JP6155840B2 - Magnetic air conditioner - Google Patents
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Description
本発明は、磁気冷暖房装置に係り、特に、磁性体の磁気熱量効果を最大限に引き出すことができる磁気冷暖房装置に関する。 The present invention relates to a magnetic air conditioner, and more particularly, to a magnetic air conditioner that can maximize the magnetocaloric effect of a magnetic material.
従来用いられている室温域の冷凍機、例えば、冷蔵庫、冷凍庫、エアコンなどの冷凍機の大半は、フロンガスや代替フロンガスなどの気体冷媒の相変化を利用している。最近では、フロンガスの排出に伴うオゾン層破壊の問題が露呈し、さらに、代替フロンガスの排出に伴う地球温暖化への影響も懸念されている。このため、フロンガスや代替フロンガスなどの気体冷媒を用いた冷凍機に代わる、クリーンでかつ熱輸送能力の高い、革新的な冷凍機の開発が強く望まれている。 Most of refrigerators such as refrigerators, freezers, and air conditioners that are conventionally used at room temperature range use the phase change of a gaseous refrigerant such as chlorofluorocarbon gas or alternative chlorofluorocarbon gas. Recently, the problem of ozone depletion due to the emission of chlorofluorocarbons has been exposed, and there is also concern about the impact on global warming caused by the emission of alternative chlorofluorocarbons. For this reason, there is a strong demand for the development of an innovative refrigerator that is clean and has a high heat transport capability, replacing the refrigerator that uses a gaseous refrigerant such as CFC and CFC.
このような背景から、最近になって注目されるようになった冷凍技術が磁気冷凍技術である。磁性体の中には、その磁性体に印加する磁界の大きさが変化すると、その変化に応じて自身の温度を変化させる、いわゆる磁気熱量効果を発現するものがある。この磁気熱量効果を発現する磁性体を利用して熱を輸送する冷凍技術が磁気冷凍技術である。 Against this background, the refrigeration technology that has recently attracted attention is the magnetic refrigeration technology. Some magnetic materials exhibit a so-called magnetocaloric effect that changes their temperature according to the change of the magnitude of the magnetic field applied to the magnetic material. A refrigeration technique that transports heat using a magnetic material that exhibits this magnetocaloric effect is a magnetic refrigeration technique.
磁気冷凍技術を応用した冷凍機としては、例えば、下記特許文献1に記載されているような、固体物質の熱伝導を利用して熱を輸送する磁気冷凍機がある。 As a refrigerator using the magnetic refrigeration technology, for example, there is a magnetic refrigerator that transports heat by utilizing the heat conduction of a solid substance as described in Patent Document 1 below.
しかしながら、上記特許文献1に記載されている発明の場合、図23に示すように、磁性体MC1に対向する磁石M1A、磁性体MC2に対向する磁石M2A、磁性体MC3に対向する磁石M3Aは、磁性体MC1、MC2、MC3に対して全て同極のN極が対向するように配置されている。同様に、磁性体MC1に対向する磁石M1B、磁性体MC2に対向する磁石M2B、磁性体MC3に対向する磁石M3Bは、磁性体MC1、MC2、MC3に対して全て同極のS極が対向するように配置されている。また、磁性体MC1と磁性体MC2との間には磁性体MC4が、磁性体MC2と磁性体MC3との間には磁性体MC5が、磁性体MC3に隣接して磁性体MC6がそれぞれ配置されている。磁性体MC4、磁性体MC5、磁性体MC6のそれぞれは、磁石M1A、磁石M2A、磁石M3A及び磁石M1B、磁石M2B、磁石M3Bのいずれにも挟まれていない。 However, in the case of the invention described in Patent Document 1, as shown in FIG. 23, the magnet M1A facing the magnetic body MC1, the magnet M2A facing the magnetic body MC2, and the magnet M3A facing the magnetic body MC3 are: The magnetic bodies MC1, MC2, and MC3 are all arranged so that the N poles with the same polarity are opposed to each other. Similarly, the magnet M1B that faces the magnetic body MC1, the magnet M2B that faces the magnetic body MC2, and the magnet M3B that faces the magnetic body MC3 have the same S poles facing the magnetic bodies MC1, MC2, and MC3. Are arranged as follows. A magnetic body MC4 is disposed between the magnetic body MC1 and the magnetic body MC2, a magnetic body MC5 is disposed between the magnetic body MC2 and the magnetic body MC3, and a magnetic body MC6 is disposed adjacent to the magnetic body MC3. ing. Each of magnetic body MC4, magnetic body MC5, and magnetic body MC6 is not sandwiched by any of magnet M1A, magnet M2A, magnet M3A and magnet M1B, magnet M2B, and magnet M3B.
このように、磁性体MC1、MC2、MC3に対向する磁石の極性が、隣接する磁石同士で同一になるように磁石M1A、M2A、M3A、M1B、M2B、M3Bを配置すると、図24に示すように、磁石M1A、M2A、M3A、M1B、M2B、M3Bによって形成される磁界の方向は同一方向(図示白矢印参照)になる。 Thus, when the magnets M1A, M2A, M3A, M1B, M2B, and M3B are arranged so that the magnets facing the magnetic bodies MC1, MC2, and MC3 have the same polarity between adjacent magnets, as shown in FIG. In addition, the direction of the magnetic field formed by the magnets M1A, M2A, M3A, M1B, M2B, and M3B is the same direction (see the white arrow in the figure).
ところが、図23のように磁石M1A、M2A、M3A、M1B、M2B、M3Bを配置したときには、磁石M1A、M2A、M3A、M1B、M2B、M3Bから出る磁束が磁性体MC1、MC2、MC3に直接作用するが、漏れ磁束が存在するため、この漏れ磁束が磁性体MC4、MC5、MC6にも間接的に作用してしまう。間接的とは言え、磁性体MC4、MC5、MC6には比較的に強い磁場が印加されてしまうので、磁場を印加する必要のある磁性体MC1、MC2、MC3に対して印加される磁束の磁束密度と、磁場を印加したくない磁性体MC4、MC5、MC6に印加される磁束の磁束密度との差は小さくなる。このため、磁性体において、十分な磁気熱量効果を引き出せていないということが、実験により明らかになった。したがって、磁気熱量効果で所望の熱量を発生させようとすると、磁石の使用量を多くしなければならないので、磁気冷暖房装置の体積が大きくなってしまう。 However, when the magnets M1A, M2A, M3A, M1B, M2B, and M3B are arranged as shown in FIG. However, since the leakage magnetic flux exists, the leakage magnetic flux indirectly acts on the magnetic bodies MC4, MC5, and MC6. Although indirect, a relatively strong magnetic field is applied to the magnetic bodies MC4, MC5, and MC6. Therefore, the magnetic flux applied to the magnetic bodies MC1, MC2, and MC3 to which a magnetic field needs to be applied. The difference between the density and the magnetic flux density of the magnetic flux applied to the magnetic bodies MC4, MC5, and MC6 for which the magnetic field is not desired is small. For this reason, it has been clarified by experiments that a sufficient magnetocaloric effect cannot be extracted in the magnetic material. Therefore, if a desired amount of heat is generated by the magnetocaloric effect, the amount of magnet used must be increased, which increases the volume of the magnetic air conditioner.
十分に磁気熱量効果が引き出せていないのは、隣接する磁石からの磁力線が相互に干渉するため、磁場を印加したくない磁性体を通過する磁束の数が多くなっているためであると考えられる。 The reason why the magnetocaloric effect cannot be sufficiently extracted is considered to be that the number of magnetic fluxes passing through the magnetic material to which a magnetic field is not applied is increased because the magnetic field lines from adjacent magnets interfere with each other. .
本発明は、上記のような従来の不具合を軽減するために成されたものであり、磁性体の磁気熱量効果を最大限に引き出すことができる磁気冷暖房装置の提供を目的とする。 The present invention has been made to alleviate the conventional problems as described above, and an object of the present invention is to provide a magnetic air conditioner that can maximize the magnetocaloric effect of a magnetic material.
上記目的を達成するための本発明に係る磁気冷暖房装置は、熱輸送ユニット、磁気ユニット及びモータを備える。 In order to achieve the above object, a magnetic air conditioner according to the present invention includes a heat transport unit, a magnetic unit, and a motor.
熱輸送ユニットは、磁気熱量効果を有する磁性体と当該磁性体の熱を輸送する熱伝導部とを交互に配置する熱輸送器を、間隔を設けて複数並列に配置する。磁気ユニットは、熱輸送ユニットの各磁性体と対峙し当該各磁性体に選択的に磁気を印加し除去する磁石を複数配置する。モータは、対向して配置する熱輸送ユニット及び磁気ユニットの少なくともいずれか一方を熱輸送器の配置方向に相対的に移動させる。熱輸送ユニットの熱輸送器と熱輸送器との間には、磁性体の透磁率と同等の透磁率を有し、熱伝導を遮断する透磁性断熱部を形成する。磁気ユニットに配置する磁石の磁化方向は、隣接する磁石同士で相互に逆方向とする。 The heat transport unit arranges a plurality of heat transporters arranged in parallel at intervals to alternately arrange a magnetic body having a magnetocaloric effect and a heat conducting section for transporting heat of the magnetic body. The magnetic unit is provided with a plurality of magnets that confront each magnetic body of the heat transport unit and selectively apply and remove magnetism to each magnetic body. The motor relatively moves at least one of the heat transport unit and the magnetic unit disposed to face each other in the heat transporter arrangement direction. Between the heat transporter and the heat transporter of the heat transport unit, a magnetically permeable heat insulating portion having a magnetic permeability equivalent to that of the magnetic material and blocking heat conduction is formed. The magnetization directions of the magnets arranged in the magnetic unit are opposite to each other between adjacent magnets.
本発明に係る磁気冷暖房装置によれば、磁気ユニットに配置する磁石の磁化方向は、隣接する磁石同士で相互に逆方向としたので、磁性体の磁気熱量効果を最大限に引き出すことができる。また、熱輸送ユニットまたは磁気ユニットの駆動力の変動を小さくできるので、磁気冷暖房装置を駆動するためのモータを小型化でき、モータの消費電力を小さくできる。そのため、磁性体の磁気熱量効果の増加と相俟って、磁気冷暖房装置のエネルギー効率を高めることができ、磁気冷暖房装置の低騒音化、低振動化をも達成できる。 According to the magnetic air conditioner according to the present invention, the magnetization directions of the magnets arranged in the magnetic unit are opposite to each other between the adjacent magnets, so that the magnetocaloric effect of the magnetic material can be maximized. Moreover, since the fluctuation | variation of the driving force of a heat transport unit or a magnetic unit can be made small, the motor for driving a magnetic air conditioning apparatus can be reduced in size, and the power consumption of a motor can be made small. Therefore, coupled with the increase in the magnetocaloric effect of the magnetic material, the energy efficiency of the magnetic air conditioner can be increased, and the noise and vibration of the magnetic air conditioner can be reduced.
各実施形態を説明する前に本発明に係る磁気冷暖房装置の動作原理を説明する。
(磁気冷暖房装置の動作原理)
<熱輸送ユニットの構成>
図1は複数の熱輸送器を配置した熱輸送ユニットの構成を示す図である。円形状の熱輸送ユニットは分離部130A−130Dで区分した4つの熱輸送器1−4を有する。各熱輸送器は低温側熱交換部400Aから高温側熱交換部400Bに熱を伝導させる。各熱輸送器は磁性体と熱伝導部を交互に配置して形成する。磁性体には、発現される磁気熱量効果の種類が同じ同一材料の磁性体として正の磁性体を用いる。熱伝導部には、電圧の印加、除去により熱伝導率が大きく変化する特性を持つ材料を用いる。熱伝導部は、電圧を印加(ON)すると熱伝導率が大きくなり、電圧を除去(OFF)すると熱伝導率が小さくなる。このため、熱伝導部は、電圧の印加、除去を制御することで磁性体に熱を伝導させたりさせなかったりすることができ、磁性体の並び方向に向けて効率的に熱を伝達させることができる。
Before explaining each embodiment, the principle of operation of the magnetic air conditioner according to the present invention will be explained.
(Operation principle of magnetic air conditioner)
<Configuration of heat transport unit>
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a heat transport unit in which a plurality of heat transporters are arranged. The circular heat transport unit has four heat transporters 1-4 divided by separation parts 130A-130D. Each heat transporter conducts heat from the low temperature side heat exchange section 400A to the high temperature side heat exchange section 400B. Each heat transporter is formed by alternately arranging magnetic bodies and heat conducting portions. As the magnetic material, a positive magnetic material is used as a magnetic material of the same material having the same type of magnetocaloric effect. For the heat conduction part, a material having a characteristic that the heat conductivity changes greatly by applying and removing voltage is used. When the voltage is applied (ON), the thermal conductivity increases in the thermal conductivity, and when the voltage is removed (OFF), the thermal conductivity decreases. For this reason, the heat conduction part can prevent the magnetic body from conducting heat by controlling the application and removal of the voltage, and can efficiently transfer the heat toward the direction in which the magnetic bodies are arranged. Can do.
たとえば、熱輸送器1は、磁性体100A−100Eと熱伝導部300A−300Gとを交互に配置している。具体的には、低温側熱交換部400Aから熱伝導部300A−磁性体100A−熱伝導部300B−磁性体100B−熱伝導部300C−磁性体100C−熱伝導部300D−磁性体100D−熱伝導部300E−磁性体100E−熱伝導部300F−磁性体100F−熱伝導部300Gの順に配置して高温側熱交換部400Bに至る。低温側熱交換部400Aと熱伝導部300A、熱伝導部300Aから熱伝導部300Gまでの各熱伝導部と磁性体、熱伝導部300Gと高温側熱交換部400Bは相互に隙間なく接続してある。熱輸送器2−4の構成も熱輸送器1の構成と同一である。 For example, in the heat transporter 1, the magnetic bodies 100A-100E and the heat conducting units 300A-300G are alternately arranged. Specifically, from the low temperature side heat exchanging section 400A to the heat conducting section 300A-the magnetic body 100A-the heat conducting section 300B-the magnetic body 100B-the heat conducting section 300C-the magnetic body 100C-the heat conducting section 300D-the magnetic body 100D-the heat conducting. 300E-magnetic body 100E-heat conduction part 300F-magnetic body 100F-heat conduction part 300G are arranged in this order to reach the high temperature side heat exchange part 400B. The low temperature side heat exchange part 400A and the heat conduction part 300A, each heat conduction part and the magnetic body from the heat conduction part 300A to the heat conduction part 300G, and the heat conduction part 300G and the high temperature side heat exchange part 400B are connected without gaps. is there. The configuration of the heat transporter 2-4 is the same as that of the heat transporter 1.
<磁気ユニットの構成>
図2及び図3に示す磁気ユニットは、図1に示した熱輸送ユニットを上下方向の両側から一定の隙間を設けて挟む。磁気ユニットの構成は下記のとおりである。
<Configuration of magnetic unit>
The magnetic unit shown in FIGS. 2 and 3 sandwiches the heat transport unit shown in FIG. 1 with a certain gap from both sides in the vertical direction. The configuration of the magnetic unit is as follows.
図2は、複数の磁気印加除去部を配置した上側の磁気ユニットの構成を示す図である。円形状の上側の磁気ユニットは分離部200AU−200DUで区分した4つの磁気印加除去部1U−4Uを有する。図2に示す上側の磁気ユニットは、図の表側を図1に示す熱輸送ユニットの表側に対向して位置させ、上側の磁気ユニットの中心を熱輸送ユニットの中心と一致させて、時計回りに回転自在に支持する。図2は、熱輸送ユニットに対向して位置させた上側の磁気ユニットを熱輸送ユニットに向かって上から透視した状態を表している。 FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of an upper magnetic unit in which a plurality of magnetic application removing units are arranged. The circular upper magnetic unit has four magnetic application removal units 1U-4U divided by separation units 200AU-200DU. The upper magnetic unit shown in FIG. 2 is positioned clockwise so that the front side of the figure faces the front side of the heat transport unit shown in FIG. 1, and the center of the upper magnetic unit coincides with the center of the heat transport unit. Support for rotation. FIG. 2 shows a state where the upper magnetic unit positioned facing the heat transport unit is seen through from the top toward the heat transport unit.
磁気印加除去部1Uは、熱輸送器1に磁気印加除去部1Uが対峙する時刻T1の時に、磁気ユニットの外周から内周に向けて、磁性体100Aに対向する永久磁石210A、磁性体100Cに対向する永久磁石210C、磁性体100Eに対向する永久磁石210Eを有する。 At time T1 when the magnetic application removal unit 1U faces the heat transporter 1, the magnetic application removal unit 1U is applied to the permanent magnet 210A and the magnetic body 100C facing the magnetic body 100A from the outer periphery to the inner periphery of the magnetic unit. The permanent magnet 210 </ b> C and the permanent magnet 210 </ b> E facing the magnetic body 100 </ b> E are opposed to each other.
磁気印加除去部2Uは、熱輸送器1に磁気印加除去部2Uが対峙する時刻T2の時に、磁気ユニットの外周から内周に向けて、磁性体100Bに対向する永久磁石220B、磁性体100Dに対向する永久磁石220D、磁性体100Fに対向する永久磁石220Fを有する。 At time T2 when the magnetic application removal unit 2U faces the heat transporter 1, the magnetic application removal unit 2U moves from the outer circumference to the inner circumference of the magnetic unit toward the permanent magnet 220B and the magnetic body 100D facing the magnetic body 100B. It has permanent magnet 220F which opposes permanent magnet 220D which opposes, and the magnetic body 100F.
磁気印加除去部3Uと磁気印加除去部4Uは上側の磁気ユニットの中心と点対称であるので、永久磁石の並びは、磁気印加除去部1Uと磁気印加除去部2Uと同一である。磁気印加除去部3Uは時刻T3の時に熱輸送器1と対峙し、磁気印加除去部4Uは時刻T4の時に熱輸送器1と対峙する。 Since the magnetic application removal unit 3U and the magnetic application removal unit 4U are point-symmetric with respect to the center of the upper magnetic unit, the arrangement of the permanent magnets is the same as the magnetic application removal unit 1U and the magnetic application removal unit 2U. The magnetic application removal unit 3U faces the heat transporter 1 at time T3, and the magnetic application removal unit 4U faces the heat transporter 1 at time T4.
図3は、複数の磁気印加除去部を配置した下側の磁気ユニットの構成を示す図である。円形状の下側の磁気ユニットは分離部200AD−200DDで区分した4つの磁気印加除去部1D−4Dを有する。図3に示す下側の磁気ユニットは、図の表側を図1に示す熱輸送ユニットの裏側に対向して位置させ、下側の磁気ユニットの中心を熱輸送ユニットの中心と一致させて、時計回りに回転自在に支持する。図3は、熱輸送ユニットに対向して位置させた下側の磁気ユニットを熱輸送ユニット側から見た状態を表している。 FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a lower magnetic unit in which a plurality of magnetic application removing units are arranged. The lower circular magnetic unit has four magnetic application removal units 1D-4D divided by separation units 200AD-200DD. The lower magnetic unit shown in FIG. 3 is positioned so that the front side of the figure faces the back side of the heat transport unit shown in FIG. 1, and the center of the lower magnetic unit coincides with the center of the heat transport unit. Supports rotation around. FIG. 3 shows a state in which the lower magnetic unit positioned facing the heat transport unit is viewed from the heat transport unit side.
磁気印加除去部1Dは、熱輸送器1に磁気印加除去部1Dが対峙する時刻T1の時に、磁気ユニットの外周から内周に向けて、磁性体100Aに対向する永久磁石260A、磁性体100Cに対向する永久磁石260C、磁性体100Eに対向する永久磁石260Eを有する。 At time T1 when the magnetic application removal unit 1D faces the heat transporter 1, the magnetic application removal unit 1D applies the permanent magnet 260A and the magnetic body 100C facing the magnetic body 100A from the outer periphery to the inner periphery of the magnetic unit. The permanent magnet 260 </ b> C and the permanent magnet 260 </ b> E facing the magnetic body 100 </ b> E are opposed to each other.
磁気印加除去部2Dは、熱輸送器1に磁気印加除去部2Dが対峙する時刻T2の時に、磁気ユニットの外周から内周に向けて、磁性体100Bに対向する永久磁石270B、磁性体100Dに対向する永久磁石270D、磁性体100Fに対向する永久磁石270Fを有する。 At time T2 when the magnetic application removal unit 2D is opposed to the heat transporter 1, the magnetic application removal unit 2D is disposed on the permanent magnet 270B and the magnetic body 100D facing the magnetic body 100B from the outer periphery toward the inner periphery. It has permanent magnet 270F which opposes permanent magnet 270D and magnetic body 100F which oppose.
磁気印加除去部3Dと磁気印加除去部4Dは下側の磁気ユニットの中心と点対称であるので、永久磁石の並びは、磁気印加除去部1Dと磁気印加除去部2Dと同一である。磁気印加除去部3Dは時刻T3の時に熱輸送器1と対峙し、磁気印加除去部4Dは時刻T4の時に熱輸送器1と対峙する。 Since the magnetic application removal unit 3D and the magnetic application removal unit 4D are point-symmetric with respect to the center of the lower magnetic unit, the arrangement of the permanent magnets is the same as the magnetic application removal unit 1D and the magnetic application removal unit 2D. The magnetic application removal unit 3D faces the heat transporter 1 at time T3, and the magnetic application removal unit 4D faces the heat transporter 1 at time T4.
上側の磁気ユニットの各磁気印加除去部1U−4Uと下側の磁気ユニットの各磁気印加除去部1D−4Dは熱輸送ユニットの各熱輸送器1−4を介して上下方向で対向する。上側の磁気ユニットと下側の磁気ユニットは、上側の磁気ユニットの分離部200AU−200DUと下側の磁気ユニットの分離部200AD−200DDが常に対向するように、相対的な位置を変えずに同期して回転する。 The magnetic application removal units 1U-4U of the upper magnetic unit and the magnetic application removal units 1D-4D of the lower magnetic unit face each other in the vertical direction via the heat transporters 1-4 of the heat transport unit. The upper magnetic unit and the lower magnetic unit are synchronized without changing their relative positions so that the upper magnetic unit separation unit 200AU-200DU and the lower magnetic unit separation unit 200AD-200DD always face each other. Then rotate.
<熱輸送の原理>
図4及び図5は、本発明に係る磁気冷暖房装置の動作説明に供する図である。図4は、時刻T1と時刻T2の2つの状態を示す。時刻T1の状態は、図1の熱輸送ユニットのA−A線が図2及び図3の上側と下側の磁気ユニットのA−A線と一致している状態である。つまり、熱輸送ユニットの熱輸送器1が上側の磁気ユニットの磁気印加除去部1Uと下側の磁気ユニットの磁気印加除去部1Dに対峙している状態である。また、時刻T2の状態は、熱輸送ユニットの熱輸送器1が上側の磁気ユニットの磁気印加除去部2Uと下側の磁気ユニットの磁気印加除去部2Dに対峙している状態である。図5は、時刻T3と時刻T4の2つの状態を示す。時刻T3の状態は、熱輸送ユニットの熱輸送器1が上側の磁気ユニットの磁気印加除去部3Uと下側の磁気ユニットの磁気印加除去部3Dに対峙している状態である。また、時刻T4の状態は、熱輸送ユニットの熱輸送器1が上側の磁気ユニットの磁気印加除去部4Uと下側の磁気ユニットの磁気印加除去部4Dに対峙している状態である。
<Principle of heat transport>
4 and 5 are diagrams for explaining the operation of the magnetic air conditioner according to the present invention. FIG. 4 shows two states, time T1 and time T2. The state at time T1 is a state in which the AA line of the heat transport unit in FIG. 1 coincides with the AA lines of the upper and lower magnetic units in FIGS. In other words, the heat transporter 1 of the heat transport unit faces the magnetic application removal unit 1U of the upper magnetic unit and the magnetic application removal unit 1D of the lower magnetic unit. The state at time T2 is a state in which the heat transporter 1 of the heat transport unit faces the magnetic application removal unit 2U of the upper magnetic unit and the magnetic application removal unit 2D of the lower magnetic unit. FIG. 5 shows two states at time T3 and time T4. The state at time T3 is a state in which the heat transporter 1 of the heat transport unit faces the magnetic application removal unit 3U of the upper magnetic unit and the magnetic application removal unit 3D of the lower magnetic unit. The state at time T4 is a state in which the heat transporter 1 of the heat transport unit faces the magnetic application removal unit 4U of the upper magnetic unit and the magnetic application removal unit 4D of the lower magnetic unit.
時刻T1では、図4に示す通り、磁性体100Aに永久磁石210Aと260Aが位置する。また、磁性体100Cに永久磁石210Cと260Cが位置する。また、磁性体100Eに永久磁石210Eと260Eが位置する。時刻T1では、熱伝導部300B、300D、300Fに電圧を印加して、隣り合う磁性体100A−100B、100C−100D、100E−100F間で熱伝導できるようにする。 At time T1, as shown in FIG. 4, the permanent magnets 210A and 260A are positioned on the magnetic body 100A. Further, permanent magnets 210C and 260C are located on the magnetic body 100C. Further, permanent magnets 210E and 260E are located on the magnetic body 100E. At time T1, a voltage is applied to the heat conducting units 300B, 300D, and 300F so that heat can be conducted between the adjacent magnetic bodies 100A-100B, 100C-100D, and 100E-100F.
時刻T2では、上側と下側の磁気ユニットが時刻T1から90度時計方向に回転するので、図4に示す通り、磁性体100Bに永久磁石220Bと270Bが位置する。また、磁性体100Dに永久磁石220Dと270Dが位置する。また、磁性体100Fに永久磁石220Fと270Fが位置する。時刻T2では、熱伝導部300A、300C、300E、300Gに電圧を印加して、低温側熱伝導部400Aと磁性体100A、磁性体100B−100C、100D−100E、磁性体100Fと高温側熱伝導部400Bそれぞれの間で熱伝導できるようにする。 At time T2, since the upper and lower magnetic units rotate 90 degrees clockwise from time T1, permanent magnets 220B and 270B are positioned on the magnetic body 100B as shown in FIG. Further, the permanent magnets 220D and 270D are located on the magnetic body 100D. In addition, permanent magnets 220F and 270F are positioned on the magnetic body 100F. At time T2, a voltage is applied to the heat conducting units 300A, 300C, 300E, and 300G, and the low temperature side heat conducting unit 400A and the magnetic body 100A, the magnetic bodies 100B-100C, 100D-100E, the magnetic body 100F, and the high temperature side heat conduction. Heat conduction can be performed between the portions 400B.
時刻T3では、上側と下側の磁気ユニットが時刻T2からさらに90度時計方向に回転するので、図5に示す通り、磁性体100Aに永久磁石230Aと280Aが位置する。また、磁性体100Cに永久磁石230Cと280Cが位置する。また、磁性体100Eに永久磁石230Eと280Eが位置する。時刻T3では、時刻T1と同じく、熱伝導部300B、300D、300Fに電圧を印加して、隣り合う磁性体100A−100B、100C−100D、100E−100F間で熱伝導できるようにする。 At time T3, the upper and lower magnetic units rotate 90 degrees clockwise from time T2, so that permanent magnets 230A and 280A are located on magnetic body 100A as shown in FIG. Further, permanent magnets 230C and 280C are located on the magnetic body 100C. Further, permanent magnets 230E and 280E are located on the magnetic body 100E. At time T3, similarly to time T1, a voltage is applied to the heat conducting units 300B, 300D, and 300F so that heat conduction can be performed between the adjacent magnetic bodies 100A-100B, 100C-100D, and 100E-100F.
時刻T4では、上側と下側の磁気ユニットが時刻T3からさらに90度時計方向に回転するので、図5に示す通り、磁性体100Bに永久磁石240Bと290Bが位置する。また、磁性体100Dに永久磁石240Dと290Dが位置する。また、磁性体100Fに永久磁石240Fと290Fが位置する。時刻T4では、時刻T2と同じく、熱伝導部300A、300C、300E、300Gに電圧を印加して、低温側熱伝導部400Aと磁性体100A、磁性体100B−100C、100D−100E、磁性体100Fと高温側熱伝導部400Bそれぞれの間で熱伝導できるようにする。 At time T4, the upper and lower magnetic units rotate 90 degrees clockwise from time T3, so that permanent magnets 240B and 290B are positioned on magnetic body 100B as shown in FIG. In addition, permanent magnets 240D and 290D are positioned on the magnetic body 100D. In addition, permanent magnets 240F and 290F are positioned on the magnetic body 100F. At time T4, similarly to time T2, a voltage is applied to the heat conducting units 300A, 300C, 300E, and 300G, and the low temperature side heat conducting unit 400A, the magnetic body 100A, the magnetic bodies 100B-100C, 100D-100E, and the magnetic body 100F. And high temperature side heat conduction part 400B.
このように、永久磁石の位置関係を追うと、時刻T1からT4に移行する間に、時刻T1とT2における、永久磁石、磁性体、熱伝導部の同じ位置関係が2回繰り返される。 As described above, when the positional relationship of the permanent magnet is followed, the same positional relationship among the permanent magnet, the magnetic body, and the heat conducting unit at the times T1 and T2 is repeated twice during the transition from the time T1 to the time T4.
上記のように、各磁性体には正の磁性体を用いているので、磁気が印加されると発熱し、磁気が除去されると吸熱する。また、熱伝導部には磁気の印加除去によって熱伝導率が変化する材料を用いているので、磁気が印加されると熱伝導率が相対的に大きくなり、磁気が除去されると熱伝導率が相対的に小さくなる。 As described above, since a positive magnetic material is used for each magnetic material, heat is generated when magnetism is applied, and heat is absorbed when magnetism is removed. In addition, since a material whose thermal conductivity is changed by applying and removing magnetism is used for the heat conducting portion, the thermal conductivity becomes relatively large when magnetism is applied, and the thermal conductivity when removing magnetism. Becomes relatively small.
したがって、時刻T1からT4に移行するにしたがって、低温側熱交換部400Aから高温側熱交換部400Bに向けて熱が移動し、低温側熱交換部400Aと高温側熱交換部400Bとの間に温度差ができる。温度差ができる原理は次のとおりである。 Therefore, as the time shifts from time T1 to T4, heat moves from the low temperature side heat exchange unit 400A toward the high temperature side heat exchange unit 400B, and between the low temperature side heat exchange unit 400A and the high temperature side heat exchange unit 400B. There is a temperature difference. The principle of creating a temperature difference is as follows.
図6は、本発明に係る磁気冷暖房装置において熱が移動していく様子の説明に供する図である。熱が移動していく様子は図4と図5を参照しながら説明する。 FIG. 6 is a diagram for explaining how heat moves in the magnetic air conditioner according to the present invention. The manner in which heat moves will be described with reference to FIGS.
まず前提として、全ての磁性体が同一材料で形成されており、全ての磁性体の磁気熱量効果が同一の種類であって、温度変化量が5℃のものを用いた場合を想定する。具体的には、全ての磁性体は、磁気が印加されると5℃温度が上昇し、磁気が除去されると5℃温度が下降する特性を持っていると想定する。また、全ての熱伝導部材も電圧の印加、除去によって同じように熱伝導率が大きくなりまた小さくなる特性を持っていると想定する。 First, as a premise, a case is assumed in which all magnetic bodies are formed of the same material, and all the magnetic bodies have the same type of magnetocaloric effect and have a temperature change of 5 ° C. Specifically, it is assumed that all the magnetic materials have a characteristic that the temperature increases by 5 ° C. when magnetism is applied and the temperature decreases by 5 ° C. when the magnetism is removed. Further, it is assumed that all the heat conducting members have the same characteristic that the thermal conductivity increases and decreases in the same manner by applying and removing voltage.
まず、初期の時刻T1の状態では全ての磁性体100A−100F及び熱伝導部300A−300Gが室温の20℃になっている。低温側熱交換部400Aと高温側熱交換部400Bとの間で、交互に配置した磁性体と熱伝導部は熱輸送器を形成する。 First, in the initial state of time T1, all the magnetic bodies 100A-100F and the heat conducting units 300A-300G are at room temperature of 20 ° C. Between the low temperature side heat exchange part 400A and the high temperature side heat exchange part 400B, the magnetic bodies and the heat conduction parts arranged alternately form a heat transporter.
次に、時刻T2の状態に移行すると、永久磁石、磁性体、熱伝導部の位置関係が、図4の時刻T1で示す状態から時刻T2で示すような状態になる。時刻T2では、熱伝導部300A、300C、300E、300Gに電圧を印加する。その結果、図6に示すように、磁性体100Aの温度が5℃下降し、熱伝導部300Aによる熱伝導が可能になって、低温側熱交換部400Aから磁性体100Aに熱が移動する。また、磁性体100B、100Dの温度が5℃上昇し、磁性体100C、100Eの温度が5℃下降し、熱伝導部300C、300Eによる熱伝導が可能になって、磁性体100Bから磁性体100Cに、磁性体100Dから磁性体100Eに熱が移動する。また、磁性体100Fの温度が5℃上昇し、熱伝導部300Gによる熱伝導が可能になって、磁性体100Fから高温側熱交換部400Bに熱が移動する。 Next, when the state transitions to the state at time T2, the positional relationship between the permanent magnet, the magnetic body, and the heat conducting portion changes from the state shown at time T1 in FIG. 4 to the state shown at time T2. At time T2, a voltage is applied to the heat conducting units 300A, 300C, 300E, and 300G. As a result, as shown in FIG. 6, the temperature of the magnetic body 100A drops by 5 ° C., heat conduction by the heat conducting unit 300A becomes possible, and heat moves from the low temperature side heat exchange unit 400A to the magnetic body 100A. Further, the temperature of the magnetic bodies 100B and 100D increases by 5 ° C., the temperature of the magnetic bodies 100C and 100E decreases by 5 ° C., and heat conduction by the heat conducting portions 300C and 300E becomes possible. In addition, heat is transferred from the magnetic body 100D to the magnetic body 100E. Further, the temperature of the magnetic body 100F increases by 5 ° C., heat conduction by the heat conducting unit 300G becomes possible, and heat moves from the magnetic body 100F to the high temperature side heat exchanging unit 400B.
時刻T2の状態では、磁気が除去された磁性体100A、100C、100Eの温度が15℃に下降し、磁気が印加された磁性体100B、100D、100Fの温度が25℃に上昇する。このため、図6に示すように、熱伝導部300A、300C、300E、300Gを介して温度の高い方から温度の低いほうに熱が移動する。 In the state at time T2, the temperatures of the magnetic bodies 100A, 100C, and 100E from which magnetism has been removed drop to 15 ° C., and the temperatures of the magnetic bodies 100B, 100D, and 100F to which magnetism has been applied rise to 25 ° C. For this reason, as shown in FIG. 6, heat moves from the higher temperature side to the lower temperature side through the heat conducting portions 300A, 300C, 300E, and 300G.
この熱の移動によって、図6のT2´の状態で示すように、磁性体100Aと低温側熱交換部400Aの温度が17.5℃になり、磁性体100Fと高温側熱交換部400Bの温度が22.5℃になる。 Due to this heat transfer, the temperature of the magnetic body 100A and the low temperature side heat exchange section 400A becomes 17.5 ° C. as shown in the state of T2 ′ in FIG. 6, and the temperature of the magnetic body 100F and the high temperature side heat exchange section 400B. Becomes 22.5 ° C.
次に、時刻T2´の状態からT3の状態に移行すると、永久磁石、磁性体、熱伝導部の位置関係が、図4及び図5の時刻T2に示す状態から時刻T3で示すような状態になる。時刻T3では、熱伝導部300B、300D、300Fに電圧を印加する。その結果、磁性体100A、100C、100Eの温度が5℃上昇し、磁性体100B、100D、100Fの温度が5℃下降し、熱伝導部300B、300D、300Fによる熱伝導が可能になって、磁性体100Aから磁性体100Bに、磁性体100Cから磁性体100Dに、磁性体100Eから磁性体100Fに熱が移動する。 Next, when the state transitions from the state at time T2 ′ to the state at T3, the positional relationship between the permanent magnet, the magnetic body, and the heat conducting portion changes from the state at time T2 in FIGS. 4 and 5 to the state at time T3. Become. At time T3, a voltage is applied to the heat conducting units 300B, 300D, and 300F. As a result, the temperature of the magnetic bodies 100A, 100C, and 100E increases by 5 ° C., the temperature of the magnetic bodies 100B, 100D, and 100F decreases by 5 ° C., and heat conduction by the heat conducting units 300B, 300D, and 300F becomes possible. Heat is transferred from the magnetic body 100A to the magnetic body 100B, from the magnetic body 100C to the magnetic body 100D, and from the magnetic body 100E to the magnetic body 100F.
時刻T3の状態では、磁気が印加された磁性体100A、100C、100Eの温度が22.5℃または25℃に上昇し、磁気が除去された磁性体100B、100D、100Fの温度が15℃または17.5℃に下降する。このため、図6に示すように、熱伝導部300B、300D、300Fを介して温度の高い方から温度の低いほうに熱が移動する。 In the state at time T3, the temperature of the magnetic bodies 100A, 100C, 100E to which magnetism is applied rises to 22.5 ° C. or 25 ° C., and the temperature of the magnetic bodies 100B, 100D, 100F from which magnetism has been removed is 15 ° C. The temperature falls to 17.5 ° C. For this reason, as shown in FIG. 6, heat moves from the higher temperature side to the lower temperature side through the heat conducting portions 300B, 300D, and 300F.
この熱の移動によって、図6のT3´に示すように、低温側熱交換部400Aの温度が17.5℃になり、磁性体100A、100Bの温度が18.75℃になる。磁性体100C、100Dの温度が20℃になり、磁性体100E、100Fの温度が21.25℃になる。高温側熱交換部40Bの温度は22.5℃のままである。 Due to this heat transfer, the temperature of the low temperature side heat exchanging section 400A becomes 17.5 ° C., and the temperature of the magnetic bodies 100A and 100B becomes 18.75 ° C., as indicated by T3 ′ in FIG. The temperature of the magnetic bodies 100C and 100D is 20 ° C., and the temperature of the magnetic bodies 100E and 100F is 21.25 ° C. The temperature of the high temperature side heat exchange section 40B remains at 22.5 ° C.
次に、時刻T3´の状態からT4の状態に移行すると、永久磁石、磁性体、熱伝導部の位置関係が、図4の時刻T2で示した状態と同一の状態になる。時刻T4では、時刻T2と同じく、熱伝導部300A、300C、300E、300Gに電圧を印加する。その結果、図6のT2. T4に示すような状態となって、低温側熱交換部400Aから磁性体100Aに熱が移動し、磁性体100Bから磁性体100Cに、磁性体100Dから磁性体100Eに熱が移動し、磁性体100Fから高温側熱交換部400Bに熱が移動する。 Next, when the state transitions from the state at time T3 ′ to the state at T4, the positional relationship among the permanent magnet, the magnetic body, and the heat conducting portion becomes the same as the state shown at time T2 in FIG. At time T4, a voltage is applied to the heat conducting units 300A, 300C, 300E, and 300G, as with time T2. As a result, a state as shown in T2. T4 of FIG. 6 is obtained, and heat is transferred from the low temperature side heat exchanging section 400A to the magnetic body 100A, from the magnetic body 100B to the magnetic body 100C, and from the magnetic body 100D to the magnetic body 100E. The heat moves to the high temperature side heat exchange section 400B from the magnetic body 100F.
以上の通り、上側の磁気ユニットと下側の磁気ユニットが同期して1回転する度に、時刻T1の状態から時刻T4の状態が繰り返されて、低温側熱交換部400Aから高温側熱交換部400Bに熱が移動する。時間が経過するにしたがって、図7に示すように、低温側熱交換部400Aと高温側熱交換部400Bとの間の温度差が大きくなっていく。最終的には、低温側熱交換部400Aと高温側熱交換部400Bとの間の温度差が安定する。この状態で、低温側熱交換部400Aの熱を利用して、たとえば室内の温度を下げることができ、高温側熱交換部400Bの熱を利用して、たとえば室内の温度を上げることができる。 As described above, every time the upper magnetic unit and the lower magnetic unit make one rotation in synchronization, the state from time T1 to time T4 is repeated, and the low temperature side heat exchange unit 400A to the high temperature side heat exchange unit Heat moves to 400B. As time elapses, as shown in FIG. 7, the temperature difference between the low temperature side heat exchange section 400A and the high temperature side heat exchange section 400B increases. Eventually, the temperature difference between the low temperature side heat exchange section 400A and the high temperature side heat exchange section 400B is stabilized. In this state, for example, the indoor temperature can be lowered using the heat of the low temperature side heat exchange unit 400A, and the indoor temperature can be increased, for example, using the heat of the high temperature side heat exchange unit 400B.
なお、図1−図7の説明は、発現される磁気熱量効果の種類が同じ同一材料の磁性体として正の磁性体を用いた場合に当てはまる。発現される磁気熱量効果の種類が同じ同一材料の磁性体として負の磁性体を用いた場合には、熱の移動方向は図4−図6に示した方向とは逆になる。したがって、負の磁性体を用いた場合、低温側熱交換部40Aと高温側熱交換部40Bの位置が図1、図4−図6とは逆になる。 The description of FIG. 1 to FIG. 7 is applicable when a positive magnetic material is used as a magnetic material of the same material having the same type of magnetocaloric effect. When a negative magnetic material is used as a magnetic material of the same material having the same type of magnetocaloric effect, the direction of heat transfer is opposite to the direction shown in FIGS. Therefore, when a negative magnetic material is used, the positions of the low temperature side heat exchange unit 40A and the high temperature side heat exchange unit 40B are opposite to those in FIGS.
次に、本発明に係る磁気冷暖房装置の実施形態を、[実施形態1]と[実施形態2]に分けて説明する。[実施形態1]に係る磁気冷暖房装置は、熱輸送ユニットの熱輸送器と熱輸送器との間に磁気ユニットの駆動力を低減させる透磁性断熱部を形成する。[実施形態2]に係る磁気冷暖房装置は、複数の熱輸送ユニットを、磁気ユニットの駆動力を低減させるため、各々回転方向に少しずつずらして配置する。 Next, an embodiment of the magnetic air-conditioning apparatus according to the present invention will be described by dividing it into [Embodiment 1] and [Embodiment 2]. The magnetic cooling / heating apparatus according to [Embodiment 1] forms a magnetically permeable heat insulating portion that reduces the driving force of the magnetic unit between the heat transporter and the heat transporter of the heat transport unit. In the magnetic air conditioner according to [Embodiment 2], a plurality of heat transport units are arranged with a slight shift in the rotational direction, respectively, in order to reduce the driving force of the magnetic units.
[実施形態1]
次に、図8−図12を参照して実施形態1に係る磁気冷暖房装置の構成について説明する。以下に説明する実施形態1に係る磁気冷暖房装置の動作原理は上述の熱輸送の原理と同一である。図8は、実施形態1に係る磁気冷暖房装置の熱輸送ユニットの構成図である。図9は、図8の熱輸送ユニットを挟む上側の磁気ユニットの構成図である。図10は、図8の熱輸送ユニットを挟む下側の磁気ユニットの構成図である。図11は、実施形態1に係る磁気冷暖房装置の断面図である。図12は、図11の磁気冷暖房装置の熱輸送ユニットと両磁気ユニットの断面図である。
[Embodiment 1]
Next, the configuration of the magnetic air conditioner according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. The principle of operation of the magnetic air conditioner according to Embodiment 1 described below is the same as the principle of heat transport described above. FIG. 8 is a configuration diagram of a heat transport unit of the magnetic air conditioner according to the first embodiment. FIG. 9 is a configuration diagram of the upper magnetic unit sandwiching the heat transport unit of FIG. FIG. 10 is a configuration diagram of the lower magnetic unit sandwiching the heat transport unit of FIG. FIG. 11 is a cross-sectional view of the magnetic air conditioner according to the first embodiment. FIG. 12 is a cross-sectional view of the heat transport unit and both magnetic units of the magnetic air conditioner of FIG.
(磁気冷暖房装置の構成)
<熱輸送ユニットの構成>
図8に示すように、磁気冷暖房装置の熱輸送ユニット1000Aは中空の円形状に形成する。熱輸送ユニット1000Aの中空の部分には円筒状の高温側熱交換部40Bを配置し、高温側熱交換部40Bを取り囲むように低温側熱交換部40Aを設ける。低温側熱交換部40Aと高温側熱交換部40Bとの間の空間に1mm程度の厚みの熱輸送器配置板150(図12参照)をはめ込み、低温側熱交換部40Aと高温側熱交換部40Bとで固定する。高温側熱交換部40B内にはベアリング45を介して回転自在にローター310が取り付けてある。
(Configuration of magnetic air conditioner)
<Configuration of heat transport unit>
As shown in FIG. 8, the heat transport unit 1000A of the magnetic air conditioner is formed in a hollow circular shape. A cylindrical high temperature side heat exchange unit 40B is disposed in the hollow portion of the heat transport unit 1000A, and the low temperature side heat exchange unit 40A is provided so as to surround the high temperature side heat exchange unit 40B. The heat transporter arrangement plate 150 (see FIG. 12) having a thickness of about 1 mm is fitted into the space between the low temperature side heat exchange unit 40A and the high temperature side heat exchange unit 40B, and the low temperature side heat exchange unit 40A and the high temperature side heat exchange unit are inserted. Fix with 40B. A rotor 310 is rotatably mounted via a bearing 45 in the high temperature side heat exchange section 40B.
熱輸送器配置板150上の中心角30度の扇状の空間に、図8及び図12に示すように、磁気熱量効果を有する磁性体10A−10Fとこれらの磁性体の熱を輸送する熱伝導部30A−30Gとを交互に配置する。交互に配置した磁性体10A−10Fと熱伝導部30A−30Gで1つの熱輸送器50−1を構成する。熱輸送器50−1に隣接する中心角30度の扇状の空間に、図8に示すように、磁気熱量効果を有する磁性体11A−11Fとこれらの磁性体の熱を輸送する熱伝導部31A−31Gとを交互に配置する。交互に配置した磁性体11A−11Fと熱伝導部31A−31Gで1つの熱輸送器50−2を構成する。熱輸送器50−1、50−2、…は熱輸送器配置板150上に間隔を設けて複数並列に環状に配置する。熱輸送器配置板150上で環状に間隔を設けて熱輸送器50−1、50−2、…を配置したものが熱輸送ユニット1000となる。 As shown in FIGS. 8 and 12, heat conduction for transporting the heat of the magnetic bodies 10A to 10F having the magnetocaloric effect in a fan-shaped space having a central angle of 30 degrees on the heat transporter arrangement plate 150. The parts 30A-30G are alternately arranged. One heat transporter 50-1 is constituted by the magnetic bodies 10A-10F and the heat conducting portions 30A-30G arranged alternately. As shown in FIG. 8, in a fan-shaped space having a central angle of 30 degrees adjacent to the heat transporter 50-1, a magnetic body 11A-11F having a magnetocaloric effect and a heat conducting part 31A for transporting the heat of these magnetic bodies -31G are alternately arranged. One heat transporter 50-2 is constituted by the magnetic bodies 11A-11F and the heat conducting portions 31A-31G arranged alternately. The heat transporters 50-1, 50-2,... A heat transport unit 1000 is formed by arranging the heat transporters 50-1, 50-2,...
図8、図12に示すように、熱輸送器50−1、50−2、…は、熱輸送器配置板150上に中心角30度ごとに並列に合計12個配置される。なお、12個の熱輸送器50−1、50−2、…のそれぞれは間隔を設けて配置する。隣り合う熱輸送器50−1と熱輸送器50−2との間には、それぞれの熱輸送器50−1、熱輸送器50−2の磁性体10A−10F、磁性体11A−11Fの透磁率と同等の透磁率を有し、隣り合う熱輸送器50−1と熱輸送器50−2との熱伝導を遮断できる透磁性断熱部60を形成する。熱輸送器50−1、熱輸送器50−2間の熱伝導を透磁性断熱部60で遮断すると、冷暖房に寄与しない熱の放出量が減少し、磁気冷暖房装置の熱効率が向上する。 As shown in FIGS. 8 and 12, a total of twelve heat transporters 50-1, 50-2,... Are arranged in parallel on the heat transporter arrangement plate 150 every 30 degrees of the central angle. In addition, each of the twelve heat transporters 50-1, 50-2,... Between the adjacent heat transporter 50-1 and heat transporter 50-2, the penetration of the magnetic bodies 10A-10F and 11A-11F of the heat transporters 50-1, the heat transporter 50-2. A magnetically permeable heat insulating portion 60 having a magnetic permeability equivalent to the magnetic permeability and capable of blocking heat conduction between the adjacent heat transporter 50-1 and heat transporter 50-2 is formed. When heat conduction between the heat transporter 50-1 and the heat transporter 50-2 is blocked by the magnetically permeable heat insulating portion 60, the amount of heat released that does not contribute to air conditioning is reduced, and the thermal efficiency of the magnetic air conditioner is improved.
透磁性断熱部60は隣り合う熱輸送器50−1、熱輸送器50−2の磁性体10A−10Fと磁性体11A−11Fとの間を埋めるように形成する。透磁性断熱部60は、隣り合う熱輸送器50−1、熱輸送器50−2の磁性体10A−10Fと磁性体11A−11Fとの間に入り込み、磁性体10A−10Fと磁性体11A−11F同士の間に空隙がなくなって磁気ユニットの駆動力のピークが平準化される。平準化される理由については後で詳しく説明する。透磁性断熱部60は、断熱性樹脂などの断熱性を備える材料内にその断熱性が阻害されない程度に鉄などの透磁率の大きな金属粉を混ぜ込んで形成する。透磁性断熱部60を複数の材料を配合して形成すると、熱伝導率と透磁率を狙いの値に近づけることができ、透磁性断熱部60の作成も容易になる。 The magnetically permeable heat insulating portion 60 is formed so as to fill the space between the magnetic bodies 10A-10F and 11A-11F of the adjacent heat transporters 50-1 and 50-2. The magnetically permeable heat insulating portion 60 enters between the magnetic bodies 10A-10F and 11A-11F of the adjacent heat transporters 50-1 and 50-2, and the magnetic bodies 10A-10F and 11A-. There is no gap between 11F, and the peak of the driving force of the magnetic unit is leveled. The reason for leveling will be described in detail later. The magnetic permeable heat insulating portion 60 is formed by mixing a metal powder having a high magnetic permeability such as iron in a material having a heat insulating property such as a heat insulating resin so that the heat insulating property is not hindered. When the magnetic permeable heat insulating part 60 is formed by blending a plurality of materials, the thermal conductivity and the magnetic permeability can be brought close to target values, and the magnetic permeable heat insulating part 60 can be easily created.
なお、熱輸送器配置板150は、熱輸送器50−1、熱輸送器50−2、…が輸送している熱を奪わないように、断熱性の高い材料で形成する。また、熱輸送器配置板150は磁性体に印加される磁束を減少させてはならないので、磁束を通過させやすい材料で形成することが好ましい。熱輸送器50−1、50−2、…は熱輸送器配置板150の上側に設けたが、熱輸送器配置板150の下側に設けても良い。また、熱輸送器50−1、50−2、…は上下の熱輸送器配置板150に挟まれるように設けても良い。 The heat transporter arrangement plate 150 is formed of a material having high heat insulation so as not to take away the heat transported by the heat transporter 50-1, the heat transporter 50-2,. Moreover, since the heat transporter arrangement | positioning board 150 must not reduce the magnetic flux applied to a magnetic body, it is preferable to form with the material which makes a magnetic flux pass easily. The heat transporters 50-1, 50-2,... Are provided on the upper side of the heat transporter arrangement plate 150, but may be provided on the lower side of the heat transporter arrangement plate 150. Further, the heat transporters 50-1, 50-2,... May be provided so as to be sandwiched between the upper and lower heat transporter arrangement plates 150.
低温側熱交換部40Aと高温側熱交換部40Bには、熱交換のための冷媒を流通させる冷媒通路41と42(図8、図11参照)を形成してある。冷媒通路41と42に流通させる冷媒は液体でも気体でも良い。本実施形態では冷媒に空気を用いる。低温側熱交換部40Aの冷媒通路41には、冷却される空気が図示矢印方向に吸入されて、冷却された空気が図示矢印方向に排出される。高温側熱交換部40Bの冷媒通路42には、取り入れた空気が暖められて図8の裏側から表方向(図11の矢印方向)に排出される。 Refrigerant passages 41 and 42 (see FIGS. 8 and 11) for circulating a refrigerant for heat exchange are formed in the low temperature side heat exchange unit 40A and the high temperature side heat exchange unit 40B. The refrigerant flowing through the refrigerant passages 41 and 42 may be liquid or gas. In this embodiment, air is used as the refrigerant. Cooled air is sucked into the refrigerant passage 41 of the low temperature side heat exchanging section 40A in the direction indicated by the arrow, and the cooled air is discharged in the direction indicated by the arrow. The taken-in air is warmed into the refrigerant passage 42 of the high temperature side heat exchanging section 40B and discharged from the back side in FIG. 8 in the front direction (the arrow direction in FIG. 11).
<磁性体>
磁性体10A−10F、磁性体11A−11F、…は、本実施形態では同一材料で形成しており、同一材料として正の磁性体を用いる。正の磁性体は、磁気を印加していないときには常磁性状態(磁気スピンが無秩序の状態)となり、磁気を印加すると強磁性状態(磁気スピンが一方向に揃う状態)となる、常磁性状態と強磁性状態が可逆的に生じる材料を用いて製造する。
<Magnetic material>
In this embodiment, the magnetic bodies 10A-10F, the magnetic bodies 11A-11F,... Are made of the same material, and positive magnetic bodies are used as the same material. A positive magnetic substance is in a paramagnetic state (magnetic spin is in a disordered state) when no magnetism is applied, and in a paramagnetic state (magnetic spin is aligned in one direction) when magnetism is applied. Manufactured using a material that reversibly produces a ferromagnetic state.
正の磁性体の材料は、GdやGdをベースとした合金である、Gd−Y系、Gd−Dy系、Gd−Er系、Gd−Ho系、La(Fe,Si)13やLa(Fe,Al)13などの磁性材料を用いることができる。 The positive magnetic material is an alloy based on Gd or Gd, such as Gd-Y, Gd-Dy, Gd-Er, Gd-Ho, La (Fe, Si) 13, or La (Fe). , Al) 13 or other magnetic material can be used.
一方、本実施形態では用いていないが、磁性体10A−10F、磁性体11A−11F、…に同一材料として負の磁性材料を用いることもできる。負の磁性体の材料としては、FeRh合金、CoMnSiGe系、NiMnSn系などの磁性材料を用いることができる。 On the other hand, although not used in the present embodiment, a negative magnetic material can be used as the same material for the magnetic bodies 10A-10F, the magnetic bodies 11A-11F,. As the negative magnetic material, a magnetic material such as an FeRh alloy, CoMnSiGe system, or NiMnSn system can be used.
一般的に、正の磁性体と負の磁性体は、磁気の印加に対して、熱発生が、発熱するか、吸熱するか反対なので、正の磁性体と負の磁性体の磁気熱量効果による温度変化の大きさは相違する。したがって、本実施形態のように、正か負のどちらか一方の磁性体を用いた場合には、全ての磁性体の磁気熱量効果による温度変化の大きさが同一になる。したがって、磁気冷暖房装置全体として安定した熱伝達特性が得られ熱輸送効率が向上する。また、正の磁性体の磁気熱量効果に比較して負の磁性体の磁気熱量効果の方が小さいので、熱輸送効率を考慮すると、正の磁性体を用いることが好ましい。さらに、負の磁性体の材料は正の磁性体の材料に比較して希少な材料を用いることになるので、コストの面でも正の磁性体を用いることが好ましい。 Generally, positive and negative magnetic materials generate heat or absorb heat opposite to the application of magnetism, so the magnetocaloric effect of positive and negative magnetic materials The magnitude of the temperature change is different. Therefore, when one of the positive and negative magnetic bodies is used as in this embodiment, the magnitude of the temperature change due to the magnetocaloric effect of all the magnetic bodies is the same. Therefore, stable heat transfer characteristics can be obtained as a whole of the magnetic air conditioner and the heat transport efficiency can be improved. Further, since the magnetocaloric effect of the negative magnetic material is smaller than the magnetocaloric effect of the positive magnetic material, it is preferable to use the positive magnetic material in consideration of heat transport efficiency. In addition, since a negative magnetic material is rarer than a positive magnetic material, it is preferable to use a positive magnetic material in terms of cost.
また、磁性体10A−10F、磁性体11A−11F、…に正または負の磁性体を用い、さらにこれらの磁性体10A−10F、磁性体11A−11F、…の作動温度を全て同一のものとすることができる。しかし、これに限らず、磁性体の作動温度が異なるものを配置することもできる。例えば、高温側熱交換部40Bに隣り合う磁性体10Fから低温側熱交換部40Aに隣り合う磁性体10Aに向けて段階的に作動温度が低い磁性体を配置することもできる。ここで、作動温度が高い磁性体と作動温度が低い磁性体との相違は、磁気熱量効果を発現する温度域が高い温度であるか低い温度であるかという点にある。 Further, a positive or negative magnetic material is used for the magnetic materials 10A-10F, 11A-11F,..., And the operating temperatures of these magnetic materials 10A-10F, 11A-11F,. can do. However, the present invention is not limited to this, and magnetic materials having different operating temperatures can be arranged. For example, a magnetic body having a low operating temperature can be arranged stepwise from the magnetic body 10F adjacent to the high temperature side heat exchange unit 40B toward the magnetic body 10A adjacent to the low temperature side heat exchange unit 40A. Here, the difference between a magnetic material having a high operating temperature and a magnetic material having a low operating temperature is that the temperature range in which the magnetocaloric effect is exhibited is a high temperature or a low temperature.
このように、熱輸送器50−1、熱輸送器50−2、…内において、磁性体の位置に応じて最適な作動温度を選択すると、均一の作動温度の磁性体を用いた熱輸送器50−1、熱輸送器50−2、…よりも、低温側熱交換部40Aと高温側熱交換部40Bとの間で、より大きな温度差を得ることができ、熱輸送能力及び熱輸送効率を向上させることができる。 As described above, when the optimum operating temperature is selected in accordance with the position of the magnetic body in the heat transporter 50-1, the heat transporter 50-2,..., The heat transporter using the magnetic body having a uniform operating temperature. 50-1, the heat transporter 50-2,..., A larger temperature difference can be obtained between the low temperature side heat exchange unit 40A and the high temperature side heat exchange unit 40B, and the heat transport capacity and heat transport efficiency can be obtained. Can be improved.
<熱伝導部>
図8、図12に示したように、本実施形態に係る磁気冷暖房装置は、熱輸送器50−1では、低温側熱交換部40Bと磁性体10Aとの間に熱伝導部30Aを接続する。磁性体10A−10Fのそれぞれの磁性体間に熱伝導部30B−30Fを接続する。磁性体10Fと高温側熱交換部40Bとの間に熱伝導部30Gを接続する。熱輸送器50−2では、低温側熱交換部40Bと磁性体11Aとの間に熱伝導部31Aを接続する。磁性体11A−11Fのそれぞれの磁性体間に熱伝導部31B−31Fを接続する。磁性体11Fと高温側熱交換部40Bとの間に熱伝導部31Gを接続する。その他の熱輸送器の構成も熱輸送器50−1、熱輸送器50−2と同様である。
<Heat conduction part>
As illustrated in FIGS. 8 and 12, in the magnetic air conditioner according to the present embodiment, in the heat transporter 50-1, the heat conducting unit 30A is connected between the low temperature side heat exchanging unit 40B and the magnetic body 10A. . The heat conducting portions 30B-30F are connected between the magnetic bodies 10A-10F. The heat conducting unit 30G is connected between the magnetic body 10F and the high temperature side heat exchanging unit 40B. In the heat transporter 50-2, the heat conducting unit 31A is connected between the low temperature side heat exchanging unit 40B and the magnetic body 11A. The heat conducting portions 31B-31F are connected between the magnetic bodies of the magnetic bodies 11A-11F. The heat conducting unit 31G is connected between the magnetic body 11F and the high temperature side heat exchanging unit 40B. The configuration of other heat transporters is the same as that of the heat transporter 50-1 and the heat transporter 50-2.
本実施形態に係る熱伝導部30A−30G、31A−31G、…は金属/絶縁相転移体によって構成される。熱伝導部30A−30G、熱伝導部31A−31G、…とそれらの間に配置する磁性体10A−10F、磁性体11A−11F、…とは接合又は接着によって取り付ける。したがって熱輸送器50−1、熱輸送器50−2、…は一体化されたものとなる。 The heat conducting units 30A-30G, 31A-31G,... According to the present embodiment are configured by a metal / insulating phase transition body. The heat conducting portions 30A-30G, the heat conducting portions 31A-31G,... And the magnetic bodies 10A-10F, 11A-11F,. Therefore, the heat transporter 50-1, the heat transporter 50-2,... Are integrated.
金属/絶縁相転移体は、電圧を印加すると絶縁体から金属に相転移し、熱伝導率が大きくなる性質を持つものである。逆に、電圧を遮断すると金属から絶縁体に相転移し、熱伝導率が小さくなる性質を持つものである。金属と絶縁体の相互間の相転移を示す絶縁体には、無機酸化物モット絶縁体または有機モット絶縁体がある。無機酸化物モット絶縁体は少なくとも遷移金属元素を含む。モット絶縁体としては、LaTiO3、SrRuO4、BEDT−TTF(TCNQ)が知られている。金属と絶縁体の相互間の相転移が可能なデバイスとして現在知られているものは、ZnO単結晶薄膜電気二重層FET、TMTSF/TCNQ積層型FET素子がある。熱は、熱電子および格子結晶によって移送することができる。ZnO単結晶薄膜電気二重層FET及びTMTSF/TCNQ積層型FET素子は、電圧を印加すると熱電子が活発に移動するようになる性質を利用する。本実施形態では、金属/絶縁相転移体に、少なくとも遷移金属元素を含む無機酸化物モット絶縁体、有機モット絶縁体、ZnO単結晶薄膜電気二重層FET、TMTSF/TCNQ積層型FET素子など、電圧の印加除去によって熱伝導率が大きく変化するものを用いる。 The metal / insulating phase transition body has the property that when a voltage is applied, the phase transition from the insulator to the metal increases the thermal conductivity. On the other hand, when the voltage is cut off, the phase transition from metal to insulator causes the thermal conductivity to decrease. Insulators that exhibit a phase transition between a metal and an insulator include inorganic oxide mott insulators or organic mott insulators. The inorganic oxide Mott insulator includes at least a transition metal element. As the Mott insulator, LaTiO3, SrRuO4, and BEDT-TTF (TCNQ) are known. Currently known devices capable of phase transition between metal and insulator include a ZnO single crystal thin film electric double layer FET and a TMTSF / TCNQ stacked FET element. Heat can be transferred by thermionic and lattice crystals. The ZnO single crystal thin film electric double layer FET and the TMTSF / TCNQ multilayer FET element utilize the property that the thermoelectrons move actively when a voltage is applied. In the present embodiment, the metal / insulating phase transition body includes an inorganic oxide Mott insulator, an organic Mott insulator, a ZnO single crystal thin film electric double layer FET, a TMTSF / TCNQ multilayer FET element, etc., which contain at least a transition metal element. A material whose thermal conductivity is greatly changed by application and removal of is used.
金属/絶縁相転移体の対向する両面に直流電圧Vを印加すると、金属/絶縁相転移体の熱伝導率が相対的に大きくなって、磁性体間で熱の移動が起こる。一方、直流電圧Vを除去すると、金属/絶縁相転移体の熱伝導率が相対的に小さくなって、磁性体間の熱の移動が阻止される。したがって、熱伝導部30A−30G、熱伝導部31A−31G、…は、電圧の印加、除去によって熱の移動を制御する熱スイッチとなる。 When a DC voltage V is applied to both opposing surfaces of the metal / insulating phase transition body, the thermal conductivity of the metal / insulating phase transition body becomes relatively large, and heat transfer occurs between the magnetic bodies. On the other hand, when the DC voltage V is removed, the thermal conductivity of the metal / insulating phase transition body becomes relatively small, and heat transfer between the magnetic bodies is prevented. Therefore, the heat conducting portions 30A-30G, the heat conducting portions 31A-31G,... Become thermal switches that control the movement of heat by applying and removing voltage.
熱伝導部30A−30G、熱伝導部31A−31G、…の熱伝導の断続は、電圧の印加、除去によって制御できるので、磁性体間に熱伝導部を摺動させずに熱を輸送させることができる。このため、熱伝導部に摺動の耐久性を持たせる必要がなく、熱伝導部の信頼性が向上する。また、摩擦による機械的な損失をなくすことができ、熱伝導部を駆動させるための損失を低減できる。さらに、熱伝導部は磁性体との並び方向にのみ熱を輸送でき、熱伝導部の熱伝導率は摺動型のものに比較して大きくできるので、熱の輸送に際して熱的な損失を小さくできる。加えて、熱伝導部は、電圧の印加、除去に応じて、磁性体間を全ての接触面を使って接続できるので、熱輸送能力及び熱輸送効率を向上させることができる。 Since the conduction of heat conduction of the heat conduction parts 30A-30G, 31A-31G,... Can be controlled by applying and removing voltage, heat can be transported without sliding the heat conduction part between the magnetic bodies. Can do. For this reason, it is not necessary to give the heat conducting portion sliding durability, and the reliability of the heat conducting portion is improved. Moreover, the mechanical loss by friction can be eliminated and the loss for driving a heat conductive part can be reduced. In addition, the heat conduction part can transport heat only in the direction of alignment with the magnetic material, and the heat conductivity of the heat conduction part can be increased compared to the sliding type, so thermal loss is reduced during heat transfer. it can. In addition, since the heat conducting unit can connect between the magnetic bodies using all the contact surfaces in accordance with the application and removal of voltage, the heat transport capability and the heat transport efficiency can be improved.
熱伝導部30A−30G、熱伝導部31A−31G、…のぞれぞれの熱伝導部に電極を設けることで、金属/絶縁相転移体に容易に電圧を印加することができる。また、金属/絶縁相転移体に、少なくとも遷移金属元素を含む無機酸化物モット絶縁体、有機モット絶縁体、ZnO単結晶薄膜電気二重層FET、TMTSF/TCNQ積層型FET素子を用いると、熱伝導率の変化の応答性が良好になる。 A voltage can be easily applied to the metal / insulating phase transition body by providing an electrode in each of the heat conducting portions 30A-30G, 31A-31G,. Further, when an inorganic oxide Mott insulator, an organic Mott insulator, a ZnO single crystal thin film electric double layer FET, or a TMTSF / TCNQ stacked FET element containing at least a transition metal element is used as a metal / insulating phase transition body, heat conduction Responsiveness of rate change is improved.
なお、本実施形態では、電圧の印加、除去によって、熱伝導率が変化する金属/絶縁相転移体を用いた熱伝導部を例示した。しかし、熱伝導部は、電圧を印加することによって熱伝導率が大きくなり、電圧を遮断することによって熱伝導率が小さくなる性質を有するものであればどのような構成のものでも使用できる。また、本実施形態では、磁性体10A−10F、磁性体11A−11F、…及び熱伝導部30A−30G、熱伝導部31A−31G、…の形状を、扇を径方向に一定の幅で切り取ったような形状とした。しかし、これ以外の形状、例えば、球状、楕円体状、立方体状、円柱状、楕円柱状などの形状を採用しても良い。 In the present embodiment, the heat conducting part using the metal / insulating phase transition body whose thermal conductivity changes with application and removal of voltage is exemplified. However, the heat conduction part can be used in any configuration as long as it has a property of increasing the thermal conductivity by applying a voltage and decreasing the thermal conductivity by cutting off the voltage. In the present embodiment, the magnetic bodies 10A-10F, the magnetic bodies 11A-11F,..., And the heat conducting portions 30A-30G, the heat conducting portions 31A-31G,. The shape was as follows. However, other shapes such as a spherical shape, an ellipsoidal shape, a cubic shape, a cylindrical shape, and an elliptical column shape may be employed.
<磁気ユニットの構成>
図9及び図10に示す磁気ユニットは、図8に示した熱輸送ユニット1000Aを上下方向の両側から一定の隙間を設けて挟む。磁気ユニットの構成は下記のとおりである。
<Configuration of magnetic unit>
The magnetic units shown in FIGS. 9 and 10 sandwich the heat transport unit 1000A shown in FIG. 8 with a certain gap from both sides in the vertical direction. The configuration of the magnetic unit is as follows.
円形状の上側の磁気ユニット2000Aは、図9の表側を図8に示す熱輸送ユニット1000Aの表側に対向して位置させ、上側の磁気ユニット2000Aの中心を熱輸送ユニット1000Aの中心と一致させて、時計回りに回転自在に支持する。図9は、熱輸送ユニット1000Aに対向して位置させた上側の磁気ユニット2000Aを熱輸送ユニット1000Aに向かって上から透視した状態を表している。 The circular upper magnetic unit 2000A is positioned so that the front side of FIG. 9 faces the front side of the heat transport unit 1000A shown in FIG. 8, and the center of the upper magnetic unit 2000A coincides with the center of the heat transport unit 1000A. , Supports clockwise rotation. FIG. 9 shows a state where the upper magnetic unit 2000A positioned facing the heat transport unit 1000A is seen through from the top toward the heat transport unit 1000A.
図9に示す磁気印加除去部1Uは、ある時刻で、図8に示した熱輸送器50−1に対峙する。その時刻では、磁気ユニット2000Aの外周から内周に向けて、磁性体10Aに対向する永久磁石21A、磁性体10Cに対向する永久磁石21C、磁性体10Eに対向する永久磁石21Eを有する。 The magnetic application removing unit 1U shown in FIG. 9 faces the heat transporter 50-1 shown in FIG. 8 at a certain time. At that time, from the outer periphery to the inner periphery of the magnetic unit 2000A, there are a permanent magnet 21A facing the magnetic body 10A, a permanent magnet 21C facing the magnetic body 10C, and a permanent magnet 21E facing the magnetic body 10E.
図9に示す磁気印加除去部2Uは、上記と同じ時刻で図8に示した熱輸送器50−2に対峙する。その時刻では、磁気ユニット2000Aの外周から内周に向けて、磁性体11Bに対向する永久磁石22B、磁性体11Dに対向する永久磁石22D、磁性体11Fに対向する永久磁石22Fを有する。 The magnetic application removing unit 2U shown in FIG. 9 faces the heat transporter 50-2 shown in FIG. 8 at the same time as described above. At that time, from the outer periphery to the inner periphery of the magnetic unit 2000A, there are a permanent magnet 22B facing the magnetic body 11B, a permanent magnet 22D facing the magnetic body 11D, and a permanent magnet 22F facing the magnetic body 11F.
磁気ユニット2000Aに存在するその他の磁気印加除去部は、磁気ユニット2000Aの中心と点対称であるので、永久磁石の並びは、磁気印加除去部1Uまたは磁気印加除去部2Uと同一である。 Since the other magnetic application removal units present in the magnetic unit 2000A are point-symmetric with respect to the center of the magnetic unit 2000A, the arrangement of the permanent magnets is the same as the magnetic application removal unit 1U or the magnetic application removal unit 2U.
円形状の下側の磁気ユニット2000Bは、図10の表側を図8に示す熱輸送ユニット1000Aの裏側に対向して位置させ、下側の磁気ユニット2000Bの中心を熱輸送ユニット1000Aの中心と一致させて、時計回りに回転自在に支持する。図10は、熱輸送ユニット1000Aに対向して位置させた下側の磁気ユニット2000Bを熱輸送ユニット1000側から見た状態を表している。 The circular lower magnetic unit 2000B is positioned so that the front side of FIG. 10 faces the back side of the heat transport unit 1000A shown in FIG. 8, and the center of the lower magnetic unit 2000B coincides with the center of the heat transport unit 1000A. And support it so that it can rotate clockwise. FIG. 10 shows a state in which the lower magnetic unit 2000B positioned facing the heat transport unit 1000A is viewed from the heat transport unit 1000 side.
図10に示す磁気印加除去部1Dは、上記と同じ時刻で、図8に示した熱輸送器50−1に対峙する。その時刻では、磁気ユニット2000Bの外周から内周に向けて、磁性体10Aに対向する永久磁石26A、磁性体10Cに対向する永久磁石26C、磁性体10Eに対向する永久磁石26Eを有する。 The magnetic application removing unit 1D shown in FIG. 10 faces the heat transporter 50-1 shown in FIG. 8 at the same time as described above. At that time, from the outer periphery to the inner periphery of the magnetic unit 2000B, there are a permanent magnet 26A facing the magnetic body 10A, a permanent magnet 26C facing the magnetic body 10C, and a permanent magnet 26E facing the magnetic body 10E.
図10に示す磁気印加除去部2Dは、上記と同じ時刻で図8に示した熱輸送器50−2に対峙する。その時刻では、磁気ユニット2000Bの外周から内周に向けて、磁性体11Bに対向する永久磁石27B、磁性体11Dに対向する永久磁石27D、磁性体11Fに対向する永久磁石27Fを有する。 The magnetic application removing unit 2D shown in FIG. 10 faces the heat transporter 50-2 shown in FIG. 8 at the same time as described above. At that time, from the outer periphery to the inner periphery of the magnetic unit 2000B, there are a permanent magnet 27B facing the magnetic body 11B, a permanent magnet 27D facing the magnetic body 11D, and a permanent magnet 27F facing the magnetic body 11F.
磁気ユニット2000Bに存在するその他の磁気印加除去部は、磁気ユニット2000Bの中心と点対称であるので、永久磁石の並びは、磁気印加除去部1Dまたは磁気印加除去部2Dと同一である。 Since the other magnetic application removal units existing in the magnetic unit 2000B are point-symmetric with respect to the center of the magnetic unit 2000B, the arrangement of the permanent magnets is the same as the magnetic application removal unit 1D or the magnetic application removal unit 2D.
上側の磁気ユニット2000Aの各磁気印加除去部1U、2U、…と下側の磁気ユニット2000Bの各磁気印加除去部1D、2D、…は熱輸送ユニット1000の各熱輸送器50−1、50−2、…を介して上下方向で対向する。上側の磁気ユニット2000Aと下側の磁気ユニット2000Bは、磁気印加除去部1Uと磁気印加除去部1Dを対峙させた状態で相対的な位置を変えずに同期して回転する。 The magnetic application removal units 1U, 2U,... Of the upper magnetic unit 2000A and the magnetic application removal units 1D, 2D,... Of the lower magnetic unit 2000B are the heat transporters 50-1, 50- of the heat transport unit 1000. It opposes in the up-down direction via 2 .... The upper magnetic unit 2000A and the lower magnetic unit 2000B rotate synchronously without changing their relative positions in a state where the magnetic application removal unit 1U and the magnetic application removal unit 1D are opposed to each other.
磁気ユニット2000A、2000Bは中空の円形状に形成され、その内周部には高温側熱交換部40Bの内部に形成した冷媒通路42(図8、図12)に空気を流通させるためのファン210を設けてある。冷媒通路42は熱輸送ユニット1000Aと磁気ユニット2000A、2000Bの積層方向に連通する円筒状の通路である。ファン210の内周面は、アウターローターモータ350(図11参照)のローター(回転軸)310に固定してある。したがって、ローター310が回転すると、磁気ユニット2000A、2000Bが回転し、ファン210によって冷媒通路42の下から上に向けて空気を流通させる。ファン210のブレード212は、磁気ユニット2000A、2000Bの回転によって空気流が生じるように、水平に対して最適な角度に曲げてある。アウターローターモータ350とすることによって、磁気冷暖房装置を小型化することができる。 The magnetic units 2000A and 2000B are formed in a hollow circular shape, and a fan 210 for circulating air through a refrigerant passage 42 (FIGS. 8 and 12) formed inside the high-temperature side heat exchange unit 40B on the inner periphery thereof. Is provided. The refrigerant passage 42 is a cylindrical passage communicating in the stacking direction of the heat transport unit 1000A and the magnetic units 2000A and 2000B. The inner peripheral surface of the fan 210 is fixed to the rotor (rotating shaft) 310 of the outer rotor motor 350 (see FIG. 11). Therefore, when the rotor 310 rotates, the magnetic units 2000A and 2000B rotate, and air is circulated from the bottom of the refrigerant passage 42 upward by the fan 210. The blade 212 of the fan 210 is bent at an optimum angle with respect to the horizontal so that an air flow is generated by the rotation of the magnetic units 2000A and 2000B. By using the outer rotor motor 350, the magnetic air conditioner can be miniaturized.
磁気ユニット2000A、2000Bの外周部には、低温側熱交換部40Aに形成してある冷媒通路41に空気を流通させるためのファン215を設けてある。冷媒通路41は、熱輸送ユニット1000A及び磁気ユニット2000Aの外周部に個々に形成した冷媒通路を直列に連通させこの冷媒通路を流れる冷媒を積層方向に流通させる通路である。ファン215には多数のブレード214が形成してある。したがって、ローター310が回転すると、磁気ユニット2000A、2000Bが回転し、ブレード214によって冷媒通路41内の空気を熱輸送ユニット1000Aの外周に沿って流通させる。ブレード214は磁気ユニット2000A、2000Bの回転によって冷媒通路41内の空気を効率的に移動させるように、水平に対して直角に曲げてある。このように、磁気ユニット2000A、2000Bの内周部及び外周部にファン210、215を設けると、磁気ユニット2000A、2000Bに、単に磁気を印加・除去する役割だけではなく、冷媒を流通させるためのファンとしての役割も担わせることができる。また、冷媒通路41、42によって効率的に冷媒を流通させることができる。 On the outer periphery of the magnetic units 2000A and 2000B, a fan 215 for circulating air through the refrigerant passage 41 formed in the low temperature side heat exchange unit 40A is provided. The refrigerant passage 41 is a passage through which the refrigerant passages individually formed on the outer peripheral portions of the heat transport unit 1000A and the magnetic unit 2000A are connected in series and the refrigerant flowing through the refrigerant passage is circulated in the stacking direction. A large number of blades 214 are formed on the fan 215. Therefore, when the rotor 310 rotates, the magnetic units 2000A and 2000B rotate, and the air in the refrigerant passage 41 is circulated along the outer periphery of the heat transport unit 1000A by the blades 214. The blade 214 is bent at right angles to the horizontal so that the air in the refrigerant passage 41 is efficiently moved by the rotation of the magnetic units 2000A and 2000B. As described above, when the fans 210 and 215 are provided on the inner and outer peripheral portions of the magnetic units 2000A and 2000B, the magnetic units 2000A and 2000B are not only used for applying and removing magnetism, but also for circulating the refrigerant. It can also play a role as a fan. Further, the refrigerant can be efficiently circulated by the refrigerant passages 41 and 42.
本実施形態では、図12に示すように、磁気ユニット2000Aの基準位置を検出するための基準位置検出センサ250を設けてある。また、図11に示したアウターローターモータ350の回転位置を検出するための回転位置検出センサをアウターローターモータ350に内蔵してある。 In the present embodiment, as shown in FIG. 12, a reference position detection sensor 250 for detecting the reference position of the magnetic unit 2000A is provided. Further, a rotational position detection sensor for detecting the rotational position of the outer rotor motor 350 shown in FIG. 11 is built in the outer rotor motor 350.
図9、図10及び図12に示すように、磁気ユニット2000A、2000B…の両面に、環状かつ放射状に磁石を配置する。磁気ユニット2000Aに配置する磁石は、図12に示すように、N極とS極とが対峙するように極性を考慮して配置する。 As shown in FIG. 9, FIG. 10 and FIG. 12, magnets are arranged annularly and radially on both surfaces of the magnetic units 2000A, 2000B. As shown in FIG. 12, the magnets arranged in the magnetic unit 2000A are arranged in consideration of the polarity so that the N pole and the S pole face each other.
図13は、本実施形態に係る磁気ユニット2000A、2000B…の磁石の配置を示す図である。本実施形態では、磁気ユニット2000Aに配置する磁石21A、21C、21E及び磁気ユニット2000Bに配置する磁石26A、26C、26Eの磁化方向は、隣接する磁石同士で相互に逆方向としている。隣接する磁石の磁化方向を相互に逆方向としているのは、逆方向とすることによって、磁石相互の漏れ磁場の方向を反対にできるので、磁石と磁石との間に位置する空間の漏れ磁場の大きさが、干渉効果で小さくなるからである。 FIG. 13 is a diagram showing the arrangement of the magnets of the magnetic units 2000A, 2000B... According to the present embodiment. In the present embodiment, the magnetization directions of the magnets 21A, 21C, and 21E disposed in the magnetic unit 2000A and the magnets 26A, 26C, and 26E disposed in the magnetic unit 2000B are opposite to each other between adjacent magnets. The magnetization directions of adjacent magnets are opposite to each other. By making the directions opposite to each other, the direction of the leakage magnetic field between the magnets can be reversed. Therefore, the leakage magnetic field in the space between the magnets can be reversed. This is because the size is reduced by the interference effect.
磁気ユニット2000Aにおいて、磁石21Aと隣接する磁石21Cの磁化方向は逆になっており、熱輸送ユニット1000Aの磁性体10Aに対して磁石21AはN極が対峙し、磁性体10Cに対して磁石21CはS極が対峙する。また、磁石21Cと隣接する磁石21Eの磁化方向は逆になっており、熱輸送ユニット1000Aの磁性体10Cに対して磁石21CはS極が対峙し、磁性体10Eに対して磁石21EはN極が対峙する。磁性体10Aと10Cとの間には磁性体10Bが位置され、磁性体10Cと10Eとの間には磁性体10Dが位置され、磁性体10Eに隣接して磁性体10Fが位置する。磁石21A、21C、21Eは磁性体10B、10D、10Fとは対峙していない。 In the magnetic unit 2000A, the magnetization direction of the magnet 21C adjacent to the magnet 21A is reversed, the N pole of the magnet 21A is opposed to the magnetic body 10A of the heat transport unit 1000A, and the magnet 21C is opposed to the magnetic body 10C. Is the opposite of the S pole. Also, the magnetization direction of the magnet 21E adjacent to the magnet 21C is reversed, and the magnet 21C is opposed to the south pole with respect to the magnetic body 10C of the heat transport unit 1000A, and the magnet 21E is opposite to the magnetic body 10E. Confront. A magnetic body 10B is positioned between the magnetic bodies 10A and 10C, a magnetic body 10D is positioned between the magnetic bodies 10C and 10E, and a magnetic body 10F is positioned adjacent to the magnetic body 10E. The magnets 21A, 21C, and 21E do not face the magnetic bodies 10B, 10D, and 10F.
磁気ユニット2000Bにおいて、磁石26Aと隣接する磁石26Cの磁化方向は逆になっており、熱輸送ユニット1000Aの磁性体10Aに対して磁石26AはS極が対峙し、磁性体10Cに対して磁石26CはN極が対峙する。また、磁石26Cと隣接する磁石26Eの磁化方向は逆になっており、熱輸送ユニット1000Aの磁性体10Cに対して磁石26CはN極が対峙し、磁性体10Eに対して磁石26EはS極が対峙する。磁気ユニット2000Aと同様に、磁石26A、26C、26Eは磁性体10B、10D、10Fとは対峙していない。 In the magnetic unit 2000B, the magnetization direction of the magnet 26C adjacent to the magnet 26A is reversed, the S pole of the magnet 26A faces the magnetic body 10A of the heat transport unit 1000A, and the magnet 26C faces the magnetic body 10C. Is the opposite of the N pole. In addition, the magnetization direction of the magnet 26E adjacent to the magnet 26C is reversed, and the N pole of the magnet 26C is opposed to the magnetic body 10C of the heat transport unit 1000A, and the magnet 26E is the S pole of the magnetic body 10E. Confront. As with the magnetic unit 2000A, the magnets 26A, 26C, and 26E do not face the magnetic bodies 10B, 10D, and 10F.
このように、隣接する磁石同士で磁化方向が相互に逆方向となるように磁石を配置すると、隣接する磁石が発生する磁場の向きが逆になる。このため、隣接する磁石からの磁力線が相互に干渉して打ち消し合い、磁石の間に位置する、磁場を印加したくない磁性体(磁性体10B、10D、10F)に対する漏れ磁場を小さくできる。したがって、磁場を印加する必要のある磁性体(磁性体10A、10C、10E)に対して印加される磁束の磁束密度と、磁場を印加したくない磁性体(磁性体10B、10D、10F)に対して印加される磁束の磁束密度との差が大きくでき、磁性体の磁気熱量効果を最大限に引き出すことができる。また、磁石と磁性体とが交互に重なるため、磁石やヨークの使用量を抑えることができる。 As described above, when magnets are arranged so that the magnetization directions of the adjacent magnets are opposite to each other, the directions of the magnetic fields generated by the adjacent magnets are reversed. For this reason, the magnetic field lines from adjacent magnets interfere with each other and cancel each other, and the leakage magnetic field with respect to the magnetic bodies (magnetic bodies 10B, 10D, 10F) that are located between the magnets and do not want to apply a magnetic field can be reduced. Therefore, the magnetic flux density applied to the magnetic body (magnetic bodies 10A, 10C, 10E) to which a magnetic field needs to be applied and the magnetic bodies (magnetic bodies 10B, 10D, 10F) that do not want to apply the magnetic field On the other hand, the difference between the applied magnetic flux and the magnetic flux density can be increased, and the magnetocaloric effect of the magnetic material can be maximized. Moreover, since the magnet and the magnetic body are alternately overlapped, the amount of the magnet and the yoke used can be suppressed.
また、図14は、本実施形態に係る磁気ユニット2000A、2000B…の磁石の配置の変形例を示す図である。この変形例では、磁気ユニット2000A、2000B…に熱輸送ユニット1000Aの一方の面に対向する第1磁石と他方の面に対向する第2磁石とを別々に配置している。また、磁気ユニット2000A、2000B…に配置する第1磁石と第2磁石の磁化方向は同一としている。 Moreover, FIG. 14 is a figure which shows the modification of arrangement | positioning of the magnet of magnetic unit 2000A, 2000B ... which concerns on this embodiment. In this modification, a first magnet that faces one surface of the heat transport unit 1000A and a second magnet that faces the other surface are separately arranged on the magnetic units 2000A, 2000B,. Further, the magnetization directions of the first magnet and the second magnet arranged in the magnetic units 2000A, 2000B,.
磁気ユニット2000Aにおいては、図13のように1つの磁石ではなく、熱輸送ユニットの一方の面に対向する第1磁石21Aaと他方の面に対向する第2磁石21Abを別々に配置している。また、第1磁石21Aaと第2磁石21Abに隣接して第1磁石21Caと第2磁石21Cbを配置している。さらに、第1磁石21Caと第2磁石21Cbに隣接して第1磁石21Eaと第2磁石21Ebを配置している。 In the magnetic unit 2000A, instead of one magnet as shown in FIG. 13, the first magnet 21Aa facing one surface of the heat transport unit and the second magnet 21Ab facing the other surface are separately arranged. Further, the first magnet 21Ca and the second magnet 21Cb are arranged adjacent to the first magnet 21Aa and the second magnet 21Ab. Further, a first magnet 21Ea and a second magnet 21Eb are arranged adjacent to the first magnet 21Ca and the second magnet 21Cb.
第1磁石21Aaと第2磁石21Abの磁化方向は同一であり、磁化方向は、第2磁石21AbのN極から第1磁石21AaのS極に向かう方向である。また、第1磁石21Caと第2磁石21Cbの磁化方向は同一であり、磁化方向は、第1磁石21CaのN極から第2磁石21CbのS極に向かう方向である。さらに、第1磁石21Eaと第2磁石21Ebの磁化方向は同一であり、磁化方向は、第2磁石21EbのN極から第1磁石21EaのS極に向かう方向である。 The magnetization directions of the first magnet 21Aa and the second magnet 21Ab are the same, and the magnetization direction is the direction from the N pole of the second magnet 21Ab toward the S pole of the first magnet 21Aa. The magnetization directions of the first magnet 21Ca and the second magnet 21Cb are the same, and the magnetization direction is a direction from the N pole of the first magnet 21Ca toward the S pole of the second magnet 21Cb. Furthermore, the magnetization directions of the first magnet 21Ea and the second magnet 21Eb are the same, and the magnetization direction is a direction from the N pole of the second magnet 21Eb toward the S pole of the first magnet 21Ea.
磁気ユニット2000Bにおいては、磁気ユニット2000Aと同様に、熱輸送ユニットの一方の面に対向する第1磁石26Aaと他方の面に対向する第2磁石26Abを別々に配置している。また、第1磁石26Aaと第2磁石26Abに隣接して第1磁石26Caと第2磁石26Cbを配置している。さらに、第1磁石26Caと第2磁石26Cbに隣接して第1磁石26Eaと第2磁石26Ebを配置している。 In the magnetic unit 2000B, similarly to the magnetic unit 2000A, the first magnet 26Aa facing one surface of the heat transport unit and the second magnet 26Ab facing the other surface are separately arranged. Further, a first magnet 26Ca and a second magnet 26Cb are arranged adjacent to the first magnet 26Aa and the second magnet 26Ab. Further, a first magnet 26Ea and a second magnet 26Eb are disposed adjacent to the first magnet 26Ca and the second magnet 26Cb.
第1磁石26Aaと第2磁石26Abの磁化方向は同一であり、磁化方向は、第2磁石26AbのN極から第1磁石26AaのS極に向かう方向である。また、第1磁石26Caと第2磁石26Cbの磁化方向は同一であり、磁化方向は、第1磁石26CaのN極から第2磁石26CbのS極に向かう方向である。さらに、第1磁石26Eaと第2磁石26Ebの磁化方向は同一であり、磁化方向は、第2磁石26EbのN極から第1磁石26EaのS極に向かう方向である。 The magnetization directions of the first magnet 26Aa and the second magnet 26Ab are the same, and the magnetization direction is the direction from the N pole of the second magnet 26Ab toward the S pole of the first magnet 26Aa. The magnetization directions of the first magnet 26Ca and the second magnet 26Cb are the same, and the magnetization direction is a direction from the N pole of the first magnet 26Ca toward the S pole of the second magnet 26Cb. Furthermore, the magnetization directions of the first magnet 26Ea and the second magnet 26Eb are the same, and the magnetization direction is a direction from the N pole of the second magnet 26Eb toward the S pole of the first magnet 26Ea.
また、磁気ユニット2000Aにおいて、第1磁石21Aaと隣接する第1磁石21Caの磁化方向は逆になっている。また、第1磁石21Caと隣接する第1磁石21Eaの磁化方向は逆になっている。 In the magnetic unit 2000A, the magnetization direction of the first magnet 21Ca adjacent to the first magnet 21Aa is reversed. Moreover, the magnetization direction of the first magnet 21Ea adjacent to the first magnet 21Ca is reversed.
さらに、磁気ユニット2000Aにおいて、第2磁石21Abと隣接する第2磁石21Cbの磁化方向は逆になっており、熱輸送ユニット1000Aの磁性体10Aに対して第2磁石21AbはN極が対峙し、磁性体10Cに対して第2磁石21CbはS極が対峙する。また、第2磁石21Cbと隣接する第2磁石21Ebの磁化方向は逆になっており、熱輸送ユニット1000Aの磁性体10Cに対して第2磁石21CbはS極が対峙し、磁性体10Eに対して第2磁石21EbはN極が対峙する。磁性体10Aと10Cとの間には磁性体10Bが位置され、磁性体10Cと10Eとの間には磁性体10Dが位置され、磁性体10Eに隣接して磁性体10Fが位置する。磁石21Ab、21Cb、21Ebは磁性体10B、10D、10Fとは対峙していない。 Further, in the magnetic unit 2000A, the magnetization direction of the second magnet 21Cb adjacent to the second magnet 21Ab is reversed, and the N pole of the second magnet 21Ab is opposed to the magnetic body 10A of the heat transport unit 1000A. The second magnet 21Cb is opposed to the south pole with respect to the magnetic body 10C. Further, the magnetization direction of the second magnet 21Eb adjacent to the second magnet 21Cb is reversed, and the second magnet 21Cb faces the magnetic body 10C of the heat transport unit 1000A, and the S pole of the second magnet 21Cb faces the magnetic body 10E. Thus, the N pole faces the second magnet 21Eb. A magnetic body 10B is positioned between the magnetic bodies 10A and 10C, a magnetic body 10D is positioned between the magnetic bodies 10C and 10E, and a magnetic body 10F is positioned adjacent to the magnetic body 10E. Magnets 21Ab, 21Cb, and 21Eb do not face magnetic bodies 10B, 10D, and 10F.
また、磁気ユニット2000Bにおいて、第1磁石26Aaと隣接する第1磁石26Caの磁化方向は逆になっており、熱輸送ユニット1000Aの磁性体10Aに対して第1磁石26AaはS極が対峙し、磁性体10Cに対して第1磁石26CaはN極が対峙する。また、第1磁石26Caと隣接する第1磁石26Eaの磁化方向は逆になっており、熱輸送ユニット1000Aの磁性体10Cに対して第1磁石26CaはN極が対峙し、磁性体10Eに対して第1磁石26EaはS極が対峙する。磁気ユニット2000Aと同様に、磁石26Aa、26Ca、26Eaは磁性体10B、10D、10Fとは対峙していない。 In the magnetic unit 2000B, the magnetization direction of the first magnet 26Ca adjacent to the first magnet 26Aa is reversed, and the S pole of the first magnet 26Aa is opposed to the magnetic body 10A of the heat transport unit 1000A. The N pole of the first magnet 26Ca is opposed to the magnetic body 10C. Further, the magnetization direction of the first magnet 26Ea adjacent to the first magnet 26Ca is reversed, and the N pole of the first magnet 26Ca is opposed to the magnetic body 10C of the heat transport unit 1000A, and the magnetic body 10E is opposed to the magnetic body 10E. The first magnet 26Ea faces the south pole. As with the magnetic unit 2000A, the magnets 26Aa, 26Ca, and 26Ea do not face the magnetic bodies 10B, 10D, and 10F.
また、磁気ユニット2000Bにおいて、第2磁石21Abと隣接する第2磁石26Cbの磁化方向は逆になっている。また、第2磁石26Cbと隣接する第2磁石26Ebの磁化方向は逆になっている。 In the magnetic unit 2000B, the magnetization direction of the second magnet 26Cb adjacent to the second magnet 21Ab is reversed. The magnetization direction of the second magnet 26Eb adjacent to the second magnet 26Cb is reversed.
このように、第1磁石と第2磁石の磁化方向を同一とし、さらに、隣接する第1磁石同士及び第2磁石同士で磁化方向が相互に逆方向となるように磁石を配置すると、隣接する磁石が発生する磁場の向きが逆になる。このため、隣接する磁石からの磁力線が相互に干渉して打ち消し合い、磁石の間に位置する、磁場を印加したくない磁性体(磁性体10B、10D、10F)に対する漏れ磁場を小さくできる。したがって、磁場を印加する必要のある磁性体(磁性体10A、10C、10E)に対して印加される磁束の磁束密度と、磁場を印加したくない磁性体(磁性体10B、10D、10F)に対して印加される磁束の磁束密度との差が大きくでき、磁性体の磁気熱量効果を最大限に引き出すことができる。また、磁石と磁性体とが交互に重なるため、磁石やヨークの使用量を抑えることができる。さらに、図13の場合には、ヨークの部分にも磁石が存在しているため、磁石の使用量が多くなるが、図14の場合には、ヨークの部分に存在する磁石が少なくて済むので、図13の場合に比較して、磁石の使用量を少なくできる。 As described above, when the magnetization directions of the first magnet and the second magnet are the same, and the magnets are arranged so that the magnetization directions are opposite to each other between the adjacent first magnets and the second magnets, they are adjacent to each other. The direction of the magnetic field generated by the magnet is reversed. For this reason, the magnetic field lines from adjacent magnets interfere with each other and cancel each other, and the leakage magnetic field with respect to the magnetic bodies (magnetic bodies 10B, 10D, 10F) that are located between the magnets and do not want to apply a magnetic field can be reduced. Therefore, the magnetic flux density applied to the magnetic body (magnetic bodies 10A, 10C, 10E) to which a magnetic field needs to be applied and the magnetic bodies (magnetic bodies 10B, 10D, 10F) that do not want to apply the magnetic field On the other hand, the difference between the applied magnetic flux and the magnetic flux density can be increased, and the magnetocaloric effect of the magnetic material can be maximized. Moreover, since the magnet and the magnetic body are alternately overlapped, the amount of the magnet and the yoke used can be suppressed. Furthermore, in the case of FIG. 13, since the magnet is also present in the yoke portion, the amount of the magnet used is increased. However, in the case of FIG. 14, the magnet present in the yoke portion is small. Compared with the case of FIG. 13, the amount of magnets used can be reduced.
図15は、磁石の配置の相違により生じる効果の説明に供する図である。具体的には、図23に示したように、磁化方向が同一となるように磁石を配置した場合と、本実施形態のように、磁化方向が交互となるように磁石を配置した場合の、効果の相違の説明に供する図である。 FIG. 15 is a diagram for explaining an effect caused by a difference in magnet arrangement. Specifically, as shown in FIG. 23, when the magnets are arranged so that the magnetization directions are the same, and when the magnets are arranged so that the magnetization directions are alternate as in this embodiment, It is a figure where it uses for description of the difference in an effect.
図に示すように、磁化方向が同一となるように磁石を配置した場合に比較すると、磁化方向が交互となるように磁石を配置した場合の方が、磁場を印加する必要のある磁性体に対して印加される磁束の磁束密度と、磁場印加をしたくない磁性体に印加される磁束の磁束密度との差が、どの磁性体でも大きくなることがわかる。これは、磁化方向が同一となるように磁石を配置した場合、隣接する磁石からの漏れ磁場が干渉し合うために、磁場を印加する必要のない磁性体に印加される磁場が大きくなるからである。したがって、磁場印加時の磁束密度と磁場無印加時の磁束密度との差が小さくなる。 As shown in the figure, compared to the case where the magnets are arranged so that the magnetization directions are the same, the case where the magnets are arranged so that the magnetization directions are alternating is more suitable for the magnetic material to which a magnetic field needs to be applied. It can be seen that the difference between the magnetic flux density of the magnetic flux applied to the magnetic body and the magnetic flux density of the magnetic flux applied to the magnetic body to which no magnetic field application is desired increases in any magnetic body. This is because when the magnets are arranged so that the magnetization directions are the same, leakage magnetic fields from adjacent magnets interfere with each other, so that the magnetic field applied to the magnetic material that does not need to be applied increases. is there. Therefore, the difference between the magnetic flux density when the magnetic field is applied and the magnetic flux density when no magnetic field is applied is reduced.
図16は、実施形態1に係る磁気ユニット(図14の構成)の磁力線を可視化した図である。この図を見ると良くわかるが、磁石によって形成される磁界が交互であることがわかる。このように、磁界の方向が交互に形成されると、隣接する磁石からの磁力線が相互に干渉し合い、磁場を印加したくない磁性体に印加される磁束の磁束密度を小さくできるので、磁場を印加する必要のある磁性体に対して印加される磁束の磁束密度と、磁場を印加したくない磁性体に印加される磁束の磁束密度との差を大きくできる。このため、磁性体の磁気熱量効果を最大限に引き出すことができる。また、磁石と磁性体とが交互に重なるため、磁石やヨークの使用量を抑えることができる。 FIG. 16 is a diagram visualizing lines of magnetic force of the magnetic unit (configuration of FIG. 14) according to the first embodiment. As can be seen from this figure, it can be seen that the magnetic fields formed by the magnets are alternating. In this way, when the magnetic field directions are alternately formed, the magnetic field lines from adjacent magnets interfere with each other, and the magnetic flux density of the magnetic flux applied to the magnetic material to which no magnetic field is to be applied can be reduced. It is possible to increase the difference between the magnetic flux density of the magnetic flux applied to the magnetic body that needs to be applied and the magnetic flux density of the magnetic flux applied to the magnetic body that does not want to apply the magnetic field. For this reason, the magnetocaloric effect of the magnetic material can be maximized. Moreover, since the magnet and the magnetic body are alternately overlapped, the amount of the magnet and the yoke used can be suppressed.
実験によれば、図23と図13の構成における磁性体の発熱量を比較すると、図13の構成の方が、磁場を印加する必要のある磁性体に対して印加される磁束の磁束密度と、磁場を印加したくない磁性体に印加される磁束の磁束密度との差が15%向上し、発熱量も15%向上した。また、図13の構成の方が、磁性体の温度変動幅を15%大きくすることができるので、積層する磁気ユニットの段数を15%削減することができ、磁気冷暖房装置の体積を15%小さくすることができる。その結果、磁気冷暖房装置の単位体積当たりの冷暖房能力を30%程度向上させることができる。 According to the experiment, when the calorific values of the magnetic bodies in the configurations of FIG. 23 and FIG. 13 are compared, the configuration of FIG. 13 shows the magnetic flux density of the magnetic flux applied to the magnetic body to which the magnetic field needs to be applied The difference between the magnetic flux density applied to the magnetic material to which the magnetic field is not applied was improved by 15%, and the calorific value was also improved by 15%. Further, the configuration of FIG. 13 can increase the temperature fluctuation range of the magnetic material by 15%, so that the number of magnetic units to be stacked can be reduced by 15%, and the volume of the magnetic air conditioner can be reduced by 15%. can do. As a result, the cooling / heating capacity per unit volume of the magnetic cooling / heating device can be improved by about 30%.
熱輸送ユニット1000A、1000B、…と磁気ユニット2000A、2000B、…は、図11及び図12に示すように、一定の間隔を設けて複数交互に積層する。熱輸送ユニット1000A、1000B、…と磁気ユニット2000A、2000B、…を複数積層すると、磁気冷暖房装置の熱容量を大きくすることができ、小さなスペースで効率的に熱を移動させることができる。熱輸送ユニット1000Aは、図8に示すように、ローター310にベアリング45を介して固定する。したがって、積層された全ての熱輸送ユニット1000A、1000B、…はローター310が回転しても回転することなく静止している。一方、磁気ユニット2000A、2000B、…は、図8−図12に示すように、ローター310に取り付ける。したがって、積層された全ての磁気ユニット2000A、2000Bはローター310の回転と共に回転する。 As shown in FIGS. 11 and 12, a plurality of heat transport units 1000A, 1000B,... And magnetic units 2000A, 2000B,. When a plurality of heat transport units 1000A, 1000B,... And magnetic units 2000A, 2000B,... Are stacked, the heat capacity of the magnetic air conditioner can be increased, and heat can be efficiently transferred in a small space. The heat transport unit 1000A is fixed to the rotor 310 via a bearing 45 as shown in FIG. Therefore, all the stacked heat transport units 1000A, 1000B,... Remain stationary without rotating even when the rotor 310 rotates. On the other hand, the magnetic units 2000A, 2000B,... Are attached to the rotor 310 as shown in FIGS. Therefore, all the stacked magnetic units 2000A and 2000B rotate with the rotation of the rotor 310.
なお、本実施形態では、磁気ユニット2000A、2000B、…をアウターローターモータ350で回転させる形態を説明したが、磁気ユニット2000A、2000B、…は固定し、熱輸送ユニット1000A、1000B、…を回転させるようにしても良い。磁気ユニット2000A、2000B、…と熱輸送ユニット1000A、1000B、…の両方を相対的に回転させるようにしても良い。さらに、熱輸送器50−1、50−2、…は本実施形態のように環状に配置するのではなく、円筒の外周面に直線状に並列に配置するようにしてもよい。この場合、磁気ユニット2000Aは、熱輸送器50−1、50−2、…と同心状に熱輸送器50−1、50−2、…の外側に位置させた円筒の内周面に磁石を配置したものとなる。なお、磁気ユニット2000A、2000B、…に配置する磁石は永久磁石であることが好ましいが、電磁石を用いても良い。電磁石を用いた場合には、各磁気ユニット2000A、2000B、…の構造が複雑になる。回転した状態で、電磁石への給電がきるように配線する必要があるからである。したがって、本実施形態では、永久磁石を用いている。 In the present embodiment, the magnetic units 2000A, 2000B,... Are rotated by the outer rotor motor 350. However, the magnetic units 2000A, 2000B,... Are fixed and the heat transport units 1000A, 1000B,. You may do it. The magnetic units 2000A, 2000B,... And the heat transport units 1000A, 1000B,. Furthermore, the heat transporters 50-1, 50-2,... May not be arranged in a ring shape as in the present embodiment, but may be arranged in parallel in a straight line on the outer peripheral surface of the cylinder. In this case, the magnetic unit 2000A has a magnet on the inner peripheral surface of a cylinder positioned outside the heat transporters 50-1, 50-2,... Concentrically with the heat transporters 50-1, 50-2,. It will be arranged. The magnets arranged in the magnetic units 2000A, 2000B,... Are preferably permanent magnets, but electromagnets may be used. When an electromagnet is used, the structure of each magnetic unit 2000A, 2000B,. This is because it is necessary to perform wiring so that power can be supplied to the electromagnet in the rotated state. Therefore, in this embodiment, a permanent magnet is used.
磁気ユニット2000A、2000B、…が回転すると、熱輸送ユニット1000A、1000B、…の各熱輸送器50−1、50−2、…の磁性体は、30度回転するごとに、1つおきに交互に磁気が印加または除去される。このとき、磁気ユニット2000A、2000B、…の磁石は、回転方向に隣り合う一方の熱輸送器50−1、50−2、…の磁性体から他方の熱輸送器50の磁性体に乗り移る。しかし、本実施形態では磁性体と磁性体との間には、透磁性断熱部60が存在するので、磁気ユニット2000A、2000B、…の駆動力の変動はわずかなものとなる。駆動力の変動については図17に基づいて説明する。 When the magnetic units 2000A, 2000B,... Rotate, the magnetic bodies of the heat transporters 50-1, 50-2,... Of the heat transport units 1000A, 1000B,. Magnetism is applied to or removed from. At this time, the magnets of the magnetic units 2000A, 2000B,... Transfer from the magnetic body of one of the heat transporters 50-1, 50-2,. However, in this embodiment, since the magnetically permeable heat insulating portion 60 exists between the magnetic bodies, the fluctuation of the driving force of the magnetic units 2000A, 2000B,. The fluctuation of the driving force will be described with reference to FIG.
図17は熱輸送ユニット1000Aに設けた透磁性断熱部60の効果の説明に供する図である。図に示すように、磁石が図示の移動方向に移動し、磁石が磁性体を上下方向から挟む位置にあるときには、磁石の磁力線が磁性体を通り抜けて磁性体を発熱させる。このときには、磁気ユニット2000A、2000Bに図示のような磁石の移動方向と反対方向の反力がかかる。磁石が移動し続けて、磁石の前部が磁性体と磁性体との間に存在する空隙にさしかかると(図示a位置)、反力が次第に大きくなる。本実施形態で設けてある透磁性断熱部60がないと、図示するように、反力はFAmaxまで大きくなる。磁石の後部がその空隙を抜ける場合には逆向きの反力が生じる(図示b位置)。この反力の変動は、磁気ユニット2000A、2000Bを駆動するアウターローターモータ350の必要容量を増加させる。アウターローターモータ350の駆動力は、最低限FAmax以上の反力以上でなければならないからである。また、反力の変動は、磁石が熱輸送器間を通過する度に生じるので、騒音や振動の発生原因ともなる。 FIG. 17 is a diagram for explaining the effect of the magnetically permeable heat insulating portion 60 provided in the heat transport unit 1000A. As shown in the figure, when the magnet moves in the illustrated moving direction and the magnet is in a position to sandwich the magnetic body from above and below, the magnetic lines of force of the magnet pass through the magnetic body and cause the magnetic body to generate heat. At this time, a reaction force opposite to the moving direction of the magnet as shown in the figure is applied to the magnetic units 2000A and 2000B. If the magnet continues to move and the front part of the magnet reaches the gap between the magnetic bodies (position a in the figure), the reaction force gradually increases. Without the magnetically permeable heat insulating portion 60 provided in the present embodiment, the reaction force increases to FAmax as shown in the figure. When the rear part of the magnet passes through the gap, a reverse reaction force is generated (position b in the figure). This variation in reaction force increases the required capacity of the outer rotor motor 350 that drives the magnetic units 2000A and 2000B. This is because the driving force of the outer rotor motor 350 must be at least the reaction force of FAmax or more. In addition, the reaction force fluctuation occurs every time the magnet passes between the heat transporters, and thus causes noise and vibration.
ところが、本実施形態では、熱輸送器間に磁性体と同じ透磁率の透磁性断熱部60を形成してあるので、図17の下側の図に示す通り、上記のような反力の変動はかなり小さくなる。このため、磁気ユニット2000A、2000Bは比較的スムースに回転でき、アウターローターモータ350の駆動力は磁石と磁性体との間に生じる反力よりも大きければ良くなる。このため、アウターローターモータ350は必要以上に大きなものを用意しなくても済み、磁気冷暖房装置の小型化が可能になる。また、騒音や振動も極端に少なくなって、静粛性を有する磁気冷暖房装置を実現できる。 However, in the present embodiment, since the magnetically permeable heat insulating portion 60 having the same magnetic permeability as that of the magnetic material is formed between the heat transporters, as shown in the lower diagram of FIG. Is considerably smaller. Therefore, the magnetic units 2000A and 2000B can rotate relatively smoothly, and the driving force of the outer rotor motor 350 only needs to be larger than the reaction force generated between the magnet and the magnetic body. For this reason, it is not necessary to prepare an outer rotor motor 350 that is larger than necessary, and the magnetic air conditioner can be downsized. Further, noise and vibration are extremely reduced, and a magnetic air conditioner having quietness can be realized.
熱輸送ユニット1000A、1000B、…の各熱輸送器50−1、50−2、…の磁性体は、30度回転するごとに、1つおきに交互に磁気が印加または除去される。つまり、各熱輸器50−1、50−2、…において、磁性体10A、10C、10Eに磁気が印加される状態と、磁性体10B、10D、10Fに磁気が印加される状態とが交互に起こる。このため、磁気ユニット2000Aが30度回転するごとに、各熱輸器50−1、50−2、…の磁性体が発熱と吸熱を繰り返す。磁性体の単位時間当たりの発熱量は、磁気ユニット2000Aの回転速度によって変化する。発熱量を大きくしたければ磁気ユニット2000A、2000B、…の回転速度を速くする。大きな発熱量が必要なければ磁気ユニット2000A、2000B、…の回転速度を遅くする。 The magnetic materials of the heat transporters 50-1, 50-2,... Of the heat transport units 1000A, 1000B,... Are alternately applied or removed every other rotation. That is, in each of the heat transporters 50-1, 50-2,..., The state in which magnetism is applied to the magnetic bodies 10A, 10C, and 10E and the state in which magnetism is applied to the magnetic bodies 10B, 10D, and 10F are alternated. To happen. For this reason, every time the magnetic unit 2000A rotates 30 degrees, the magnetic bodies of the heat transporters 50-1, 50-2,... Repeatedly generate and absorb heat. The amount of heat generated per unit time of the magnetic body varies depending on the rotation speed of the magnetic unit 2000A. In order to increase the heat generation amount, the rotation speed of the magnetic units 2000A, 2000B,. If a large calorific value is not required, the rotation speed of the magnetic units 2000A, 2000B,.
各熱輸送器50−1、50−2、…の磁性体が発熱しまた吸熱するときの熱を、低温側熱交換器40Aから高温側熱交換器40Bに伝達させるには、最適なタイミングで各熱伝導部に電圧を印加または除去しなければならない。全ての熱伝導部の電圧の印加または除去のタイミングを制御するものが、図18以降に示す制御系である。 In order to transfer the heat generated when the magnetic body of each heat transporter 50-1, 50-2,... Generates heat and absorbs heat from the low temperature side heat exchanger 40A to the high temperature side heat exchanger 40B, at an optimal timing. A voltage must be applied to or removed from each heat transfer section. The control system shown in FIG. 18 and subsequent figures controls the timing for applying or removing the voltage of all the heat conducting portions.
図18は、本実施形態に係る磁気冷暖房装置の制御系のブロック図である。また、図19は、図18の空調制御部と空調情報入力部のさらに具体的な制御系のブロック図である。 FIG. 18 is a block diagram of a control system of the magnetic air conditioner according to this embodiment. FIG. 19 is a block diagram of a more specific control system of the air conditioning control unit and the air conditioning information input unit of FIG.
図18に示すように、本実施形態に係る磁気冷暖房装置の制御系は、基準位置検出センサ250、空調情報入力部460、アウターローターモータ350、モータ制御部380、熱伝導部30Aから30G、電圧印加制御部38、空調制御部450を有する。アウターローターモータ350は、自身の回転位置を検出する回転位置検出センサ370を備えている。 As shown in FIG. 18, the control system of the magnetic air conditioner according to this embodiment includes a reference position detection sensor 250, an air conditioning information input unit 460, an outer rotor motor 350, a motor control unit 380, heat conduction units 30A to 30G, a voltage An application control unit 38 and an air conditioning control unit 450 are provided. The outer rotor motor 350 includes a rotational position detection sensor 370 that detects its own rotational position.
基準位置検出センサ250は磁気ユニット2000A(図11、図12参照)に設定した基準位置を検出する。基準位置は磁気ユニット2000Aの外周に設ける。例えば、光を反射する反射体を磁気ユニット2000Aの外周に取り付けた場合には、その反射体の取り付け位置が基準位置となる。この場合、基準位置検出センサ250には受発光素子を用い、反射体が受発光素子からの光を反射すると、基準位置が検出される。 The reference position detection sensor 250 detects the reference position set in the magnetic unit 2000A (see FIGS. 11 and 12). The reference position is provided on the outer periphery of the magnetic unit 2000A. For example, when a reflector that reflects light is attached to the outer periphery of the magnetic unit 2000A, the attachment position of the reflector becomes the reference position. In this case, a light receiving / emitting element is used as the reference position detection sensor 250, and the reference position is detected when the reflector reflects light from the light receiving / emitting element.
空調情報入力部460は空調に必要な情報を入力する。空調に必要な情報は、設定温度、低温側熱交換部入口温度、低温側熱交換部出口温度、高温側熱交換部入口温度、高温側熱交換部出口温度である。空調情報入力部460の具体的な説明は、後述の図19に基づいて行う。 The air conditioning information input unit 460 inputs information necessary for air conditioning. Information necessary for air conditioning is a set temperature, a low temperature side heat exchange section inlet temperature, a low temperature side heat exchange section outlet temperature, a high temperature side heat exchange section inlet temperature, and a high temperature side heat exchange section outlet temperature. A specific description of the air conditioning information input unit 460 will be given based on FIG.
アウターローターモータ350は、熱輸送器50−1、50−2、…の各磁性体に選択的に磁気を印加し除去するため磁石を駆動するモータである。具体的には、アウターローターモータ350は、図12に示したように磁石が配置してある全ての磁気ユニット2000A、…を同時に回転させる。アウターローターモータ350には、自身の回転位置を検出する回転位置検出センサ370を設けてある。回転位置検出センサ370で検出した回転位置は、磁気ユニット2000A、…の回転速度を制御するために用いる。 The outer rotor motor 350 is a motor that drives a magnet in order to selectively apply magnetism to each magnetic body of the heat transporters 50-1, 50-2,. Specifically, the outer rotor motor 350 simultaneously rotates all the magnetic units 2000A on which magnets are arranged as shown in FIG. The outer rotor motor 350 is provided with a rotational position detection sensor 370 that detects its rotational position. The rotational position detected by the rotational position detection sensor 370 is used to control the rotational speed of the magnetic units 2000A,.
モータ制御部380は、回転位置検出センサ370で検出した回転位置と、基準位置検出センサ250で検出した基準位置を用いて、アウターローターモータ350の回転を制御する。 The motor control unit 380 controls the rotation of the outer rotor motor 350 using the rotation position detected by the rotation position detection sensor 370 and the reference position detected by the reference position detection sensor 250.
熱伝導部30A−30Gは、上述の通り、電圧が印加されると熱伝導率が大きくなり、電圧が除去されると熱伝導率が小さくなる。熱輸送器50−1の磁性体間の熱伝導を断続させるものである。 As described above, the thermal conductivity of the heat conducting units 30A to 30G increases when the voltage is applied, and decreases when the voltage is removed. The heat conduction between the magnetic bodies of the heat transporter 50-1 is interrupted.
電圧印加制御部38は、アウターローターモータ350の回転位置に応じて、各熱伝導部30A−30Gに選択的に電圧を印加し除去する。アウターローターモータ350の回転位置は、回転位置検出センサ370で検出した回転位置と、基準位置検出センサ250で検出した基準位置によって判別できる。つまり、各磁石の位置が、各熱輸送器50−1、50−2、…の磁性体に対してどの位置にあるのかが認識できる。電圧印加制御部38は、各磁石の位置が各熱輸送器50−1、50−2、…の磁性体の位置に対して最適な位置となったときに、各熱伝導部30A−30Gに選択的に電圧を印加し除去する。このように、電圧印加制御部38は、磁石が各磁性体に選択的に磁気を印加し除去するタイミングと同期させて各熱伝導部に電圧を印加し除去することにより、低温側熱交換部40Aから高温側熱交換部40Bに熱を輸送させる。 The voltage application control unit 38 selectively applies a voltage to each heat conducting unit 30A-30G according to the rotational position of the outer rotor motor 350 and removes it. The rotational position of the outer rotor motor 350 can be determined by the rotational position detected by the rotational position detection sensor 370 and the reference position detected by the reference position detection sensor 250. That is, it can be recognized where the position of each magnet is with respect to the magnetic body of each heat transporter 50-1, 50-2,. When the position of each magnet becomes an optimal position with respect to the position of the magnetic body of each heat transporter 50-1, 50-2,..., The voltage application control unit 38 applies to each heat conducting unit 30A-30G. A voltage is selectively applied and removed. As described above, the voltage application control unit 38 applies and removes the voltage to each heat conduction unit in synchronization with the timing at which the magnet selectively applies and removes the magnetism to each magnetic body, thereby removing the low temperature side heat exchange unit. Heat is transported from 40A to the high temperature side heat exchange section 40B.
電圧印加制御部38は、運転条件ごとに定めた、電圧の印加、除去のタイミングを用いて、各熱伝導部30A−30Gに電圧を印加し除去する。運転条件ごとに定めた、電圧の印加、除去のタイミングは、磁気冷暖房装置の運転に伴って、最適なタイミングに書き換える。運転条件は、熱輸送器50−1、50−2、…の要求熱量、低温側熱交換部40Aと高温側熱交換部40Bとの間の温度差または磁石の駆動パターンの少なくともいずれかである。 The voltage application control unit 38 applies and removes a voltage to each heat conducting unit 30A-30G using the voltage application and removal timings determined for each operation condition. The voltage application / removal timing determined for each operating condition is rewritten to an optimum timing in accordance with the operation of the magnetic air conditioner. The operating condition is at least one of a required heat amount of the heat transporters 50-1, 50-2,..., A temperature difference between the low temperature side heat exchange unit 40A and the high temperature side heat exchange unit 40B, or a magnet drive pattern. .
空調制御部450は、本実施形態に係る磁気冷暖房装置の動作を総括的に制御する。空調制御部450の具体的な説明については、後述の図19に基づいて行う。 The air conditioning controller 450 generally controls the operation of the magnetic air conditioner according to the present embodiment. A specific description of the air conditioning control unit 450 will be made with reference to FIG.
図19に示すように、空調情報入力部460は、温度設定部462、低温側熱交換部入口温度センサ464、低温側熱交換部出口温度センサ466、高温側熱交換部入口温度センサ468、高温側熱交換部出口温度センサ470を有する。 As shown in FIG. 19, the air conditioning information input unit 460 includes a temperature setting unit 462, a low temperature side heat exchange unit inlet temperature sensor 464, a low temperature side heat exchange unit outlet temperature sensor 466, a high temperature side heat exchange unit inlet temperature sensor 468, and a high temperature. A side heat exchanger outlet temperature sensor 470 is provided.
温度設定部462は、磁気冷暖房装置が空調する車室内の温度を設定するコントローラである。低温側熱交換部入口温度センサ464は、図8に示した熱輸送ユニット1000A、1000B、…の低温側熱交換部40Aに供給される冷媒の温度を検出する。低温側熱交換部入口温度センサ464は、低温側熱交換部40Aの冷媒入口部分に設ける。 The temperature setting unit 462 is a controller that sets the temperature in the passenger compartment that is air-conditioned by the magnetic air conditioner. The low temperature side heat exchange section inlet temperature sensor 464 detects the temperature of the refrigerant supplied to the low temperature side heat exchange section 40A of the heat transport units 1000A, 1000B,... Shown in FIG. The low temperature side heat exchange section inlet temperature sensor 464 is provided at the refrigerant inlet portion of the low temperature side heat exchange section 40A.
低温側熱交換部出口温度センサ466は、図8に示した熱輸送ユニット1000A、1000B、…の低温側熱交換部40Aから排出される冷媒の温度を検出する。低温側熱交換部出口温度センサ466は、低温側熱交換部40Aの冷媒出口部分に設ける。高温側熱交換部入口温度センサ468は、図11、図12に示した高温側熱交換部40Bに供給される冷媒の温度を検出する。高温側熱交換部入口温度センサ468は、高温側熱交換部40Bの冷媒入口部分に設ける。高温側熱交換部出口温度センサ470は、高温側熱交換部40Bから排出される冷媒の温度を検出する。高温側熱交換部出口温度センサ470は、高温側熱交換部40Bの冷媒出口部分に設ける。 The low temperature side heat exchange section outlet temperature sensor 466 detects the temperature of the refrigerant discharged from the low temperature side heat exchange section 40A of the heat transport units 1000A, 1000B,... Shown in FIG. The low temperature side heat exchange section outlet temperature sensor 466 is provided at the refrigerant outlet portion of the low temperature side heat exchange section 40A. The high temperature side heat exchange section inlet temperature sensor 468 detects the temperature of the refrigerant supplied to the high temperature side heat exchange section 40B shown in FIGS. The high temperature side heat exchange section inlet temperature sensor 468 is provided at the refrigerant inlet portion of the high temperature side heat exchange section 40B. The high temperature side heat exchange section outlet temperature sensor 470 detects the temperature of the refrigerant discharged from the high temperature side heat exchange section 40B. The high temperature side heat exchange section outlet temperature sensor 470 is provided at the refrigerant outlet portion of the high temperature side heat exchange section 40B.
温度設定部462、低温側熱交換部入口温度センサ464、低温側熱交換部出口温度センサ466、高温側熱交換部入口温度センサ468、高温側熱交換部出口温度センサ470を設けるのは、熱輸送ユニット1000A、1000B、…でどの程度の熱量を低温側熱交換部40Aから高温側熱交換部40Bに移動させなければならないかを知るためである。移動させなければならない熱量がわかれば、アウターローターモータ350の回転速度や、熱伝達部30A−30G、31A−31G、…の電圧のON、OFFのタイミングを調整することができる。 The temperature setting unit 462, the low temperature side heat exchange unit inlet temperature sensor 464, the low temperature side heat exchange unit outlet temperature sensor 466, the high temperature side heat exchange unit inlet temperature sensor 468, and the high temperature side heat exchange unit outlet temperature sensor 470 are provided with heat. This is to know how much heat must be transferred from the low temperature side heat exchange section 40A to the high temperature side heat exchange section 40B in the transport units 1000A, 1000B,. If the amount of heat to be moved is known, the rotational speed of the outer rotor motor 350 and the ON / OFF timing of the voltages of the heat transfer units 30A-30G, 31A-31G,.
空調制御部450は、スイッチング制御部452とスイッチングパターン記憶部454を有する。スイッチング制御部452は、設定温度、低温側熱交換部入口温度、低温側熱交換部出口温度、高温側熱交換部入口温度、高温側熱交換部出口温度を用いて、各熱伝導部30A−30G、31A−31G、…に印加する電圧のON、OFFのスイッチングを制御する。スイッチングパターン記憶部454は、各熱伝導部30A−30G、31A−31G、…に印加する電圧のON、OFFのスイッチングのパターンを記憶する。 The air conditioning control unit 450 includes a switching control unit 452 and a switching pattern storage unit 454. The switching control unit 452 uses the set temperature, the low-temperature side heat exchange unit inlet temperature, the low-temperature side heat exchange unit outlet temperature, the high-temperature side heat exchange unit inlet temperature, and the high-temperature side heat exchange unit outlet temperature. Controls ON / OFF switching of voltages applied to 30G, 31A-31G,. The switching pattern storage unit 454 stores ON / OFF switching patterns of voltages applied to the heat conducting units 30A-30G, 31A-31G,.
次に、本実施形態に係る磁気冷暖房装置の動作を、図20のフローチャートに基づいて簡単に説明する。図20は、本実施形態に係る磁気冷暖房装置の動作フローチャートである。 Next, operation | movement of the magnetic air conditioning apparatus which concerns on this embodiment is demonstrated easily based on the flowchart of FIG. FIG. 20 is an operation flowchart of the magnetic air conditioner according to this embodiment.
(磁気冷暖房装置の動作)
まず、操作者は、温度設定部462から車室内の設定温度を入力する。設定温度が入力されると、空調制御部450は、要求熱量と要求温度差を入力する(S1)。空調制御部450は、車室内の空間容量、現在の車室内の温度、車室内の設定温度を参照して、車室内を設定温度にするために必要な要求熱量を求める。また、低温側熱交換部40Aと高温側熱交換部40Bとの温度差を求める。この求めた値を、要求熱量、要求温度差として入力する。
(Operation of magnetic air conditioner)
First, the operator inputs a set temperature in the passenger compartment from the temperature setting unit 462. When the set temperature is input, the air conditioning control unit 450 inputs the required heat amount and the required temperature difference (S1). The air conditioning control unit 450 refers to the space capacity in the vehicle interior, the current temperature in the vehicle interior, and the set temperature in the vehicle interior to obtain the required heat amount necessary for setting the vehicle interior to the set temperature. Further, a temperature difference between the low temperature side heat exchange unit 40A and the high temperature side heat exchange unit 40B is obtained. The obtained values are input as the required heat amount and the required temperature difference.
次に、空調制御部450は、入力した要求熱量と要求温度差をあらかじめ記憶しているマップと照合して磁気印加周波数fを求め、熱伝導部30A−30G、31A−31G、…のON、OFFのスイッチングパターンをスイッチングパターン記憶部454から取得する(S2)。スイッチングパターンのTSsは、熱伝導部30A−30G、31A−31G、…をONさせるタイミング、換言すれば熱伝導部30A−30G、31A−31G、…に電圧を印加するタイミングである。一方、スイッチングパターンのTSeは、熱伝導部30A−30G、31A−31G、…による熱伝導をOFFさせるタイミング、換言すれば熱伝導部30A−30Gから電圧を除去するタイミングである。 Next, the air-conditioning control unit 450 obtains the magnetic application frequency f by collating the input required heat amount and the required temperature difference with a previously stored map, and turns on the heat conducting units 30A-30G, 31A-31G,. An OFF switching pattern is acquired from the switching pattern storage unit 454 (S2). TSs of the switching pattern is a timing for turning on the heat conducting units 30A-30G, 31A-31G,..., In other words, a timing for applying a voltage to the heat conducting units 30A-30G, 31A-31G,. On the other hand, TSe of the switching pattern is a timing at which the heat conduction by the heat conducting portions 30A-30G, 31A-31G,... Is turned off, in other words, a timing at which the voltage is removed from the heat conducting portions 30A-30G.
空調制御部450は磁気冷暖房装置を運転する(S3)。つまり、空調制御部450は、求めた磁気印加周波数fを実現するために、モータ制御部380に回転数の指示を出す。磁気印加周波数は、1つの磁性体に対して1秒間に何回磁気の印加除去をするかを示すものである。例えば、磁気印加周波数fが6Hzであったとすると、図8−図12に示す構成の磁気冷暖房装置の場合、磁気ユニット2000A、2000B、…が1秒間に1回転すると6回磁気の印加除去が行われるので、磁気ユニット2000A、2000B、…に要求される回転数は60rpmである。モータ制御部380には、磁気ユニット2000A、2000B、…が60rpmで回転するために必要なアウターローターモータ350の回転数を指示する。また、空調制御部450は、スイッチングパターン記憶部454から取得したスイッチングパターンを再現するために、電圧印加制御部38にスイッチングパターンを送る。 The air conditioning control unit 450 operates the magnetic air conditioner (S3). That is, the air-conditioning control unit 450 issues a rotation speed instruction to the motor control unit 380 in order to realize the obtained magnetic application frequency f. The magnetic application frequency indicates how many times a magnetic substance is applied and removed per second. For example, assuming that the magnetic application frequency f is 6 Hz, in the case of the magnetic air conditioner configured as shown in FIGS. 8 to 12, when the magnetic units 2000A, 2000B,. Therefore, the rotational speed required for the magnetic units 2000A, 2000B,... Is 60 rpm. The motor control unit 380 is instructed about the number of rotations of the outer rotor motor 350 necessary for the magnetic units 2000A, 2000B,... To rotate at 60 rpm. Further, the air conditioning control unit 450 sends the switching pattern to the voltage application control unit 38 in order to reproduce the switching pattern acquired from the switching pattern storage unit 454.
空調制御部450はステップS3の運転が規定のサイクル行われたか否かを判断する(S4)。図7に示したように、磁気冷暖房装置の運転が開始された直後から、低温側熱交換部40Aと高温側熱交換部40Bとの間に次第に温度差が拡大していく。この温度差が要求温度差に達するまでには、あらかじめ規定してあるサイクルだけ磁気の印加、除去を繰り返さなければならない。本実施形態の磁気冷暖房装置の場合、磁気ユニット2000A、2000B、…が1回転すると各熱輸送器50−1、50−2、…に磁気の印加、除去が6回繰り返される。したがって、例えば、規定サイクルが1200サイクルに設定されていたとすると、磁気ユニット2000A、2000B、…が200回転したか否かが判断される。 The air conditioning control unit 450 determines whether or not the operation in step S3 has been performed in a specified cycle (S4). As shown in FIG. 7, the temperature difference gradually increases between the low temperature side heat exchange unit 40A and the high temperature side heat exchange unit 40B immediately after the operation of the magnetic cooling / heating device is started. Until this temperature difference reaches the required temperature difference, the application and removal of magnetism must be repeated for a predetermined cycle. In the case of the magnetic air conditioner of this embodiment, when the magnetic units 2000A, 2000B,... Make one rotation, the application and removal of magnetism to each heat transporter 50-1, 50-2,. Therefore, for example, if the specified cycle is set to 1200 cycles, it is determined whether or not the magnetic units 2000A, 2000B,.
空調制御部450はステップS3の運転が規定のサイクルまで達していなければ(S4:NO)、S3のステップの処理を繰り返す。一方、ステップS3の運転が規定のサイクルに達したら(S4:YES)次のステップの処理に進む。 If the operation in step S3 has not reached the specified cycle (S4: NO), the air conditioning controller 450 repeats the process in step S3. On the other hand, if the operation of step S3 reaches a specified cycle (S4: YES), the process proceeds to the next step.
次に、空調制御部450は、出力熱量と出力温度差を演算する(S5)。出力熱量は、低温側熱交換部入口温度センサ464が検出した冷媒の低温側熱交換部入口温度Tciと低温側熱交換部出口温度センサ466が検出した低温側熱交換部出口冷媒の温度Tcoとの温度差を求め、その温度差に冷媒の質量mcと比熱Cpを掛けることによって求める。また、出力温度差は、高温側熱交換部出口温度センサ468が検出した冷媒の高温側熱交換部出口温度Thoと低温側熱交換部出口温度センサ466が検出した冷媒の温度低温側熱交換部出口Tcoとの温度差である。 Next, the air conditioning control unit 450 calculates an output heat amount and an output temperature difference (S5). The amount of output heat includes the refrigerant low temperature side heat exchange section inlet temperature Tci detected by the low temperature side heat exchange section inlet temperature sensor 464, and the low temperature side heat exchange section outlet refrigerant temperature Tco detected by the low temperature side heat exchange section outlet temperature sensor 466. Is obtained by multiplying the temperature difference by the mass mc of the refrigerant and the specific heat Cp. Further, the difference in output temperature between the refrigerant high temperature side heat exchange section outlet temperature Tho detected by the high temperature side heat exchange section outlet temperature sensor 468 and the refrigerant temperature detected by the low temperature side heat exchange section outlet temperature sensor 466 is the low temperature side heat exchange section. This is the temperature difference from the outlet Tco.
次に、空調制御部450は、ステップS1で入力した要求熱量とステップS5で求めた出力熱量との差を演算する。また、ステップS1で入力した要求温度差とステップS5で求めた出力温度差との差を演算する(S6)。 Next, the air conditioning control unit 450 calculates the difference between the required heat amount input in step S1 and the output heat amount obtained in step S5. Further, a difference between the required temperature difference input in step S1 and the output temperature difference obtained in step S5 is calculated (S6).
空調制御部450は、要求熱量と出力熱量との差と、要求温度差と出力温度差との差が規定範囲以内であるかを判断する(S7)。 The air-conditioning control unit 450 determines whether the difference between the required heat amount and the output heat amount and the difference between the required temperature difference and the output temperature difference are within a specified range (S7).
空調制御部450は、要求熱量と出力熱量との差と、要求温度差と出力温度差との差が規定範囲以内であれば(S7:YES)、ステップS2で求めた磁気印加周波数fと、熱伝導部30A−30G、31A−31G、…のON、OFFのスイッチングパターンを更新してスイッチングパターン記憶部454に記憶させる。ステップS2で求めた磁気印加周波数fと、熱伝導部30A−30G、31A−31G、…のON、OFFのスイッチングパターンを用いて、磁気冷暖房装置の運転を継続する(S8)。 If the difference between the required heat amount and the output heat amount and the difference between the required temperature difference and the output temperature difference are within the specified range (S7: YES), the air conditioning controller 450 determines the magnetic application frequency f obtained in step S2, The ON / OFF switching patterns of the heat conducting units 30A-30G, 31A-31G,... Are updated and stored in the switching pattern storage unit 454. The operation of the magnetic air conditioner is continued using the magnetic application frequency f obtained in step S2 and the ON / OFF switching patterns of the heat conducting portions 30A-30G, 31A-31G,... (S8).
空調制御部450は、要求熱量と出力熱量との差と、要求温度差と出力温度差との差が規定範囲以内でなければ、ステップS2で求めた磁気印加周波数fをf+Δfにし、熱伝導部30A−30GのON、OFFのスイッチングパターンのTSsをTSs+ΔTSsに、TSeをTSe+ΔTSeに、それぞれ設定する(S9)。そして、ステップS3からステップS7までの処理を繰り返す。このようにして、最適な磁気印加周波数f及び最適なスイッチングパターンを学習させると、磁性体ごとに異なる熱発生特性及び熱伝導部ごとに異なる熱伝達特性のばらつきを補正することができる。 If the difference between the required heat amount and the output heat amount and the difference between the required temperature difference and the output temperature difference are not within the specified range, the air conditioning control unit 450 sets the magnetic application frequency f obtained in step S2 to f + Δf, and sets the heat conduction unit. The TSs of the 30A-30G ON / OFF switching patterns are set to TSs + ΔTSs, and TSe is set to TSe + ΔTSe (S9). Then, the processing from step S3 to step S7 is repeated. In this way, when the optimum magnetic application frequency f and the optimum switching pattern are learned, it is possible to correct variations in heat generation characteristics that differ from one magnetic material to another and heat transfer characteristics that differ from one heat conduction unit to another.
以上のように、本実施形態に係る磁気冷暖房装置では、磁石が配置されている磁気ユニット2000A、2000B、…を回転させ、スイッチングパターンに沿って熱伝導部30A−30G、31A−31G、…に電圧を印加するだけで、低温側熱交換器40Aから高温側熱交換器40Bに向けて熱を移動させることができる。また、磁気ユニット2000A、2000B、…の内周部に形成されているファン210によって高温側熱交換器40Bの冷媒通路42に磁気ユニット2000A、2000B、…積層方向に空気が流通し暖かい空気を生成する。また、磁気ユニット2000A、2000B、…の外周部に形成されているファン215によって低温側熱交換部40Aの冷媒通路41に磁気ユニット2000A、2000B、…の回転方向に空気が流通し冷たい空気を生成する。 As described above, in the magnetic air conditioner according to the present embodiment, the magnetic units 2000A, 2000B,... Where the magnets are arranged are rotated, and the heat conducting units 30A-30G, 31A-31G,. Heat can be transferred from the low temperature side heat exchanger 40A to the high temperature side heat exchanger 40B simply by applying a voltage. Also, air is circulated in the magnetic unit 2000A, 2000B,... In the stacking direction through the refrigerant passage 42 of the high temperature side heat exchanger 40B by the fan 210 formed in the inner periphery of the magnetic units 2000A, 2000B,. To do. Further, the fan 215 formed on the outer periphery of the magnetic units 2000A, 2000B,... Generates cold air by circulating air in the rotation direction of the magnetic units 2000A, 2000B,. To do.
[実施形態2]
図21、図22を参照して実施形態2に係る磁気冷暖房装置の構成について説明する。本実施形態に係る磁気冷暖房装置は、図11及び図12に示す構成において、熱輸送ユニット1000A、1000B、1000C、1000Dのそれぞれを回転方向に僅かにずらして(位相差を持たせて)配置している。実施形態2に係る磁気冷暖房装置の動作は実施形態1に係る磁気冷暖房装置の動作と同一である。
[Embodiment 2]
The configuration of the magnetic air conditioning apparatus according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 21 and 22. In the configuration shown in FIGS. 11 and 12, the magnetic air conditioner according to the present embodiment is arranged by slightly shifting each of the heat transport units 1000 </ b> A, 1000 </ b> B, 1000 </ b> C, and 1000 </ b> D in the rotational direction (with a phase difference). ing. The operation of the magnetic air conditioner according to the second embodiment is the same as the operation of the magnetic air conditioner according to the first embodiment.
図21は、実施形態2に係る磁気冷暖房装置の熱輸送ユニットの構成図である。図22は、各熱輸送ユニットの配置に位相差を持たせた場合の効果の説明に供する図である。 FIG. 21 is a configuration diagram of a heat transport unit of the magnetic air conditioner according to the second embodiment. FIG. 22 is a diagram for explaining an effect when the arrangement of the heat transport units has a phase difference.
図21に示す熱輸送ユニット1000A−1000Dは、実施形態1の熱輸送ユニット1000A、1000B、…とは異なって、透磁性断熱部60を設けていない。このため、各熱輸送ユニット1000A−1000Dに、図8で説明したようなFmaxの反力が発生する。単に熱輸送ユニット1000A−1000Dを積層したのでは、すべての熱輸送ユニット100に発生する反力の総和が大きくなってしまう。本実施形態では、この反力の総和を小さくしている。 Unlike the heat transport units 1000A, 1000B,... Of the first embodiment, the heat transport units 1000A-1000D shown in FIG. For this reason, a reaction force of Fmax as described in FIG. 8 is generated in each of the heat transport units 1000A to 1000D. If the heat transport units 1000 </ b> A to 1000 </ b> D are simply stacked, the sum of reaction forces generated in all the heat transport units 100 becomes large. In the present embodiment, the sum of the reaction forces is reduced.
図11、図12に示したように、熱輸送ユニット1000A−1000D、…は磁気ユニット2000A、2000B、…と交互に積層される。本実施形態では、熱輸送ユニット1000A−1000D、…を積層するときには、図21に示すように、積層方向上から順番に、7.5度ずつ回転方向にずらして配置する。 As shown in FIGS. 11 and 12, the heat transport units 1000A-1000D,... Are alternately stacked with the magnetic units 2000A, 2000B,. In the present embodiment, when stacking the heat transport units 1000A-1000D,..., As shown in FIG.
図21に示すように、最初に配置する熱輸送ユニット1000Aは、回転方向に位相をずらすことなく配置する。熱輸送ユニット1000Aの下には熱輸送ユニット1000Bを7.5度回転方向に位相をずらして配置する。熱輸送ユニット1000Bの下に積層する熱輸送ユニット1000C、1000D、…も同様に、真上の熱輸送ユニットに対して7.5度回転方向に位相をずらして配置する。このように、各熱輸送ユニット1000A−1000D、…を配置すると、熱輸送器50−1と熱輸送器50−2との間の空隙(図8参照)を積層方向に重ねずに複数枚の熱輸送ユニット1000A−1000D、…を配置することができる。 As shown in FIG. 21, the first heat transport unit 1000A is disposed without shifting the phase in the rotation direction. Under the heat transport unit 1000A, the heat transport unit 1000B is arranged with a phase shifted in the direction of rotation of 7.5 degrees. Similarly, the heat transport units 1000C, 1000D,... Stacked below the heat transport unit 1000B are arranged with a phase shift of 7.5 degrees with respect to the heat transport unit directly above. As described above, when the heat transport units 1000A-1000D,... Are arranged, a plurality of sheets without overlapping the gap (see FIG. 8) between the heat transporter 50-1 and the heat transporter 50-2 in the stacking direction. Heat transport units 1000A-1000D,... Can be arranged.
磁気ユニット2000A、2000B、…が回転すると、熱輸送ユニット1000A、1000B、1000C、1000D、…の各熱輸送器50−1、50−2、…の磁性体10A−10F、11A−11F、…は、30度回転するごとに、1つおきに交互に磁気が印加または除去される。このとき、磁気ユニット2000A、2000B、…の磁石は、回転方向に隣り合う一方の熱輸送器の磁性体から他方の熱輸送器の磁性体に乗り移る。しかし、本実施形態では熱輸送ユニット1000A−1000Dをそれぞれ相互に位相をずらして配置しているので、それぞれの熱輸送ユニット1000A−1000Dの駆動力の変動は分散される。駆動力の変動については図22に基づいて説明する。 When the magnetic units 2000A, 2000B, ... rotate, the magnetic bodies 10A-10F, 11A-11F, ... of the heat transporters 50-1, 50-2, ... of the heat transport units 1000A, 1000B, 1000C, 1000D, ... Every 30 rotations, magnetism is applied or removed alternately. At this time, the magnets of the magnetic units 2000A, 2000B,... Transfer from the magnetic body of one heat transporter adjacent in the rotation direction to the magnetic body of the other heat transporter. However, in the present embodiment, the heat transport units 1000A to 1000D are arranged out of phase with each other, so that fluctuations in the driving force of the heat transport units 1000A to 1000D are dispersed. The fluctuation of the driving force will be described with reference to FIG.
図22に示すように、磁石が図示の移動方向に移動し、磁性体と重複する位置にあるときには、磁石の磁力線が磁性体を通り抜けて磁性体を発熱させる。このときには、磁気ユニット2000A、2000Bに図示のような磁石の移動方向と反対方向の反力がかかる。磁石が移動し続けて、磁石の前部が磁性体と磁性体との間に存在する空隙にさしかかると(図示a位置)、反力が次第に大きくなって、4枚の熱輸送ユニット1000A−1000Dによって、反力はFAmax(単層の場合の4倍の大きさの反力)まで大きくなる。続いて磁石の後部がその空隙を抜ける場合には逆向きに同じ大きさの反力が生じる(図示b位置)。この反力の変動は、磁気ユニット2000A、2000Bを駆動するアウターローターモータ350の必要容量を増加させる。アウターローターモータ350の駆動力は、最低限FAmax以上の反力以上でなければならないからである。また、反力の変動は、磁石が熱輸送器50−1、50−2間を通過する度に生じるので、騒音や振動の発生原因ともなる。 As shown in FIG. 22, when the magnet moves in the illustrated moving direction and overlaps the magnetic body, the magnetic lines of force of the magnet pass through the magnetic body and cause the magnetic body to generate heat. At this time, a reaction force opposite to the moving direction of the magnet as shown in the figure is applied to the magnetic units 2000A and 2000B. When the magnet continues to move and the front part of the magnet reaches the gap between the magnetic bodies (position a in the figure), the reaction force gradually increases and the four heat transport units 1000A-1000D As a result, the reaction force increases to FAmax (a reaction force four times as large as that in the case of a single layer). Subsequently, when the rear part of the magnet passes through the gap, a reaction force of the same magnitude is generated in the opposite direction (position b in the figure). This variation in reaction force increases the required capacity of the outer rotor motor 350 that drives the magnetic units 2000A and 2000B. This is because the driving force of the outer rotor motor 350 must be at least the reaction force of FAmax or more. In addition, the reaction force fluctuation occurs every time the magnet passes between the heat transporters 50-1 and 50-2, and thus causes noise and vibration.
本実施形態のように、各熱輸送ユニット1000A−1000Dを積層方向で位相差を持たせて配置するようにすると、図22の下側の図に示すように、単層の場合と同一の反力はあるものの、それぞれの反力は分散さる。このため、磁気ユニット2000A、2000Bは位相差を持たない場合よりも比較的スムースに回転でき、アウターローターモータ350の駆動力は単層の場合に生じる反力よりも大きければ良くなる。このため、アウターローターモータ350は必要以上に大きなものを用意しなくても済み、磁気冷暖房装置の小型化が可能になる。また、騒音や振動も極端に少なくなって、静粛性を有する磁気冷暖房装置を実現できる。 If each heat transport unit 1000A-1000D is arranged with a phase difference in the stacking direction as in this embodiment, the same reaction as in the case of a single layer is shown as shown in the lower diagram of FIG. Although there is power, each reaction force is dispersed. Therefore, the magnetic units 2000A and 2000B can rotate relatively smoothly as compared with the case where there is no phase difference, and the driving force of the outer rotor motor 350 only needs to be larger than the reaction force generated in the case of a single layer. For this reason, it is not necessary to prepare an outer rotor motor 350 that is larger than necessary, and the magnetic air conditioner can be downsized. Further, noise and vibration are extremely reduced, and a magnetic air conditioner having quietness can be realized.
なお、本実施形態では、熱輸送ユニット1000A−1000Dの配置に位相差を持たせたが、磁気ユニット2000A−2000Dの配置に位相差を持たせてもよい。また、熱輸送ユニット1000A−1000Dと磁気ユニット2000A−2000Dの両方の配置に位相差を持たせてもよい。 In the present embodiment, the arrangement of the heat transport units 1000A-1000D has a phase difference, but the arrangement of the magnetic units 2000A-2000D may have a phase difference. Moreover, you may give a phase difference to arrangement | positioning of both heat transport unit 1000A-1000D and magnetic unit 2000A-2000D.
以上のように、本発明に係る磁気冷暖房装置によれば、磁気ユニット2000A、…の駆動力の変動を小さくできるので、磁気冷暖房装置を駆動するためのモータを小型化することができる。したがってモータの消費電力を小さくできる。したがって、磁気冷暖房装置のエネルギー効率を高めることができ、磁気冷暖房装置を低騒音化、低振動化することができる。 As described above, according to the magnetic air conditioner according to the present invention, fluctuations in the driving force of the magnetic units 2000A,... Can be reduced, so that the motor for driving the magnetic air conditioner can be reduced in size. Therefore, the power consumption of the motor can be reduced. Therefore, the energy efficiency of the magnetic air conditioner can be increased, and the magnetic air conditioner can be reduced in noise and vibration.
以上の実施形態では、熱輸送器50−1と熱輸送器50−2との間に透磁性遮断部60を設けたものと設けないものとを別々に例示した。透磁性遮断部60を設けたもの(実施形態1)は積層方向で位相を変えずに配置し、透磁性遮断部60を設けないもの(実施形態2)は積層方向で位相を変えて配置した。しかし、これ以外にも、熱輸送器50−1と熱輸送器50−2との間に透磁性遮断部60を設け、さらに積層方向で位相を変えて配置する形態も構成できる。この場合には、実施形態1及び実施形態2の場合よりもさらにモータの消費電力を小さくできる。 In the above embodiment, the thing which provided the magnetic permeability interruption | blocking part 60 between the heat transporter 50-1 and the heat transporter 50-2 was illustrated separately. Those provided with the magnetic permeability blocking part 60 (Embodiment 1) are arranged without changing the phase in the stacking direction, and those without the magnetic permeability blocking part 60 (Embodiment 2) are arranged with the phase changed in the stacking direction. . However, in addition to this, it is also possible to configure a configuration in which a magnetically permeable blocking part 60 is provided between the heat transporter 50-1 and the heat transporter 50-2 and the phase is changed in the stacking direction. In this case, the power consumption of the motor can be further reduced as compared with the case of the first and second embodiments.
10A−10F、11A−11F 磁性体、
21A−21F、22A−22F、26A−26F、27A−27F 永久磁石、
30A−30G、31A−31G 熱伝導部、
40A 低温側熱交換部、
40B 高温側熱交換部、
50−1、50−2 熱輸送器、
60 透磁性遮断部、
1000A−1000D 熱輸送ユニット、
2000A,2000B 磁気ユニット、
210、215 ファン、
250 基準位置検出センサ、
350 アウターローターモータ(モータ)、
310 ローター(回転軸)、
450 空調制御部。
10A-10F, 11A-11F magnetic material,
21A-21F, 22A-22F, 26A-26F, 27A-27F Permanent magnet,
30A-30G, 31A-31G heat conduction part,
40A low temperature side heat exchange section,
40B high temperature side heat exchange section,
50-1, 50-2 heat transporter,
60 permeability blocker,
1000A-1000D heat transport unit,
2000A, 2000B magnetic unit,
210, 215 fans,
250 reference position detection sensor,
350 outer rotor motor (motor),
310 rotor (rotating shaft),
450 Air conditioning control unit.
Claims (10)
前記熱輸送ユニットの各磁性体と対峙し前記各磁性体に選択的に磁気を印加し除去する磁石を複数配置する磁気ユニットと、
対向して配置する前記熱輸送ユニット及び前記磁気ユニットの少なくともいずれか一方を前記熱輸送器の配置方向に相対的に移動させるモータと、を備え、
前記熱輸送ユニットの熱輸送器と熱輸送器との間には、前記磁性体の透磁率と同等の透磁率を有し、熱伝導を遮断する透磁性断熱部を形成し、
前記磁気ユニットに配置する磁石の磁化方向は、隣接する磁石同士で相互に逆方向としたことを特徴とする磁気冷暖房装置。 A heat transport unit that arranges a plurality of heat transporters alternately arranged in parallel, with a heat transport unit that alternately arranges a magnetic body having a magnetocaloric effect and a heat conduction part that transports heat of the magnetic body, and
A magnetic unit that disposes a plurality of magnets that confront each magnetic body of the heat transport unit and selectively apply magnetism to each magnetic body; and
A motor that relatively moves at least one of the heat transport unit and the magnetic unit disposed to face each other in the direction in which the heat transporter is disposed,
Between the heat transporter and the heat transporter of the heat transport unit, the magnetic material has a magnetic permeability equivalent to that of the magnetic material, and a magnetically permeable heat insulating portion that blocks heat conduction is formed.
The magnetic air conditioner according to claim 1, wherein the magnets arranged in the magnetic unit are magnetized in directions opposite to each other.
前記磁気ユニットに配置する第1磁石と第2磁石の磁化方向は同一であることを特徴とする請求項2に記載の磁気冷暖房装置。 In the magnetic unit, a first magnet facing one surface of each heat transport unit and a second magnet facing the other surface are separately arranged,
The magnetic air conditioner according to claim 2, wherein the magnetization directions of the first magnet and the second magnet arranged in the magnetic unit are the same.
前記熱輸送ユニットの各磁性体と対峙し前記各磁性体に選択的に磁気を印加し除去する磁石を複数配置する磁気ユニットと、を備え、
前記熱輸送ユニットと前記磁気ユニットとを間隔を設けて交互に複数積層した磁気冷暖房装置であって、
少なくとも一部の熱輸送ユニットを他の熱輸送ユニットに対して前記熱輸送器の配置方向にずらして配置するか、少なくとも一部の磁気ユニットを他の磁気ユニットに対して前記熱輸送器の配置方向にずらして配置し、
前記磁気ユニットに配置する磁石の磁化方向は、隣接する磁石同士で相互に逆方向とし、
前記複数積層した熱輸送ユニット及び磁気ユニットの少なくともいずれか一方をモータで一体的に、前記熱輸送器の配置方向に相対的に移動させ、
前記磁気ユニットには各熱輸送ユニットの一方の面に対向する第1磁石と他方の面に対向する第2磁石とを別々に配置し、
前記磁気ユニットに配置する第1磁石と第2磁石の磁化方向は同一であることを特徴とする磁気冷暖房装置。 A heat transport unit in which a magnetic body having a magnetocaloric effect and a heat conduction unit that alternately transports heat of the magnetic body are arranged with a plurality of parallel air gaps, and a heat transport unit,
A plurality of magnet units arranged to confront each magnetic body of the heat transport unit and selectively apply magnetism to each magnetic body and remove the magnet, and
A magnetic air-conditioning / heating device in which the heat transport unit and the magnetic unit are alternately stacked at intervals.
Arrange at least a part of the heat transport unit with respect to the other heat transport units in the direction of arrangement of the heat transporter, or dispose at least a part of the magnetic units with respect to the other magnetic unit Place it in the direction
Magnetization directions of magnets arranged in the magnetic unit are opposite to each other between adjacent magnets,
At least one of the plurality of stacked heat transport units and magnetic units is integrally moved with a motor and relatively moved in the arrangement direction of the heat transporter ,
In the magnetic unit, a first magnet facing one surface of each heat transport unit and a second magnet facing the other surface are separately arranged,
The magnetic air conditioner characterized by the magnetization direction of the 1st magnet and 2nd magnet which are arrange | positioned at the said magnetic unit being the same .
前記熱輸送ユニットの前記熱輸送器の一端に前記熱伝導部を介して配置する低温側熱交換部と、
前記熱輸送器の他端に前記熱伝導部を介して配置する高温側熱交換部と、
をさらに有し、
回転する前記熱輸送ユニット又は前記磁気ユニットの内周部又は外周部には、前記低温側熱交換部または前記高温側熱交換部の冷媒通路に冷媒を供給するファンを設けたことを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の磁気冷暖房装置。 The heat transport unit and the magnetic unit are formed in a hollow circular shape, and at least one of the heat transport unit and the magnetic unit is rotatably supported and rotated by the motor,
A low-temperature side heat exchanging part disposed through the heat conducting part at one end of the heat transporter of the heat transporting unit;
A high temperature side heat exchanging part disposed through the heat conducting part at the other end of the heat transporter;
Further comprising
A fan that supplies a refrigerant to a refrigerant passage of the low-temperature side heat exchange unit or the high-temperature side heat exchange unit is provided on an inner peripheral portion or an outer peripheral portion of the rotating heat transport unit or the magnetic unit. The magnetic air conditioning apparatus in any one of Claim 1 to 6 .
前記熱輸送ユニット及び前記磁気ユニットの外周部に前記低温側熱交換部を配置し、
前記高温側熱交換部の冷媒通路は前記熱輸送ユニット及び前記磁気ユニットの積層方向に連通する円筒状であり、前記低温側熱交換部の冷媒通路は前記熱輸送ユニットの外周部又は前記熱輸送ユニットと前記磁気ユニットのそれぞれの外周部に個々に形成した冷媒通路を直列に連通する形状を有していることを特徴とする請求項7に記載の磁気冷暖房装置。 Arranging the high temperature side heat exchanging portion on the inner periphery of the heat transport unit and the magnetic unit,
The low temperature side heat exchange part is arranged on the outer peripheral part of the heat transport unit and the magnetic unit,
The refrigerant passage of the high temperature side heat exchanging portion has a cylindrical shape that communicates in the stacking direction of the heat transport unit and the magnetic unit, and the refrigerant passage of the low temperature side heat exchange portion is the outer peripheral portion of the heat transport unit or the heat transport. The magnetic air conditioner according to claim 7 , wherein the magnetic air conditioner has a shape in which refrigerant passages individually formed in outer peripheral portions of the unit and the magnetic unit are connected in series.
The magnetic body having the magnetocaloric effect is a positive magnetic body that generates heat when heat is applied and absorbs heat, or a negative magnetic body that generates heat when heat is applied and removed. the magnetic air conditioner according to claim 1, characterized in that 9.
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