JP2018132204A - Heat exchanger and magnetic heat pump device - Google Patents
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Abstract
【課題】磁気熱量効果材料からなる線状体を細くしても、流体の圧力による線状体の変形や破断を抑制すると共に、反磁場の影響を抑制することが可能な熱交換器を提供する。【解決手段】MCM熱交換器10は、相互に積層された複数のメッシュ部材12と、複数のメッシュ部材12を収容する容器13と、を備えており、それぞれのメッシュ部材12は、複数の線材を織り込んで構成され、複数の線材は、Z軸方向に沿って延在する複数の第1の線材121とX軸方向に沿って延在する複数の第2の線材122と、を含み、第1及び第2の線材121,122は、磁気熱量効果を有する磁気熱量効果材料で構成され、相互に隣り合う第2の線材の第2のピッチP2は、相互に隣り合う第1の線材121の第1のピッチP1に対して相対的に広くなっている。【選択図】 図6Provided is a heat exchanger capable of suppressing deformation and breakage of a linear body due to fluid pressure and suppressing the influence of a demagnetizing field even if the linear body made of a magnetocaloric effect material is thinned. To do. An MCM heat exchanger (10) includes a plurality of mesh members (12) stacked on each other, and a container (13) for housing the mesh members (12), each mesh member (12) having a plurality of wire rods. The plurality of wire rods include a plurality of first wire rods 121 extending along the Z-axis direction and a plurality of second wire rods 122 extending along the X-axis direction. The first and second wire rods 121 and 122 are made of a magnetocaloric effect material having a magnetocaloric effect, and the second pitch P2 of the second wire rods adjacent to each other is equal to that of the first wire rods 121 adjacent to each other. It is relatively wide with respect to the first pitch P1. [Selection] Figure 6
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用いられる熱交換器、及び、その熱交換器を備え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 heat exchanger used in a magnetic heat pump apparatus using a magnetocaloric effect, and a magnetic heat pump apparatus including the heat exchanger.
棒形状の磁気作業物質の長手方向を磁場の方向に合わせるようにダクト内に当該磁気作業物質を収容することにより、反磁場を抑制する磁気冷凍装置が知られている(例えば特許文献1参照)。 A magnetic refrigeration apparatus is known that suppresses a demagnetizing field by accommodating the magnetic working material in a duct so that the longitudinal direction of the rod-shaped magnetic working material matches the direction of the magnetic field (see, for example, Patent Document 1). .
熱交換効率の向上の観点から、棒形状の磁気作業物質を細くすることで、当該磁気作業物質と熱交換媒体との接触面積を増やすことが好ましい。しかしながら、上記の磁気冷凍装置では、個々の磁気作業物質がその両端のみでダクトに支持され、しかも相互に離間して設けられているため、磁気作業物質を細くすると熱交換媒体の圧力によって磁気作業物質が変形したり破断してしまう場合がある、という問題がある。 From the viewpoint of improving heat exchange efficiency, it is preferable to increase the contact area between the magnetic working material and the heat exchange medium by thinning the rod-shaped magnetic working material. However, in the above magnetic refrigeration apparatus, each magnetic working material is supported by the duct only at both ends thereof, and is provided so as to be separated from each other. There is a problem that the material may be deformed or broken.
本発明が解決しようとする課題は、磁気熱量効果材料からなる線状体を細くしても、流体の圧力による線状体の変形や破断を抑制すると共に、反磁場の影響を抑制することが可能な熱交換器、及び、その熱交換器を備えた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 that even if the linear body made of a magnetocaloric effect material is thinned, the deformation and breakage of the linear body due to the pressure of the fluid are suppressed and the influence of the demagnetizing field is suppressed. The object is to provide a possible heat exchanger and a magnetic heat pump device equipped with the heat exchanger.
[1]本発明に係る熱交換器は、相互に積層された複数のメッシュ部材と、複数の前記メッシュ部材を収容する容器と、を備えており、それぞれの前記メッシュ部材は、複数の線状体を織り込んで構成され、複数の前記線状体は、第1の方向に沿って延在する複数の第1の線状体と、前記第1の方向に交差する第2の方向に沿って延在する複数の第2の線状体と、を含み、前記第1及び前記第2の線状体は、磁気熱量効果を有する磁気熱量効果材料で構成され、相互に隣り合う前記第2の線状体のピッチは、相互に隣り合う前記第1の線状体のピッチに対して相対的に広い熱交換器である。 [1] A heat exchanger according to the present invention includes a plurality of mesh members stacked on each other, and a container that accommodates the plurality of mesh members, each mesh member having a plurality of linear shapes. A plurality of linear bodies extending along a first direction and a second direction intersecting the first direction. A plurality of second linear bodies extending, wherein the first and second linear bodies are made of a magnetocaloric effect material having a magnetocaloric effect and are adjacent to each other. The pitch of the linear bodies is a heat exchanger that is relatively wide with respect to the pitch of the first linear bodies adjacent to each other.
[2]上記発明において、前記第1の方向は、前記線状体に印加される磁場の方向に実質的に平行であり、前記容器は、一方の端部に位置する第1の開口と、他方の端部に位置する第2の開口と、を有しており、前記第1の開口から前記第2の開口に向かう方向と、前記メッシュ部材の積層方向とが実質的に平行であってもよい。 [2] In the above invention, the first direction is substantially parallel to the direction of the magnetic field applied to the linear body, and the container has a first opening located at one end; A second opening located at the other end, and the direction from the first opening toward the second opening is substantially parallel to the stacking direction of the mesh members. Also good.
[3]上記発明において、それぞれの前記メッシュ部材が有する前記第1の線状体の本数は、それぞれの前記メッシュ部材が有する前記第2の線状体の本数に対して相対的に多くてもよい。 [3] In the above invention, the number of the first linear bodies included in each mesh member may be relatively greater than the number of the second linear bodies included in each mesh member. Good.
[4]上記発明において、前記第2の線状体は、前記第1の方向に沿った長さが前記積層方向に沿った長さに対して相対的に大きな断面形状を有してもよい。 [4] In the above invention, the second linear body may have a cross-sectional shape whose length along the first direction is relatively large with respect to the length along the stacking direction. .
[5]上記発明において、複数の前記メッシュ部材は、相互に部分的に接合され、又は、相互に非接合であってもよい。 [5] In the above invention, the plurality of mesh members may be partially joined to each other, or may not be joined to each other.
[6]本発明に係る磁気ヒートポンプ装置は、上記の少なくとも一つの熱交換器と、前記線状体に磁場を印加すると共に前記磁場の大きさを変更する磁場変更手段と、を備え、前記磁場変更手段は、複数の前記メッシュ部材の積層方向に対して磁場の印加方向が実質的に直交するように設けられている磁気ヒートポンプ装置である。 [6] A magnetic heat pump device according to the present invention includes the at least one heat exchanger, and a magnetic field changing unit that applies a magnetic field to the linear body and changes the magnitude of the magnetic field, The changing means is a magnetic heat pump device provided such that the direction in which the magnetic field is applied is substantially orthogonal to the stacking direction of the plurality of mesh members.
[7]上記発明において、前記磁気ヒートポンプ装置は、配管を介して前記熱交換器にそれぞれ接続された第1及び第2の外部熱交換器と、前記磁気変更手段により前記メッシュ部材に印加される磁場の大きさの変更に伴って、前記熱交換器から前記第1の外部熱交換器又は前記第2の外部熱交換器に流体を供給する流体供給手段と、を備えてもよい。 [7] In the above invention, the magnetic heat pump device is applied to the mesh member by first and second external heat exchangers respectively connected to the heat exchanger via piping and the magnetic change means. A fluid supply means for supplying fluid from the heat exchanger to the first external heat exchanger or the second external heat exchanger according to a change in the magnitude of the magnetic field.
本発明によれば、磁気熱量効果材料で構成された複数の線状体を織り込んでメッシュ部材をそれぞれ構成し、複数のメッシュ部材を相互に積層して、当該積層体を容器に収容する。このため、線状体を細くしても、流体の圧力による線状体の変形や破断を抑制することが可能となる。 According to the present invention, mesh members are formed by weaving a plurality of linear bodies made of a magnetocaloric material, the plurality of mesh members are stacked on each other, and the stack is accommodated in a container. For this reason, even if a linear body is made thin, it becomes possible to suppress a deformation | transformation and a fracture | rupture of a linear body by the pressure of a fluid.
また、本発明によれば、相互に隣り合う第2の線状体のピッチが、相互に隣り合う第1の線状体のピッチに対して相対的に広くなっているので、反磁場の影響を抑制することができる。 In addition, according to the present invention, the pitch of the second linear bodies adjacent to each other is relatively wider than the pitch of the first linear bodies adjacent to each other. Can be suppressed.
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及び図2は本実施形態における磁気ヒートポンプ装置の全体構成を示す図、図3〜図5は本実施形態におけるMCM熱交換器を示す図、図6は本実施形態におけるメッシュ部材の網目を示す図、図7(a)は図6に示すメッシュ部材の第2の線材の断面図、図7(b)はメッシュ部材の第2の線材の変形例を示す断面図、図8は本実施形態におけるメッシュ部材の接合部分を示す図である。 1 and 2 are diagrams showing the overall configuration of the magnetic heat pump device in the present embodiment, FIGS. 3 to 5 are diagrams showing an MCM heat exchanger in the present embodiment, and FIG. 6 is a mesh member mesh in the present embodiment. FIG. 7A is a cross-sectional view of the second wire rod of the mesh member shown in FIG. 6, FIG. 7B is a cross-sectional view showing a modification of the second wire rod of the mesh member, and FIG. It is a figure which shows the junction part of the mesh member in a form.
本実施形態における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、図1及び図2に示すように、第1及び第2のMCM熱交換器10,20と、ピストン30と、永久磁石40と、低温側熱交換器50と、高温側熱交換器60と、ポンプ70と、配管81〜84と、切替弁90と、を備えている。
The magnetic
本実施形態における第1及び第2のMCM熱交換器10,20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ピストン30及び永久磁石40が本発明における磁気変更手段の一例に相当し、低温側熱交換器50及び高温側熱交換器60が本発明における第1及び第2の外部熱交換器の一例に相当し、本実施形態における配管81〜84が本発明における配管の一例に相当し、本実施形態におけるポンプ70及び切替弁90が本発明における流体供給手段の一例に相当する。
The first and second
第1のMCM熱交換器10は、図3〜図5に示すように、複数のメッシュ部材12を相互に積層して構成される積層体11と、当該積層体11が収容された筒状の容器(ケース)13と、容器13の両端に接続された端末部材16,17と、を備えている。本実施形態におけるメッシュ部材12が本発明におけるメッシュ部材の一例に相当し、本実施形態における容器13が本発明における容器の一例に相当する。
As shown in FIGS. 3 to 5, the first
なお、第1のMCM熱交換器10と第2のMCM熱交換器20は同一の構造を有しているので、以下に第1のMCM熱交換器10の構成についてのみ説明し、第2のMCM熱交換器20の構成についての説明は省略する。
Since the first
それぞれのメッシュ部材12は、図5及び図6に示すように、複数の線材121,122を織り込んで構成された網目状の部材である。本実施形態における第1及び第2の線材121,122が、本発明における線状体の一例に相当する。
As shown in FIGS. 5 and 6, each
このメッシュ部材12を構成する第1及び第2の線材121,122は、磁気熱量効果を有する磁気熱量効果材料(MCM:Magnetocaloric Effect Material)から構成されている。このMCMから構成される線材121,122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、当該線材121,122は発熱して温度が上昇する。一方、線材121,122から磁場を除去すると、電子スピンが乱雑となり磁気エントロピーが増加し、当該線材121,122は吸熱して温度が低下する。
The 1st and 2nd wire 121,122 which comprises this
この線材121,122を構成するMCMは、磁性体であれば特に限定されないが、例えば、10℃〜30℃程度の常温域にキュリー温度(キュリー点)を有し、常温域で高い磁気熱量効果を発揮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。
The MCM constituting the
本実施形態における線材121,122は、図7(a)に示すように、円形の断面形状を有する線材であるが、線材121,122が円形以外の断面形状を有してもよい。線材121,122の線径としては、特に限定されないが、例えば、0.01〜1mmであることが好ましい。
As shown in FIG. 7A, the
なお、メッシュ部材12を構成する複数の第1の線材121として、実質的に同一の直径を有する線材を用いてもよいし、相互に異なる直径を有する線材を用いてもよい。同様に、メッシュ部材12を構成する複数の第2の線材122として、実質的に同一の直径を有する線材を用いてもよいし、相互に異なる直径を有する線材を用いてもよい。
Note that as the plurality of
また、メッシュ部材12を構成する第1及び第2の線材121,122として、実質的に同一の直径を有する線材を用いてもよいし、相互に異なる直径を有する線材を用いてもよい。或いは、メッシュ部材12を構成する第1及び第2の線材121,122として、実質的に同一の断面形状を有する線材を用いてもよいし、相互に異なる断面形状を有する線材を用いてもよい。
Further, as the first and
例えば、第1の線材121の断面形状を円形とするのに対し(図7(a)参照)、第2の線材122’の断面形状を図7(b)に示すような扁平な形状としてもよい。具体的には、図7(b)に示すように、この第2の線材122’が、Y軸方向に沿った高さh1に対してZ軸方向に沿った幅w1が相対的に大きくなっている長円の断面形状を有していてもよい(w1>h1)。
For example, while the cross-sectional shape of the
また、メッシュ部材12を構成する第1及び第2の線状体として、第1及び第2の線材121,122に代えて、複数の線材を相互に束ねることで構成された束線を用いてもよい。この場合には、束線が本発明における第1及び第2の線状体の一例に相当する。
Further, as the first and second linear bodies constituting the
或いは、メッシュ部材12を構成する第1及び第2の線状体として、第1及び第2の線材121,122に代えて、複数の線材を相互に撚り合わせることで構成された撚線を用いてもよい。この場合には、撚線が本発明における第1及び第2の線状体の一例に相当する。
Alternatively, as the first and second linear bodies constituting the
線材の撚り合わせ方としては、特に限定されないが、例えば、集合撚り、同心撚り、複合撚り等を例示することができる。集合撚りとは、複数の線材を一纏めにして、これらを集合体の軸を中心に同一方向に撚り合わせる撚り方である。同心撚りとは、芯線を中心として当該芯線の周りに複数の線材に同心円状を撚り合わせる撚り方である。複合撚りとは、複数の線材を同心撚り又は集合撚りに撚り合わせた子撚線を、さらに同心撚り又は集合撚りに撚り合わせる撚り方である。 Although it does not specifically limit as how to twist a wire, For example, a collective twist, a concentric twist, a composite twist etc. can be illustrated. Aggregate twisting is a twisting method in which a plurality of wires are gathered together and twisted in the same direction around the axis of the aggregate. Concentric twisting is a twisting method in which concentric circles are twisted around a plurality of wires around the core wire. The composite twist is a twisting method in which a child twisted wire obtained by twisting a plurality of wires into a concentric twist or a collective twist is further twisted into a concentric twist or a collective twist.
図5及び図6に示すように、複数の第1の線材121は、Z軸方向に沿って直線状に延在していると共に、相互に実質的に平行に並べられている。複数の第2の線材122は、X軸方向に沿って直線状に延在していると共に、相互に実質的に平行に並べられている。すなわち、本実施形態では、複数の第1の線材121と複数の第2の線材122は、相互に実質的に直交している。本実施形態におけるZ軸方向が本発明における第1の方向の一例に相当し、本実施形態におけるX軸方向が本発明における第2の方向の一例に相当する。なお、第1の線材121の延在方向がZ軸方向(すなわち永久磁石40による磁場印加方向に対して実質的に平行な方向)であり、且つ、第2の線材122の延在方向が当該Z軸方向に交差している限り、第2の線材122の延在方向は、X軸方向に特に限定されない。
As shown in FIGS. 5 and 6, the plurality of
また、複数の第1の線材121において相互に隣り合う第1の線材121は、第1のピッチP1で相互に実質的に等間隔に配置されている。一方、複数の第2の線材122において相互に隣り合う複数の第2の線材122は、第2のピッチP2で相互に実質的に等間隔に配置されている。本実施形態では、第2のピッチP2は、第1のピッチP1に対して相対的に広くなっている(P2>P1)。その結果、複数の第1の線材121及び複数の第2の線材122によって規定される個々の網目123の形状は、長方形となっている。また、本実施形態では、図5に示すように、個々のメッシュ部材12において、第1の線材121の本数N1が、第2の線材122の本数N2に対して相対的に多くなっている(N1>N2)。なお、本実施形態における「ピッチ」とは、相互に隣り合う線材の中心間の最短距離を意味する。
The
図3及び図4に示すように、積層体11は、以上に説明したメッシュ部材12を複数積み重ねることで構成されている。この際、積層方向(図中のY軸方向)において、相互に隣接するメッシュ部材12の網目123同士が重なるように、メッシュ部材12が積層されている。このため、積層体11を構成する複数のメッシュ部材12の網目123の連なりによって、液体冷媒(後述)が流通する流路124(図4及び図7参照)が形成されている。なお、図4において、流路124の理解を容易にするために、他の図と比較して、メッシュ部材12を構成する線状体の本数を減らすと共に当該線状体の間隔を広げて図示している。
As shown in FIGS. 3 and 4, the laminate 11 is configured by stacking a plurality of
本実施形態では、図8に示すように、相互に積層されたメッシュ部材12は、その端部同士が接着剤125により接合されることで固定されており、積層体11を構成する複数のメッシュ部材12は一体化されている。この接着剤125は、メッシュ部材12の全周に亘って設けられている。このように、複数のメッシュ部材12を一体化することで、メッシュ部材12の剛性を一層高めることができる。なお、相互に積層されたメッシュ部材12同士を接合しなくてもよい。この場合には、個々のメッシュ部材12の交換の容易性に優れている。
In this embodiment, as shown in FIG. 8, the
図3〜図5に示すように、積層体11を収容する容器13は、収容部14と蓋部15を備えており、断面矩形の筒型の形状を有している。この容器13は、その一方の端部に第1の開口131を有していると共に、その他方の端部に第2の開口132を有している。なお、容器13の形状は、筒型であれば、特に上記に限定されない。
As shown in FIGS. 3 to 5, the
本実施形態における容器13の第1の開口131が本発明における容器の第1の開口の一例に相当し、本実施形態における容器13の第2の開口132が本発明における容器の第2の開口の一例に相当する。
The
収容部14は、容器13の底板を構成する底部141と、容器13の両側の側壁を構成する一対の側部142,143と、を備えている。一対の側部142,143の上端の間に開口144が形成されており、その結果、収容部14は、その軸方向に対して実質的に直交する方向に沿った断面において、コ字状(略U字状)の断面形状を有している。
The
蓋部15は、矩形板状の部材である。図3〜図5に示すように、この蓋部15が一対の側部142,143の上端に固定されている。収容部14の開口144が蓋部15により閉塞されることで、容器13が形成されている。
The
積層体11は、メッシュ部材12の積層方向と容器13の軸方向(第1の開口131から第2の開口132に向かう方向)とが実質的に一致するように、容器13内に収容されている。特に、本実施形態では、永久磁石40によって磁場が印加される磁場印加方向(図中のZ軸方向)に対して、メッシュ部材12が有する複数の第1の線材121の延在方向が実質的に平行となるように、積層体11が容器13に収容されている。
The
なお、メッシュ部材12が図7(b)に示す第2の線材122’を備えている場合には、上記のように、磁場印加方向に対して複数の第1の線材121の延在方向が実質的に平行となるように積層体11を容器13に収容することで、当該第2の線材122’の断面形状における長手方向が磁場印加方向に対して実質的に平行となる。このため、第2の線材122’内に生じる反磁場の影響を小さくすることができ、磁気熱量効果を効果的に得ることができる。
When the
第1の端末部材(連結部材)16は、図3及び図4に示すように、連結口161と、当該連結口161よりも大きな接続口162と、を備えている。この第1の端末部材16としては、例えば、熱収縮チューブ、樹脂成形品、或いは、金属加工品等を用いることができる。
As shown in FIGS. 3 and 4, the first terminal member (connection member) 16 includes a
この第1の端末部材16の接続口162には、容器13の一方の端部が挿入され、容器13の端部に第1の端末部材16が固定されている。また、この第1の端末部材16の連結口161には、第1の低温側配管81が連結されており、図1に示すように、第1のMCM熱交換器10は、この第1の低温側配管81を介して、低温側熱交換器50に連通している。
One end of the
第2の端末部材17も、上述の第1の端末部材16と同様の構成を有している。この第2の端末部材17の接続口172には、容器13の他方の端部が挿入され、容器13の端部に第2の端末部材17が固定されている。また、この第2の端末部材17の連結口171には、第1の高温側配管83が連結されており、図1に示すように、第1のMCM熱交換器10は、この第1の高温側配管83を介して、高温側熱交換器60に連通している。
The
第2のMCM熱交換器20の容器23にも積層体21が収容されており(図2参照)、この積層体21も複数のメッシュ部材22を相互に重ねることで構成されている。そして、第1のMCM熱交換器10と同様、容器23の一方の端部が第1の端末部材に挿入されており、第1の端末部材が容器23に固定されている。また、当該容器23の他方の端部が第2の端末部材に挿入されており、第2の端末部材が容器23に固定されている。この第2のMCM熱交換器20は、第1の端末部材の連結口261に連結された第2の低温側配管82を介して、低温側熱交換器50に連通している。また、この第2のMCM熱交換器20は、第2の端末部材の連結口271に連結された第2の高温側配管84を介して、高温側熱交換器60に連通している。
The
なお、第2のMCM熱交換器20のメッシュ部材22は、第1のMCM熱交換器10のメッシュ部材12と同じ構成を有している。また、第2のMCM熱交換器20の容器23も、第1のMCM熱交換器10の容器13と同じ構成を有している。さらに、第2のMCM熱交換器20の端末部材も、第1のMCM熱交換器10の端末部材16,17と同じ構成を有している。
The
例えば、本実施形態における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場合には、低温側熱交換器50と室内の空気との間で熱交換を行うことで室内を冷やすと共に、高温側熱交換器60と室外との間で熱交換を行うことで室外に放熱する。
For example, when the air conditioner using the magnetic
これに対し、当該空気調和装置を暖房として機能させる場合には、高温側熱交換器60と室内の空気との間で熱交換を行うことで室内を暖めると共に、低温側熱交換器50と室外の空気との間で熱交換を行うことで室外から吸熱する。
On the other hand, when the air conditioner functions as heating, the room is warmed by exchanging heat between the high temperature
以上のように、2つの低温側配管81,82と2つの高温側配管83,84によって、4つの熱交換器10,20,50,60を含む循環路が形成されており、ポンプ70によって当該循環路内に液体媒体が圧送される。液体媒体の具体例としては、例えば、水、不凍液、エタノール溶液、または、これらの混合物等の液体を例示することができる。本実施形態における液体媒体が、本発明における流体の一例に相当する。
As described above, a circulation path including the four
2つのMCM熱交換器10,20は、ピストン30の内部に収容されている。このピストン30は、アクチュエータ35によって、一対の永久磁石40の間を往復移動することが可能となっている。具体的には、ピストン30は、図1に示すような「第1の位置」と、図2に示すような「第2の位置」との間を往復移動することが可能となっている。なお、アクチュエータ35の一例としては、例えば、エアシリンダ等を例示することができる。
The two
ここで、「第1の位置」は、第1のMCM熱交換器10が永久磁石40の間に介在せず、第2のMCM熱交換器20が永久磁石40の間に介在するようなピストン30の位置である。これに対し、「第2の位置」は、第1のMCM熱交換器10が永久磁石40の間に介在し、第2のMCM熱交換器20が永久磁石40の間に介在しないようなピストン30の位置である。
Here, the “first position” refers to a piston in which the first
また、本実施形態では、一対の永久磁石40は、MCM熱交換器10(20)が永久磁石40の間に介在した際に複数のメッシュ部材21(22)の積層方向に対して磁場の印加方向が実質的に直交するように、ピストン30に対して配置されている。
In the present embodiment, the pair of
なお、第1及び第2のMCM熱交換器10,20に代えて、永久磁石40をアクチュエータ35により往復移動させてもよい。或いは、永久磁石40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10,20又は磁石を移動させる機構が不要となる。また、コイルを有する電磁石を用いる場合には、MCM熱交換器10,20のメッシュ部材12,22に対する磁場の印加/除去に代えて、メッシュ部材12,22に印加した磁場の大きさ(強度)を変更するようにしてもよい。
Note that the
切替弁90は、第1の高温側配管83と第2の高温側配管84に設けられている。この切替弁90は、上述のピストン30の動作に連動して、ポンプ70により液体媒体の供給先を、第1のMCM熱交換器10、又は、第2のMCM熱交換器20に切り替えると共に、高温側熱交換器60の接続先を、第2のMCM熱交換器20、又は、第1のMCM熱交換器10に切り替えることが可能となっている。
The switching
次に、本実施形態における磁気ヒートポンプ装置1の動作について、図1及び図2を参照しながら説明する。
Next, operation | movement of the magnetic
先ず、ピストン30を図1に示す「第1の位置」に移動させると、第1のMCM熱交換器10のメッシュ部材12の線材121,122が消磁されて温度が低下する一方で、第2のMCM熱交換器20のメッシュ部材22の線材が着磁されて温度が上昇する。
First, when the
これと同時に、切替弁90によって、ポンプ70→第1の高温側配管83→第1のMCM熱交換器10→第1の低温側配管81→低温側熱交換器50→第2の低温側配管82→第2のMCM熱交換器20→第2の高温側配管84→高温側熱交換器60→ポンプ70からなる第1の経路が形成される。
At the same time, the switching
このため、消磁によって温度が低下した第1のMCM熱交換器10のメッシュ部材12の線材121,122によって液体媒体が冷却され、当該液体媒体が低温側熱交換器50に供給されて、当該低温側熱交換器50が冷却される。
For this reason, the liquid medium is cooled by the
この際、第1のMCM熱交換器10の内部において、相互に積層されたメッシュ部材12の網目123の連なりによって形成された流路124を液体媒体が通過し、メッシュ部材22の線材121,122と接触することで、当該液体媒体が線材121,122によって冷却される。
At this time, in the first
一方、着磁されて温度が上昇した第2のMCM熱交換器20のメッシュ部材22の線材によって液体媒体が加熱され、当該液体媒体は高温側熱交換器60に供給されて、当該高温側熱交換器60が加熱される。
On the other hand, the liquid medium is heated by the wire material of the
この際、第2のMCM熱交換器20の内部において、相互に積層されたメッシュ部材22の網目の連なりによって形成された流路を液体媒体が通過し、メッシュ部材22の線材と接触することで、当該液体媒体がメッシュ部材22の線材によって加熱される。
At this time, inside the second
次いで、ピストン30を図2に示す「第2の位置」に移動させると、第1のMCM熱交換器10のメッシュ部材12の線材121,122が着磁されて温度が上昇する一方で、第2のMCM熱交換器20のメッシュ22の線材が消磁されて温度が低下する。
Next, when the
これと同時に、切替弁90によって、ポンプ70→第2の高温側配管84→第2のMCM熱交換器20→第2の低温側配管82→低温側熱交換器50→第1の低温側配管81→第1のMCM熱交換器10→第1の高温側配管83→高温側熱交換器60→ポンプ70からなる第2の経路が形成される。
At the same time, the switching
このため、消磁によって温度が低下した第2のMCM熱交換器20のメッシュ部材22の線材によって液体媒体が冷却され、当該液体媒体が低温側熱交換器50に供給されて、当該低温側熱交換器50が冷却される。
For this reason, the liquid medium is cooled by the wire of the
この際、第2のMCM熱交換器20の内部において、相互に積層されたメッシュ部材22の網目の連なりによって形成された流路を液体媒体が通過し、メッシュ部材22の線材と接触することで、当該液体媒体がメッシュ部材22の線材によって冷却される。
At this time, inside the second
一方、着磁されて温度が上昇した第1のMCM熱交換器10のメッシュ部材12の線材121,122によって液体媒体が加熱され、当該液体媒体は高温側熱交換器60に供給されて、当該高温側熱交換器60が加熱される。
On the other hand, the liquid medium is heated by the
この際、第1のMCM熱交換器10の内部において、相互に積層されたメッシュ部材12の網目123の連なりによって形成された流路124を液体媒体が通過し、メッシュ部材22の線材121,122と接触することで、当該液体媒体が線材121,122によって加熱される。
At this time, in the first
そして、以上に説明したピストン30の「第1の位置」と「第2の位置」との間の往復移動を繰り返し、第1及び第2のMCM熱交換器10,20内のメッシュ部材12,22の線材に対する磁場の印加・除去を繰り返すことにより、低温側熱交換器50の冷却と、高温側熱交換器60の加熱とが継続される。
Then, the reciprocating movement between the “first position” and the “second position” of the
以上のように、本実施形態では、第1のMCM熱交換器10に関して、磁気熱量効果材料で構成された第1及び第2の線材121,122を織り込んでメッシュ部材12を構成する。このメッシュ部材12は液体媒体の圧力に耐え得る剛性を有しているので、第1及び第2の線材121,122を細くしても、液体媒体の圧力による第1及び第2の線材121,122の変形や破断を抑制することができる。
As described above, in the present embodiment, the
また、一般的に、磁場印加方向が磁気熱量効果材料の長手方向に対して平行であると、反磁場の影響が小さくなるのに対し、磁場印加方向が磁気熱量効果材料の長手方向に対して直交していると、反磁場の影響が大きくなる。 In general, if the magnetic field application direction is parallel to the longitudinal direction of the magnetocaloric effect material, the influence of the demagnetizing field is reduced, whereas the magnetic field application direction is relative to the longitudinal direction of the magnetocaloric effect material. If they are orthogonal, the influence of the demagnetizing field becomes large.
この点に関し、本実施形態では、個々のメッシュ部材12において、磁場印加方向に対して実質的に直交する第2の線材122の第2のピッチP2が、磁場印加方向に対して実質的に平行な第1の線材121の第1のピッチP1に対して相対的に広くなっている(P2>P1)。このため、第1の線材のピッチと第2の線材のピッチが同一の場合と比較して、磁場印加方向に対して長手方向が直交している第2の線材122の本数を減らすことができ、反磁場の影響を小さくすることができるので、磁気熱量効果を効果的に得ることができる。
In this regard, in the present embodiment, in each of the
第2のMCM熱交換器に関しても、同様に、磁気熱量効果材料で構成された第1及び第2の線材を織り込んでメッシュ部材22を構成する。このため、メッシュ部材22が液体媒体の圧力に耐え得る剛性を有しているので、第1及び第2の線材を細くしても、液体媒体の圧力による第1及び第2の線材の変形や破断を抑制することができる。
Similarly, with respect to the second MCM heat exchanger, the
また、個々のメッシュ部材22において、相互に隣り合う第2の線材の第2のピッチが、相互に隣り合う第1の線材の第1のピッチに対して相対的に広くなっている。このため、反磁場の影響を小さくすることができるので、磁気熱量効果を効果的に得ることができる。
In each
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。したがって、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 is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.
上述した磁気ヒートポンプ装置の構成は一例であり、本発明に係る熱交換器をAMR(Active Magnetic Refrigerataion)方式の他の磁気ヒートポンプ装置に適用してもよい。 The configuration of the magnetic heat pump device described above is an example, and the heat exchanger according to the present invention may be applied to other magnetic heat pump devices of an AMR (Active Magnetic Refrigerataion) system.
例えば、磁気ヒートポンプ装置が有するMCM熱交換器の数は特に限定されない。例えば、磁気ヒートポンプ装置が、1個或いは3個以上のMCM熱交換器を備えていてもよい。 For example, the number of MCM heat exchangers included in the magnetic heat pump device is not particularly limited. For example, the magnetic heat pump device may include one or three or more MCM heat exchangers.
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、第1及び第2のMCM熱交換器10,20が同一の構成を有しているが、特にこれに限定されず、これらが異なる構成を有してもよい。例えば、第1及び第2のMCM熱交換器10,20で、異なる仕様のメッシュ部材を用いたり、メッシュ部材の積層枚数を異ならせてもよい。
Moreover, in this embodiment, although the 1st and 2nd
1…磁気ヒートポンプ装置
10…第1のMCM熱交換器
11…第1の積層体
12…メッシュ部材
121…第1の線材
122,122’…第2の線材
123…網目
124…流路
125…接着剤
13…容器
131…第1の開口
132…第2の開口
14…収容部
141底部
142,143…側部
144…開口
15…蓋部
16…第1の端末部材
161…連結口
162…接続口
17…第2の端末部材
171…連結口
172…接続口
20…第2のMCM熱交換器
21…第2の積層体
22…第2のメッシュ部材
23…容器
261…第1の連結口
271…第2の連結口
30…ピストン
35…アクチュエータ
40…永久磁石
50…低温側熱交換器
60…高温側熱交換器
70…ポンプ
81〜82…第1〜第2の低温側配管
83〜84…第3〜第4の高温側配管
90…切替弁
DESCRIPTION OF
144:
Claims (7)
複数の前記メッシュ部材を収容する容器と、を備えており、
それぞれの前記メッシュ部材は、複数の線状体を織り込んで構成され、
複数の前記線状体は、
第1の方向に沿って延在する複数の第1の線状体と、
前記第1の方向に交差する第2の方向に沿って延在する複数の第2の線状体と、を含み、
前記第1及び前記第2の線状体は、磁気熱量効果を有する磁気熱量効果材料で構成され、
相互に隣り合う前記第2の線状体のピッチは、相互に隣り合う前記第1の線状体のピッチに対して相対的に広い熱交換器。 A plurality of mesh members stacked on each other;
A container for accommodating a plurality of mesh members,
Each of the mesh members is configured by weaving a plurality of linear bodies,
The plurality of linear bodies are:
A plurality of first linear bodies extending along a first direction;
A plurality of second linear bodies extending along a second direction intersecting the first direction,
The first and second linear bodies are composed of a magnetocaloric effect material having a magnetocaloric effect,
The pitch of the second linear bodies adjacent to each other is a heat exchanger relatively wide with respect to the pitch of the first linear bodies adjacent to each other.
前記第1の方向は、前記線状体に印加される磁場の方向に実質的に平行であり、
前記容器は、
一方の端部に位置する第1の開口と、
他方の端部に位置する第2の開口と、を有しており、
前記第1の開口から前記第2の開口に向かう方向と、前記メッシュ部材の積層方向とが実質的に平行である熱交換器。 The heat exchanger according to claim 1,
The first direction is substantially parallel to the direction of the magnetic field applied to the linear body;
The container is
A first opening located at one end;
A second opening located at the other end,
A heat exchanger in which a direction from the first opening toward the second opening and a stacking direction of the mesh members are substantially parallel.
それぞれの前記メッシュ部材が有する前記第1の線状体の本数は、それぞれの前記メッシュ部材が有する前記第2の線状体の本数に対して相対的に多い熱交換器。 The heat exchanger according to claim 1 or 2,
The number of the 1st linear bodies which each said mesh member has is a heat exchanger relatively many with respect to the number of said 2nd linear bodies which each said mesh member has.
前記第2の線状体は、前記第1の方向に沿った長さが前記積層方向に沿った長さに対して相対的に大きな断面形状を有する熱交換器。 It is a heat exchanger as described in any one of Claims 1-3,
The second linear body is a heat exchanger in which a length along the first direction has a relatively large cross-sectional shape with respect to a length along the stacking direction.
複数の前記メッシュ部材は、相互に部分的に接合され、又は、相互に非接合である熱交換器。 It is a heat exchanger as described in any one of Claims 1-4,
The plurality of mesh members are partially bonded to each other or non-bonded to each other.
前記線状体に磁場を印加すると共に前記磁場の大きさを変更する磁場変更手段と、を備え、
前記磁場変更手段は、複数の前記メッシュ部材の積層方向に対して磁場の印加方向が実質的に直交するように設けられている磁気ヒートポンプ装置。 At least one heat exchanger according to any one of claims 1 to 5;
Magnetic field changing means for changing the magnitude of the magnetic field while applying a magnetic field to the linear body,
The magnetic field changer is a magnetic heat pump device provided such that the direction in which a magnetic field is applied is substantially orthogonal to the stacking direction of the plurality of mesh members.
前記磁気ヒートポンプ装置は、
配管を介して前記熱交換器にそれぞれ接続された第1及び第2の外部熱交換器と、
前記磁気変更手段により前記メッシュ部材に印加される磁場の大きさの変更に伴って、前記熱交換器から前記第1の外部熱交換器又は前記第2の外部熱交換器に流体を供給する流体供給手段と、を備えた磁気ヒートポンプ装置。 The magnetic heat pump device according to claim 6,
The magnetic heat pump device is:
First and second external heat exchangers respectively connected to the heat exchanger via piping;
Fluid that supplies fluid from the heat exchanger to the first external heat exchanger or the second external heat exchanger in accordance with a change in the magnitude of the magnetic field applied to the mesh member by the magnetic change means And a magnetic heat pump device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017024029A JP2018132204A (en) | 2017-02-13 | 2017-02-13 | Heat exchanger and magnetic heat pump device |
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Publications (1)
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