JP2018124029A - Magnetic heat pump device - Google Patents
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Abstract
【課題】効率良く運転できる磁気ヒートポンプ装置を提供する。【解決手段】磁気ヒートポンプ装置1は、磁気熱量効果を発現する線状体12と、線状体が収容されたケース13とを含むMCM熱交換器10と、線状体に磁場を印加すると共に磁場の強度を変更する磁場変更部20と、MCM熱交換器の一端に接続された高温側熱交換器30と、MCM熱交換器の他端に接続された低温熱交換器40と、磁場変更部により線状体に印加される磁場の強度を変更することに伴い、一端側から他端側又は他端側から一端側に向けて熱媒体を移動させる熱媒体移動部50と、一端側と他端側とを直接接続し、MCM熱交換器を迂回するバイパス配管70と、バイパス配管に設けられ、バイパス配管を通る熱媒体の流量を調整する流量調整弁80と、を備える。【選択図】図1A magnetic heat pump device capable of operating efficiently is provided. A magnetic heat pump device 1 applies a magnetic field to a linear body, an MCM heat exchanger 10 including a linear body 12 that exhibits a magnetocaloric effect, and a case 13 in which the linear body is accommodated. Magnetic field changing unit 20 that changes the strength of the magnetic field, high temperature side heat exchanger 30 connected to one end of the MCM heat exchanger, low temperature heat exchanger 40 connected to the other end of the MCM heat exchanger, and magnetic field change A heat medium moving unit 50 that moves the heat medium from one end side to the other end side or from the other end side to the one end side in accordance with the change in the strength of the magnetic field applied to the linear body by the unit; A bypass pipe 70 that directly connects the other end side and bypasses the MCM heat exchanger, and a flow rate adjusting valve 80 that is provided in the bypass pipe and adjusts the flow rate of the heat medium passing through the bypass pipe are provided. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、磁気熱量効果を利用した磁気ヒートポンプ装置に関するものである。 The present invention relates to a magnetic heat pump device using a magnetocaloric effect.
磁気熱量効果型のヒートポンプとして、磁気熱量素子と熱交換する熱輸送媒体を流す熱輸送装置に斜板型のピストンポンプを用いたものが知られている(例えば特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art As a magnetocaloric effect type heat pump, a swash plate type piston pump is known as a heat transport device for flowing a heat transport medium that exchanges heat with a magnetocaloric element (see, for example, Patent Document 1).
上記ヒートポンプにおいて、当該ヒートポンプの運転状態に応じて、磁気熱量素子を通る熱輸送媒体の輸送量を増減させることが難しい。このため、ヒートポンプを効率良く運転できないという問題がある。 In the heat pump, it is difficult to increase or decrease the transport amount of the heat transport medium passing through the magnetocaloric element according to the operation state of the heat pump. For this reason, there is a problem that the heat pump cannot be operated efficiently.
本発明が解決しようとする課題は、効率良く運転できる磁気ヒートポンプ装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a magnetic heat pump device that can be operated efficiently.
[1]本発明に係る磁気ヒートポンプ装置は、磁気熱量効果を発現する磁性体と、前記磁性体が収容されたケースとを含む熱交換器と、前記磁性体に磁場を印加すると共に前記磁場の強度を変更する磁場変更手段と、前記熱交換器の一端に接続された第1の外部熱交換器と、前記熱交換器の他端に接続された第2の外部熱交換器と、前記磁場変更手段により前記磁性体に印加される前記磁場の強度を変更することに伴い、前記一端側から前記他端側、又は、前記他端側から前記一端側に向けて前記熱媒体を移動させる熱媒体移動手段と、前記一端側と前記他端側とを直接接続し、前記熱交換器を迂回するバイパス流路と、前記バイパス流路に設けられ、前記バイパス流路を通る前記熱媒体の流量を調整する流量調整手段と、を備える磁気ヒートポンプ装置である。 [1] A magnetic heat pump device according to the present invention includes a heat exchanger including a magnetic body that exhibits a magnetocaloric effect, a case in which the magnetic body is accommodated, a magnetic field applied to the magnetic body, and the magnetic field Magnetic field changing means for changing the strength, a first external heat exchanger connected to one end of the heat exchanger, a second external heat exchanger connected to the other end of the heat exchanger, and the magnetic field Heat that moves the heat medium from the one end side to the other end side or from the other end side to the one end side in accordance with changing the strength of the magnetic field applied to the magnetic body by the changing means. A medium moving means, a bypass flow path that directly connects the one end side and the other end side to bypass the heat exchanger, a flow rate of the heat medium that is provided in the bypass flow path and passes through the bypass flow path A flow rate adjusting means for adjusting the magnetic heat A pump device.
[2]上記発明において、前記一端側から前記他端側に向けて前記熱媒体が移動する場合における前記バイパス流路を通る前記熱媒体の流量と、前記他端側から前記一端側に向けて前記熱媒体が移動する場合における前記バイパス流路を通る前記熱媒体の流量とが相互に異なるように前記流量調整手段が動作してもよい。 [2] In the above invention, when the heat medium moves from the one end side toward the other end side, the flow rate of the heat medium passing through the bypass channel, and from the other end side toward the one end side. The flow rate adjusting means may operate so that the flow rate of the heat medium passing through the bypass flow path when the heat medium moves is different from each other.
[3]上記発明において、前記熱媒体移動手段は、少なくとも一つのピストンシリンダを有していてもよい。 [3] In the above invention, the heat medium moving means may have at least one piston cylinder.
本発明によれば、熱交換器を通る熱媒体の流量を調整することができるため、磁気ヒートポンプ装置を効率良く運転することができる。 According to the present invention, since the flow rate of the heat medium passing through the heat exchanger can be adjusted, the magnetic heat pump device can be operated efficiently.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の一実施の形態に係る磁気ヒートポンプ装置の全体構成図であり、永久磁石が第1の位置にある状態を示す図、図2は本発明の一実施の形態に係る磁気ヒートポンプ装置の全体構成図であり、永久磁石が第2の位置にある状態を示す図、図3は本発明の一実施の形態に係るMCM熱交換器の構成を示す分解斜視図、図4は本発明の一実施の形態に係るMCM熱交換器の延在方向に沿った断面図である。 FIG. 1 is an overall configuration diagram of a magnetic heat pump device according to an embodiment of the present invention, showing a state in which a permanent magnet is in a first position, and FIG. 2 is a magnetic heat pump according to an embodiment of the present invention. It is a whole block diagram of an apparatus, and is a figure which shows the state which has a permanent magnet in a 2nd position, FIG. 3 is an exploded perspective view which shows the structure of the MCM heat exchanger which concerns on one embodiment of this invention, FIG. It is sectional drawing along the extension direction of the MCM heat exchanger which concerns on one embodiment of invention.
図1及び図2に示す磁気ヒートポンプ装置1は、磁気熱量効果(Magnetocaloric effect)を利用したヒートポンプ装置であり、家庭用或いは自動車等の空気調和装置に適用される。この磁気ヒートポンプ装置1は、MCM熱交換器10と、MCM熱交換器10に対して磁場の印加/除去をする磁気変更部20と、MCM熱交換器10の一端(高温端)に接続された高温側熱交換器30と、MCM熱交換器10の他端(低温端)に接続された低温側熱交換器40と、第1のピストンシリンダ51と第2のピストンシリンダ52とを有する熱媒体移動部50と、熱媒体を通す配管60a〜60d及びバイパス配管70と、バイパス配管70に設けられた流量調整弁80と、を備えている。この磁気ヒートポンプ装置1においては、第1のピストンシリンダ51、高温側熱交換器30、MCM熱交換器10、低温側熱交換器40、及び第2のピストンシリンダ52がこの順で配管60a〜配管60dにより接続されており、配管60aの一端及び配管60dの他端のそれぞれに、第1のピストンシリンダ51及び第2のピストンシリンダ52が配されている。なお、熱媒体としては、例えば、水、不凍液、エタノール溶液、又は、これらの混合物等の液体流体を用いることができる。
A magnetic
MCM熱交換器10は、図3及び図4に示すように、複数の線状体12からなる集合体11と、当該集合体11が収容されたケース13と、ケース13に接続された第1のアダプタ14と第2のアダプタ15とを含んでいる。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
線状体12は、磁気熱量効果を発現する磁気熱量効果材料(MCM:Magnetocaloric Effect Material)から構成された円形の断面形状を有する線材である。このMCMから構成される線状体12に磁場を印加すると、電子スピンが揃うことで磁気エントロピーが減少し、当該線状体12は発熱して温度が上昇する。一方、線状体12から磁場を除去すると、当該線状体12は、電子スピンが乱雑となり磁気エントロピーが増加し、当該線状体12は吸熱して温度が低下する。
The
この線状体12を構成するMCMは、磁性体であれば特に限定しないが、例えば、常温域で高い磁気熱量効果を発現する磁性体であることが好ましい。こうしたMCMの具体例としては、例えば、ガドリニウム(Gd)、ガドリニウム合金、ランタン−鉄−シリコン(La−Fe−Si)系化合物等を例示することができる。
Although MCM which comprises this
集合体11は、相互に並列された複数の線状体12の束により構成されている。隣接する線状体12同士の側面は相互に接触し、その結果、これらの間に流路が形成されている。なお、理解を容易にするために、図3には、実際の本数よりも少ない本数の線状体12から構成される集合体11を示しているが、実際には、数千本〜数万本の線状体12から集合体11が構成されている。
The
線状体12の線径としては、特に限定しないが、例えば、0.01〜1mmであることが好ましい。この際、集合体11を構成する複数の線状体12は、実質的に同一の線径のものを用いてもよいし、異なる線径のものが混在していてもよい。
Although it does not specifically limit as a wire diameter of the
この線状体12の集合体11は、ケース13に収容されている。図3及び図4に示すように、ケース13は、矩形筒状に構成されている。このケース13の軸方向の一端及び他端には、第1の開口131及び第2の開口132がそれぞれ形成されている。線状体12は、直線状に延在しており、この線状体12の延在方向とケース13の軸方向とは実質的に一致している。また、第1の開口131及び第2の開口132の中心は、集合体11の中心と同軸上に位置している。なお、複数の線状体12は撚り合わせてもよい。この場合、集合体11を構成する多数の線状体12を、2,3本ずつの組に分けて、各組の2,3本の線状体12を撚り合わせてもよい。
The
ケース13は、軸方向に対して直交する断面における断面形状がコ字状(略U字状)の収容部13aと、矩形板状の蓋部13bとを含んでいる。この蓋部13bの幅方向端部が、収容部13aの開口端部に固定されることにより、収容部13aの開口端部が蓋部13bにより閉塞されている。
The
ケース13の第1の開口131には第1のアダプタ14が接続されており、第2の開口132には第2のアダプタ15が接続されている。この第1のアダプタ14及び第2のアダプタ15としては、例えば、熱収縮チューブや樹脂成型品や金属加工品などを用いることができる。
The
第1のアダプタ14は、第1の開口131と接続される側の反対側に、第1の連結口141を有している。この第1の連結口141は、配管60bを介して高温側熱交換器30に接続されている。第2のアダプタ15も、第2の開口132と接続される側の反対側に第2の連結口151を有している。この第2の連結口151は、配管60cを介して低温側熱交換器40に接続されている。
The
磁気変更部20は、図1及び図2に示すように、一対の永久磁石21を含んでいる。この一対の永久磁石21は、特に図示しない駆動装置(不図示)により、一対の永久磁石21の間にMCM熱交換器10が介在しない位置(以下、第1の位置とも言う。)と、一対の永久磁石21の間にMCM熱交換器10が介在する位置(以下、第2の位置とも言う。)と、の間を往復移動している。図1及び図2に示す磁気ヒートポンプ装置1では、一対の永久磁石21は、MCM熱交換器10の延在方向に沿って往復移動しているが、特にこれに限定されず、一対の永久磁石21は、MCM熱交換器10の幅方向に沿って往復移動させてもよい。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
なお、一対の永久磁石21を固定して、MCM熱交換器10を第1の位置と第2の位置との間を往復移動させてもよい。また、永久磁石21に代えて、コイルを有する電磁石を用いてもよく、この場合には、MCM熱交換器10又は永久磁石21を往復移動させる駆動装置が不要となる。また、コイルを有する電磁石を用いる場合には、電磁石の増磁/減磁を行うことで線状体12に印加される磁場の強度(磁場の大きさ)を変更してもよい。
The pair of
高温側熱交換器30は、MCM熱交換器10よりも高温になる熱交換器である。この高温側熱交換器30は、磁気ヒートポンプ装置1の外部(例えば、温度調整される対象物)と高熱を交換する機能を有する。一方、低温側熱交換器40は、MCM熱交換器10よりも低温になる熱交換器である。この低温側熱交換器40は、磁気ヒートポンプ装置1の外部と低熱を交換する機能を有する。
The high temperature
熱媒体移動部50は、第1のピストンシリンダ51と、第2のピストンシリンダ52とを有している。第1のピストンシリンダ51は、配管60aの一端に配されている。この第1のピストンシリンダ51は、シリンダ511と、シリンダ511内に収容されたピストン512と、を有している。
The heat
シリンダ511は、配管60aを介して高温側熱交換器30と接続している。このシリンダ511は、略円形の断面形状を有する中空筒状の筒状部511aと、筒状部511aの長手方向一端を閉塞する底部511bと、を含んでいる。底部511bには、配管60aの一端と繋がる接続口511cが設けられている。ピストン512は、シリンダ511の断面形状と相似形とされた板状部材である。このピストン512は、筒状部511aの内周と隙間なく密着している。
The
ピストン512は、特に図示しない往復動機構(不図示)によって、シリンダ511の長手方向に沿ってシリンダ511内を往復摺動することが可能となっている。このピストン512の往復摺動は、永久磁石21の第1の位置と第2の位置との間の往復移動と連動して行われる。また、ピストン512の往復摺動は、第2のピストンシリンダ52のピストン522(後述)の往復摺動と連動して行われる。
The
第1のピストンシリンダ51では、シリンダ511の筒状部511a及び底部511b、並びにピストン512によって熱媒体室513が画定されている。この熱媒体室513には、熱媒体が充填されている。
In the
第2のピストンシリンダ52は、配管60dの他端に配されている。この第2のピストンシリンダ52も、シリンダ521と、シリンダ521内に収容されたピストン522と、を有している。
The
シリンダ521は、配管60dを介して低温側熱交換器40と接続している。このシリンダ521は、シリンダ511と同様の形状を有し、中空筒状の筒状部521aと、筒状部521aの長手方向一端を閉塞する底部521bとを含んでいる。底部521bには、配管60dの他端と繋がる接続口521cが設けられている。ピストン522は、ピストン512と同様の形状を有し、筒状部521aの内周と隙間なく密着している。
The
ピストン522は特に図示しない往復動機構(不図示)によって、シリンダ511の長手方向に沿ってシリンダ511内を往復摺動することが可能となっている。このピストン522の往復摺動は、永久磁石の第1の位置と第2の位置との間の往復移動と連動して行われる。また、ピストン522の往復摺動は、ピストン512の往復摺動と連動して行われる。
The
第2のピストンシリンダ52では、シリンダ521の筒状部521a及び底部521b、並びにピストン522によって熱媒体室523が画定されている。この熱媒体室523には、熱媒体が充填されている。
In the
バイパス配管70は、MCM熱交換器10を迂回するためのバイパス配管であり、MCM熱交換器10の一端側(第1のアダプタ14側)とMCM熱交換器10の他端側(第2のアダプタ15側)とを直接接続している。具体的には、バイパス配管70は、配管60aと配管60dとを直接接続している。これによって、磁気ヒートポンプ装置1において、一部の熱媒体が高温側熱交換器30、MCM熱交換器10、及び低温側熱交換器40を迂回して流れる流路が構成されている。
The
流量調整弁80は、バイパス配管70に設けられている。この流量調整弁80は、バイパス配管70を通る熱媒体の流量を調整している。具体的には、流量調整弁80の開度を大きくすると、バイパス配管70を通る熱媒体の流量が相対的に大きくなる。この場合、バイパス配管70と並列接続されるMCM熱交換器10を通る熱媒体の流量が相対的に小さくなる。一方、流量調整弁80の開度を小さくすると、バイパス配管70を通る熱媒体の流量が相対的に小さくなる。この場合、バイパス配管70と並列接続されるMCM熱交換器10を通る熱媒体の流量が相対的に大きくなる。このような流量調整弁80は、電磁弁であってもよいし、手動弁であってもよい。
The flow
次に、本実施形態の磁気ヒートポンプ装置1の作用について説明する。図5は本発明の一実施の形態に係る磁気ヒートポンプ装置における出力Wと温度スパンΔTとの関係を示すグラフ、図6は本発明の一実施の形態に係る磁気ヒートポンプ装置におけるMCM熱交換器を通る熱媒体の流量に対する出力Wの変化、温度スパンΔTの変化、及びエネルギ効率COPの変化を示すグラフである。
Next, the operation of the magnetic
本実施形態の磁気ヒートポンプ装置1は、以下の通りに動作する。まず、図1に示すように、磁場変更部20の永久磁石21を第1の位置に移動させると、MCM熱交換器10の線状体12に印加される磁場の強度が減少して、線状体12の温度が低下する。また、これに伴って、熱媒体移動部50において、熱媒体室513の体積が減少する方向にシリンダ511内のピストン512を摺動移動させる(すなわち、シリンダ511の長手方向に沿って底部511bに近づく側に向けてシリンダ511内のピストン512を摺動移動させる。)と共に、熱媒体室523の体積が増加する方向にシリンダ521内のピストン522を摺動移動させる(すなわち、シリンダ521の長手方向に沿って底部521bから離れる側に向けてシリンダ521内のピストン522を摺動移動させる。)。これにより、熱媒体室513内が昇圧されると共に熱媒体室523内が減圧されて、接続口511cを介して熱媒体室513から配管60aに熱媒体が供給され、MCM熱交換器10の一端側から他端側に向けた方向(以下、第1の方向とも言う。)に熱媒体が移動する。
The magnetic
この場合、熱媒体は、MCM熱交換器10を通過する際に、温度が低下した線状体12によって冷却される。そして、冷却された熱媒体が低温側熱交換器40に供給されて、当該低温側熱交換器40が冷却される。そして、熱媒体は配管60d外に押し出され、接続口521cを介して第2のピストンシリンダ52(具体的には、熱媒体室523)に供給される。
In this case, when the heat medium passes through the
上述の動作により、冷却された低温側熱交換器40が外部との間で熱交換を行うことで、磁気ヒートポンプ装置1を用いた空気調和装置を冷房として機能させることができる。
By the above-described operation, the cooled low-temperature
一方、図2に示すように、磁場変更部20の永久磁石21を第2の位置に移動させると、MCM熱交換器10の線状体12に印加される磁場の強度が増加して、線状体12の温度が上昇する。また、これに伴って、熱媒体移動部50において、熱媒体室523の体積が増加する方向にシリンダ511内のピストン512を摺動移動させる(すなわち、シリンダ511の長手方向に沿って底部511bから離れる側に向けてシリンダ511内のピストン512を摺動移動させる。)と共に、熱媒体室523の体積が減少する方向にシリンダ521内のピストン522を摺動移動させる(すなわち、シリンダ521の長手方向に沿って底部521bに近づく側に向けてシリンダ521内のピストン522を摺動移動させる。)。これにより、熱媒体室513内が減圧されると共に熱媒室523内が昇圧されて、接続口521cを介して第2のピストンシリンダ52から配管60dに熱媒体が供給され、MCM熱交換器10の他端側から一端側に向けた方向(以下、第2の方向とも言う。)に熱媒体が移動する。
On the other hand, as shown in FIG. 2, when the
この場合、熱媒体は、MCM熱交換器10を通過する際に、温度が上昇した線状体12によって加熱される。そして、加熱された熱媒体が高温側熱交換器30に供給されて、当該高温側熱交換器30が加熱される。そして、熱媒体は配管60a外に吐き出され、接続口511cを介して第1のピストンシリンダ51(具体的には、熱媒体室513)に供給される。
In this case, the heat medium is heated by the
上述の動作により、加熱された高温側熱交換器30が外部との熱交換を行うことで、磁気ヒートポンプ装置1を用いた空気調和装置を暖房として機能させることができる。
By the above-described operation, the heated high-temperature
そして、永久磁石21が第1の位置と第2の位置との間の往復移動を繰り返し、MCM熱交換器10内の線状体12に印加される磁場の強度の増加/減少を交互に繰り返すと共に、当該磁場の強度の増加/減少に伴って、シリンダ511内のピストン512の往復摺動、及び、シリンダ521内のピストン522の往復動作を繰り返し、第1の方向に向けた熱媒体の移動と、第2の方向に向けた熱媒体の移動と、を交互に繰り返すことで、低温側熱交換器40の冷却と、高温側熱交換器30の加熱とが継続される。
Then, the
ここで、磁気ヒートポンプ装置1では、MCM熱交換器10を流れる熱媒体の流量の増減に起因して、磁気ヒートポンプ装置1の出力Wが向上(低下)する反面、温度スパンΔTが減少(増大)する、トレードオフの関係が存在する(図5参照)。このため、磁気ヒートポンプ装置1の運転状態(運転モード)に応じて、MCM熱交換器10を流れる熱媒体の流量を調整して、磁気ヒートポンプ装置1を効率良く運転させることが求められる。
Here, in the magnetic
例えば、磁気ヒートポンプ装置1の運転状態がスタートアップモードである場合には、温度調整される対象物の温度を素早く調整することが求められる。この場合、図6に示すように、磁気ヒートポンプ装置1では、流量調整弁80の開度を小さくして、MCM熱交換器10を通る熱媒体の流量を比較的大きい流量(以下、第1の流量とも言う。)に設定する。これによって、磁気ヒートポンプ装置1の出力を大きくすることができる。
For example, when the operation state of the magnetic
また、磁気ヒートポンプ装置1の運転状態がより低温/高温を得るためのモードである場合には、温度調整される対象物に対してより高熱/低熱を交換することが求められる。この場合、図6に示すように、磁気ヒートポンプ装置1では、流量調整弁80の開度を大きくして、MCM熱交換器10を通る熱媒体の流量を第1の流量よりも小さい流量(以下、第2の流量とも言う。)に設定する。これによって、磁気ヒートポンプ装置1の温度スパンΔTを大きくすることができる。
Moreover, when the operation state of the magnetic
さらに、磁気ヒートポンプ装置1の運転が定常モードである場合には、温度調整される対象物の温度を維持しつつ、エネルギ効率良く運転することが求められる。この場合、図6に示すように、磁気ヒートポンプ装置1では、流量調整弁80の開度を調整して、MCM熱交換器10を通る熱媒体の流量を第1の流量と第2の流量との間の流量(以下、第3の流量とも言う。)に設定する。これによって、磁気ヒートポンプ装置1のエネルギ効率COPを向上させることができる。
Furthermore, when the operation of the magnetic
このように、本実施形態では、磁気ヒートポンプ装置1の運転状態に応じて、バイパス配管70に設けられた流量調整弁80により、MCM熱交換器10を通る熱媒体の流量を調整することができるため、磁気ヒートポンプ装置1を効率良く運転することができる。
Thus, in the present embodiment, the flow rate of the heat medium passing through the
本実施形態における「磁気ヒートポンプ装置1」が本発明における「磁気ヒートポンプ装置」の一例に相当し、本実施形態における「MCM熱交換器10」が本発明における「熱交換器」の一例に相当し、本実施形態における「線状体12」が本発明における「磁性体」の一例に相当し、本実施形態における「ケース13」が本発明における「ケース」の一例に相当し、本実施形態における「磁場変更部20」が本発明における「磁場変更手段」の一例に相当し、本実施形態における「高温側熱交換器30」が本発明における「第1の外部熱交換器」の一例に相当し、本実施形態における「低温側熱交換器40」が本発明における「第2の外部熱交換器」の一例に相当し、本実施形態における「熱媒体移動部50」が本発明における「熱媒体移動手段」の一例に相当し、本実施形態における「バイパス配管70」が本発明における「バイパス流路」の一例に相当し、本実施形態における「流量調整弁80」が本発明における「流量調整手段」の一例に相当し、本実施形態における「第1のピストンシリンダ51」及び「第2のピストンシリンダ52」が本発明における「ピストンシリンダ」の一例に相当する。
The “magnetic
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。従って、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。 The embodiment described above is described for facilitating the understanding of the present invention, and is not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment includes all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.
例えば、第1の方向に熱媒体が移動する場合におけるバイパス配管70を通る熱媒体の流量と、第2の方向に熱媒体が移動する場合におけるバイパス配管70を通る熱媒体の流量とが相互に異なる流量となるように流量調整弁80を動作させてもよい。例えば、MCM熱交換器10において、第1の方向に熱媒体が移動する際に生じる圧力損失と、第2の方向に熱媒体が移動する際に生じる圧力損失とが異なる場合、双方向においてMCM熱交換器10を通る熱媒体の流量が同じであると、熱媒体の移動する方向によってMCM熱交換器10と熱媒体との間で交換される熱量が異なってしまうおそれがある。これに対して、本例の場合、熱媒体の流れ方向に応じて流量調整弁80の開度を調整することで、双方向においてMCM熱交換器10を通る熱媒体の流量を最適の値に設定することができる。これによって、磁気ヒートポンプ装置1をさらに効率良く運転することができる。
For example, the flow rate of the heat medium passing through the
また、流量調整弁80が電磁弁である場合、流量調整手段は、流量調整弁80と、流量調整弁80を制御する制御装置(不図示)とを含んでいてもよい。この制御装置は、磁場変更部20及び熱媒体移動部50の動作と連動して流量調整弁80の開閉動作を制御する機能を有する。例えば、制御装置は、第1の方向に向けて熱媒体が移動する場合におけるバイパス流路を通る熱媒体の流量と、第2の方向に向けて熱媒体が移動する場合におけるバイパス流路を通る熱媒体の流量とが相互に異なるように流量調整弁80の開閉動作を制御してもよい。
Further, when the flow
また、上述の実施形態では、磁気ヒートポンプ装置を家庭用或いは自動車等の空気調和装置に適用した例について説明したが、特にこれに限定されない。例えば、用途に応じた適切なキュリー温度を有するMCMを選定することで、冷凍機のような極低温域での用途、或いは、ある程度高温域での用途に、本発明に係る磁気ヒートポンプ装置を適用してもよい。 Moreover, although the above-mentioned embodiment demonstrated the example which applied the magnetic heat pump apparatus to air conditioners, such as home use or a motor vehicle, it is not specifically limited to this. For example, by selecting an MCM having an appropriate Curie temperature according to the application, the magnetic heat pump device according to the present invention can be applied to an application in a cryogenic temperature region such as a refrigerator or an application in a certain high temperature region. May be.
また、本実施形態では、MCM熱交換器は、単一の集合体によって構成していたが、特にこれに限定されず、複数の集合体を当該MCM熱交換器の延在方向に沿って並設して構成してもよい。この場合、複数の集合体は、相互に同一の構成を有していてもよいし、異なる構成を有していてもよい。 In the present embodiment, the MCM heat exchanger is configured by a single assembly. However, the present invention is not particularly limited to this, and a plurality of assemblies are arranged along the extending direction of the MCM heat exchanger. It may be provided and configured. In this case, the plurality of aggregates may have the same configuration or different configurations.
また、MCM熱交換器において、高温端側から低温端側に亘る温度勾配に応じて、異なるキュリー点(キュリー温度)のMCM材料を採用した複数の集合体を用いてもよい。具体的には、高温端側に配される集合体には、比較的キュリー点の高い材料を採用し、低温端側に配される集合体には、比較的キュリー点の低い材料を採用することが好ましい。このように、MCM熱交換器における温度雰囲気に対応して異なるキュリー点の材料で構成された線材を用いることで、より効率良く磁気熱量効果を作用させることができる。 Further, in the MCM heat exchanger, a plurality of aggregates employing MCM materials having different Curie points (Curie temperatures) may be used according to the temperature gradient from the high temperature end side to the low temperature end side. Specifically, a material having a relatively high Curie point is used for the assembly disposed on the high temperature end side, and a material having a relatively low Curie point is employed for the assembly disposed on the low temperature end side. It is preferable. As described above, the magnetocaloric effect can be applied more efficiently by using the wire made of the material having different Curie points corresponding to the temperature atmosphere in the MCM heat exchanger.
1…磁気ヒートポンプ装置
10…MCM熱交換器
11…集合体
12…線状体
13…ケース
131…第1の開口
132…第2の開口
13a…収容部
13b…蓋部
14…第1のアダプタ
141…第1の連結口
15…第2のアダプタ
151…第2の連結口
20…磁場変更部
21…永久磁石
30…高温側熱交換器
40…低温側熱交換器
50…熱媒体移動部
51…第1のピストンシリンダ
513…熱媒体室
511…シリンダ
511a…筒状部
511b…底部
511c…接続口
512…ピストン
52…第2のピストンシリンダ
523…熱媒体室
521…シリンダ
521a…筒状部
521b…底部
521c…接続口
522…ピストン
60a〜60d…配管
70…バイパス配管
80…流量調整弁
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記磁性体に磁場を印加すると共に前記磁場の強度を変更する磁場変更手段と、
前記熱交換器の一端に接続された第1の外部熱交換器と、
前記熱交換器の他端に接続された第2の外部熱交換器と、
前記磁場変更手段により前記磁性体に印加される前記磁場の強度を変更することに伴い、前記一端側から前記他端側、又は、前記他端側から前記一端側に向けて熱媒体を移動させる熱媒体移動手段と、
前記一端側と前記他端側とを直接接続し、前記熱交換器を迂回するバイパス流路と、
前記バイパス流路に設けられ、前記バイパス流路を通る前記熱媒体の流量を調整する流量調整手段と、を備える磁気ヒートポンプ装置。 A heat exchanger including a magnetic body that exhibits a magnetocaloric effect, and a case in which the magnetic body is housed;
Magnetic field changing means for applying a magnetic field to the magnetic body and changing the strength of the magnetic field;
A first external heat exchanger connected to one end of the heat exchanger;
A second external heat exchanger connected to the other end of the heat exchanger;
Along with changing the strength of the magnetic field applied to the magnetic body by the magnetic field changing means, the heat medium is moved from the one end side to the other end side or from the other end side to the one end side. A heat transfer means;
A bypass flow path for directly connecting the one end side and the other end side to bypass the heat exchanger;
A magnetic heat pump apparatus comprising: a flow rate adjusting unit that is provided in the bypass flow channel and adjusts a flow rate of the heat medium passing through the bypass flow channel.
前記一端側から前記他端側に向けて前記熱媒体が移動する場合における前記バイパス流路を通る前記熱媒体の流量と、前記他端側から前記一端側に向けて前記熱媒体が移動する場合における前記バイパス流路を通る前記熱媒体の流量とが相互に異なるように前記流量調整手段が動作する磁気ヒートポンプ装置。 The magnetic heat pump device according to claim 1,
When the heat medium moves from the one end side toward the other end side, the flow rate of the heat medium passing through the bypass channel, and when the heat medium moves from the other end side toward the one end side A magnetic heat pump device in which the flow rate adjusting means operates such that the flow rate of the heat medium passing through the bypass flow path in the flow path is different from each other.
前記熱媒体移動手段は、少なくとも一つのピストンシリンダを有する磁気ヒートポンプ装置。 The magnetic heat pump device according to claim 1 or 2,
The heat medium moving means is a magnetic heat pump device having at least one piston cylinder.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2017
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