to form the permanent magnet 20 that is accommodated in one accommodation portion 56. Further, the permanent magnet 20 may be formed by arranging a plurality of magnets in a Halbach array along the axial direction of the rotary shaft 32.
  • SYMBOLS 1 Magnetic heat pump apparatus, 2 ... Main-body part, 4 ... Communication hole plate, 6 ... Rotating disk, 8 ... End surface plate, 10 ... Circulation pump, 12 ... Heat radiation side heat exchanger, 14 ... Heat absorption side heat exchanger, 16 ... 20 ... Permanent magnet, 22 ... Material container, 26 ... Built-in yoke, 28 ... Spacer, 30 ... Main body container, 32 ... Rotating shaft, 34 ... Magnetic material, 36a ... Projection part, 36b ... Projection part, 40a ... Outer peripheral side communication Hole: 40b ... Inner peripheral side communication hole, 50 ... Rotating plate part, 52 ... Outer plate part, 54 ...

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Abstract

【課題】永久磁石の質量あたりに得られる磁束密度を向上させることが可能な、磁気ヒートポンプ装置を提供する。 【解決手段】回転軸３２の中心軸ＣＳ周りに回転可能であり、中心軸ＣＳの軸方向から見て回転軸３２の外周側へ開口するコの字形に形成された複数の収容部５６を有する強磁性体の内蔵ヨーク２６と、各収容部５６に収容されて内蔵ヨーク２６と接触し、Ｎ極及びＳ極の着磁方向が中心軸ＣＳの軸方向と直交する方向と平行な複数の永久磁石２０と、内蔵ヨーク２６の外周を包囲し、磁性材料３４を収容した樹脂製の材料容器２２を備える磁気ヒートポンプ装置１であって、中心軸ＣＳの軸方向から見て、収容部５６を形成する一対の内壁面に、永久磁石２０の極性が異なる面がそれぞれ接触し、収容部５６が、永久磁石２０よりも材料容器２２に近い部分である突出部分３６を有する。

Description

磁気ヒートポンプ装置
　本発明は、磁気熱量効果を用いた磁気ヒートポンプ装置に関する。
　磁気熱量効果を用いた磁気ヒートポンプ装置の技術としては、例えば、特許文献１に記載されている技術がある。
　特許文献１に記載されている技術は、回転可能に配置した永久磁石と、磁性材料を収容しており、永久磁石の外周を取り囲む材料容器と、ＳＵＳ等の強磁性体を用いて形成され、材料容器を収容する枠体（ヨーク）を備える。そして、枠体に収容された容器の内部で永久磁石を回転させることで、永久磁石とヨークとの間で磁性材料を励磁及び消磁させ、励磁及び消磁を行うタイミングで熱交換媒体が流れる方向を切り替えることで、温熱及び冷熱を得る。
特開２０１３－２０４９８４号公報
　しかしながら、特許文献１に記載されている技術のように、強磁性体を用いてヨークを形成した構成では、磁束の流れが、永久磁石から磁性材料を通過してヨークで折り返し、再度、磁性材料を通過して永久磁石へ戻る流れとなる。このため、磁束が流れる磁気回路が、永久磁石と、磁性材料と、ヨークにより形成されることとなり、磁束の流れが集中せず、永久磁石の質量あたりに得られる磁束密度が低くなるという問題点がある。
　本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、永久磁石の質量あたりに得られる磁束密度を向上させることが可能な、磁気ヒートポンプ装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明の一態様は、強磁性体である内蔵ヨークと、複数の永久磁石と、樹脂製である材料容器とを備える磁気ヒートポンプ装置である。内蔵ヨークは、強磁性体であり、回転軸の中心軸周りに回転可能であり、且つ中心軸の軸方向から見て回転軸の外周側へ開口するコの字形に形成された複数の収容部を有する。各永久磁石は、複数の収容部に収容されて内蔵ヨークと接触し、且つＮ極及びＳ極の着磁方向が中心軸の軸方向と直交する方向と平行である。材料容器は、内蔵ヨークの外周を包囲するように配置され、且つ内部に磁性材料を収容している。また、中心軸の軸方向から見て、収容部を形成する一対の内壁面に、永久磁石の極性が異なる面がそれぞれ接触している。さらに、収容部は、永久磁石よりも材料容器に近い部分である突出部分を有する。
　本発明の一態様によれば、磁束の流れが、永久磁石のＮ極から、収容部のＮ極との接触部分が有する突出部分と、材料容器に収容されている磁性材料と、収容部のＳ極との接触部分が有する突出部分とを順に経由して、永久磁石のＳ極へ至る流れとなる。
　これにより、磁気回路を、永久磁石と、磁性材料と、内蔵ヨークにより形成することが可能となり、磁束の流れを集中させて、永久磁石の質量あたりに得られる磁束密度を向上させることが可能な、磁気ヒートポンプ装置を提供することが可能となる。
本発明の第一実施形態における磁気ヒートポンプ装置の構成を表す分解図である。 本体部の構成を表す図である。 本発明の第一実施形態における磁気ヒートポンプ装置を用いて行う動作を表す図である。 本体部の変形例を表す図である。 本体部の変形例を表す図である。 本体部の変形例を表す図である。
　図面を参照して、本発明の第一実施形態を以下において説明する。以下の説明で参照する図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚さと平面寸法との関係や、各層の厚さの比率等は、現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚さや寸法は、以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
　さらに、以下に示す第一実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質や、それらの形状、構造、配置等を下記のものに特定するものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることが可能である。また、以下の説明における「左右」や「上下」の方向は、単に説明の便宜上の定義であって、本発明の技術的思想を限定するものではない。よって、例えば、紙面を９０度回転すれば「左右」と「上下」とは交換して読まれ、紙面を１８０度回転すれば「左」が「右」になり、「右」が「左」になることは勿論である。
（第一実施形態）
　以下、本発明の第一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
（構成）
　図１中に表すように、磁気ヒートポンプ装置１は、本体部２と、二つの連通孔プレート４と、二つの回転ディスク６と、二つの端面プレート８と、循環ポンプ１０と、放熱側熱交換器１２と、吸熱側熱交換器１４を備える。なお、図１中では、本体部２を簡略化して図示する。
　本体部２は、図２中に示すように、一つの内蔵ヨーク２６と、複数の永久磁石２０と、複数の材料容器２２と、複数のスペーサ２８と、一つの本体容器３０を備える。なお、本体部２の詳細な構成は、後述する。なお、図２は、本体部２を、本体部２と、連通孔プレート４と、回転ディスク６と、端面プレート８とを配列した方向から見た図である。また、図１及び図２中では、説明のために、材料容器２２のみを、断面図で図示している。
　二つの連通孔プレート４は、それぞれ、本体部２が有する二箇所の開口部に固定されている。これにより、二つの連通孔プレート４は、本体部２の開口部を閉塞している。
　また、各連通孔プレート４には、本体部２と連通する複数の連通孔４０が形成されている。
　複数の連通孔４０は、例えば、連通孔プレート４の外周側に配置された複数の外周側連通孔４０ａと、連通孔プレート４の内周側に配置された複数の内周側連通孔４０ｂにより構成される。
　外周側連通孔４０ａと内周側連通孔４０ｂには、それぞれ、材料容器２２の内部に配置された配管である容器内配管１６の開口端が取り付けられている。容器内配管１６は、一 つの材料容器２２に対し、二本一組で配置されている。二本の容器内配管１６のうち一方の開口端は、外周側連通孔４０ａに取り付けられている。二本の容器内配管１６のうち他方の開口端は、内周側連通孔４０ｂに取り付けられている。
　なお、図１中では、説明のために、複数の材料容器２２のうち、二つの材料容器２２の内部に配置された容器内配管１６、すなわち、四本の容器内配管１６のみを図示している。また、図１中では、説明のために、材料容器２２の内部には、容器内配管１６を図示していない。また、図１中では、説明のために、容器内配管１６の開口端が、外周側連通孔４０ａ及び内周側連通孔４０ｂに取り付けられている状態を、イメージで表している。
　また、図１中に図示した連通孔４０の数は、一例であり、第一実施形態の磁気ヒートポンプ装置１が備える実際の数と、必ずしも一致するものではない。
　二つの回転ディスク６は、それぞれ、連通孔プレート４を間に挟んで、本体部２の開口部と対向して配置されており、連通孔プレート４と接触している。
　また、各回転ディスク６は、永久磁石２０と同期して回転する。
　また、各回転ディスク６には、複数の切欠き６０が弁のポートとして開口している。
　複数の切欠き６０は、例えば、回転ディスク６の外周側に配置された複数の外周側切欠き６０ａと、回転ディスク６の内周側に配置された複数の内周側切欠き６０ｂにより構成される。
　外周側切欠き６０ａ及び内周側切欠き６０ｂは、共に、回転ディスク６の周方向に沿って延びるスリット状に形成されており、外周側切欠き６０ａ及び内周側切欠き６０ｂを介して、作業流体の供給制御が行われる構成となっている。
　また、図１中に図示した切欠き６０の数は、一例であり、第一実施形態の磁気ヒートポンプ装置１が備える実際の数と、必ずしも一致するものではない。
　二つの端面プレート８は、それぞれ、回転ディスク６及び連通孔プレート４を間に挟んで、本体部２の開口部と対向して配置されており、回転ディスク６と接触している。
　また、各端面プレート８には、それぞれ、外周側配管８０ａ及び内周側配管８０ｂが接続されている。
　以上により、本体部２と、連通孔プレート４及び端面プレート８は回転せず、回転ディスク６のみが、永久磁石２０と同期して回転する構成となっている。
　循環ポンプ１０の吐出側は、端面プレート８ａに接続されている外周側配管８０ａと連通している。なお、端面プレート８ａは、二つの端面プレート８のうち一方（図１中では、左側の端面プレート）である。
　放熱側熱交換器１２の入口は、端面プレート８ａに接続されている内周側配管８０ｂと連通している。
　放熱側熱交換器１２の出口は、配管を介して、循環ポンプ１０の吸入側と連通している。
　吸熱側熱交換器１４の入口は、端面プレート８ｂに接続されている外周側配管８０ａと連通している。なお、端面プレート８ｂは、二つの端面プレート８のうち他方（図１中では、右側の端面プレート）である。
　吸熱側熱交換器１４の出口は、端面プレート８ｂに接続されている内周側配管８０ｂと連通している。
（内蔵ヨーク）
　内蔵ヨーク２６は、例えば、ＳＵＳ等の金属材料を用いて形成されており、強磁性体である。
　内蔵ヨーク２６は、一つの回転板部５０と、複数の外板部５２と、複数の分割板部５４を備えている。
　回転板部５０は、板状に形成されており、回転軸３２に固定されている。回転軸３２は、図外のモータにより回転する。なお、図１中では、説明のために、回転軸３２の図示を省略している。
　具体的には、回転軸３２の軸方向から見て、回転板部５０の重心には、回転軸３２の中心軸ＣＳが貫通している。
　外板部５２は、板状に形成されており、回転軸３２の軸方向から見た両端部のうち一方が、回転軸３２の軸方向から見て、回転板部５０が有する長辺のうち、一つの端部と連続している。外板部５２の両端部のうち他方は、材料容器２２へ向かう方向へ伸びている。
　第一実施形態では、一例として、内蔵ヨーク２６が、四つの外板部５２を備えている場合について説明する。
　四つの外板部５２のうち二つの外板部５２ａ，５２ｂは、それぞれ、回転軸３２の軸方向から見て、回転板部５０が有する長辺のうち一方（図２中では、上側の長辺）の異なる側の端部と連続している。また、四つの外板部５２のうち残り二つの外板部５２ｃ，５２ｄは、それぞれ、回転軸３２の軸方向から見て、回転板部５０が有する長辺のうち他方（図２中では、下側の長辺）の異なる側の端部と連続している。
　分割板部５４は、板状に形成されており、回転軸３２の軸方向から見た両端部のうち一方が、回転軸３２の軸方向から見て、回転板部５０が有する長辺のうち、中心と連続している。したがって、分割板部５４は、回転軸３２の軸方向から見て、回転板部５０が有する長辺と連続している二つの外板部５２の中間位置に配置されている。
　分割板部５４の両端部のうち他方は、材料容器２２へ向かう方向へ伸びている。
　また、分割板部５４の両端部のうち他方と材料容器２２との距離は、外板部５２の両端部のうち他方と材料容器２２との距離と等しい。
　第一実施形態では、一例として、内蔵ヨーク２６が、二つの分割板部５４を備えている場合について説明する。
　二つの分割板部５４のうち一方の分割板部５４ａは、外板部５２ａと外板部５２ｂとの間に配置されている。また、二つの分割板部５４のうち他方の分割板部５４ｂは、外板部５２ｃと外板部５２ｄとの間に配置されている。
　また、回転軸３２の軸方向から見て、回転板部５０と、一つの外板部５２と、一つの分割板部５４で囲まれた領域は、中心軸ＣＳの軸方向から見て、回転軸３２の外周側へ開口するコの字形の収容部５６を形成している。
　第一実施形態では、一例として、内蔵ヨーク２６が、四つの収容部５６ａ～５６ｄを有している場合について説明する。
　収容部５６ａは、回転板部５０と、外板部５２ａと、分割板部５４ａで囲まれた領域によって形成されている。収容部５６ｂは、回転板部５０と、外板部５２ｂと、分割板部５４ａで囲まれた領域によって形成されている。収容部５６ｃは、回転板部５０と、外板部５２ｃと、分割板部５４ｂで囲まれた領域によって形成されている。収容部５６ｄは、回転板部５０と、外板部５２ｄと、分割板部５４ｂで囲まれた領域によって形成されている。
　したがって、四つの収容部５６ａ～５６ｄのうち二つの収容部５６ａ及び収容部５６ｂは、中心軸ＣＳの軸方向から見て、中心軸ＣＳの軸方向と直交する方向と平行な向きに沿って配列されている。同様に、四つの収容部５６ａ～５６ｄのうち二つの収容部５６ｃ及び収容部５６ｄは、中心軸ＣＳの軸方向から見て、中心軸ＣＳの軸方向と直交する方向と平行な向きに沿って配列されている。
　以上により、内蔵ヨーク２６は、回転軸３２の中心軸ＣＳ周りに回転可能であり、且つ中心軸ＣＳの軸方向から見て、回転軸３２の外周側へ開口するコの字形に形成された複数の収容部５６を有する。
　また、内蔵ヨーク２６は、中心軸ＣＳの軸方向から見て、中心軸ＣＳから等しい距離に配置された四つの収容部５６ａ～５６ｄを有する。
　また、回転軸３２の軸方向から見て、中心軸ＣＳと、内蔵ヨーク２６の重心とは、重なっている。
（永久磁石）
　複数の永久磁石２０は、それぞれ、収容部５６に収容されて、内蔵ヨーク２６と接触している。なお、収容部５６に収容された永久磁石２０は、接着剤等を用いて、内蔵ヨーク２６に取り付けられている。また、一つの収容部５６に収容する永久磁石２０は、一つの磁石により形成されている。
　第一実施形態では、内蔵ヨーク２６が、四つの収容部５６ａ～５６ｄを有しているため、永久磁石２０の数を、四つとした場合について説明する。なお、以降の説明では、収容部５６ａに収容されている永久磁石２０を「永久磁石２０ａ」と示し、収容部５６ｂに収容されている永久磁石２０を「永久磁石２０ｂ」と示す場合がある。同様に、収容部５６ｃに収容されている永久磁石２０を「永久磁石２０ｃ」と示し、収容部５６ｄに収容されている永久磁石２０を「永久磁石２０ｄ」と示す場合がある。
　永久磁石２０の形状は、図２中に示すように、回転軸３２の軸方向から見て、方形（長方形）である。また、全ての永久磁石２０ａ～２０ｄは、同一の形状である。
　また、永久磁石２０は、一組のＮ極及びＳ極を有しており、Ｎ極及びＳ極の着磁方向が、中心軸ＣＳの軸方向と直交する方向を向いている。なお、図２中には、Ｎ極を「Ｎ」と図示し、Ｓ極を「Ｓ」と図示する。
　永久磁石２０ａの極性がＮ極である面は、分割板部５４ａの外板部５２ａと対向する面に接触しており、永久磁石２０ａの極性がＳ極である面は、外板部５２ａの分割板部５４ａと対向する面に接触している。また、永久磁石２０ｂの極性がＮ極である面は、分割板部５４ａの外板部５２ｂと対向する面に接触しており、永久磁石２０ｂの極性がＳ極である面は、外板部５２ｂの分割板部５４ａと対向する面に接触している。
　さらに、永久磁石２０ｃの極性がＮ極である面は、分割板部５４ｂの外板部５２ｃと対向する面に接触しており、永久磁石２０ｃの極性がＳ極である面は、外板部５２ｃの分割板部５４ｂと対向する面に接触している。また、永久磁石２０ｄの極性がＮ極である面は、分割板部５４ｂの外板部５２ｄと対向する面に接触しており、永久磁石２０ｄの極性がＳ極である面は、外板部５２ｄの分割板部５４ｂと対向する面に接触している。
　したがって、中心軸ＣＳの軸方向と直交する方向と平行な向きに沿って配列され、且つ隣り合う二つの収容部５６に収容された二つの永久磁石２０は、Ｎ極の面とＳ極の面とが互いに対向している。
　また、永久磁石２０ａと材料容器２２との距離は、分割板部５４ａと材料容器２２との距離及び外板部５２ａと材料容器２２との距離よりも長い。これにより、収容部５６ａは、分割板部５４ａ及び外板部５２ａにより、永久磁石２０ａよりも材料容器２２に近い部分である二つの突出部分３６ａを有する。
　同様に、永久磁石２０ｂと材料容器２２との距離は、分割板部５４ａと材料容器２２との距離及び外板部５２ｂと材料容器２２との距離よりも長い。これにより、収容部５６ｂは、分割板部５４ａ及び外板部５２ｂにより、永久磁石２０ｂよりも材料容器２２に近い部分である二つの突出部分３６ｂを有する。
　また、永久磁石２０ｃと材料容器２２との距離は、分割板部５４ｂと材料容器２２との距離及び外板部５２ｃと材料容器２２との距離よりも長い。これにより、収容部５６ｃは、分割板部５４ｂ及び外板部５２ｃにより、永久磁石２０ｃよりも材料容器２２に近い部分である二つの突出部分３６ｃを有する。
　同様に、永久磁石２０ｄと材料容器２２との距離は、分割板部５４ｂと材料容器２２との距離及び外板部５２ｄと材料容器２２との距離よりも長い。これにより、収容部５６ｄは、分割板部５４ｂ及び外板部５２ｄにより、永久磁石２０ｄよりも材料容器２２に近い部分である二つの突出部分３６ｄを有する。
　上述したように、分割板部５４の両端部のうち他方と材料容器２２との距離は、外板部５２の両端部のうち他方と材料容器２２との距離と等しい。このため、中心軸ＣＳの軸方向から見て、全ての突出部分３６と材料容器２２との距離が等しい。
　各突出部分３６と材料容器２２との距離（隙間）は、例えば、磁気ヒートポンプ装置１に要求される磁束密度に応じて設定する。これに加え、例えば、永久磁石２０を回転させた際に回転軸３２の揺動等によって発生する、各突出部分３６と材料容器２２との接触を回避することが可能な値に応じて設定する。
（材料容器）
　複数の材料容器２２は、樹脂製（例えば、ＡＢＳ樹脂製）であり、内部に磁性材料３４が収容されている。
　また、複数の材料容器２２は、内蔵ヨーク２６の外周を包囲するように、回転軸３２の周方向に沿って配置されている。隣り合う材料容器２２は、互いに接触している。
　なお、材料容器２２の内部には、磁性材料３４の中を通過するように、図１中に示した容器内配管１６が配置されているが、図２中では、説明のために、容器内配管１６の図示を省略している。
（スペーサ）
　スペーサ２８は、樹脂製（例えば、ＡＢＳ樹脂製）である。
　また、各スペーサ２８は、収容部５６内の永久磁石２０よりも材料容器２２に近い位置に配置されており、永久磁石２０と接触している。また、各スペーサ２８は、接着剤等を用いて、内蔵ヨーク２６に取り付けられている。
　収容部５６ａ内に配置されたスペーサ２８ａは、二つの突出部分３６ａの間に配置されている。また、スペーサ２８ａは、材料容器２２との距離が、突出部分３６ａと材料容器２２との距離よりも短くならない形状に形成されている。収容部５６ｂ内に配置されたスペーサ２８ｂは、二つの突出部分３６ｂの間に配置されている。また、スペーサ２８ｂは、材料容器２２との距離が、突出部分３６ｂと材料容器２２との距離よりも短くならない形状に形成されている。収容部５６ｃ内に配置されたスペーサ２８ｃは、二つの突出部分３６ｃの間に配置されている。また、スペーサ２８ｃは、材料容器２２との距離が、突出部分３６ｃと材料容器２２との距離よりも短くならない形状に形成されている。収容部５６ｄ内に配置されたスペーサ２８ｄは、二つの突出部分３６ｄの間に配置されている。また、スペーサ２８ｄは、材料容器２２との距離が、突出部分３６ｄと材料容器２２との距離よりも短くならない形状に形成されている。
（本体容器）
　本体容器３０は、樹脂製（例えば、ＡＢＳ樹脂製）である。
　本体容器３０の形状は、円筒状である。また、本体容器３０の軸方向は、回転軸３２の軸方向と平行である。
　本体容器３０の内部には、内蔵ヨーク２６と、永久磁石２０と、材料容器２２と、スペーサ２８が収容されている。
（動作）
　図１及び図２を参照しつつ、図３を用いて、第一実施形態の動作の一例を説明する。
　磁気ヒートポンプ装置１の使用時において、図３中に示すように、永久磁石２０及び内蔵ヨーク２６の位置が０°の位置である状態では、材料容器２２ａ及び材料容器２２ｂに印加される磁場の大きさが増大する。これにより、材料容器２２ａ及び材料容器２２ｂに収容されている磁性材料３４が励磁されて、温度が上昇する。なお、材料容器２２ａは、突出部分３６ａ及び突出部分３６ｂに最も近い材料容器２２である。また、材料容器２２ｂは、突出部分３６ｃ及び突出部分３６ｄに最も近い材料容器２２である。
　一方、０°の位置である永久磁石２０及び内蔵ヨーク２６と位相が異なる位置に配置された、複数の材料容器２２ｃに印加される磁場の大きさは減少するため、材料容器２２ｃに収容されている磁性材料３４が消磁されて、温度が低下する。なお、図３中では、説明のために、０°の位置である永久磁石２０及び内蔵ヨーク２６と位相が異なる位置に配置された、複数の材料容器２２のうち、選択した二つの材料容器２２のみを、材料容器２２ｃと図示している。
　また、永久磁石２０及び内蔵ヨーク２６の位置が０°の位置である状態では、例えば、外周側連通孔４０ａと、外周側切欠き６０ａと、外周側配管８０ａを連通させる。
　そして、循環ポンプ１０を作動させることにより、媒体（例えば、水）を、循環ポンプ１０の吐出側から、外周側配管８０ａと、外周側切欠き６０ａ及び外周側連通孔４０ａを順に経由させて、材料容器２２ｃの内部に配置した容器内配管１６を通過させる。さらに、媒体を、外周側連通孔４０ａ、外周側切欠き６０ａ及び外周側配管８０ａを順に経由させて、吸熱側熱交換器１４へ移動させる。
　次に、吸熱側熱交換器１４へ移動させた媒体を、内周側配管８０ｂと、内周側切欠き６０ｂ及び内周側連通孔４０ｂを順に経由させて、材料容器２２ａ及び材料容器２２ｂの内部に配置した容器内配管１６を通過させる。さらに、媒体を、内周側連通孔４０ｂ、内周側切欠き６０ｂ及び内周側配管８０ｂを順に経由させて、放熱側熱交換器１２へ移動させる。そして、放熱側熱交換器１２へ移動させた媒体を、配管を介して、循環ポンプ１０の吸入側へ移動させる。
　上述した経路で媒体を循環させる際に、放熱側熱交換器１２に移動した媒体は、仕事分の熱量を外部（外気等）に放出する。一方、吸熱側熱交換器１４に移動した媒体は、吸熱側熱交換器１４に接触する被冷却体（図示せず）から吸熱して被冷却体を冷却する。
　したがって、消磁されて温度が低下した磁性材料３４を収容している材料容器２２ｃに放熱することで、冷却された媒体は、吸熱側熱交換器１４で被冷却体から吸熱する。また、被冷却体を冷却した媒体は、励磁されて温度が上昇した磁性材料３４を収容している材料容器２２ａ及び材料容器２２ｂから吸熱することで、材料容器２２ａ及び材料容器２２ｂに収容されている磁性材料３４を冷却し、放熱側熱交換器１２へ移動する。放熱側熱交換器１２へ移動した媒体は、仕事分の熱量を外部（外気等）に放出する。
　ここで、第一実施形態では、強磁性体である内蔵ヨーク２６が有する四つの収容部５６ａ～５６ｄに、それぞれ、Ｎ極及びＳ極の着磁方向が中心軸ＣＳの軸方向と直交する方向と平行な四つの永久磁石２０ａ～２０ｄが収容されている。これに加え、中心軸ＣＳの軸方向から見て、収容部５６を形成する一対の内壁面に、永久磁石２０の極性が異なる面がそれぞれ接触し、収容部５６が、永久磁石２０よりも材料容器２２に近い部分である突出部分３６を有する。
　このため、突出部分３６に最も近い材料容器２２に収容されている磁性材料３４が励磁されると、図３中に示すように、磁束の流れＭＦが、本体容器３０を経由しない流れとなる。
　すなわち、磁束の流れＭＦのうち一つが、永久磁石２０ａのＮ極から、内蔵ヨーク２６の分割板部５４ａ、材料容器２２ａに収容されている磁性材料３４、内蔵ヨーク２６の外板部５２ａを順に経由して、永久磁石２０ａのＳ極へ至る流れとなる。同様に、磁束の流れＭＦのうち一つが、永久磁石２０ｂのＮ極から、内蔵ヨーク２６の分割板部５４ａ、材料容器２２ａに収容されている磁性材料３４、内蔵ヨーク２６の外板部５２ｂを順に経由して、永久磁石２０ｂのＳ極へ至る流れとなる。
　また、磁束の流れＭＦのうち一つが、永久磁石２０ｃのＮ極から、内蔵ヨーク２６の分割板部５４ｂ、材料容器２２ｂに収容されている磁性材料３４、内蔵ヨーク２６の外板部５２ｃを順に経由して、永久磁石２０ｃのＳ極へ至る流れとなる。同様に、磁束の流れＭＦのうち一つが、永久磁石２０ｄのＮ極から、内蔵ヨーク２６の分割板部５４ｂ、材料容器２２ｂに収容されている磁性材料３４、内蔵ヨーク２６の外板部５２ｄを順に経由して、永久磁石２０ｄのＳ極へ至る流れとなる。
　これにより、磁束が流れる磁気回路を、永久磁石２０と、内蔵ヨーク２６と、磁性材料３４により形成することが可能となる。
　したがって、磁気回路が、永久磁石２０と、磁性材料３４と、本体容器３０により形成される場合と比較して、磁束の流れを集中させることが可能となり、永久磁石２０の質量あたりに得られる磁束密度を向上させることが可能となる。
　なお、上述した第一実施形態は、本発明の一例であり、本発明は、上述した第一実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
（第一実施形態の効果）
　第一実施形態の磁気ヒートポンプ装置１であれば、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
（１）強磁性体である内蔵ヨーク２６が有する複数の収容部５６に、それぞれ、Ｎ極及びＳ極の着磁方向が中心軸ＣＳの軸方向と直交する方向と平行な複数の永久磁石２０が収容されている。これに加え、中心軸ＣＳの軸方向から見て、収容部５６を形成する一対の内壁面に、永久磁石２０の極性が異なる面がそれぞれ接触し、収容部５６が、永久磁石２０よりも材料容器２２に近い部分である突出部分３６を有する。
　このため、磁束が流れる磁気回路を、永久磁石２０と、内蔵ヨーク２６と、磁性材料３４により形成することが可能となる。
　その結果、磁気回路が、永久磁石２０と、磁性材料３４と、本体容器３０により形成される場合と比較して、磁束の流れを集中させることが可能となる。これにより、永久磁石２０の質量あたりに得られる磁束密度を向上させることが可能な、磁気ヒートポンプ装置１を提供することが可能となる。
（２）複数の収容部５６のうち少なくとも二つは、中心軸ＣＳの軸方向から見て、中心軸ＣＳの軸方向と直交する方向と平行な向きに沿って配列されている。これに加え、中心軸ＣＳの軸方向と直交する方向と平行な向きに沿って配列され、且つ隣り合う二つの収容部５６に収容された二つの永久磁石２０は、Ｎ極の面とＳ極の面とが互いに対向している。
　その結果、永久磁石２０のＮ極から、内蔵ヨーク２６及び磁性材料３４を経由して、永久磁石２０のＳ極へ至る流れとなる磁束の流れＭＦを、隣り合う二つの収容部５６に収容された二つの永久磁石２０から、効率的に発生させることが可能となる。
　また、Ｎ極の面とＳ極の面とが互いに対向している永久磁石２０の数と、Ｎ極の面とＳ極の面とが互いに対向している永久磁石２０を収容する収容部５６の数を調整することで、磁性材料３４の吸着力と吸引力を調整することが可能となる。
（３）内蔵ヨーク２６が、中心軸ＣＳの軸方向から見て中心軸ＣＳから等しい距離に配置された四つの収容部５６ａ～５６ｄを有する。
　その結果、中心軸ＣＳを起点として、四つの永久磁石２０ａ～２０ｄが等しい距離に配置されるため、磁束の流れＭＦを均等な流れとすることが可能となり、四つの永久磁石２０ａ～２０ｄから、磁束密度を均等に得ることが可能となる。
（４）中心軸ＣＳの軸方向から見て、全ての突出部分３６と材料容器２２との距離が等しい。
　このため、全ての永久磁石２０（永久磁石２０ａ～２０ｄ）に対し、永久磁石２０のＮ極から、内蔵ヨーク２６及び磁性材料３４を経由して、永久磁石２０のＳ極へ至る流れとなる磁束の流れＭＦを均等な流れとすることが可能となる。
　その結果、全ての永久磁石２０から、磁束密度を均等に得ることが可能となる。
（５）永久磁石２０及び材料容器２２を収容する本体容器３０が、樹脂製である。
　このため、本体部２の最外層を形成する本体容器３０に発生する渦電流を低減させることが可能となり、本体容器３０の発熱を抑制することが可能となる。
　その結果、本体容器３０が強磁性体である構成と比較して、低温が得やすくなるため、磁気ヒートポンプ装置１の能力を向上させることが可能となる。
（６）収容部５６内の永久磁石２０よりも材料容器２２に近い位置に、樹脂製であるスペーサ２８を配置する。
　その結果、内蔵ヨーク２６が有する突出部分３６同士の接触を防止して、磁束の流れを正常化することが可能となる。
　また、永久磁石２０及び内蔵ヨーク２６の回転時に発生する空気抵抗を低減させることが可能となり、磁気ヒートポンプ装置１の能力を向上させることが可能となる。
　さらに、永久磁石２０及び内蔵ヨーク２６の回転時に発生する風切り音を抑制することが可能となり、磁気ヒートポンプ装置１の静粛性を向上させることが可能となる。
（７）全ての永久磁石２０ａ～２０ｄが、同一の形状である。
　その結果、永久磁石２０の製造が容易となり、コストを低減させることが可能となる。（８）回転軸３２の軸方向から見て、回転軸３２の中心軸ＣＳと、内蔵ヨーク２６の重心とが重なっている。
　その結果、回転軸３２の中心軸ＣＳと、内蔵ヨーク２６の重心とがずれている構成と比較して、永久磁石２０及び内蔵ヨーク２６の回転時に発生する揺動を低減させることが可能となり、磁気ヒートポンプ装置１の能力を向上させることが可能となる。
（第一実施形態の変形例）
（１）第一実施形態では、内蔵ヨーク２６の構成を、四つの収容部５６を有する構成としたが、これに限定するものではない。
　すなわち、例えば、図４中に示すように、内蔵ヨーク２６の構成を、二つの収容部５６を有する構成としてもよい。また、例えば、図５中に示すように、内蔵ヨーク２６の構成を、六つの収容部５６を有する構成としてもよい。
（２）第一実施形態では、永久磁石２０を、回転軸３２の軸方向から見て、方形に形成したが、これに限定するものではない。
　すなわち、例えば、図６中に示すように、回転軸３２の軸方向から見て、永久磁石２０の形状を、材料容器２２と近い辺を材料容器２２の形状に対応する円弧状の辺とした形状としてもよい。
　この場合、永久磁石２０を、回転軸３２の軸方向から見て方形に形成した場合と比較して、磁束密度を向上させることが可能となる。
（３）第一実施形態では、一つの収容部５６に収容する永久磁石２０を、一つの磁石により形成したが、これに限定するものではない。
　すなわち、例えば、複数の磁石を組み合わせて、一つの収容部５６に収容する永久磁石２０を形成してもよい。また、回転軸３２の軸方向に沿って、複数の磁石をハルバッハ配列することで、永久磁石２０を形成してもよい。
　１…磁気ヒートポンプ装置、２…本体部、４…連通孔プレート、６…回転ディスク、８…端面プレート、１０…循環ポンプ、１２…放熱側熱交換器、１４…吸熱側熱交換器、１６…、２０…永久磁石、２２…材料容器、２６…内蔵ヨーク、２８…スペーサ、３０…本体容器、３２…回転軸、３４…磁性材料、３６ａ…突出部分、３６ｂ…突出部分、４０ａ…外周側連通孔、４０ｂ…内周側連通孔、５０…回転板部、５２…外板部、５４…分割板部、５６…収容部、６０ａ…外周側切欠き、６０ｂ…内周側切欠き、８０ａ…外周側配管、８０ｂ…内周側配管、ＣＳ…中心軸、ＭＦ…磁束の流れ

Claims (8)

  1. 　回転軸の中心軸周りに回転可能であり、且つ前記中心軸の軸方向から見て前記回転軸の外周側へ開口するコの字形に形成された複数の収容部を有する内蔵ヨークと、
    　前記複数の収容部に収容されて前記内蔵ヨークと接触し、且つＮ極及びＳ極の着磁方向が前記中心軸の軸方向と直交する方向と平行な複数の永久磁石と、
    　前記内蔵ヨークの外周を包囲するように配置され、且つ内部に磁性材料を収容した材料容器と、を備え、
    　前記中心軸の軸方向から見て、前記収容部を形成する一対の内壁面に、前記永久磁石の極性が異なる面がそれぞれ接触し、
    　前記材料容器は、樹脂製であり、
    　前記内蔵ヨークは、強磁性体であり、
    　前記収容部は、前記永久磁石よりも前記材料容器に近い部分である突出部分を有することを特徴とする磁気ヒートポンプ装置。
  2. 　前記複数の収容部のうち少なくとも二つは、前記中心軸の軸方向から見て中心軸の軸方向と直交する方向と平行な向きに沿って配列され、
    　前記中心軸の軸方向と直交する方向と平行な向きに沿って配列され、且つ隣り合う二つの前記収容部に収容された二つの前記永久磁石は、前記Ｎ極の面と前記Ｓ極の面とが互いに対向していることを特徴とする請求項１に記載した磁気ヒートポンプ装置。
  3. 　前記内蔵ヨークは、前記中心軸の軸方向から見て中心軸から等しい距離に配置された四つの前記収容部を有することを特徴とする請求項２に記載した磁気ヒートポンプ装置。
  4. 　前記中心軸の軸方向から見て、全ての前記突出部分と前記材料容器との距離が等しいことを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載した磁気ヒートポンプ装置。
  5. 　前記永久磁石及び前記材料容器を収容する本体容器をさらに備え、
    　前記本体容器は、樹脂製であることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載した磁気ヒートポンプ装置。
  6. 　前記収容部内の前記永久磁石よりも前記材料容器に近い位置に配置されたスペーサをさらに備え、
    　前記スペーサは、樹脂製であることを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載した磁気ヒートポンプ装置。
  7. 　前記複数の永久磁石は、同一の形状であることを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか１項に記載した磁気ヒートポンプ装置。
  8. 　前記回転軸の軸方向から見て、前記中心軸と、前記内蔵ヨークの重心と、が重なっていることを特徴とする請求項１から請求項７のうちいずれか１項に記載した磁気ヒートポンプ装置。
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