JP2018124028A - Magnetic heat pump device - Google Patents

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正裕 近藤
Masahiro Kondo
正裕 近藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic heat pump device that can enhance performance.SOLUTION: A magnetic heat pump device 1 comprises: an MCM heat exchanger 10 including a linear body 12 that exhibits a magnetocaloric effect, and a case 13 in which the linear body is housed; a magnetic field changing part 20 that applies a magnetic field to the linear body and changes the intensity of the magnetic field; a high-temperature side heat exchanger 30 connected to a high-temperature end of the MCM heat exchanger; a low-temperature side heat exchanger 40 connected to a low-temperature end of the MCM heat exchanger; and a heat medium moving part 50 that moves a heat medium from the side of the low-temperature end toward the side of the high-temperature end when the intensity of the magnetic field applied to the linear body is increased by the magnetic field changing part, and that moves the heat medium from the side of the high-temperature end toward the side of the low-temperature end when the intensity of the magnetic field applied to the linear body is decreased by the magnetic field changing part. The heat medium moving part comprises: a piston cylinder 51 including a cylinder 511 connected to the high-temperature side heat exchanger, and a piston 512 in close contact with an inner periphery of the cylinder; and a tank 52 connected to the low-temperature side heat exchanger, and in which the heat medium is stored.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、磁気熱量効果を利用した磁気ヒートポンプ装置に関するものである。   The present invention relates to a magnetic heat pump device using a magnetocaloric effect.

磁気熱量効果型のヒートポンプとして、磁気熱量素子と熱交換する熱輸送媒体を流す熱輸送装置に斜板型のピストンポンプを用いたものが知られている（例えば特許文献１参照）。   2. Description of the Related Art As a magnetocaloric effect type heat pump, a swash plate type piston pump is known as a heat transport device for flowing a heat transport medium that exchanges heat with a magnetocaloric element (see, for example, Patent Document 1).

特開２０１４−２０９０４１号公報JP 2014-209041 A

上記ヒートポンプでは、低温側の熱交換器に接続されたピストンポンプの摺動部分が発熱して熱輸送媒体が加熱されるため、低温側の熱交換器が十分に冷却されず、ヒートポンプの性能が低下するおそれがあるという問題がある。   In the above heat pump, the sliding portion of the piston pump connected to the low temperature side heat exchanger generates heat and heat transport medium is heated, so the low temperature side heat exchanger is not cooled sufficiently, and the performance of the heat pump is reduced. There is a problem that it may decrease.

本発明が解決しようとする課題は、性能を向上できる磁気ヒートポンプ装置を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide a magnetic heat pump device capable of improving performance.

［１］本発明に係る磁気ヒートポンプ装置は、磁気熱量効果を発現する磁性体と、前記磁性体が収容されたケースとを含む熱交換器と、前記磁性体に磁場を印加すると共に前記磁場の強度を変更する磁場変更手段と、前記熱交換器の高温端に接続された第１の外部熱交換器と、前記熱交換器の低温端に接続された第２の外部熱交換器と、前記磁場変更手段により前記磁性体に印加される前記磁場の強度の増加に伴い前記低温端側から前記高温端側に向けて熱媒体を移動し、前記磁場変更手段により前記磁性体に印加される前記磁場の強度の減少に伴い前記高温端側から前記低温端側に向けて前記熱媒体を移動する熱媒体移動手段と、を備え、前記熱媒体移動手段は、前記第１の外部熱交換器に接続されたシリンダと、前記シリンダの内周に密着するピストンと、を有するピストンシリンダと、前記第２の外部熱交換器に接続され、前記熱媒体が貯蔵されたタンクと、を含む磁気ヒートポンプ装置である。 [1] A magnetic heat pump device according to the present invention includes a heat exchanger including a magnetic body that exhibits a magnetocaloric effect, a case in which the magnetic body is accommodated, a magnetic field applied to the magnetic body, and the magnetic field A magnetic field changing means for changing the strength; a first external heat exchanger connected to the high temperature end of the heat exchanger; a second external heat exchanger connected to the low temperature end of the heat exchanger; The heating medium is moved from the low temperature end side to the high temperature end side with an increase in the strength of the magnetic field applied to the magnetic body by the magnetic field changing means, and the magnetic material is applied to the magnetic body by the magnetic field changing means. Heat medium moving means for moving the heat medium from the high temperature end side toward the low temperature end side as the strength of the magnetic field decreases, and the heat medium moving means is provided in the first external heat exchanger. The connected cylinder and the inner periphery of the cylinder A piston cylinder having a piston, a, is connected to the second external heat exchanger, a tank the heating medium is stored, a magnetic heat pump device including a.

本発明によれば、低温側の熱交換器に接続された熱媒体移動手段が発熱しないため、磁気ヒートポンプ装置の性能の向上を図ることができる。   According to the present invention, since the heat medium moving means connected to the low-temperature side heat exchanger does not generate heat, the performance of the magnetic heat pump device can be improved.

図１は、本発明の一実施の形態に係る磁気ヒートポンプ装置の全体構成図であり、永久磁石が第１の位置にある状態を示す図である。FIG. 1 is an overall configuration diagram of a magnetic heat pump device according to an embodiment of the present invention, and shows a state where a permanent magnet is in a first position. 図２は、本発明の一実施の形態に係る磁気ヒートポンプ装置の全体構成図であり、永久磁石が第２の位置にある状態を示す図である。FIG. 2 is an overall configuration diagram of the magnetic heat pump device according to the embodiment of the present invention, and shows a state where the permanent magnet is in the second position. 図３は、本発明の一実施の形態に係るＭＣＭ熱交換器の構成を示す分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view showing the configuration of the MCM heat exchanger according to one embodiment of the present invention. 図４は、本発明の一実施の形態に係るＭＣＭ熱交換器の延在方向に沿った断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view along the extending direction of the MCM heat exchanger according to 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は本発明の一実施の形態に係る磁気ヒートポンプ装置の全体構成図であり、永久磁石が第１の位置にある状態を示す図、図２は本発明の一実施の形態に係る磁気ヒートポンプ装置の全体構成図であり、永久磁石が第２の位置にある状態を示す図、図３は本発明の一実施の形態に係るＭＣＭ熱交換器の構成を示す分解斜視図、図４は本発明の一実施の形態に係るＭＣＭ熱交換器の延在方向に沿った断面図である。   FIG. 1 is an overall configuration diagram of a magnetic heat pump device according to an embodiment of the present invention, showing a state in which a permanent magnet is in a first position, and FIG. 2 is a magnetic heat pump according to an embodiment of the present invention. It is a whole block diagram of an apparatus, and is a figure which shows the state which has a permanent magnet in a 2nd position, FIG. 3 is an exploded perspective view which shows the structure of the MCM heat exchanger which concerns on one embodiment of this invention, FIG. It is sectional drawing along the extension direction of the MCM heat exchanger which concerns on one embodiment of invention.

図１及び図２に示す磁気ヒートポンプ装置１は、磁気熱量効果（Magnetocaloric effect）を利用したヒートポンプ装置であり、家庭用或いは自動車等の空気調和装置に適用される。この磁気ヒートポンプ装置１は、ＭＣＭ熱交換器１０と、ＭＣＭ熱交換器１０に対して磁場の印加／除去をする磁気変更部２０と、ＭＣＭ熱交換器１０の高温端に接続された高温側熱交換器３０と、ＭＣＭ熱交換器１０の低温端に接続された低温側熱交換器４０と、ピストンシリンダ５１とタンク５２とを有する熱媒体移動部５０と、熱媒体を通す配管６０とを備えている。この磁気ヒートポンプ装置１においては、ピストンシリンダ５１、高温側熱交換器３０、ＭＣＭ熱交換器１０、低温側熱交換器４０、及びタンク５２がこの順で配管６０により接続されており、配管６０の両端のそれぞれに、ピストンシリンダ５１及びタンク５２が配されている。なお、熱媒体としては、例えば、水、不凍液、エタノール溶液、又は、これらの混合物等の液体流体を用いることができる。   A magnetic heat pump device 1 shown in FIG. 1 and FIG. 2 is a heat pump device using a magnetocaloric effect, and is applied to an air conditioner for home use or automobiles. The magnetic heat pump apparatus 1 includes an MCM heat exchanger 10, a magnetic changing unit 20 that applies / removes a magnetic field to / from the MCM heat exchanger 10, and a high temperature side heat connected to a high temperature end of the MCM heat exchanger 10. The heat exchanger 40 which has the low temperature side heat exchanger 40 connected to the low temperature end of the exchanger 30, the MCM heat exchanger 10, the piston cylinder 51 and the tank 52, and the piping 60 which lets a heat medium pass are provided. ing. In this magnetic heat pump device 1, the piston cylinder 51, the high temperature side heat exchanger 30, the MCM heat exchanger 10, the low temperature side heat exchanger 40, and the tank 52 are connected by a pipe 60 in this order. A piston cylinder 51 and a tank 52 are arranged at each of both ends. In addition, as a heat medium, liquid fluids, such as water, an antifreeze, ethanol solution, or these mixtures, can be used, for example.

ＭＣＭ熱交換器１０は、図３及び図４に示すように、複数の線状体１２からなる集合体１１と、当該集合体１１が収容されたケース１３と、ケース１３に接続された第１のアダプタ１４と第２のアダプタ１５とを含んでいる。   As shown in FIGS. 3 and 4, the MCM heat exchanger 10 includes an assembly 11 composed of a plurality of linear bodies 12, a case 13 in which the assembly 11 is accommodated, and a first connected to the case 13. The adapter 14 and the second adapter 15 are included.

線状体１２は、磁気熱量効果を発現する磁気熱量効果材料（ＭＣＭ：Magnetocaloric Effect Material）から構成された円形の断面形状を有する線材である。このＭＣＭから構成される線状体１２に磁場を印加すると、電子スピンが揃うことで磁気エントロピーが減少し、当該線状体１２は発熱して温度が上昇する。一方、線状体１２から磁場を除去すると、当該線状体１２は、電子スピンが乱雑となり磁気エントロピーが増加し、当該線状体１２は吸熱して温度が低下する。   The linear body 12 is a wire having a circular cross-sectional shape made of a magnetocaloric effect material (MCM) that exhibits a magnetocaloric effect. When a magnetic field is applied to the linear body 12 composed of the MCM, the magnetic entropy is reduced by aligning the electron spin, and the linear body 12 generates heat and the temperature rises. On the other hand, when the magnetic field is removed from the linear body 12, the electron spin becomes messy and the magnetic entropy increases, and the linear body 12 absorbs heat and the temperature decreases.

この線状体１２を構成するＭＣＭは、磁性体であれば特に限定しないが、例えば、常温域で高い磁気熱量効果を発現する磁性体であることが好ましい。こうしたＭＣＭの具体例としては、例えば、ガドリニウム（Ｇｄ）、ガドリニウム合金、ランタン−鉄−シリコン（Ｌａ−Ｆｅ−Ｓｉ）系化合物等を例示することができる。   Although MCM which comprises this linear body 12 will not be specifically limited if it is a magnetic body, For example, it is preferable that it is a magnetic body which expresses a high magnetocaloric effect in normal temperature range. Specific examples of such MCMs include gadolinium (Gd), gadolinium alloys, lanthanum-iron-silicon (La-Fe-Si) compounds, and the like.

集合体１１は、相互に並列された複数の線状体１２の束により構成されている。隣接する線状体１２同士の側面は相互に接触し、その結果、これらの間に流路が形成されている。なお、理解を容易にするために、図３には、実際の本数よりも少ない本数の線状体１２から構成される集合体１１を示しているが、実際には、数千本〜数万本の線状体１２から集合体１１が構成されている。   The assembly 11 is constituted by a bundle of a plurality of linear bodies 12 arranged in parallel to each other. The side surfaces of the adjacent linear bodies 12 are in contact with each other, and as a result, a flow path is formed between them. For ease of understanding, FIG. 3 shows the assembly 11 composed of the linear bodies 12 having a smaller number than the actual number, but in reality, several thousand to several tens of thousands. An assembly 11 is composed of the linear bodies 12 of books.

線状体１２の線径としては、特に限定しないが、例えば、０．０１〜１ｍｍであることが好ましい。この際、集合体１１を構成する複数の線状体１２は、実質的に同一の線径のものを用いてもよいし、異なる線径のものが混在していてもよい。   Although it does not specifically limit as a wire diameter of the linear body 12, For example, it is preferable that it is 0.01-1 mm. At this time, the plurality of linear bodies 12 constituting the aggregate 11 may have substantially the same wire diameter, or may have a mixture of different wire diameters.

この線状体１２の集合体１１は、ケース１３に収容されている。図３及び図４に示すように、ケース１３は、矩形筒状に構成されている。このケース１３の軸方向の一端及び他端には、第１の開口１３１及び第２の開口１３２がそれぞれ形成されている。線状体１２は、直線状に延在しており、この線状体１２の延在方向とケース１３の軸方向とは実質的に一致している。また、第１の開口１３１及び第２の開口１３２の中心は、集合体１１の中心と同軸上に位置している。なお、複数の線状体１２は撚り合わせてもよい。この場合、集合体１１を構成する多数の線状体１２を、２，３本ずつの組に分けて、各組の２，３本の線状体１２を撚り合わせてもよい。   The aggregate 11 of the linear bodies 12 is accommodated in a case 13. As shown in FIGS. 3 and 4, the case 13 is configured in a rectangular cylindrical shape. A first opening 131 and a second opening 132 are respectively formed at one end and the other end of the case 13 in the axial direction. The linear body 12 extends linearly, and the extending direction of the linear body 12 substantially coincides with the axial direction of the case 13. Further, the centers of the first opening 131 and the second opening 132 are located coaxially with the center of the assembly 11. The plurality of linear bodies 12 may be twisted together. In this case, a large number of linear bodies 12 constituting the aggregate 11 may be divided into groups of two or three, and the two or three linear bodies 12 of each group may be twisted together.

ケース１３は、軸方向に対して直交する断面における断面形状がコ字状（略Ｕ字状）の収容部１３ａと、矩形板状の蓋部１３ｂとを含んでいる。この蓋部１３ｂの幅方向端部が、収容部１３ａの開口端部に固定されることにより、収容部１３ａの開口端部が蓋部１３ｂにより閉塞されている。   The case 13 includes an accommodating portion 13a whose cross-sectional shape in a cross section orthogonal to the axial direction is U-shaped (substantially U-shaped), and a rectangular plate-shaped lid portion 13b. The end in the width direction of the lid 13b is fixed to the opening end of the accommodating portion 13a, so that the opening end of the accommodating portion 13a is closed by the lid 13b.

ケース１３の第１の開口１３１には第１のアダプタ１４が接続されており、第２の開口１３２には第２のアダプタ１５が接続されている。この第１のアダプタ１４及び第２のアダプタ１５としては、例えば、熱収縮チューブや樹脂成型品や金属加工品などを用いることができる。   The first adapter 14 is connected to the first opening 131 of the case 13, and the second adapter 15 is connected to the second opening 132. As the first adapter 14 and the second adapter 15, for example, a heat shrinkable tube, a resin molded product, a metal processed product, or the like can be used.

第１のアダプタ１４は、第１の開口１３１と接続される側の反対側に、第１の連結口１４１を有している。この第１の連結口１４１は、高温側熱交換器３０に接続されている。第２のアダプタ１５も、第２の開口１３２と接続される側の反対側に第２の連結口１５１を有している。この第２の連結口１５１は、低温側熱交換器４０に接続されている。   The first adapter 14 has a first connection port 141 on the side opposite to the side connected to the first opening 131. The first connection port 141 is connected to the high temperature side heat exchanger 30. The second adapter 15 also has a second connection port 151 on the side opposite to the side connected to the second opening 132. The second connection port 151 is connected to the low temperature side heat exchanger 40.

磁気変更部２０は、図１及び図２に示すように、一対の永久磁石２１を含んでいる。この一対の永久磁石２１は、特に図示しない駆動装置（不図示）により、一対の永久磁石２１の間にＭＣＭ熱交換器１０が介在しない位置（以下、第１の位置とも言う。）と、一対の永久磁石２１の間にＭＣＭ熱交換器１０が介在する位置（以下、第２の位置とも言う。）と、の間を往復移動している。図１及び図２に示す磁気ヒートポンプ装置１では、一対の永久磁石２１は、ＭＣＭ熱交換器１０の延在方向に沿って往復移動しているが、特にこれに限定されず、一対の永久磁石２１は、ＭＣＭ熱交換器１０の幅方向に沿って往復移動させてもよい。   As shown in FIGS. 1 and 2, the magnetic change unit 20 includes a pair of permanent magnets 21. The pair of permanent magnets 21 is a position where the MCM heat exchanger 10 is not interposed between the pair of permanent magnets 21 (hereinafter also referred to as a first position) and a pair by a drive unit (not shown). And a position where the MCM heat exchanger 10 is interposed between the permanent magnets 21 (hereinafter also referred to as a second position). In the magnetic heat pump apparatus 1 shown in FIGS. 1 and 2, the pair of permanent magnets 21 reciprocate along the extending direction of the MCM heat exchanger 10. 21 may be reciprocated along the width direction of the MCM heat exchanger 10.

なお、一対の永久磁石２１を固定して、ＭＣＭ熱交換器１０を第１の位置と第２の位置との間を往復移動させてもよい。また、永久磁石２１に代えて、コイルを有する電磁石を用いてもよく、この場合には、ＭＣＭ熱交換器１０又は永久磁石２１を往復移動させる駆動装置が不要となる。また、コイルを有する電磁石を用いる場合には、電磁石の増磁／減磁を行うことで線状体１２に印加される磁場の強度（磁場の大きさ）を変更してもよい。   The pair of permanent magnets 21 may be fixed and the MCM heat exchanger 10 may be reciprocated between the first position and the second position. Further, instead of the permanent magnet 21, an electromagnet having a coil may be used. In this case, a drive device for reciprocating the MCM heat exchanger 10 or the permanent magnet 21 becomes unnecessary. When an electromagnet having a coil is used, the strength of the magnetic field applied to the linear body 12 (magnitude of the magnetic field) may be changed by magnetizing / demagnetizing the electromagnet.

熱媒体移動部５０は、ピストンシリンダ５１と、タンク５２とを含んでいる。ピストンシリンダ５１は、配管６０の一端に配されている。このピストンシリンダ５１は、高温側熱交換器３０に接続されたシリンダ５１１と、シリンダ５１１内に収容されたピストン５１２と、を有している。   The heat medium moving unit 50 includes a piston cylinder 51 and a tank 52. The piston cylinder 51 is disposed at one end of the pipe 60. The piston cylinder 51 includes a cylinder 511 connected to the high temperature side heat exchanger 30 and a piston 512 accommodated in the cylinder 511.

シリンダ５１１は、略円形の断面形状を有する中空筒状の筒状部５１１ａと、筒状部５１１ａの長手方向一端を閉塞する底部５１１ｂと、を含んでいる。底部５１１ｂには、配管６０の一端と繋がる接続口５１１ｃが設けられている。ピストン５１２は、シリンダ５１１の断面形状と相似形とされた板状部材である。このピストン５１２は、筒状部５１１ａの内周と隙間なく密着している。   The cylinder 511 includes a hollow cylindrical tubular portion 511a having a substantially circular cross-sectional shape, and a bottom portion 511b that closes one end in the longitudinal direction of the tubular portion 511a. A connection port 511c connected to one end of the pipe 60 is provided in the bottom portion 511b. The piston 512 is a plate-like member that is similar to the cross-sectional shape of the cylinder 511. The piston 512 is in close contact with the inner periphery of the cylindrical portion 511a without any gap.

ピストン５１２は、特に図示しない往復動機構（不図示）によって、シリンダ５１１の長手方向に沿ってシリンダ５１１内を往復摺動することが可能となっている。このピストン５１２の往復摺動は、永久磁石２１の第１の位置と第２の位置との間の往復移動と連動して行われる。   The piston 512 can reciprocally slide in the cylinder 511 along the longitudinal direction of the cylinder 511 by a reciprocating mechanism (not shown) that is not particularly illustrated. The reciprocating sliding of the piston 512 is performed in conjunction with the reciprocating movement between the first position and the second position of the permanent magnet 21.

ピストンシリンダ５１では、シリンダ５１１の筒状部５１１ａ及び底部５１１ｂ、並びにピストン５１２によって熱媒体室５１３が画定されている。この熱媒体室５１３には、熱媒体が充填されている。   In the piston cylinder 51, the heat medium chamber 513 is defined by the cylindrical portion 511 a and the bottom portion 511 b of the cylinder 511 and the piston 512. The heat medium chamber 513 is filled with a heat medium.

タンク５２は、熱媒体を収容できる内部空間を略密閉構造としたレシーバタンクである。このタンク５２は、配管６０の他端に配されており、低温側熱交換器４０と接続されている。タンク５２には、配管６０の他端と繋がる接続口５２１が設けられている。また、タンク５２には、所定量以上の熱媒体が貯蔵されており、この場合、接続口５２１は、タンク５２に貯蔵された熱媒体の界面よりも鉛直方向において低い側に位置するように配されている。   The tank 52 is a receiver tank in which the internal space that can accommodate the heat medium has a substantially sealed structure. The tank 52 is disposed at the other end of the pipe 60 and is connected to the low temperature side heat exchanger 40. The tank 52 is provided with a connection port 521 connected to the other end of the pipe 60. In addition, a predetermined amount or more of the heat medium is stored in the tank 52. In this case, the connection port 521 is arranged so as to be positioned on the lower side in the vertical direction than the interface of the heat medium stored in the tank 52. Has been.

次に、本実施形態の磁気ヒートポンプ装置１の作用について説明する。   Next, the operation of the magnetic heat pump device 1 of the present embodiment will be described.

本実施形態の磁気ヒートポンプ装置１は、以下の通りに動作する。まず、図１に示すように、磁場変更部２０の永久磁石２１を第１の位置に移動させると、ＭＣＭ熱交換器１０の線状体１２に印加される磁場の強度が減少して、線状体１２の温度が低下する。また、これに伴って、熱媒体移動部５０において、熱媒体室５１３の体積が減少する方向にシリンダ５１１内のピストン５１２を摺動移動させる（すなわち、シリンダ５１１の長手方向に沿って底部５１１ｂに近づく側に向けてシリンダ５１１内のピストン５１２を摺動移動させる。）。これにより、熱媒体室５１３内が昇圧されて、接続口５１１ｃを介して熱媒体室５１３から配管６０に熱媒体が供給される。   The magnetic heat pump apparatus 1 of this embodiment operates as follows. First, as shown in FIG. 1, when the permanent magnet 21 of the magnetic field changing unit 20 is moved to the first position, the strength of the magnetic field applied to the linear body 12 of the MCM heat exchanger 10 decreases, and the line The temperature of the body 12 decreases. Accordingly, in the heat medium moving part 50, the piston 512 in the cylinder 511 is slid and moved in the direction in which the volume of the heat medium chamber 513 decreases (that is, the bottom part 511b is moved along the longitudinal direction of the cylinder 511). The piston 512 in the cylinder 511 is slid and moved toward the closer side.) Thereby, the inside of the heat medium chamber 513 is pressurized, and the heat medium is supplied from the heat medium chamber 513 to the pipe 60 via the connection port 511c.

熱媒体は、ＭＣＭ熱交換器１０の高温端側から低温端側に向けて移動し、ＭＣＭ熱交換器１０を通過する際に、温度が低下した線状体１２によって冷却される。そして、冷却された熱媒体が低温側熱交換器４０に供給されて、当該低温側熱交換器４０が冷却される。低温側熱交換器４０を通過した熱媒体は、配管６０の他端から配管６０外に押し出され、接続口５２１を介してタンク５２に供給される。   The heat medium moves from the high temperature end side to the low temperature end side of the MCM heat exchanger 10 and is cooled by the linear body 12 whose temperature has decreased when passing through the MCM heat exchanger 10. And the cooled heat medium is supplied to the low temperature side heat exchanger 40, and the said low temperature side heat exchanger 40 is cooled. The heat medium that has passed through the low temperature side heat exchanger 40 is pushed out of the pipe 60 from the other end of the pipe 60, and is supplied to the tank 52 through the connection port 521.

上述の動作により、冷却された低温側熱交換器４０が外部との間で熱交換を行うことで、磁気ヒートポンプ装置１を用いた空気調和装置を冷房として機能させることができる。   By the above-described operation, the cooled low-temperature side heat exchanger 40 exchanges heat with the outside, so that the air conditioner using the magnetic heat pump device 1 can function as cooling.

一方、図２に示すように、磁場変更部２０の永久磁石２１を第２の位置に移動させると、ＭＣＭ熱交換器１０の線状体１２に印加される磁場の強度が増加して温度が上昇する。また、これに伴って、熱媒体移動部５０において、熱媒体室５１３の体積が増大するようにシリンダ５１１内のピストン５１２を摺動移動させる（すなわち、シリンダ５１１の長手方向に沿って底部５１１ｂから離れる側に向けてシリンダ５１１内のピストン５１２を摺動移動させる。）。これにより、熱媒体室５１３内が減圧されることにより、接続口５２１を介してタンク５２から配管６０に熱媒体が供給される。   On the other hand, as shown in FIG. 2, when the permanent magnet 21 of the magnetic field changing unit 20 is moved to the second position, the strength of the magnetic field applied to the linear body 12 of the MCM heat exchanger 10 increases and the temperature is increased. To rise. Accordingly, in the heat medium moving part 50, the piston 512 in the cylinder 511 is slid and moved so that the volume of the heat medium chamber 513 increases (that is, from the bottom part 511b along the longitudinal direction of the cylinder 511). The piston 512 in the cylinder 511 is slid and moved toward the away side.) Thereby, the inside of the heat medium chamber 513 is depressurized, so that the heat medium is supplied from the tank 52 to the pipe 60 through the connection port 521.

熱媒体は、ＭＣＭ熱交換器１０の高温端側から低温端側に向けて移動し、ＭＣＭ熱交換器１０を通過する際に、温度が上昇した線状体１２によって加熱される。そして、加熱された熱媒体が高温側熱交換器３０に供給されて、当該高温側熱交換器３０が加熱される。高温側熱交換器３０を通過した熱媒体は、配管６０の一端から配管６０外に吐き出され、接続口５１１ｃを介してピストンシリンダ５１（具体的には、熱媒体室５１３）に供給される。   The heat medium moves from the high temperature end side to the low temperature end side of the MCM heat exchanger 10 and is heated by the linear body 12 whose temperature has risen when passing through the MCM heat exchanger 10. And the heated heat medium is supplied to the high temperature side heat exchanger 30, and the said high temperature side heat exchanger 30 is heated. The heat medium that has passed through the high temperature side heat exchanger 30 is discharged from one end of the pipe 60 to the outside of the pipe 60, and is supplied to the piston cylinder 51 (specifically, the heat medium chamber 513) through the connection port 511c.

上述の動作により、加熱された高温側熱交換器３０が外部との熱交換を行うことで、磁気ヒートポンプ装置１を用いた空気調和装置を暖房として機能させることができる。   By the above-described operation, the heated high-temperature side heat exchanger 30 performs heat exchange with the outside, whereby the air conditioner using the magnetic heat pump device 1 can function as heating.

そして、永久磁石２１が第１の位置と第２の位置との間の往復移動を繰り返し、ＭＣＭ熱交換器１０内の線状体１２に印加される磁場の強度の増加／減少を交互に繰り返すと共に、当該磁場の強度の増加／減少に伴って、シリンダ５１１内のピストン５１２の往復摺動を繰り返し、低温端側から高温端側に向けた熱媒体の移動と、高温端側から低温端側に向けた熱媒体の移動と、を交互に繰り返すことで、低温側熱交換器４０の冷却と、高温側熱交換器３０の加熱とが継続される。   Then, the permanent magnet 21 repeats reciprocation between the first position and the second position, and alternately increases / decreases the strength of the magnetic field applied to the linear body 12 in the MCM heat exchanger 10. Along with the increase / decrease of the magnetic field strength, the piston 512 in the cylinder 511 is repeatedly reciprocated to move the heat medium from the low temperature end side to the high temperature end side, and from the high temperature end side to the low temperature end side. By alternately repeating the movement of the heat medium toward, the cooling of the low temperature side heat exchanger 40 and the heating of the high temperature side heat exchanger 30 are continued.

ここで、ピストンシリンダ５１においては、シリンダ５１１内をピストン５１２が往復摺動すると、シリンダ５１１とピストン５１２との摺動部分が発熱する。これによって、シリンダ５１１内に充填された熱媒体が意図せず加熱される。仮に、ピストンシリンダを低温側熱交換器に接続すると、当該低温側熱交換器に意図せず加熱された熱媒体が送られることとなるため、低温側熱交換器４０が十分に冷却されず、磁気ヒートポンプ装置１を用いた空調調和装置を冷房として機能させる際に、十分な冷却能力を発揮できないおそれがある。   Here, in the piston cylinder 51, when the piston 512 reciprocally slides in the cylinder 511, a sliding portion between the cylinder 511 and the piston 512 generates heat. Thereby, the heat medium filled in the cylinder 511 is unintentionally heated. If the piston cylinder is connected to the low temperature side heat exchanger, a heat medium that is unintentionally heated is sent to the low temperature side heat exchanger, the low temperature side heat exchanger 40 is not sufficiently cooled, When the air conditioning conditioner using the magnetic heat pump device 1 functions as cooling, there is a possibility that sufficient cooling capacity cannot be exhibited.

これに対し、本実施形態では、高温側熱交換器３０に熱媒体移動部５０としてピストンシリンダ５１を接続し、一方で、低温側熱交換器４０に熱媒体移動部５０としてタンク５２を接続している。この場合、タンク５２に摺動部分が存在しないため、タンク５２から出入りする熱媒体が意図せず加熱されることはない。これによって、低温側熱交換器４０に意図せず加熱された熱媒体が送られることがなくなる。この結果、磁気ヒートポンプ装置１を用いた空調調和装置を冷房として機能させる際に、十分な冷却能力を発揮することができ、磁気ヒートポンプ装置１の性能の向上を図ることができる。   On the other hand, in this embodiment, the piston cylinder 51 is connected as the heat medium moving unit 50 to the high temperature side heat exchanger 30, while the tank 52 is connected as the heat medium moving unit 50 to the low temperature side heat exchanger 40. ing. In this case, since there is no sliding portion in the tank 52, the heat medium entering and exiting the tank 52 is not unintentionally heated. As a result, an unintentionally heated heat medium is not sent to the low temperature side heat exchanger 40. As a result, when the air conditioning conditioner using the magnetic heat pump device 1 functions as cooling, sufficient cooling capacity can be exhibited, and the performance of the magnetic heat pump device 1 can be improved.

本実施形態における「磁気ヒートポンプ装置１」が本発明における「磁気ヒートポンプ装置」の一例に相当し、本実施形態における「ＭＣＭ熱交換器１０」が本発明における「熱交換器」の一例に相当し、本実施形態における「線状体１２」が本発明における「磁性体」の一例に相当し、本実施形態における「ケース１３」が本発明における「ケース」の一例に相当し、本実施形態における「磁場変更部２０」が本発明における「磁場変更手段」の一例に相当し、本実施形態における「高温側熱交換器３０」が本発明における「第１の外部熱交換器」の一例に相当し、本実施形態における「低温側熱交換器４０」が本発明における「第２の外部熱交換器」の一例に相当し、本実施形態における「熱媒体移動部５０」が本発明における「熱媒体移動手段」の一例に相当し、本実施形態における「ピストンシリンダ５１」が本発明における「ピストンシリンダ」の一例に相当し、本実施形態における「シリンダ５１１」が本発明における「シリンダ」の一例に相当し、本実施形態における「ピストン５１２」が本発明における「ピストン」の一例に相当し、本実施形態における「タンク５２」が本発明における「タンク」の一例に相当する。   The “magnetic heat pump device 1” in the present embodiment corresponds to an example of the “magnetic heat pump device” in the present invention, and the “MCM heat exchanger 10” in the present embodiment corresponds to an example of the “heat exchanger” in the present invention. The “linear body 12” in the present embodiment corresponds to an example of the “magnetic body” in the present invention, and the “case 13” in the present embodiment corresponds to an example of the “case” in the present invention. The “magnetic field changing unit 20” corresponds to an example of the “magnetic field changing unit” in the present invention, and the “high temperature side heat exchanger 30” in the present embodiment corresponds to an example of the “first external heat exchanger” in the present invention. The “low temperature side heat exchanger 40” in the present embodiment corresponds to an example of the “second external heat exchanger” in the present invention, and the “heat medium moving unit 50” in the present embodiment is the “heat” in the present invention. Medium "Piston cylinder 51" in this embodiment corresponds to an example of "piston cylinder" in the present invention, and "cylinder 511" in this embodiment corresponds to an example of "cylinder" in the present invention. The “piston 512” in the present embodiment corresponds to an example of the “piston” in the present invention, and the “tank 52” in the present embodiment corresponds to an example of the “tank” in the present invention.

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。従って、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。   The embodiment described above is described for facilitating the understanding of the present invention, and is not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment includes all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.

また、上述の実施形態では、磁気ヒートポンプ装置を家庭用或いは自動車等の空気調和装置に適用した例について説明したが、特にこれに限定されない。例えば、用途に応じた適切なキュリー温度を有するＭＣＭを選定することで、冷凍機のような極低温域での用途、或いは、ある程度高温域での用途に、本発明に係る磁気ヒートポンプ装置を適用してもよい。   Moreover, although the above-mentioned embodiment demonstrated the example which applied the magnetic heat pump apparatus to air conditioners, such as home use or a motor vehicle, it is not specifically limited to this. For example, by selecting an MCM having an appropriate Curie temperature according to the application, the magnetic heat pump device according to the present invention can be applied to an application in a cryogenic temperature region such as a refrigerator or an application in a certain high temperature region. May be.

また、本実施形態では、ＭＣＭ熱交換器は、単一の集合体によって構成していたが、特にこれに限定されず、複数の集合体を当該ＭＣＭ熱交換器の延在方向に沿って並設して構成してもよい。この場合、複数の集合体は、相互に同一の構成を有していてもよいし、異なる構成を有していてもよい。   In the present embodiment, the MCM heat exchanger is configured by a single assembly. However, the present invention is not particularly limited to this, and a plurality of assemblies are arranged along the extending direction of the MCM heat exchanger. It may be provided and configured. In this case, the plurality of aggregates may have the same configuration or different configurations.

また、ＭＣＭ熱交換器において、高温端側から低温端側に亘る温度勾配に応じて、異なるキュリー点（キュリー温度）のＭＣＭ材料を採用した複数の集合体を用いてもよい。具体的には、高温端側に配される集合体には、比較的キュリー点の高い材料を採用し、低温端側に配される集合体には、比較的キュリー点の低い材料を採用することが好ましい。このように、ＭＣＭ熱交換器における温度雰囲気に対応して異なるキュリー点の材料で構成された線材を用いることで、より効率良く磁気熱量効果を作用させることができる。   Further, in the MCM heat exchanger, a plurality of aggregates employing MCM materials having different Curie points (Curie temperatures) may be used according to the temperature gradient from the high temperature end side to the low temperature end side. Specifically, a material having a relatively high Curie point is used for the assembly disposed on the high temperature end side, and a material having a relatively low Curie point is employed for the assembly disposed on the low temperature end side. It is preferable. As described above, the magnetocaloric effect can be applied more efficiently by using the wire made of the material having different Curie points corresponding to the temperature atmosphere in the MCM heat exchanger.

１…磁気ヒートポンプ装置
１０…ＭＣＭ熱交換器
１１…集合体
１２…線状体
１３…ケース
１３１…第１の開口
１３２…第２の開口
１３ａ…収容部
１３ｂ…蓋部
１４…第１のアダプタ
１４１…第１の連結口
１５…第２のアダプタ
１５１…第２の連結口
２０…磁場変更部
２１…永久磁石
３０…高温側熱交換器
４０…低温側熱交換器
５０…熱媒体移動部
５１…ピストンシリンダ
５１３…熱媒体室
５１１…シリンダ
５１１ａ…筒状部
５１１ｂ…底部
５１１ｃ…接続口
５１２…ピストン
５２…タンク
５２１…接続口
６０…配管 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Magnetic heat pump apparatus 10 ... MCM heat exchanger 11 ... Aggregate 12 ... Linear body 13 ... Case 131 ... 1st opening 132 ... 2nd opening 13a ... Accommodating part 13b ... Cover part 14 ... 1st adapter 141 ... 1st connection port 15 ... 2nd adapter 151 ... 2nd connection port 20 ... Magnetic field change part 21 ... Permanent magnet 30 ... High temperature side heat exchanger 40 ... Low temperature side heat exchanger 50 ... Heat-medium moving part 51 ... Piston cylinder 513 ... Heat medium chamber 511 ... Cylinder 511a ... Cylindrical part 511b ... Bottom part 511c ... Connection port 512 ... Piston 52 ... Tank 521 ... Connection port 60 ... Piping

Claims (1)

磁気熱量効果を発現する磁性体と、前記磁性体が収容されたケースとを含む熱交換器と、
前記磁性体に磁場を印加すると共に前記磁場の強度を変更する磁場変更手段と、
前記熱交換器の高温端に接続された第１の外部熱交換器と、
前記熱交換器の低温端に接続された第２の外部熱交換器と、
前記磁場変更手段により前記磁性体に印加される前記磁場の強度の増加に伴い前記低温端側から前記高温端側に向けて熱媒体を移動し、前記磁場変更手段により前記磁性体に印加される前記磁場の強度の減少に伴い前記高温端側から前記低温端側に向けて前記熱媒体を移動する熱媒体移動手段と、を備え、
前記熱媒体移動手段は、
前記第１の外部熱交換器に接続されたシリンダと、前記シリンダの内周に密着するピストンと、を有するピストンシリンダと、
前記第２の外部熱交換器に接続され、前記熱媒体が貯蔵されたタンクと、を含む磁気ヒートポンプ装置。 A heat exchanger including a magnetic body that exhibits a magnetocaloric effect, and a case in which the magnetic body is housed;
Magnetic field changing means for applying a magnetic field to the magnetic body and changing the strength of the magnetic field;
A first external heat exchanger connected to the hot end of the heat exchanger;
A second external heat exchanger connected to the cold end of the heat exchanger;
As the magnetic field applied to the magnetic body is increased by the magnetic field changing means, the heat medium is moved from the low temperature end side to the high temperature end side and applied to the magnetic body by the magnetic field changing means. A heat medium moving means for moving the heat medium from the high temperature end side toward the low temperature end side as the strength of the magnetic field decreases,
The heat medium moving means includes
A piston cylinder having a cylinder connected to the first external heat exchanger, and a piston in close contact with the inner periphery of the cylinder;
A magnetic heat pump device comprising: a tank connected to the second external heat exchanger and storing the heat medium.
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