JP2018132205A - Heat exchanger and magnetic heat pump device - Google Patents
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Abstract
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。熱交換器に導入された液体媒体はこの間隙にも流入するため、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減ってしまい、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. Since the liquid medium introduced into the heat exchanger also flows into this gap, there is a problem that the liquid medium passing through the flow path formed between the magnetic bodies is reduced, and the efficiency of heat exchange is not high. is there.
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、複数の線状体を束ねて構成される集合体と、前記集合体を収容する筒状の容器と、を備えており、前記線状体は、磁気熱量効果を有する磁気熱量効果材料で構成され、前記容器は、一対の側部を含む断面形状を有しており、少なくとも一方の前記側部は、前記容器の外側に傾斜している熱交換器である。 [1] A heat exchanger according to the present invention includes an aggregate configured by bundling a plurality of linear bodies, and a cylindrical container that accommodates the aggregate. Heat exchange comprising a magnetocaloric effect material having a magnetocaloric effect, wherein the container has a cross-sectional shape including a pair of side parts, and at least one of the side parts is inclined to the outside of the container It is a vessel.
［２］上記発明において、他方の前記側部も、前記容器の外側に傾斜しており、前記第１の側部の傾斜角度と前記第２の側部の傾斜角度とは実質的に同一であってもよい。 [2] In the above invention, the other side portion is also inclined to the outside of the container, and the inclination angle of the first side portion and the inclination angle of the second side portion are substantially the same. There may be.
［３］上記発明において、前記容器の断面形状は、一対の前記側部の端部同士を連結する一対の連結部を含んでおり、一対の前記連結部は、直線形状をそれぞれ有していると共に、相互に実質的に平行に延在していてもよい。 [3] In the above invention, the cross-sectional shape of the container includes a pair of connecting portions that connect the ends of the pair of side portions, and the pair of connecting portions has a linear shape. In addition, they may extend substantially parallel to each other.
［４］上記発明において、前記容器の断面形状は、一対の前記側面の端部同士を連結する一対の連結部を含んでおり、一対の前記連結部は、円弧形状をそれぞれ有していると共に、相互に実質的に平行に延在していてもよい。 [4] In the above invention, the cross-sectional shape of the container includes a pair of connecting portions that connect the end portions of the pair of side surfaces, and the pair of connecting portions each have an arc shape. , May extend substantially parallel to each other.
［５］上記発明において、前記容器は、一方の端部に位置する第１の開口と、他方の端部に位置する第２の開口と、を有しており、前記第１の開口から前記第２の開口に向かう方向と、前記集合体の延在方向とが実質的に平行であってもよい。 [5] In the above invention, the container 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 and the extending direction of the aggregate may be substantially parallel.
［６］本発明に係る磁気ヒートポンプ装置は、上記の少なくとも一つの熱交換器と、前記集合体に磁場を印加すると共に前記磁場の大きさを変更する磁場変更手段と、配管を介して前記熱交換器にそれぞれ接続された第１及び第２の外部熱交換器と、前記磁気変更手段により前記集合体に印加される磁場の大きさの変更に伴って、前記熱交換器から前記第１の外部熱交換器又は前記第２の外部熱交換器に流体を供給する流体供給手段と、を備えた磁気ヒートポンプ装置である。 [6] 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 assembly and changes the magnitude of the magnetic field, and the heat via a pipe. The first and second external heat exchangers respectively connected to the exchanger, and the change of the magnitude of the magnetic field applied to the aggregate by the magnetic change means, the first to the first heat exchanger. And a fluid supply means for supplying a fluid to the external heat exchanger or the second external heat exchanger.
本発明によれば、容器の断面形状が含む少なくとも一方の側部が、当該容器の外側に傾斜している。これにより、当該側部と集合体との間の間隙を小さくすることができ、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るので、熱交換の効率の向上を図ることができる。 According to the present invention, at least one side part included in the cross-sectional shape of the container is inclined to the outside of the container. As a result, the gap between the side portion and the assembly can be reduced, and a large amount of liquid medium can be passed through the flow path formed between the wires of the assembly. 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.
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５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。 1 and 2 are diagrams showing the overall configuration of the magnetic heat pump device according to the first embodiment of the present invention, and FIGS. 3 to 5 are diagrams 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５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容器（ケース）１３と、容器１３の両端に接続された端末部材１６，１７と、を備えている。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 5, the first
本実施形態における線材１２が本発明における線状体の一例に相当し、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容器１３が本発明における容器の一例に相当する。
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、複数の線材１２を相互に束ねて形成された束線で構成されている。複数の線材１２は、当該線材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５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５に示す集合体１１は、複数の線材１２を単に束ねて形成された束線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。
In addition, although the aggregate |
例えば、特に図示しないが、複数の線材を相互に撚り合わせることで形成された撚線で集合体を構成してもよい。この場合には、「線材」が本発明における「線状体」の一例に相当し、「撚線」が本発明における「集合体」の一例に相当する。 For example, although not particularly illustrated, the aggregate may be constituted by stranded wires formed by twisting a plurality of wire rods. In this case, the “wire” corresponds to an example of the “linear body” in the present invention, and the “twisted wire” corresponds to an example of the “aggregate” in the present invention.
或いは、図６に示すように、複数（本例では３本）の線材１２を撚り合わせることで個々の撚線１２Ｂを形成し、さらに当該複数の撚線１２Ｂを相互に束ねて束線１１Ｂを形成することで集合体を構成してもよい。図６は本実施形態における集合体の変形例を示す断面図である。図中の一点鎖線の円は、撚線１２Ｂを構成する３本の線材１２の外接円を示しており、換言すれば、当該３本の線材１２を撚り合わせて形成される個々の撚線１２Ｂを示している。
Alternatively, as shown in FIG. 6, a plurality of (three in this example)
本例（図６に示す例）における「撚線１２Ｂ」が本発明における「線状体」の一例に相当し、本例における「束線１１Ｂ」が本発明における「集合体」の一例に相当する。なお、個々の撚線１２Ｂを構成する線材１２の本数は特に限定されない。
“
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を収容する容器１３は、図３〜図５に示すように、収容部１４と蓋部１５を備えており、台形状の断面形状を持つ筒型の形状を有している。この容器１３は、その一方の端部に第１の開口１３１を有していると共に、その他方の端部に第２の開口１３２を有している。
As shown in FIGS. 3 to 5, the
収容部１４は、容器１３の底板を構成する底部１４１と、容器１３の両側の側壁を構成する一対の側部１４２，１４５と、を備えている。一対の側部１４２，１４５は、その下端１４３，１４６で底板１４１によって連結されているのに対し、当該側部１４２，１４５の上端１４４，１４７の間には開口１４８が形成されている。
The
本実施形態では、図５に示すように、第１の側部１４２は、下端１４３から上端１４４に近づくに従って容器の１３の外側（図中の右側）に傾斜している。一方、第２の側部１４５も、下端１４６から上端１４７に近づくに従って容器１３の外側（図中の左側）に傾斜している。従って、第１及び第２の側部１４２，１４５は、下端１４３，１４６から上端１４４，１４７に近づくに従って相互に離反するように傾斜しており、第１及び第２の側部１４２，１４５の上端１４４，１４７同士の間の間隔Ｓ１（すなわち開口１４８の幅）が、第１及び第２の側部１４２，１４５の下端１４３，１４６同士の間の間隔Ｓ２に対して相対的に広くなっている（Ｓ１＞Ｓ２）。
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the
第１の側部１４２（具体的には、当該第１の側部１４２の内側の表面）は、底部１４１に対して傾斜角度αで傾斜しており、特に限定されないが、その傾斜角度αは６０°であることが好ましい（α＝６０°）。また、第２の側部１４５（具体的には、当該第２の側部１４５の内側の表面）は、底部１４１に対して傾斜角度βで傾斜しており、特に限定されないが、その傾斜角度βは６０°であることが好ましい（β＝６０°）。従って、本実施形態では、第１の側部１４２の傾斜角度αと、第２の側部１４５の傾斜角度βとは、実質的に同一となっている（α＝β）。なお、第１の側部１４２の傾斜角度αと、第２の側部１４５の傾斜角度βとが非同一であってもよい。
The first side portion 142 (specifically, the inner surface of the first side portion 142) is inclined at an inclination angle α with respect to the
蓋部１５は、矩形板状の部材である。図３〜図５に示すように、この蓋部１５が第１及び第２の側部１４２，１４５の上端１４４，１４７に固定されている。収容部１４の開口１４４が蓋部１５により閉塞されることで、容器１３が形成されている。
The
本実施形態における一対の側部１４２，１４５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が本発明における一対の連結部の一例に相当する。また、本実施形態における容器１３の第１の開口１３１が本発明における容器の第１の開口の一例に相当し、本実施形態における容器１３の第２の開口１３２が本発明における容器の第２の開口の一例に相当する。
The pair of
図３〜図５に示すように、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、容器１３の軸方向（第１の開口１３１から第２の開口１３２に向かう方向）とが実質的に一致するように、容器１３内に収容されている。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（図５参照）が形成されている。一方、集合体１１の最も外周側の線材１２と容器１３の内面との間には、第２の流路１１２（図５参照）が形成されている。
As shown in FIGS. 3 to 5, the
ここで、ＭＣＭ熱交換器の製造方法の一つとして、容器の収容部内に線材を積み重ねることで集合体を形成した後に、蓋部で収容部の開口を閉塞する方法がある。具体的には、底部上に一段目の線材を敷いた後、上段の線材を順次積層していくが、この積層の際に、上段の線材は、下段の線材同士の間に形成された凹みに入り込むため、下段の線材に対して、線材の半径分ずれて積層される。このため、容器の断面形状が矩形状である場合には、底部や蓋部に隣接する第２の流路と比較して、側部に隣接する第２の流路が広くなってしまう。 Here, as one of the manufacturing methods of the MCM heat exchanger, there is a method of closing an opening of the housing portion with a lid after forming an aggregate by stacking wires in the housing portion of the container. Specifically, after laying the first-stage wire on the bottom, the upper-stage wire is laminated one after another. At this lamination, the upper-stage wire is a dent formed between the lower-stage wires. In order to enter, it is laminated | stacked by the radius of a wire with respect to the lower wire. For this reason, when the cross-sectional shape of the container is rectangular, the second flow channel adjacent to the side portion becomes wider than the second flow channel adjacent to the bottom portion or the lid portion.
これに対し、本実施形態では、第１の側部１４２が容器１３の外側に傾斜しており、その傾斜によって広げられた間隙に線材１２をさらに配置することができるので、下段の線材１２に対する上段の線材１２がズレ量を、第１及び第２の側部１４２，１４５の傾斜によって相殺することができる。同様に、第２の側部１４５も容器１３の外側に傾斜しているので、その傾斜によって広げられた間隙に線材１２を配置することができ、下段の線材１２に対する上段の線材１２がズレ量を、第１及び第２の側部１４２，１４５の傾斜によって相殺することができる。このため、第１及び第２の側部１４２，１４５に隣接する第２の流路１１２が広くなってしまうのを抑制することができると共に、容器１３内における線材１２の充填率を高めることができる。
On the other hand, in the present embodiment, the
なお、容器１３の形状は、筒型であれば、特に上記に限定されず、例えば、容器が図７（ａ）又は図７（ｂ）に示すような断面形状を有してもよい。図７（ａ）は本実施形態における容器の断面形状の第１の変形例を示す図であり、図７（ｂ）は本実施形態における容器の断面形状の第２の変形例を示す図である。なお、図７（ａ）及び図７（ｂ）において、集合体１１は図示していない。
In addition, if the shape of the
例えば、図７（ａ）に示す容器１３ｂのように、第１の側部１４２ｂが外側に傾斜しているのに対し、第２の側部１４５ｂが底部１４１ｂに対して直立していてもよい。底部１４１ｂは、第１の側部１４２ｂの下端１４３ｂと第２の側部１４５ｂの下端１４６ｂとの間を直線状に連結している。蓋部１５ｂも、第１の側部１４２ｂの上端１４４ｂと第２の側部１４５ｂの上端１４７ｂとの間を直線状に連結している。底部１４１ｂと蓋部１５ｂは、相互に実質的に平行に延在している。
For example, like the
本例では、第１の側部１４２ｂが容器１３ｂの外側に傾斜しているので、下段の線材１２に対する上段の線材１２がズレ量を、第１の側部１４２ｂの傾斜により相殺することができる。このため、第１の側部１４２ｂに隣接する第２の流路１１２が広くなってしまうのを抑制することができると共に、容器１３ｂ内における線材１２の充填率を高めることができる。
In this example, since the
本例における一対の側部１４２ｂ，１４５ｂ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が本発明における一対の連結部の一例に相当する。
The pair of
また、図７（ｂ）に示すように、容器１３ｃが、扇面型の断面形状を有してもよい。上述の容器１３と同様に、第１の側部１４２ｃが容器１３ｃの外側（図中の右側）に傾斜していると共に、第２の側部１４５ｃも容器１３ｃの外側（図中の左側）に傾斜している。底部１４１ｃは、第１の側部１４２ｃの下端１４３ｃと第２の側部１４５ｃの下端１４６ｃとの間を円弧状に連結している。蓋部１５ｃも、第１の側部１４２ｃの上端１４４ｃと第２の側部１４５ｃの上端１４７ｃとの間を円弧状に連結している。円弧状の底部１４１ｃ及び蓋部１５ｃは、相互に実質的に平行に延在している。
Moreover, as shown in FIG.7 (b), the
本例では、上述の容器１３と同様に、第１の側部１４２ｃが容器１３ｃの外側に傾斜していると共に、第２の側部１４５ｃも容器１３ｃの外側に傾斜しているので、下段の線材１２に対する上段の線材１２がズレ量を、第１及び第２の側部１４２ｃ，１４５ｃの傾斜により相殺することがでる。このため、第１及び第２の側部１４２ｃ，１４５ｃに隣接する第２の流路１１２が広くなってしまうのを抑制することができると共に、容器１３ｃ内における線材１２の充填率を高めることができる。
In this example, the
また、磁気ヒートポンプ装置の構造として、円筒状のヨークの中心に永久磁石を回転可能に配置し、複数のＭＣＭ熱交換器をヨークと永久磁石との間に介在させると共にヨーク内に周方向に沿って並べた構造がある。このような構造を採用した場合に、本例では、底部１４１ｃと蓋部１５ｃが円弧形状を有しているので、ＭＣＭ熱交換器と永久磁石の距離を短くすると共に、当該ＭＣＭ熱交換器とヨークの距離を短くすることもできる。
In addition, as a structure of the magnetic heat pump device, a permanent magnet is rotatably arranged at the center of a cylindrical yoke, and a plurality of MCM heat exchangers are interposed between the yoke and the permanent magnet, and along the circumferential direction in the yoke. There is a side-by-side structure. In the case where such a structure is adopted, in this example, since the
本例における一対の側部１４２ｃ，１４５ｃ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が本発明における一対の連結部の一例に相当する。
The pair of
第１の端末部材（連結部材）１６は、図３及び図４に示すように、連結口１６１と、当該連結口１６１よりも大きな接続口１６２と、を備えている。この第１の端末部材１６としては、例えば、熱収縮チューブ、樹脂成形品、或いは、金属加工品等を用いることができる。
As shown in FIGS. 3 and 4, the first terminal member (connection member) 16 includes a
この第１の端末部材１６の接続口１６２には、容器１３の一方の端部が挿入され、容器１３の端部に第１の端末部材１６が固定されている。また、この第１の端末部材１６の連結口１６１には、第１の低温側配管８１が連結されており、図１に示すように、第１のＭＣＭ熱交換器１０は、この第１の低温側配管８１を介して、低温側熱交換器５０に連通している。
One end of the
第２の端末部材１７も、上述の第１の端末部材１６と同様の構成を有している。この第２の端末部材１７の接続口１７２には、容器１３の他方の端部が挿入され、容器１３の端部に第２の端末部材１７が固定されている。また、この第２の端末部材１７の連結口１７１には、第１の高温側配管８３が連結されており、図１に示すように、第１のＭＣＭ熱交換器１０は、この第１の高温側配管８３を介して、高温側熱交換器６０に連通している。
The
第２のＭＣＭ熱交換器２０の容器２３にも集合体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、容器２３の一方の端部が第１の端末部材に挿入されており、第１の端末部材が容器２３に固定されている。また、当該容器２３の他方の端部が第２の端末部材に挿入されており、第２の端末部材が容器２３に固定されている。この第２のＭＣＭ熱交換器２０は、第１の端末部材の連結口２６１に連結された第２の低温側配管８２を介して、低温側熱交換器５０に連通している。一方、第２のＭＣＭ熱交換器２０は、第２の端末部材の連結口２７１に連結された第２の高温側配管８４を介して、高温側熱交換器６０に連通している。
The
なお、第２のＭＣＭ熱交換器２０の線材２２は、第１のＭＣＭ熱交換器１０の線材１２と同じ構成を有しており、第２のＭＣＭ熱交換器２０の集合体２１も、第１のＭＣＭ熱交換器１０の集合体１１と同じ構成を有している。また、第２のＭＣＭ熱交換器２０の容器２３も、第１のＭＣＭ熱交換器１０の容器１３と同じ構成を有している。さらに、第２のＭＣＭ熱交換器２０の端末部材も、第１のＭＣＭ熱交換器１０の端末部材１６，１７と同じ構成を有している。
The
例えば、本実施形態における磁気ヒートポンプ装置１を用いた空気調和装置を冷房として機能させる場合には、低温側熱交換器５０と室内の空気との間で熱交換を行うことで室内を冷やすと共に、高温側熱交換器６０と室外との間で熱交換を行うことで室外に放熱する。
For example, when the air conditioner using the magnetic
これに対し、当該空気調和装置を暖房として機能させる場合には、高温側熱交換器６０と室内の空気との間で熱交換を行うことで室内を暖めると共に、低温側熱交換器５０と室外の空気との間で熱交換を行うことで室外から吸熱する。
On the other hand, when the air conditioner functions as heating, the room is warmed by exchanging heat between the high temperature
以上のように、２つの低温側配管８１，８２と２つの高温側配管８３，８４によって、４つの熱交換器１０，２０，５０，６０を含む循環路が形成されており、ポンプ７０によって当該循環路内に液体媒体が圧送される。液体媒体の具体例としては、例えば、水、不凍液、エタノール溶液、または、これらの混合物等の液体を例示することができる。本実施形態における液体媒体が、本発明における流体の一例に相当する。
As described above, a circulation path including the four
２つのＭＣＭ熱交換器１０，２０は、ピストン３０の内部に収容されている。このピストン３０は、アクチュエータ３５によって、一対の永久磁石４０の間を往復移動することが可能となっている。具体的には、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（強度）を変更するようにしてもよい。
Note that the
切替弁９０は、第１の高温側配管８３と第２の高温側配管８４に設けられている。この切替弁９０は、上述のピストン３０の動作に連動して、ポンプ７０により液体媒体の供給先を、第１のＭＣＭ熱交換器１０、又は、第２のＭＣＭ熱交換器２０に切り替えると共に、高温側熱交換器６０の接続先を、第２のＭＣＭ熱交換器２０、又は、第１のＭＣＭ熱交換器１０に切り替えることが可能となっている。
The switching
次に、本実施形態における磁気ヒートポンプ装置１の動作について、図１及び図２を参照しながら説明する。
Next, operation | movement of the magnetic
先ず、ピストン３０を図１に示す「第１の位置」に移動させると、第１のＭＣＭ熱交換器１０の線材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。また、上述のように、第１及び第２の側部１４２，１４５の傾斜により、当該側部１４２，１４５に隣接する第２の流路１１２の広がりが抑制されており、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減ってしまうこともない。
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。また、第１及び第２の側部の傾斜により、当該側部に隣接する第２の流路の広がりが抑制されており、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減ってしまうこともない。
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。また、第１及び第２の側部の傾斜により、当該側部に隣接する第２の流路の広がりが抑制されており、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減ってしまうこともない。
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によって加熱される。また、上述のように、第１及び第２の側部１４２，１４５の傾斜により、当該側部１４２，１４５に隣接する第２の流路１１２の広がりが抑制されており、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減ってしまうこともない。
At this time, the liquid medium passes through the
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、第１の側部１４２が容器１３の外側に傾斜していると共に、第２の側部１４５も容器１３の外側に傾斜している。これにより、第１及び第２の側部１４２，１４５に隣接する第２の流路１１２が広くなってしまうのを抑制することができ、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るので、熱交換の効率が向上する。
As described above, in the present embodiment, with respect to the first
また、第２のＭＣＭ熱交換器２０に関しても、第１及び第２の側部が容器２３の外側に傾斜しているので、第１及び第２の側部に隣接する第２の流路が広くなってしまうのを抑制することができ、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るので、熱交換の効率が向上する。
Also, with respect to the second
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。 The embodiment described above is described for facilitating the understanding of the present invention, and is not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.
上述した磁気ヒートポンプ装置の構成は一例であり、本発明に係る熱交換器をＡＭＲ（Active Magnetic Refrigerataion）方式の他の磁気ヒートポンプ装置に適用してもよい。 The configuration of the magnetic heat pump device described above is an example, and the heat exchanger according to the present invention may be applied to other magnetic heat pump devices of an AMR (Active Magnetic Refrigerataion) system.
例えば、磁気ヒートポンプ装置が有するＭＣＭ熱交換器の数は特に限定されず、例えば、磁気ヒートポンプ装置が１個或いは３個以上のＭＣＭ熱交換器を備えていてもよい。 For example, the number of MCM heat exchangers included in the magnetic heat pump device is not particularly limited. For example, the magnetic heat pump device may include one or three or more MCM heat exchangers.
また、上述の実施形態では、磁気ヒートポンプ装置を家庭用或いは自動車等の空気調和装置に適用した例について説明したが、特にこれに限定されない。例えば、用途に応じた適切なキュリー温度を有するＭＣＭを選定することで、冷凍機のような極低温域での用途、或いは、ある程度高温域での用途に、本発明に係る磁気ヒートポンプ装置を適用してもよい。 Moreover, although the above-mentioned embodiment demonstrated the example which applied the magnetic heat pump apparatus to air conditioners, such as home use or a motor vehicle, it is not specifically limited to this. For example, by selecting an MCM having an appropriate Curie temperature according to the application, the magnetic heat pump device according to the present invention can be applied to an application in a cryogenic temperature region such as a refrigerator or an application in a certain high temperature region. May be.
また、本実施形態では、第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０が同一の構成を有しているが、特にこれに限定されず、これらが異なる構成を有してもよい。例えば、第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０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…第１のＭＣＭ熱交換器
１１，１１Ｂ…集合体
１１１…第１の流路
１１２…第２の流路
１２Ｂ…撚線
１２…線材
１３〜１３ｃ…容器
１３１…第１の開口
１３２…第２の開口
１４…収容部
１４１〜１４１ｃ…底部
１４２〜１４２ｃ…第１の側部
１４３〜１４３ｃ…下端
１４４〜１４４ｃ…上端
１４５〜１４５ｃ…第２の側部
１４６〜１４６ｃ…下端
１４７〜１４７ｃ…上端
１４８…開口
１５〜１５ｃ…蓋部
１６…第１の端末部材
１６１…連結口
１６２…接続口
１７…第２の端末部材
１７１…連結口
１７２…接続口
２０…第２のＭＣＭ熱交換器
２１…集合体
２２…線材
２３…容器
２６１，２７１…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
143-143c ... lower end
144 to 144c ...
146-146c ... lower end
147-147c ... upper end
148:
Claims (6)
前記集合体を収容する筒状の容器と、を備えており、
前記線状体は、磁気熱量効果を有する磁気熱量効果材料で構成され、
前記容器は、一対の側部を含む断面形状を有しており、
少なくとも一方の前記側部は、前記容器の外側に傾斜している熱交換器。 An assembly configured by bundling a plurality of linear bodies;
A cylindrical container containing the assembly,
The linear body is composed of a magnetocaloric effect material having a magnetocaloric effect,
The container has a cross-sectional shape including a pair of side portions,
At least one of the side portions is a heat exchanger inclined toward the outside of the container.
他方の前記側部も、前記容器の外側に傾斜しており、
前記第１の側部の傾斜角度と前記第２の側部の傾斜角度とは実質的に同一である熱交換器。 The heat exchanger according to claim 1,
The other side part is also inclined to the outside of the container,
The heat exchanger in which the inclination angle of the first side portion and the inclination angle of the second side portion are substantially the same.
前記容器の断面形状は、一対の前記側部の端部同士を連結する一対の連結部を含んでおり、
一対の前記連結部は、直線形状をそれぞれ有していると共に、相互に実質的に平行に延在している熱交換器。 The heat exchanger according to claim 1 or 2,
The cross-sectional shape of the container includes a pair of connecting portions that connect the ends of the pair of side portions,
A pair of said connection part is a heat exchanger which has a linear shape, respectively, and is extended substantially parallel mutually.
前記容器の断面形状は、一対の前記側面の端部同士を連結する一対の連結部を含んでおり、
一対の前記連結部は、円弧形状をそれぞれ有していると共に、相互に実質的に平行に延在している熱交換器。 The heat exchanger according to claim 1 or 2,
The cross-sectional shape of the container includes a pair of connecting portions that connect the end portions of the pair of side surfaces,
A pair of said connection part is a heat exchanger which has circular arc shape, respectively, and is extended substantially parallel mutually.
前記容器は、
一方の端部に位置する第１の開口と、
他方の端部に位置する第２の開口と、を有しており、
前記第１の開口から前記第２の開口に向かう方向と、前記集合体の延在方向とが実質的に平行である熱交換器。 The heat exchanger according to any one of claims 1 to 4, wherein
The container is
A first opening located at one end;
A second opening located at the other end,
A heat exchanger in which a direction from the first opening toward the second opening is substantially parallel to an extending direction of the assembly.
前記集合体に磁場を印加すると共に前記磁場の大きさを変更する磁場変更手段と、
配管を介して前記熱交換器にそれぞれ接続された第１及び第２の外部熱交換器と、
前記磁気変更手段により前記集合体に印加される磁場の大きさの変更に伴って、前記熱交換器から前記第１の外部熱交換器又は前記第２の外部熱交換器に流体を供給する流体供給手段と、を備えた磁気ヒートポンプ装置。 At least one heat exchanger according to any one of claims 1 to 5;
A magnetic field changing means for applying a magnetic field to the assembly and changing the magnitude of the magnetic field;
First and second external heat exchangers respectively connected to the heat exchanger via piping;
Fluid that supplies fluid from the heat exchanger to the first external heat exchanger or the second external heat exchanger in accordance with a change in the magnitude of the magnetic field applied to the aggregate by the magnetic change means And a magnetic heat pump device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017024030A JP2018132205A (en) | 2017-02-13 | 2017-02-13 | Heat exchanger and magnetic heat pump device |
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