JP2018100787A - Heat exchanger and magnetic heat pump device - Google Patents
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Abstract
【課題】熱交換の効率の向上を図ることが可能な熱交換器を提供する。【解決手段】磁気ヒートポンプ装置に用いられる熱交換器10は、複数の線材12を束ねて構成される集合体11と、集合体11を収容するケース13と、集合体11の外周とケース13の内面との間に形成された第2の流路112の少なくとも一部に充填された充填部16と、を備えており、線材12は、磁気熱量効果を有する磁気熱量効果材料で構成されている。【選択図】 図6A heat exchanger capable of improving the efficiency of heat exchange is provided. A heat exchanger 10 used in a magnetic heat pump apparatus includes an assembly 11 configured by bundling a plurality of wires 12, a case 13 for housing the assembly 11, an outer periphery of the assembly 11, and a case 13. And a filling portion 16 filled in at least a part of the second flow path 112 formed between the inner surface and the wire 12 is made of a magnetocaloric effect material having a magnetocaloric effect. . [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.
円柱状の複数の磁性体をその長手方向と交差する方向に重ねて構成された集合体と、その集合体が挿入された筒状のケースと、を備えた熱交換器が知られている(例えば特許文献1参照)。 There is known a heat exchanger including an assembly configured by stacking a plurality of cylindrical magnetic bodies in a direction intersecting the longitudinal direction, and a cylindrical case in which the assembly is inserted ( For example, see Patent Document 1).
上記の熱交換器では、集合体において最外周に位置する磁性体とケースの内周面との間に間隙が形成されている。そのため、この間隙に液体媒体が多く流れてしまい、磁性体同士の間に形成された流路を通過する液体媒体が少なく、熱交換の効率が高くない、という問題がある。 In the above heat exchanger, a gap is formed between the magnetic body located on the outermost periphery in the assembly and the inner peripheral surface of the case. Therefore, there is a problem that a large amount of liquid medium flows in the gap, and there are few liquid media that pass through the flow path formed between the magnetic bodies, and the efficiency of heat exchange is not high.
本発明が解決しようとする課題は、熱交換の効率の向上を図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 to provide a heat exchanger capable of improving the efficiency of heat exchange, and a magnetic heat pump device including the heat exchanger.
[1]本発明に係る熱交換器は、磁気ヒートポンプ装置に用いられる熱交換器であって、前記熱交換器は、複数の線材を束ねて構成される集合体と、前記集合体を収容するケースと、前記集合体の外周と前記ケースの内面との間に形成された間隙の少なくとも一部に充填された充填部と、を備えており、前記線材は、磁気熱量効果を有する磁気熱量効果材料で構成されている熱交換器である。 [1] A heat exchanger according to the present invention is a heat exchanger used in a magnetic heat pump device, and the heat exchanger accommodates an assembly configured by bundling a plurality of wires, and the assembly. A case, and a filling portion filled in at least a part of a gap formed between the outer periphery of the assembly and the inner surface of the case, and the wire has a magnetocaloric effect having a magnetocaloric effect. It is a heat exchanger made of material.
[2]上記発明において、前記充填部は、前記ケースの少なくとも一方の端部に設けられていてもよい。 [2] In the above invention, the filling portion may be provided at at least one end of the case.
[3]上記発明において、前記ケースは、一対の側部を有しており、前記充填部は、前記集合体の外周と前記側部との間の前記間隙に充填されていてもよい。 [3] In the above invention, the case may have a pair of side portions, and the filling portion may be filled in the gap between the outer periphery of the aggregate and the side portion.
[4]上記発明において、前記ケースは、一対の前記側部の端部同士を連結する一対の連結部を有しており、前記充填部は、少なくとも一方の前記連結部と前記集合体の外周との間の前記間隙にも充填されていてもよい。 [4] In the above invention, the case includes a pair of connecting portions that connect the ends of the pair of side portions, and the filling portion includes at least one of the connecting portions and an outer periphery of the assembly. The gap between the two may also be filled.
[5]上記発明において、前記充填部は、前記ケースの内面の全周に亘って前記間隙に充填されていてもよい。 [5] In the above invention, the filling portion may be filled in the gap over the entire inner surface of the case.
[6]上記発明において、前記ケースは、一対の前記側部の端部同士を連結する一対の連結部を有しており、前記熱交換器は、少なくとも一方の前記連結部と前記集合体との間に介在して、前記集合体の外周に密着している弾性体を備えていてもよい。 [6] In the above invention, the case includes a pair of connecting portions that connect ends of the pair of side portions, and the heat exchanger includes at least one of the connecting portions and the assembly. There may be provided an elastic body that is interposed between the two and closely contacts the outer periphery of the assembly.
[7]上記発明において、前記弾性体は、一方の前記連結部と前記集合体との間に介在しており、前記充填部は、他方の前記連結部と前記集合体の外周との間の前記間隙にも充填されていてもよい。 [7] In the above invention, the elastic body is interposed between one of the connecting portions and the assembly, and the filling portion is between the other connecting portion and the outer periphery of the assembly. The gap may also be filled.
[8]上記発明において、前記弾性体は、前記ケースの長手方向の全域に亘って設けられていてもよい。 [8] In the above invention, the elastic body may be provided over the entire length of the case.
[9]上記発明において、前記ケースは、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、前記集合体の延在方向とが実質的に一致していてもよい。 [9] In the above invention, the case has a first opening located at one end and a second opening located at the other end, and the first opening The direction toward the second opening may substantially coincide with the extending direction of the aggregate.
[10]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、前記磁気熱量効果材料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、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、前記磁場変更手段の動作に連動して前記熱交換器から前記第1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である。 [10] A magnetic heat pump device according to the present invention includes at least one heat exchanger, a magnetic field changing unit that applies a magnetic field to the magnetocaloric effect material and changes the magnitude of the magnetic field, and a pipe. First and second external heat exchangers respectively connected to the heat exchanger, and fluid from the heat exchanger to the first or second external heat exchanger in conjunction with the operation of the magnetic field changing means A magnetic heat pump device.
本発明によれば、集合体の外周とケースの内面との間に形成された間隙の少なくとも一部に充填部が充填されているので、集合体の線材同士の間に形成された流路に液体媒体を多く通過させることができ、熱交換の効率の向上を図ることができる。 According to the present invention, since the filling portion is filled in at least part of the gap formed between the outer periphery of the assembly and the inner surface of the case, the flow path formed between the wires of the assembly A large amount of liquid medium can be passed, and the efficiency of heat exchange can be improved.
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.
≪第1実施形態≫
図1及び図2は本発明の第1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6は本発明の第1実施形態におけるMCM熱交換器を示す図である。
<< First Embodiment >>
1 and 2 are diagrams showing the overall configuration of the magnetic heat pump apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIGS. 3 to 6 are views showing the MCM heat exchanger according to the first embodiment of the present invention.
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6に示すように、複数の線材12からなる集合体11と、当該集合体11が収容された筒状のケース(容器)13と、ケース13の両端に接続された端末部材16,17と、を備えている。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。
As shown in FIGS. 3 to 6, the first
本実施形態における線材12が本発明における線材の一例に相当し、本実施形態における集合体11が本発明における集合体の一例に相当し、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する。
The
線材12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、当該線材12は発熱して温度が上昇する。一方、線材12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12は吸熱して温度が低下する。
The
この線材12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12は、円形の断面形状を有する線材である。なお、線材12同士を束ねた際に当該線材12同士の間に第1の流路111(後述)を形成可能であれば、線材12が円形以外の断面形状を有してもよい。線材12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。集合体11を構成する複数の線材12は、実質的に同一の線径のものを用いてもよいし、相互に異なる線径のものが混在していてもよい。
The
集合体11は、この線材12を複数束ねることで構成されている。複数の線材12は、線材12の長手方向に対して交差する方向に束ねられている(重ねられている)。換言すれば、線材12の側面同士が接触するように、複数の線材12が相互に隣接している。その結果、線材12の側面同士の間には第1の流路111(図5及び図6参照)が形成されている。なお、理解を容易にするために、図3〜図6では、実際よりも少ない本数の線材12で集合体11が構成されているが、実際には、集合体11は数千本〜数万本の線材12から構成されている。
The
なお、図3〜図6に示す集合体11は、複数の線材12を単に束ねることで構成されているが、集合体の構成は特にこれに限定されない。特に図示しないが、例えば、複数の線材を相互に撚り合わせることで集合体を構成してもよい。或いは、数本の線材を撚り合わせることで個々の撚線を構成し、当該複数の撚線を相互に束ねることで集合体を構成してもよい。すなわち、本実施形態における「複数の線材を束ねて構成される集合体」は、「撚線」も含む。
The
線材の撚り合わせ方としては、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。 Examples of the method of twisting the wire material include collective twisting, concentric twisting, and composite twisting. 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.
集合体11を収容するケース13は、図3〜図6に示すように、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。このケース13は、その一方の端部(第1の端部)133に第1の開口131を有していると共に、その他方の端部(第2の端部)134に第2の開口132を有している。
As shown in FIGS. 3 to 6, the
収容部14は、ケース13の底板を構成する底部141と、ケース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6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によって閉塞されることで、ケース13が形成されている。
The
本実施形態における一対の側部142,143が本発明における一対の側部の一例に相当し、本実施形態における底部141及び蓋部15が本発明における連結部の一例に相当する。また、本実施形態におけるケース13の第1の開口131が本発明におけるケースの第1の開口の一例に相当し、本実施形態におけるケース13の第2の開口132が本発明におけるケースの第2の開口の一例に相当する。さらに、本実施形態におけるケース13の第1の端部133が本発明におけるケースの第1の端部の一例に相当し、本実施形態におけるケース13の第2の端部134が本発明におけるケースの第2の端部の一例に相当する。
The pair of
なお、ケース13の形状は、筒型であれば、特に上記に限定されず、例えば、ケースが図7(a)〜図7(c)に示すような断面形状を有してもよい。図7(a)〜図7(c)はMCM熱交換器のケースの断面形状の変形例を示す図である。なお、図7(a)〜図7(c)において、集合体11は図示していない。
The shape of the
例えば、図7(a)に示すように、ケース13bが、円弧状の底部141b及び蓋部15bと、直線状の側部142b,143bと、から構成される扇面型の断面形状を有してもよい。円弧状の底部141b及び蓋部15bは、相互に平行に延在している。一方の側部142bは、底部141bの一方の端部と蓋部15bの一方の端部を連結している。また、他方の側部143bは、底部141bの他方の端部と蓋部15Bの他方の端部を連結している。
For example, as shown in FIG. 7A, the
本例(図7(a)に示す例)における一対の側部142b,143bが本発明における一対の側部の一例に相当し、本例における底部141b及び蓋部15bが本発明における連結部の一例に相当する。
The pair of
或いは、図7(b)に示すように、ケース13cが、直線状の底部141c及び蓋部15cと、直線状の側部142c,143cと、から構成される台形型の断面形状を有してもよい。長さの異なる直線状の底部141c及び蓋部15cは、相互に平行に延在している。一方の側部142cは、底部141cの一方の端部と蓋部15cの一方の端部を連結している。また、他方の側部143cは、底部141cの他方の端部と蓋部15cの他方の端部を連結している。
Alternatively, as shown in FIG. 7B, the
本例(図7(b)に示す例)における一対の側部142c,143cが本発明における一対の側部の一例に相当し、本例における底部141c及び蓋部15cが本発明における連結部の一例に相当する。
The pair of
或いは、図7(c)に示すように、ケース13dが、円弧状の底部141dと、直線状の蓋部15dと、直線状の側部142d,143dと、から構成される略U字型の断面形状を有してもよい。直線状の側部142d,143dは、相互に平行に延在している。円弧状の底部141dは、側部142dの一方の端部と側部143dの一方の端部を連結している。また、直線状の蓋部15dは、側部142dの他方の端部と側部143dの他方の端部を連結している。
Alternatively, as shown in FIG. 7C, the
本例(図7(c)に示す例)における一対の側部142d,143dが本発明における一対の側部の一例に相当し、本例における底部141d及び蓋部15dが本発明における連結部の一例に相当する。
The pair of
図3〜図6に戻り、集合体11は、当該集合体11を構成する線材12の長手方向(集合体11の延在方向(長手方向))とケース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、ケース13内に収容されている。また、第1及び第2の開口131,132の中心は、集合体11の中心に対して実質的に同軸上に位置している。そして、集合体11を構成する線材12同士の間には、第1の流路111が形成されている(図5及び図6参照)。一方、集合体11の最も外周側の線材12とケース13の内面との間には、第2の流路112が形成されている(図5参照)。本実施形態における第2の流路112が、本発明における間隙の一例に相当する。
Returning to FIGS. 3 to 6, the
本実施形態では、図4及び図6に示すように、ケース13の第1の端部133において、第2の流路112に充填部16が充填されており、この充填部16によって第2の流路112が閉塞されている。この充填部16は、例えば、ディスペンサ等を用いて、当該ケース13の第1の開口131を介して、接着剤などの樹脂材料を第2の流路112内に注入して硬化させることで形成されている。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 4 and 6, the
なお、特に図示しないが、ケース13の第1の端部133に代えて、当該ケース13の第2の端部134において、第2の流路112に充填部16を充填してもよい。或いは、ケース13の両方の端部133,134において、第2の流路112に充填部16を充填してもよい。
Although not particularly illustrated, the filling
また、図6に示す例では、充填部16がケース13の内面に対して当該内面の周方向の全周に亘って形成されているが、特にこれに限定されない。図8は本実施形態におけるMCM熱交換器の変形例を示す断面図であり、図9は本実施形態におけるMCM熱交換器の他の変形例を示す断面図である。図8及び図9はいずれも、MCM熱交換器を幅方向に沿って切断した断面図である。
Moreover, in the example shown in FIG. 6, although the filling
例えば、図8に示すように、ケース13の側部142,143と集合体11の外周との間の第2の流路112のみに充填部16が充填されていてもよい。或いは、図9に示すように、底部141を除くケース13の側部142,143及び蓋部15と、集合体11の外周との間の第2の流路112に充填部16が充填されていてもよい。
For example, as shown in FIG. 8, only the
ここで、ケース13の収容部14内に線材12を上下方向に積み重ねることで、集合体11を形成する場合がある。この場合には、ケース13の底部141によって線材12が整列されるため、当該底部141に隣接する第2の流路112と比較して、側部142,143に隣接する第2の流路112や蓋部15に隣接する第2の流路112が広くなり易い。これに対し、図8や図9に示す例では、側部142,143に隣接する第2の流路112や蓋部15に隣接する第2の流路112のみを充填部16によって閉塞するので、上記の効果を効率的に得ることができる。
Here, the
また、ケース13の長手方向において第2の流路112が充填部16によって閉塞される位置は、ケース13の端部133,134に特に限定されない。図10は本実施形態におけるMCM熱交換器のさらに他の変形例を示す断面図であり、MCM熱交換器を長手方向に沿って切断した断面図である。
The position where the
例えば、図10に示すように、ケース13の略中央において、充填部16によって第2の流路112を閉塞してもよい。この場合には、例えば、ケース13の長手方向の中央部分を一度くり抜いて、当該開口を介して集合体11の外周に接着剤を塗布し、当該接着剤が硬化する前に、当該くり抜き部分を開口に嵌合して固定することで、充填部16を形成することができる。
For example, as shown in FIG. 10, the
図3及び図4に戻り、ケース13の第1の端部133が第1の端末部材16に挿入されており、第1の端末部材16がケース13に固定されている。また、ケース13の第2の端部134が第2の端末部材17に挿入されており、第2の端末部材17がケース13に固定されている。この第1及び第2の端末部材(連結部材)16,17としては、例えば、熱収縮チューブ、樹脂成型品、金属加工品などを用いることができる。
Returning to FIG. 3 and FIG. 4, the
第1の端末部材16は、ケース13の第1の開口131よりも小さな第1の連結口161を有している。図1に示すように、この第1の連結口161は、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。第2の端末部材17も、第2の開口132よりも小さな第2の連結口171を有している。この第2の連結口171は、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。この第1及び第2の連結口161,171の中心は、集合体11の中心と同軸上に位置している。
The
同様に、第2のMCM熱交換器20のケース23にも集合体21が収容されており(図2参照)、この集合体21も線材22を複数束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、ケース23の第1の端部が第1の端末部材に挿入され、第1の端末部材がケース23に固定されている。また、当該ケース23の第2の端部が第2の端末部材に挿入され、第2の端末部材がケース23に固定されている。この第2のMCM熱交換器20は、第1の端末部材の第1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。一方、第2のMCM熱交換器20は、第2の端末部材の第2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。
Similarly, the
なお、第2のMCM熱交換器20の線材22は、第1のMCM熱交換器10の線材12と同じ構成を有している。また、第2のMCM熱交換器20のケース23も、第1のMCM熱交換器10のケース13と同じ構成を有しており、ケース23の第1の端部において、第2の流路に充填部が充填されている。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、このピストン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
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の線材12,22に対する磁場の印加/除去に代えて、線材12,22に印加した磁場の大きさ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の線材12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の線材22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の線材12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、線材12同士の間に形成された第1の流路111を液体媒体が通過して線材12と接触することで、当該液体媒体が線材12によって冷却される。一方、集合体11の外周とケース13の内面との間に形成された第2の流路112が、充填部16によって塞がれており、当該第2の流路112の抵抗が高くなっているので、第1の流路111を流れる液体媒体が少なくなってしまうことはない。
At this time, the liquid medium passes through the
一方、着磁されて温度が上昇した第2のMCM熱交換器20の線材22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2のMCM熱交換器20の内部において、線材22同士の間に形成された第1の流路を液体媒体が通過して線材22と接触することで、当該液体媒体が線材22によって加熱される。一方、集合体21の外周とケース23の内面との間に形成された第2の流路が充填部によって塞がれており、当該第2の流路の抵抗が高くなっているので、第1の流路を流れる液体媒体が少なくなってしまうことはない。
At this time, the liquid medium passes through the first flow path formed between the
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の線材12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の線材22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の線材22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2のMCM熱交換器20の内部において、線材22同士の間に形成された第1の流路を液体媒体が通過して線材22と接触することで、当該液体媒体が線材22によって冷却される。一方、集合体21の外周とケース23の内面との間の第2の流路が充填部によって塞がれており、当該第2の流路の抵抗が高くなっているので、第1の流路を流れる液体媒体が少なくなってしまうことはない。
At this time, the liquid medium passes through the first flow path formed between the
一方、着磁されて温度が上昇した第1のMCM熱交換器10の線材12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、線材12同士の間に形成された流路111を液体媒体が通過して線材12と接触することで、当該液体媒体が線材12によって加熱される。一方、集合体11の外周とケース13の内面との間に形成された第2の流路112が充填部16によって塞がれており、当該第2の流路112の抵抗が高くなっているので、第1の流路111を流れる液体媒体が少なくなってしまうことはない。
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内の線材12,22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、ケース13の第1の端部133において、集合体11の外周とケース13の内面の間に形成された第2の流路112が充填部16によって塞がれており、当該第2の流路112の抵抗が高くなっている。このため、集合体11の線材12同士の間に形成された第1の流路111に液体媒体を多く通過させることができ、熱交換の効率の向上を図ることができる。
As described above, in the present embodiment, with respect to the first
同様に、特に図示しないが、第2のMCM熱交換器20に関しても、ケース23の第1の端部において、集合体21の外周とケース23の内面の間に形成された第2の流路が充填部によって塞がれており、当該第2の流路の抵抗が高くなっている。このため、集合体21の線材22同士の間に形成された第1の流路に液体媒体を多く通過させることができ、熱交換の効率の向上を図ることができる。
Similarly, although not particularly illustrated, the second flow path formed between the outer periphery of the
また、本実施形態では、第1のMCM熱交換器10に関して、集合体11を構成する線材12の長手方向(集合体11の延在方向)と、ケース13の軸方向(ケース13の第1の開口131から第2の開口132に向かう方向)と、が実質的に一致している。このため、本実施形態では、MCM熱交換器10内を流れる液体媒体の圧力損失が増大するのを抑制することができると共に、充填部16によって第2の流路112を埋めるだけで第2の流路112の抵抗を大きくすることが可能となっている。
In the present embodiment, with respect to the first
同様に、第2のMCM熱交換器20に関しても、集合体21を構成する線材22の長手方向(集合体21の延在方向)と、ケース23の軸方向(ケース23の第1の開口から第2の開口に向かう方向)と、が実質的に一致している。このため、本実施形態では、MCM熱交換器20内を流れる液体媒体の圧力損失が増大するのを抑制することができると共に、充填部によって第2の流路を埋めるだけで第2の流路の抵抗を大きくすることが可能となっている。
Similarly, with respect to the second
≪第2実施形態≫
図11及び図12は本発明の第2実施形態におけるMCM熱交換器の断面図である。本実施形態では、第1及び第2のMCM熱交換器が、一部の充填部に代えて、弾性体を備えている点で第1実施形態と相違するが、それ以外の構成は第1実施形態と同様である。以下に、第2実施形態におけるMCM熱交換器について第1実施形態との相違点についてのみ説明し、第1実施形態と同様の構成である部分については同一符号を付して説明を省略する。
<< Second Embodiment >>
FIG.11 and FIG.12 is sectional drawing of the MCM heat exchanger in 2nd Embodiment of this invention. In the present embodiment, the first and second MCM heat exchangers are different from the first embodiment in that the first and second MCM heat exchangers are provided with elastic bodies in place of some of the filling portions, but the other configurations are the first. This is the same as the embodiment. Below, only the difference with 1st Embodiment is demonstrated about the MCM heat exchanger in 2nd Embodiment, about the part which is the same structure as 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
本実施形態における第1のMCM熱交換器10Bは、図11及び図12に示すように、ケース13の蓋部15に隣接する第2の流路112に充填された充填部16に代えて、弾性体19を備えている。この弾性材19は、ケース13の蓋部15と集合体11との間に介在しており、集合体11の外周の上面に倣って変形して、集合体11の外周の上面全体に密着している。こうした弾性体19の具体例として、例えば、シート状の軟質ウレタン樹脂、ゴム、スポンジ等を例示することができる。
As shown in FIGS. 11 and 12, the first
また、この弾性体19は、ケース13の長手方向の全域に亘って設けられている。このため、線材12が部分的に浮いてしまうことが抑制されている。
The
なお、図11及び図12に示す例では、蓋部15を除くケース13の底部141及び側部142,143と集合体11の外周との間の第2の流路112に充填部16が充填されているが、ケース13内において充填部16が配置される箇所は、特にこれに限定されない。
In the example shown in FIGS. 11 and 12, the filling
図13はMCM熱交換器の変形例を示す断面図である。例えば、図13に示すように、ケース13の側部142,143と集合体11の外周との間の第2の流路112のみに充填部16が充填されていてもよい。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a modification of the MCM heat exchanger. For example, as shown in FIG. 13, only the
また、図11及び図12に示す例では、ケース13の蓋部15と集合体11との間に介在する弾性体19が介在しているが、ケース13内において弾性体19が配置される箇所は、特にこれに限定されない。
Further, in the example shown in FIGS. 11 and 12, the
図14はMCM熱交換器の他の変形例を示す断面図である。例えば、図14に示すように、ケース13の底部141と集合体11との間にも弾性体19が介在してもよい。この弾性体19Bは、集合体11の外周の下面に倣って変形しており、集合体11の外周の下面全体に密着している。特に図示しないが、この下側の弾性体19も、ケース13の長手方向の全域に亘って設けられている。このため、線材12が部分的に浮いてしまうことが抑制されている。
FIG. 14 is a cross-sectional view showing another modification of the MCM heat exchanger. For example, as shown in FIG. 14, an
本実施形態では、第1のMCM熱交換器10Bに関して、ケース13の第1の端部133において、集合体11の外周とケース13の内面の間に形成された第2の流路112が充填部16と弾性体19によって塞がれており、当該第2の流路112の抵抗が高くなっている。このため、集合体11の線材12同士の間に形成された第1の流路111に液体媒体を多く通過させることができ、熱交換の効率の向上を図ることができる。
In the present embodiment, the
同様に、特に図示しないが、第2のMCM熱交換器に関しても、ケース23の第1の端部において、集合体21の外周とケース23の内面の間に形成された第2の流路が充填部と弾性体によって塞がれており、当該第2の流路の抵抗が高くなっている。このため、集合体21の線材22同士の間に形成された第1の流路に液体媒体を多く通過させることができ、熱交換の効率の向上を図ることができる。
Similarly, although not particularly illustrated, the second flow path formed between the outer periphery of the
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、一つのMCM熱交換器と、当該MCMに磁場を印加すると共に磁場の大きさを変更する磁場変更手段と、配管を介してMCM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、磁場変更手段の動作に連動してMCM熱交換器から第1又は第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。 For example, the magnetic heat pump device includes a first MCM heat exchanger, a magnetic field changing unit that applies a magnetic field to the MCM and changes the magnitude of the magnetic field, and a first connected to the MCM heat exchanger via a pipe. And a second external heat exchanger and fluid supply means for supplying fluid from the MCM heat exchanger to the first or second external heat exchanger in conjunction with the operation of the magnetic field changing means.
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の間で、異なる線径の線材を用いてもよい。また、複数の線材同士の撚り方、撚り方向、又は撚りピッチが、相互に異なっていてもよい。
Moreover, in this embodiment, although the 1st and 2nd
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.
なお、磁気ヒートポンプ装置を連続して使用し続けると、MCM熱交換器においては、高温側配管と連結された側が高温となり、低温側配管と連結された側低温となる温度勾配が生じる。このため、上記例においては、並設された複数の集合体のうち、高温側に位置する集合体を構成する線材は、比較的キュリー点(キュリー温度)の高い材料を採用し、低温側に位置する集合体を構成する線材は、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。 If the magnetic heat pump device is continuously used, in the MCM heat exchanger, a temperature gradient is generated in which the side connected to the high temperature side pipe becomes high temperature and the side connected to the low temperature side pipe becomes low temperature. For this reason, in the above example, the wire constituting the aggregate located on the high temperature side among the plurality of aggregates arranged in parallel employs a material having a relatively high Curie point (Curie temperature), and on the low temperature side. It is preferable to employ a material having a relatively low Curie point as the wire constituting the aggregate. 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
10,10B…第1のMCM熱交換器
11…集合体
111…第1の流路
112…第2の流路
113…露出部分
12…線材
13〜13d…ケース
131…第1の開口
132…第2の開口
133…第1の端部
134…第2の端部
14…収容部
141〜141d…底部
142〜142d,143〜143d…側部
144…開口
15,15b〜15d…蓋部
16…充填部
16…第1の端末部材
161…第1の連結口
17…第2の端末部材
171…第2の連結口
19…弾性体
20…第2のMCM熱交換器
21…集合体
22…線材
23…ケース
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 (10)
前記熱交換器は、
複数の線材を束ねて構成される集合体と、
前記集合体を収容するケースと、
前記集合体の外周と前記ケースの内面との間に形成された間隙の少なくとも一部に充填された充填部と、を備えており、
前記線材は、磁気熱量効果を有する磁気熱量効果材料で構成されている熱交換器。 A heat exchanger used in a magnetic heat pump device,
The heat exchanger is
An assembly configured by bundling a plurality of wires;
A case for housing the assembly;
A filling portion filled in at least a part of a gap formed between the outer periphery of the assembly and the inner surface of the case;
The said wire is a heat exchanger comprised with the magnetocaloric effect material which has a magnetocaloric effect.
前記充填部は、前記ケースの少なくとも一方の端部に設けられている熱交換器。 The heat exchanger according to claim 1,
The filling unit is a heat exchanger provided at at least one end of the case.
前記ケースは、一対の側部を有しており、
前記充填部は、前記集合体の外周と前記側部との間の前記間隙に充填されている熱交換器。 The heat exchanger according to claim 1,
The case has a pair of sides,
The filling portion is a heat exchanger filled in the gap between the outer periphery of the assembly and the side portion.
前記ケースは、一対の前記側部の端部同士を連結する一対の連結部を有しており、
前記充填部は、少なくとも一方の前記連結部と前記集合体の外周との間の前記間隙にも充填されている熱交換器。 The heat exchanger according to claim 3,
The case has a pair of connecting portions that connect the ends of the pair of side portions,
In the heat exchanger, the filling portion is also filled in the gap between at least one of the connecting portions and the outer periphery of the assembly.
前記充填部は、前記ケースの内面の全周に亘って前記間隙に充填されている熱交換器。 It is a heat exchanger as described in any one of Claims 2-4,
The filling portion is a heat exchanger in which the gap is filled over the entire circumference of the inner surface of the case.
前記ケースは、一対の前記側部の端部同士を連結する一対の連結部を有しており、
前記熱交換器は、少なくとも一方の前記連結部と前記集合体との間に介在して、前記集合体の外周に密着している弾性体を備えている熱交換器。 It is a heat exchanger as described in any one of Claims 1-3,
The case has a pair of connecting portions that connect the ends of the pair of side portions,
The heat exchanger is provided with an elastic body that is interposed between at least one of the connecting portions and the assembly and is in close contact with the outer periphery of the assembly.
前記弾性体は、一方の前記連結部と前記集合体との間に介在しており、
前記充填部は、他方の前記連結部と前記集合体の外周との間の前記間隙にも充填されている熱交換器。 The heat exchanger according to claim 6,
The elastic body is interposed between the one connecting portion and the assembly,
In the heat exchanger, the filling portion is also filled in the gap between the other connecting portion and the outer periphery of the assembly.
前記弾性体は、前記ケースの長手方向の全域に亘って設けられている熱交換器。 The heat exchanger according to claim 6 or 7,
The elastic body is a heat exchanger provided over the entire length of the case.
前記ケースは、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、前記集合体の延在方向とが実質的に一致している熱交換器。 It is a heat exchanger as described in any one of Claims 1-8,
The case has a first opening located at one end and a second opening located at the other end,
A heat exchanger in which a direction from the first opening toward the second opening substantially coincides with an extending direction of the aggregate.
前記磁気熱量効果材料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、
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、
前記磁場変更手段の動作に連動して前記熱交換器から前記第1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。 At least one heat exchanger according to any one of claims 1 to 9,
A magnetic field changing means for applying a magnetic field to the magnetocaloric material and changing the magnitude of the magnetic field;
First and second external heat exchangers respectively connected to the heat exchanger via piping;
A magnetic heat pump device comprising: fluid supply means for supplying fluid from the heat exchanger to the first or second external heat exchanger in conjunction with the operation of the magnetic field changing means.
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