JP2016145655A - Heat exchanger and magnetic heat pump device - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat exchanger capable of increasing a speed of a magnetic heat pump device.SOLUTION: A heat exchanger 10 is composed of a magneto-caloric effect material, and includes a plurality of foil materials 12 stacked to each other. The foil material 12 has a planar portion 125, a first bent portion 121 disposed on a first side 125c of the planar portion 125, and a second bent portion 122 disposed on a second side 125d opposed to the first side 125c of the planar portion 125. The first bent portion 121 is formed by bending a first extension portion 126 extended from the first side 125c toward a first main face 125a of the planar portion 125, and the second bent portion 122 is formed by bending a second extension portion 127 extended from the second side 125d toward the first main face 125a or a second main face 125b of the planar portion 125.SELECTED DRAWING: Figure 5

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.

磁気熱量効果材料からなり、溝を有する板状の材料片を積層することで、マイクロチャンネルを有する熱交換器を製造する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。   A technique of manufacturing a heat exchanger having a microchannel by laminating plate-like material pieces made of a magnetocaloric effect material and having grooves (see, for example, Patent Document 1).

特開２０１４−４４００３号公報JP 2014-44003 A

上記の技術では、材料片に対して切断、研削、研磨等を行うことで溝を形成するので、当該材料片は一定の厚み（０．４ｍｍ）を必要とする。そのため、磁気熱量効果材料の内部から表面への伝熱時間が長く、磁気熱量効果材料の熱交換に要する時間が長くなってしまうため、磁気ヒートポンプ装置の十分な高速化を図ることができない。   In the above technique, a groove is formed by cutting, grinding, polishing, or the like on the material piece. Therefore, the material piece needs a certain thickness (0.4 mm). Therefore, the heat transfer time from the inside to the surface of the magnetocaloric effect material is long, and the time required for heat exchange of the magnetocaloric effect material becomes long, so that the magnetic heat pump device cannot be sufficiently speeded up.

これに対し、箔状の磁気熱量効果材料を用いることで、磁気熱量効果材料の熱交換に要する時間の短縮化を図ることができる。しかしながら、単に磁気熱量効果材料を薄い箔状にすると、当該磁気熱量効果材料の間に流路を確保することが困難になる、という問題が生じる。   On the other hand, the time required for heat exchange of the magnetocaloric effect material can be shortened by using the foil-like magnetocaloric effect material. However, when the magnetocaloric effect material is simply made into a thin foil shape, there arises a problem that it is difficult to secure a flow path between the magnetocaloric effect materials.

本発明が解決しようとする課題は、磁気ヒートポンプ装置の高速化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 increasing the speed of a magnetic heat pump device, and a magnetic heat pump device including the heat exchanger.

［１］本発明に係る熱交換器は、磁気熱量効果を有する磁気熱量効果材料を備え、磁気ヒートポンプ装置に用いられる熱交換器であって、前記磁気熱量効果材料から構成され、相互に積層された複数の箔材を備えており、前記箔材は、面状部と、前記面状部の第１の辺に設けられた第１の屈曲部と、前記面状部において前記第１の辺に対向する第２の辺に設けられた第２の屈曲部と、を有しており、前記第１の屈曲部は、前記第１の辺から延在する第１の延在部を前記面状部の第１の主面に向かって折り曲げて形成され、前記第２の屈曲部は、前記第２の辺から延在する第２の延在部を、前記第１の主面、又は、前記面状部の第２の主面に向かって折り曲げて形成されている熱交換器である。   [1] A heat exchanger according to the present invention includes a magnetocaloric effect material having a magnetocaloric effect, and is a heat exchanger used in a magnetic heat pump device, which is composed of the magnetocaloric effect material and is laminated on each other. The foil material includes a planar portion, a first bent portion provided on a first side of the planar portion, and the first side in the planar portion. A second bent portion provided on a second side facing the first side, wherein the first bent portion defines the first extended portion extending from the first side as the surface. The second bent portion is formed by bending the second extended portion extending from the second side to the first main surface, or It is a heat exchanger formed by bending toward the second main surface of the planar portion.

［２］上記発明において、前記第１の屈曲部は、前記第１の辺の全域に設けられており、前記第２の屈曲部も、前記第２の辺の全域に設けられていてもよい。   [2] In the above invention, the first bent portion may be provided over the entire region of the first side, and the second bent portion may be provided over the entire region of the second side. .

［３］上記発明において、前記箔材は、前記面状部において前記第１の辺と前記第２の辺との間に位置する第３の辺に設けられた少なくとも一つの第３の屈曲部と、前記箔材において前記第３の辺に対向する第４の辺に設けられた少なくとも一つの第４の屈曲部と、を有しており、前記第３の屈曲部は、前記第３の辺から部分的に突出する第１の凸部を、前記第１の主面、又は、前記第２の主面に向かって折り曲げて形成されており、前記第４の屈曲部も、前記第４の辺から部分的に突出する第２の凸部を、前記第１の主面、又は、前記第２の主面に向かって折り曲げて形成されていてもよい。   [3] In the above invention, the foil material includes at least one third bent portion provided on a third side located between the first side and the second side in the planar portion. And at least one fourth bent portion provided on a fourth side facing the third side in the foil material, wherein the third bent portion is the third bent portion. A first convex portion that partially protrudes from the side is formed by bending toward the first main surface or the second main surface, and the fourth bent portion is also the fourth main portion. The 2nd convex part which protrudes partially from this edge | side may be bent toward the said 1st main surface or the said 2nd main surface.

［４］上記発明において、前記熱交換器は、相互に積層された複数の前記箔材を収容する容器を備えており、前記容器は、流体が前記容器に流入し又は前記容器から流出する第１の開口と、前記流体が前記容器から流出し又は前記容器に流入する第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、前記第１及び第２の辺の延在方向と、が実質的に平行であってもよい。   [4] In the above invention, the heat exchanger includes a container that accommodates a plurality of the foil members stacked on each other, and the container is configured to allow fluid to flow into or out of the container. A first opening and a second opening through which the fluid flows out of or into the container, the direction from the first opening toward the second opening, and the first opening And the extending direction of the second side may be substantially parallel.

［５］本発明に係る磁気ヒートポンプ装置は、上記の熱交換器と、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、流路を介して前記容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容器から前記第１又は前記第２の外部熱交換器に前記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。   [5] A magnetic heat pump device according to the present invention is the above heat exchanger, magnetic field changing means for applying a magnetic field to the magnetocaloric effect material and changing the magnitude of the magnetic field, and the container via a flow path. And a fluid supply for supplying the fluid from the container to the first or second external heat exchanger in conjunction with the operation of the magnetic field changing means. And a magnetic heat pump device.

本発明によれば、磁気熱量効果材料から構成された箔材が第１の屈曲部と第２の屈曲部を有している。このため、磁気熱量効果材料を薄くしつつ、当該磁気熱量効果材料の間に流路を容易に確保することができるので、磁気ヒートポンプ装置の高速化を図ることができる。   According to this invention, the foil material comprised from the magnetocaloric effect material has the 1st bending part and the 2nd bending part. For this reason, it is possible to easily secure a flow path between the magnetocaloric effect materials while making the magnetocaloric effect material thin, so that the speed of the magnetic heat pump device can be increased.

図１は、本発明の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であり、ピストンが第１の位置にある状態を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a magnetic heat pump device according to an embodiment of the present invention, and shows a state where a piston is in a first position. 図２は、本発明の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であり、ピストンが第２の位置にある状態を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the overall configuration of the magnetic heat pump device according to the embodiment of the present invention, and is a diagram illustrating a state where the piston is in the second position. 図３は、本発明の実施形態におけるＭＣＭ熱交換器の断面図であり、冷媒の流通方向に沿って切断した断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the MCM heat exchanger in the embodiment of the present invention, which is a cross-sectional view cut along the refrigerant flow direction. 図４は、図３のIV-IV線に沿った断面図である。4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 図５は、本発明の実施形態における箔材を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing a foil material in the embodiment of the present invention. 図６は、図５に示す箔材の展開図である。FIG. 6 is a development view of the foil material shown in FIG. 図７は、本発明の実施形態における箔材の第１変形例の正面図である。FIG. 7 is a front view of a first modification of the foil material in the embodiment of the present invention. 図８は、本発明の実施形態における箔材の積層体を示す斜視図である。FIG. 8 is a perspective view showing a laminate of foil materials in the embodiment of the present invention.

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及び図４は本実施形態におけるＭＣＭ熱交換器を示す図、図５は本実施形態における箔材を示す図、図６は図５に示す箔材の展開図、図７は箔材の変形例を示す図、図８は本実施形態における箔材の積層体を示す図である。   1 and 2 are diagrams showing the overall configuration of the magnetic heat pump device in the present embodiment, FIGS. 3 and 4 are diagrams showing an MCM heat exchanger in the present embodiment, and FIG. 5 is a diagram showing a foil material in the present embodiment. 6 is a development view of the foil material shown in FIG. 5, FIG. 7 is a view showing a modification of the foil material, and FIG. 8 is a view showing a laminate of the foil material in the present embodiment.

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 heat pump device 1 in the present embodiment is a heat pump device using a magnetocaloric effect, and as shown in FIGS. 1 and 2, first and second MCM heat exchangers 10 and 20, The piston 30, the permanent magnet 40, the low temperature side heat exchanger 50, the high temperature side heat exchanger 60, the pump 70, the pipes 81 to 84, and the switching valve 90 are provided.

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場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が本発明における流路の一例に相当し、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 MCM heat exchangers 10 and 20 in the present embodiment correspond to an example of a heat exchanger in the present invention, and the piston 30 and the permanent magnet 40 in the present embodiment serve as an example of a magnetic field changing unit in the present invention. The low temperature side heat exchanger 50 and the high temperature side heat exchanger 60 correspond to an example of the first and second external heat exchangers in the present invention, and the pipes 81 to 84 in the present embodiment are the flow paths in the present invention. The pump 70 and the switching valve 90 in the present embodiment correspond to an example of a fluid supply unit in the present invention.

第１のＭＣＭ熱交換器１０は、図３及び図４に示すように、複数の箔材１２を積層して構成された積層体１１と、当該積層体１１を収容する容器１３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の構成について詳細に説明し、第２の熱交換器２０の構成については省略する。   As shown in FIGS. 3 and 4, the first MCM heat exchanger 10 includes a stacked body 11 configured by stacking a plurality of foil materials 12, and a container 13 that stores the stacked body 11. ing. In addition, since the 1st MCM heat exchanger 10 and the 2nd MCM heat exchanger 20 have the same structure, the structure of the 1st MCM heat exchanger 10 is demonstrated in detail below, and 2nd The configuration of the heat exchanger 20 will be omitted.

それぞれの箔材１２は、磁気熱量効果を有する磁気熱量効果材料（ＭＣＭ：Magnetocaloric Effect Material）から構成されており、図５に示すように、４つの屈曲部１２１〜１２４を有している。このＭＣＭから構成される箔材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、当該箔材１２は放熱して温度が上昇する。一方、箔材１２から磁場を除去すると、電子スピンが乱雑になり磁気エントロピーが増加し、当該箔材１２は吸熱して温度が低下する。   Each foil material 12 is made of a magnetocaloric effect material (MCM) having a magnetocaloric effect, and has four bent portions 121 to 124 as shown in FIG. When a magnetic field is applied to the foil material 12 made of this MCM, the magnetic entropy is reduced by aligning the electron spin, and the foil material 12 dissipates heat and the temperature rises. On the other hand, when the magnetic field is removed from the foil material 12, the electron spin becomes messy and the magnetic entropy increases, and the foil material 12 absorbs heat and the temperature decreases.

折り曲げる前の箔材１２は、０．１ｍｍ程度の厚さを有するＭＣＭ薄板であり、図６の展開図に示すように、面状部１２５と、２つの延在部１２６，１２７と、２つの凸部１２８，１２９と、を有している。   The foil material 12 before being bent is an MCM thin plate having a thickness of about 0.1 mm. As shown in the developed view of FIG. 6, the planar portion 125, the two extending portions 126 and 127, and the two And convex portions 128 and 129.

面状部１２５は、面状に広がっている平坦な部分であり、第１〜第４の辺１２５ｃ〜１２５ｆによって規定される矩形形状を有している。第１の辺１２５ｃと第２の辺１２５ｄは相互に対向しており、実質的に平行に延在している。第３の辺１２５ｅと第４の辺１２５ｆも相互に対応しており、実質的に平行に延在している。第３の辺１２５ｅは、第１の辺１２５ｃと第２の辺１２５ｄとの間に位置しており、第４の辺１２５ｆも、第１の辺１２５ｃと第２の辺１２５ｄの間に位置している。   The planar portion 125 is a flat portion spreading in a planar shape, and has a rectangular shape defined by the first to fourth sides 125c to 125f. The first side 125c and the second side 125d are opposed to each other and extend substantially in parallel. The third side 125e and the fourth side 125f also correspond to each other and extend substantially in parallel. The third side 125e is located between the first side 125c and the second side 125d, and the fourth side 125f is also located between the first side 125c and the second side 125d. ing.

第１の延在部１２６は、面状部１２５の第１の辺１２５ｃの全域から図中右側に向かって延在している。第２の延在部１２７も、面状部１２５の第２の辺１２５ｄの全域から図中左側に向かって延在している。一方、第１の凸部１２８は、面状部１２５の第３の辺１２５ｅの略中央から図中上方に向かって部分的に突出している。第２の凸部１２９も、面状部１２５の第４の辺１２５ｆの略中央から図中下方に向かって部分的に突出している。   The first extending portion 126 extends from the entire area of the first side 125c of the planar portion 125 toward the right side in the drawing. The second extending portion 127 also extends from the entire area of the second side 125d of the planar portion 125 toward the left side in the drawing. On the other hand, the first convex portion 128 partially protrudes upward from the approximate center of the third side 125e of the planar portion 125 in the drawing. The second convex portion 129 also partially projects downward from the approximate center of the fourth side 125f of the planar portion 125 in the drawing.

図５及び図６に示すように、第１の屈曲部１２１は、面状部１２５の第１の辺１２５ｃに沿って、第１の延在部１２６を面状部１２５の上面１２５ａに向かって折り曲げることで形成されている。当該折り曲げた後の第１の延在部１２６（すなわち第１の屈曲部１２１）は、面状部１２５の上面１２５ａに密着している。この第１の屈曲部１２１は、面状部１２５の第１の辺１２５ｃの全域に亘って設けられている。   As shown in FIGS. 5 and 6, the first bent portion 121 has the first extending portion 126 directed toward the upper surface 125 a of the planar portion 125 along the first side 125 c of the planar portion 125. It is formed by bending. The first extended portion 126 (that is, the first bent portion 121) after being bent is in close contact with the upper surface 125 a of the planar portion 125. The first bent portion 121 is provided over the entire area of the first side 125 c of the planar portion 125.

第２の屈曲部３３も、面状部１２５の第２の辺１２５ｄに沿って、第２の延在部１２７を面状部１２５の上面１２５ａに向かって折り曲げることで形成されている。当該折り曲げられた後の第２の延在部１２７（すなわち第２の屈曲部１２２）は、面状部１２５の上面１２５ａに密着している。この第２の屈曲部１２２は、面状部１２５の第２の辺１２５ｄの全域に亘って設けられている。   The second bent portion 33 is also formed by bending the second extending portion 127 toward the upper surface 125 a of the planar portion 125 along the second side 125 d of the planar portion 125. The second extended portion 127 (that is, the second bent portion 122) after being bent is in close contact with the upper surface 125 a of the planar portion 125. The second bent portion 122 is provided over the entire area of the second side 125 d of the planar portion 125.

なお、第１の屈曲部１２１の折り曲げ方向と第２の屈曲部１２２の折り曲げ方向を逆にしてもよい。具体的には、図７に示すように、第１の延在部１２６を面状部１２５の上面１２５ａに向かって折り曲げることで、第１の屈曲部１２１を形成するのに対し、第２の延在部１２７を面状部１２５の下面１２５ｂに向かって折り曲げることで、第２の屈曲部１２２を形成してもよい。   Note that the bending direction of the first bent portion 121 and the bending direction of the second bent portion 122 may be reversed. Specifically, as shown in FIG. 7, the first bent portion 121 is formed by bending the first extending portion 126 toward the upper surface 125 a of the planar portion 125, whereas the second bent portion 121 is formed. The second bent portion 122 may be formed by bending the extending portion 127 toward the lower surface 125 b of the planar portion 125.

また、特に図示しないが、第１の屈曲部１２１が部分的に切り欠かれていてもよいし、第２の屈曲部１２２が部分的に切りかかれていてもよい。   Although not particularly illustrated, the first bent portion 121 may be partially cut out, or the second bent portion 122 may be partially cut out.

図５及び図６に戻り、第３の屈曲部１２３は、面状部１２５の第３の辺１２５ｅに沿って、第１の凸部１２８を面状部１２５の上面１２５ａに向かって折り曲げることで形成されている。当該折り曲げられた後の第１の凸部１２８（すなわち第３の屈曲部１２３）は、面状部１２５の上面１２５ａに密着している。   Returning to FIGS. 5 and 6, the third bent portion 123 bends the first convex portion 128 toward the upper surface 125 a of the planar portion 125 along the third side 125 e of the planar portion 125. Is formed. The first convex portion 128 (that is, the third bent portion 123) after being bent is in close contact with the upper surface 125 a of the planar portion 125.

第４の屈曲部１２４も、面状部１２５の第４の辺１２５ｆに沿って、第２の凸部１２９を面状部１２５の上面１２５ａに向かって折り曲げることで形成されている。当該折り曲げられた後の第４の屈曲部１２４は、面状部１２５の上面１２５ａに密着している。   The fourth bent portion 124 is also formed by bending the second convex portion 129 toward the upper surface 125 a of the planar portion 125 along the fourth side 125 f of the planar portion 125. The fourth bent portion 124 after being bent is in close contact with the upper surface 125 a of the planar portion 125.

なお、第１の凸部１２８を面状部１２５の下面１２５ｂに向かって折り曲げられることで、第３の屈曲部１２３を形成してもよいし、第２の凸部１２９を面状部１２５の下面１２５ｂに向かって折り曲げることで、第４の屈曲部１２４を形成してもよい。また、第３及び第４の屈曲部１２３，１２４の数は特に限定されないが、第３及び第４の屈曲部１２３，１２４の数が多いほど冷媒の圧力損失が増加してしまう。   In addition, the 3rd bending part 123 may be formed by bending the 1st convex part 128 toward the lower surface 125b of the planar part 125, and the 2nd convex part 129 of the planar part 125 may be formed. The fourth bent portion 124 may be formed by bending toward the lower surface 125b. In addition, the number of the third and fourth bent portions 123 and 124 is not particularly limited, but the pressure loss of the refrigerant increases as the number of the third and fourth bent portions 123 and 124 increases.

この箔材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 foil material 12 is not particularly limited as long as it is a magnetic material. For example, the MCM has a Curie temperature (Curie point) in a normal temperature range of about 10 ° C. to 30 ° C., and exhibits a high magnetocaloric effect in the normal temperature range. It is preferable that it is a magnetic body. Specific examples of such MCMs include gadolinium (Gd), gadolinium alloys, lanthanum-iron-silicon (La-Fe-Si) compounds, and the like.

また、箔材１２を構成するＭＣＭ薄板の具体的な製造方法としては、次のような方法を例示することができる。すなわち、先ず、バルク状のガドリニウム（Ｇｄ）を粉砕した後、これを溶融して１ｍｍ程度の厚さを有する板材を形成する。次いで、当該板材の板材が０．１ｍｍ程度の厚さとなるまで板材を複数回圧延した後、７００℃〜８００℃の温度で１時間程度加熱する。これにより、折り曲げ可能な延性を有するＭＣＭ薄板を形成することができる。   Moreover, as a concrete manufacturing method of the MCM thin plate which comprises the foil material 12, the following methods can be illustrated. That is, first, bulk gadolinium (Gd) is crushed and then melted to form a plate having a thickness of about 1 mm. Next, the plate material is rolled a plurality of times until the plate material has a thickness of about 0.1 mm, and then heated at a temperature of 700 ° C. to 800 ° C. for about 1 hour. Thereby, the MCM thin plate which has the ductility which can be bend | folded can be formed.

以上に説明した複数の箔材１２は、図８に示すように、相互に積層されて積層体１１を構成している。この際、下側の箔材１２の第１及び第２の屈曲部１２１，１２２が、上側の箔材１２の面状部１２５の下面１２５ｂ（図４参照）に接触するように、複数の箔材１２が順に積層されている。このため、第１及び第２の屈曲部１２１，１２２によって、２つの箔材１２の間に間隙１１１が形成されている。また、それぞれの箔材１２の前後端に形成された第３及び第４の屈曲部１２３，１２４が間隙１１１に入り込んでいる。   As shown in FIG. 8, the plurality of foil materials 12 described above are stacked on each other to form a stacked body 11. At this time, the first and second bent portions 121, 122 of the lower foil material 12 are in contact with the lower surface 125b (see FIG. 4) of the planar portion 125 of the upper foil material 12. The material 12 is laminated | stacked in order. For this reason, a gap 111 is formed between the two foil members 12 by the first and second bent portions 121 and 122. Further, the third and fourth bent portions 123 and 124 formed at the front and rear ends of each foil material 12 enter the gap 111.

第１のＭＣＭ熱交換器１０の容器１３は、図３及び図４に示すように、箔材１２の積層体１１を収容する内部空間１３１を有している。また、この内部空間１３１には、２つの開口１３２，１３３が形成されている。積層体１１は、箔材１２の第１及び第２の辺１２５ｃ，１２５ｄが第１の開口１３２から第２の開口１３３に向かう方向ＣＬ（すなわち容器１３内における冷媒の流通方向）に対して実質的に平行となるように、容器１３の内部空間１３１に収容されている。図１に示すように、第１の開口１３２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。一方、第２の開口１３３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。   The container 13 of the 1st MCM heat exchanger 10 has the internal space 131 which accommodates the laminated body 11 of the foil material 12, as shown in FIG.3 and FIG.4. In addition, two openings 132 and 133 are formed in the internal space 131. The laminated body 11 is substantially in the direction CL in which the first and second sides 125c, 125d of the foil material 12 are directed from the first opening 132 toward the second opening 133 (that is, the refrigerant flow direction in the container 13). Are accommodated in the internal space 131 of the container 13 so as to be parallel to each other. As shown in FIG. 1, the first opening 132 communicates with the low temperature side heat exchanger 50 via the first low temperature side pipe 81. On the other hand, the second opening 133 communicates with the high temperature side heat exchanger 60 via the first high temperature side pipe 83.

同様に、第２のＭＣＭ熱交換器２０の容器２３も、図２に示すように、箔材２２の積層体２１を収容すると共に第１及び第２の開口２３２，２３３が形成された内部空間２３１を有している。第１の開口２３２は、第２の低温側配管８２を介して、低温側熱交換器５０に連通しているのに対し、第２の開口は２３３、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。なお、第２のＭＣＭ熱交換器２０の箔材２２は、第１のＭＣＭ熱交換器１０の箔材１２と同じ構成を有している。   Similarly, as shown in FIG. 2, the container 23 of the second MCM heat exchanger 20 also accommodates the laminate 21 of the foil material 22 and has an internal space in which the first and second openings 232 and 233 are formed. 231. The first opening 232 communicates with the low-temperature side heat exchanger 50 via the second low-temperature side pipe 82, whereas the second opening 233 and the second high-temperature side pipe 84 via The high temperature side heat exchanger 60 is communicated. The foil material 22 of the second MCM heat exchanger 20 has the same configuration as the foil material 12 of the first MCM heat exchanger 10.

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と室外の空気との間で熱交換を行うことで室外に放熱する。これに対し、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。   For example, when the air conditioner using the magnetic heat pump device 1 in the present embodiment functions as cooling, the room is cooled by exchanging heat between the low temperature side heat exchanger 50 and the indoor air, Heat is exchanged between the high temperature side heat exchanger 60 and outdoor air to radiate heat to the outside. On the other hand, when the air conditioner functions as heating, the room is warmed by exchanging heat between the high temperature side heat exchanger 60 and the indoor air, and the low temperature side heat exchanger 50 and the outdoor side are heated. Heat is absorbed from the outside by exchanging heat with air.

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冷媒が圧送される。冷媒の具体例としては、例えば水、不凍液、エタノール溶液、又は、そ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冷媒が、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 heat exchangers 10, 20, 50, 60 is formed by the two low temperature side pipes 81, 82 and the two high temperature side pipes 83, 84. The refrigerant is pumped into the circulation path. Specific examples of the refrigerant include liquids such as water, antifreeze, ethanol solution, or a mixture thereof. The refrigerant in the present embodiment corresponds to an example of a fluid in the present invention.

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、特に図示しないアクチュエータによって、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。   The two MCM heat exchangers 10 and 20 are accommodated inside the piston 30. The piston 30 can reciprocate between the pair of permanent magnets 40 by an actuator (not shown). Specifically, the piston 30 can reciprocate between a “first position” as shown in FIG. 1 and a “second position” as shown in FIG. .

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 MCM heat exchanger 10 is not interposed between the permanent magnets 40 and the second MCM heat exchanger 20 is interposed between the permanent magnets 40. 30 positions. On the other hand, the “second position” is a piston in which the first MCM heat exchanger 10 is interposed between the permanent magnets 40 and the second MCM heat exchanger 20 is not interposed between the permanent magnets 40. 30 positions.

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。   The permanent magnet 40 may be reciprocated instead of the first and second MCM heat exchangers 10 and 20. Alternatively, an electromagnet having a coil may be used in place of the permanent magnet 40. In this case, a mechanism for moving the MCM heat exchangers 10, 20 or the magnet becomes unnecessary.

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による冷媒の供給先を、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 valve 90 is provided in the first high temperature side pipe 83 and the second high temperature side pipe 84. The switching valve 90 switches the refrigerant supply destination by the pump 70 to the first MCM heat exchanger 10 or the second MCM heat exchanger 20 in conjunction with the operation of the piston 30 described above, The connection destination of the side heat exchanger 60 can be switched to the second MCM heat exchanger 20 or the first MCM heat exchanger 10.

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 heat pump apparatus 1 in this embodiment is demonstrated, referring FIG.1 and FIG.2.

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の箔材１２が減磁されて温度が低下する一方で、第２のＭＣＭ熱交換器２０の箔材２２が増磁されて温度が上昇する。   First, when the piston 30 is moved to the “first position” shown in FIG. 1, the foil material 12 of the first MCM heat exchanger 10 is demagnetized to lower the temperature, while the second MCM heat exchange is performed. The foil material 22 of the container 20 is magnetized and the temperature rises.

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 valve 90 causes the pump 70 → the first high temperature side pipe 83 → the first MCM heat exchanger 10 → the first low temperature side pipe 81 → the low temperature side heat exchanger 50 → the second low temperature side pipe. A first path consisting of 82 → second MCM heat exchanger 20 → second high temperature side pipe 84 → high temperature side heat exchanger 60 → pump 70 is formed.

このため、減磁によって温度が低下した第１のＭＣＭ熱交換器１０の箔材１２によって冷媒が冷却され、当該冷媒が低温側熱交換器５０に供給されて、当該低温側熱交換器５０が冷却される。この際、第１のＭＣＭ熱交換器１０の内部において、箔材１２の間に形成された間隙１１１を冷媒が通過して箔材１２と接触することで、当該冷媒が箔材１２によって冷却される。   For this reason, the refrigerant is cooled by the foil material 12 of the first MCM heat exchanger 10 whose temperature has decreased due to demagnetization, the refrigerant is supplied to the low-temperature side heat exchanger 50, and the low-temperature side heat exchanger 50 is To be cooled. At this time, in the first MCM heat exchanger 10, the refrigerant passes through the gap 111 formed between the foil members 12 and comes into contact with the foil member 12, so that the refrigerant is cooled by the foil member 12. The

一方、増磁されて温度が上昇した第２のＭＣＭ熱交換器２０の箔材２２によって冷媒が加熱され、当該冷媒は高温側熱交換器６０に供給されて、当該高温側熱交換器６０が加熱される。この際、第２のＭＣＭ熱交換器２０の内部において、箔材２２の間に形成された間隙を冷媒が通過して箔材２２と接触することで、当該冷媒が箔材２２によって加熱される。   On the other hand, the refrigerant is heated by the foil material 22 of the second MCM heat exchanger 20 that has been magnetized to increase the temperature, and the refrigerant is supplied to the high-temperature side heat exchanger 60, and the high-temperature side heat exchanger 60 is Heated. At this time, in the second MCM heat exchanger 20, the refrigerant passes through the gap formed between the foil materials 22 and comes into contact with the foil material 22, so that the refrigerant is heated by the foil material 22. .

次いで、ピストン４０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の箔材１２が増磁されて温度が上昇する一方で、第２のＭＣＭ熱交換器２０の箔材２２が減磁されて温度が低下する。   Next, when the piston 40 is moved to the “second position” shown in FIG. 2, the foil material 12 of the first MCM heat exchanger 10 is magnetized to increase the temperature, while the second MCM heat exchange is performed. The foil material 22 of the container 20 is demagnetized and the temperature is lowered.

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 valve 90 causes the pump 70 → second high temperature side pipe 84 → second MCM heat exchanger 20 → second low temperature side pipe 82 → low temperature side heat exchanger 50 → first low temperature side pipe. A second path consisting of 81 → first MCM heat exchanger 10 → first high temperature side pipe 83 → high temperature side heat exchanger 60 → pump 70 is formed.

このため、減磁によって温度が低下した第２のＭＣＭ熱交換器２０の箔材２２によって冷媒が冷却され、当該冷媒が低温側熱交換器５０に供給されて、当該低温側熱交換器５０が冷却される。この際、第２のＭＣＭ熱交換器２０の内部において、箔材２２の間に形成された間隙を冷媒が通過して箔材２２と接触することで、当該冷媒が箔材２２によって冷却される。   For this reason, the refrigerant is cooled by the foil material 22 of the second MCM heat exchanger 20 whose temperature has decreased due to demagnetization, the refrigerant is supplied to the low-temperature side heat exchanger 50, and the low-temperature side heat exchanger 50 is To be cooled. At this time, in the second MCM heat exchanger 20, the refrigerant passes through the gap formed between the foil materials 22 and comes into contact with the foil material 22, so that the refrigerant is cooled by the foil material 22. .

一方、増磁されて温度が上昇した第１のＭＣＭ熱交換器１０の箔材１２によって冷媒が加熱され、当該冷媒は高温側熱交換器６０に供給されて、当該高温側熱交換器６０が加熱される。この際、第１のＭＣＭ熱交換器１０の内部において、箔材１２の間に形成された間隙１１１を冷媒が通過して箔材１２と接触することで、当該冷媒が箔材１２によって加熱される。   On the other hand, the refrigerant is heated by the foil material 12 of the first MCM heat exchanger 10 which has been magnetized and the temperature has risen, and the refrigerant is supplied to the high temperature side heat exchanger 60, and the high temperature side heat exchanger 60 is Heated. At this time, in the first MCM heat exchanger 10, the refrigerant passes through the gap 111 formed between the foil materials 12 and comes into contact with the foil material 12, so that the refrigerant is heated by the foil material 12. The

そして、以上に説明したピストン４０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内の箔材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 piston 40 described above is repeated, and the foil members 12 in the first and second MCM heat exchangers 10 and 20, By repeating the application / removal of the magnetic field to / from 22, the cooling of the low temperature side heat exchanger 50 and the heating of the high temperature side heat exchanger 60 are continued.

以上のように、本実施形態では、ＭＣＭから構成された箔材１２の両端に第１及び第２の屈曲部１２１，１２２が設けられており、この第１及び第２の屈曲部１２１，１２２によって、相互に隣り合う箔材１２の間に間隙１１１が形成されている。このため、箔材１２を薄くしつつ、当該箔材１２の間に流路を容易に確保することができるので、磁気ヒートポンプ装置１の高速化を図ることができる。   As described above, in the present embodiment, the first and second bent portions 121 and 122 are provided at both ends of the foil material 12 made of MCM, and the first and second bent portions 121 and 122 are provided. Thus, a gap 111 is formed between the foil materials 12 adjacent to each other. For this reason, since the flow path can be easily secured between the foil materials 12 while making the foil material 12 thin, the magnetic heat pump device 1 can be speeded up.

また、本実施形態では、ＭＣＭから構成された箔材１２の両端の全域に亘って第１及び第２の屈曲部１２１，１２２が設けられているので、箔材１２の強度を向上させることができる。   Moreover, in this embodiment, since the 1st and 2nd bending parts 121 and 122 are provided over the whole region of the both ends of the foil material 12 comprised from MCM, the intensity | strength of the foil material 12 can be improved. it can.

また、本実施形態では、それぞれの箔材１２の前後端に形成された第３及び第４の屈曲部１２３，１２４が間隙１１１に入り込んでいるので、冷媒の流通時に間隙１１１の出入口が閉塞されてしまうのを抑制することができる。   In the present embodiment, since the third and fourth bent portions 123 and 124 formed at the front and rear ends of the respective foil members 12 enter the gap 111, the inlet / outlet of the gap 111 is blocked during the circulation of the refrigerant. Can be suppressed.

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、例えば、本発明に係る熱交換器をＡＭＲ（Active Magnetic Refrigeration）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 for example, the heat exchanger according to the present invention may be applied to other magnetic heat pump devices of an AMR (Active Magnetic Refrigeration) system.

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用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 the air conditioning apparatus for household use or a motor vehicle, it is not limited to this in particular. 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.

１…磁気ヒートポンプ装置
１０…第１のＭＣＭ熱交換器
１１…積層体
１１１…間隙
１２…箔材
１２１〜１２４…第１〜第４の屈曲部
１２５…面状部
１２５ａ…上面
１２５ｂ…下面
１２５ｃ〜１２５ｆ…第１〜第４の辺
１２６〜１２７…第１〜第２の延在部
１２８〜１２９…第１〜第２の凸部
１３…容器
１３１…内部空間
１３２…第１の開口
１３３…第２の開口
２０…第２のＭＣＭ熱交換器
２１…積層体
２２…箔材
２３…容器
２３１…内部空間
２３２…第１の開口
２３３…第２の開口
３０…ピストン
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の低温側配管
９０…切替弁 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Magnetic heat pump apparatus 10 ... 1st MCM heat exchanger 11 ... Laminate body 111 ... Gap 12 ... Foil material 121-124 ... 1st-4th bending part 125 ... Planar part
125a ... upper surface
125b ... lower surface 125c-125f ... 1st-4th edge 126-127 ... 1st-2nd extension part 128-129 ... 1st-2nd convex part 13 ... container 131 ... internal space 132 ... 1st 133 ... 2nd opening 20 ... 2nd MCM heat exchanger 21 ... Laminate 22 ... Foil material 23 ... Container 231 ... Internal space 232 ... 1st opening 233 ... 2nd opening 30 ... Piston 40 ... Permanent Magnet 50 ... Low temperature side heat exchanger 60 ... High temperature side heat exchanger 70 ... Pump 81-82 ... First to second low temperature side piping 83-84 ... Third to fourth low temperature side piping 90 ... Switching valve

Claims (5)

磁気熱量効果を有する磁気熱量効果材料を備え、磁気ヒートポンプ装置に用いられる熱交換器であって、
前記磁気熱量効果材料から構成され、相互に積層された複数の箔材を備えており、
前記箔材は、
面状部と、
前記面状部の第１の辺に設けられた第１の屈曲部と、
前記面状部において前記第１の辺に対向する第２の辺に設けられた第２の屈曲部と、を有しており、
前記第１の屈曲部は、前記第１の辺から延在する第１の延在部を前記面状部の第１の主面に向かって折り曲げて形成され、
前記第２の屈曲部は、前記第２の辺から延在する第２の延在部を、前記第１の主面、又は、前記面状部の第２の主面に向かって折り曲げて形成されている熱交換器。 A heat exchanger comprising a magnetocaloric effect material having a magnetocaloric effect and used in a magnetic heat pump device,
It is composed of the magnetocaloric effect material, and includes a plurality of foil materials stacked on each other
The foil material is
A planar portion;
A first bent portion provided on a first side of the planar portion;
A second bent portion provided on a second side opposite to the first side in the planar portion,
The first bent portion is formed by bending a first extending portion extending from the first side toward the first main surface of the planar portion,
The second bent portion is formed by bending a second extending portion extending from the second side toward the first main surface or the second main surface of the planar portion. Heat exchanger. 請求項１に記載の熱交換器であって、
前記第１の屈曲部は、前記第１の辺の全域に設けられており、
前記第２の屈曲部も、前記第２の辺の全域に設けられている熱交換器。 The heat exchanger according to claim 1,
The first bent portion is provided over the entire area of the first side,
The heat exchanger in which the second bent portion is also provided in the entire region of the second side. 請求項１又は２に記載の熱交換器であって、
前記箔材は、
前記面状部において前記第１の辺と前記第２の辺との間に位置する第３の辺に設けられた少なくとも一つの第３の屈曲部と、
前記箔材において前記第３の辺に対向する第４の辺に設けられた少なくとも一つの第４の屈曲部と、を有しており、
前記第３の屈曲部は、前記第３の辺から部分的に突出する第１の凸部を、前記第１の主面、又は、前記第２の主面に向かって折り曲げて形成されており、
前記第４の屈曲部も、前記第４の辺から部分的に突出する第２の凸部を、前記第１の主面、又は、前記第２の主面に向かって折り曲げて形成されている熱交換器。 The heat exchanger according to claim 1 or 2,
The foil material is
At least one third bent portion provided on a third side located between the first side and the second side in the planar portion;
And at least one fourth bent portion provided on a fourth side facing the third side in the foil material,
The third bent portion is formed by bending a first convex portion that partially protrudes from the third side toward the first main surface or the second main surface. ,
The fourth bent portion is also formed by bending a second convex portion partially protruding from the fourth side toward the first main surface or the second main surface. Heat exchanger. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換器であって、
前記熱交換器は、相互に積層された複数の前記箔材を収容する容器を備えており、
前記容器は、
流体が前記容器に流入し又は前記容器から流出する第１の開口と、
前記流体が前記容器から流出し又は前記容器に流入する第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、前記第１及び第２の辺の延在方向と、が実質的に平行である熱交換器。 It is a heat exchanger as described in any one of Claims 1-3,
The heat exchanger includes a container for storing a plurality of the foil materials stacked on each other,
The container is
A first opening through which fluid flows into or out of the container;
A second opening through which the fluid flows out of or into the container;
A heat exchanger in which a direction from the first opening toward the second opening is substantially parallel to an extending direction of the first and second sides. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱交換器と、
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、
流路を介して前記容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容器から前記第１又は前記第２の外部熱交換器に前記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 heat exchanger according to any one of claims 1 to 4,
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 vessel via a flow path;
And a fluid supply means for supplying the fluid from the container to the first or second external heat exchanger in conjunction with the operation of the magnetic field changing means.

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