(57)【要約】【課題】熱交換の効率の向上を図ることが可能な熱交換器を提供する。【解決手段】磁気ヒートポンプ装置に用いられる熱交換器１０は、複数の線材１２を束ねて構成される集合体１１と、集合体１１を収容するケース１３と、集合体１１の外周とケース１３の内面との間に形成された第２の流路１１２の少なくとも一部に充填された充填部１６と、を備えており、線材１２は、磁気熱量効果を有する磁気熱量効果材料で構成されている。【選択図】  図６
2018100787.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気ヒートポンプ装置に用いられる熱交換器であって、
前記熱交換器は、
複数の線材を束ねて構成される集合体と、
前記集合体を収容するケースと、
前記集合体の外周と前記ケースの内面との間に形成された間隙の少なくとも一部に充填された充填部と、を備えており、
前記線材は、磁気熱量効果を有する磁気熱量効果材料で構成されている熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器であって、
前記充填部は、前記ケースの少なくとも一方の端部に設けられている熱交換器。
【請求項３】
請求項１に記載の熱交換器であって、
前記ケースは、一対の側部を有しており、
前記充填部は、前記集合体の外周と前記側部との間の前記間隙に充填されている熱交換器。
【請求項４】
請求項３に記載の熱交換器であって、
前記ケースは、一対の前記側部の端部同士を連結する一対の連結部を有しており、
前記充填部は、少なくとも一方の前記連結部と前記集合体の外周との間の前記間隙にも充填されている熱交換器。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか一項に記載の熱交換器であって、
前記充填部は、前記ケースの内面の全周に亘って前記間隙に充填されている熱交換器。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換器であって、
前記ケースは、一対の前記側部の端部同士を連結する一対の連結部を有しており、
前記熱交換器は、少なくとも一方の前記連結部と前記集合体との間に介在して、前記集合体の外周に密着している弾性体を備えている熱交換器。
【請求項７】
請求項６に記載の熱交換器であって、
前記弾性体は、一方の前記連結部と前記集合体との間に介在しており、
前記充填部は、他方の前記連結部と前記集合体の外周との間の前記間隙にも充填されている熱交換器。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の熱交換器であって、
前記弾性体は、前記ケースの長手方向の全域に亘って設けられている熱交換器。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の熱交換器であって、
前記ケースは、一方の端部に位置する第１の開口と、他方の端部に位置する第２の開口と、を有しており、
前記第１の開口から前記第２の開口に向かう方向と、前記集合体の延在方向とが実質的に一致している熱交換器。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の少なくとも一つの熱交換器と、
前記磁気熱量効果材料に磁場を印加すると共に前記磁場の大きさを変更する磁場変更手段と、
配管を介して前記熱交換器にそれぞれ接続された第１及び第２の外部熱交換器と、
前記磁場変更手段の動作に連動して前記熱交換器から前記第１又は前記第２の外部熱交換器に流体を供給する流体供給手段と、を備えた磁気ヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気熱量効果を利用した磁気ヒートポンプ装置に用いられる熱交換器、及び、その熱交換器を備えた磁気ヒートポンプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
円柱状の複数の磁性体をその長手方向と交差する方向に重ねて構成された集合体と、その集合体が挿入された筒状のケースと、を備えた熱交換器が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−６４５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の熱交換器では、集合体において最外周に位置する磁性体とケースの内周面との間に間隙が形成されている。そのため、この間隙に液体媒体が多く流れてしまい、磁性体同士の間に形成された流路を通過する液体媒体が少なく、熱交換の効率が高くない、という問題がある。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、熱交換の効率の向上を図ることが可能な熱交換器、及び、その熱交換器を備えた磁気ヒートポンプ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
［１］本発明に係る熱交換器は、磁気ヒートポンプ装置に用いられる熱交換器であって、前記熱交換器は、複数の線材を束ねて構成される集合体と、前記集合体を収容するケースと、前記集合体の外周と前記ケースの内面との間に形成された間隙の少なくとも一部に充填された充填部と、を備えており、前記線材は、磁気熱量効果を有する磁気熱量効果材料で構成されている熱交換器である。
【０００７】
［２］上記発明において、前記充填部は、前記ケースの少なくとも一方の端部に設けられていてもよい。
【０００８】
［３］上記発明において、前記ケースは、一対の側部を有しており、前記充填部は、前記集合体の外周と前記側部との間の前記間隙に充填されていてもよい。
【０００９】
［４］上記発明において、前記ケースは、一対の前記側部の端部同士を連結する一対の連結部を有しており、前記充填部は、少なくとも一方の前記連結部と前記集合体の外周との間の前記間隙にも充填されていてもよい。
【００１０】
［５］上記発明において、前記充填部は、前記ケースの内面の全周に亘って前記間隙に充填されていてもよい。
【００１１】
［６］上記発明において、前記ケースは、一対の前記側部の端部同士を連結する一対の連結部を有しており、前記熱交換器は、少なくとも一方の前記連結部と前記集合体との間に介在して、前記集合体の外周に密着している弾性体を備えていてもよい。
【００１２】
［７］上記発明において、前記弾性体は、一方の前記連結部と前記集合体との間に介在しており、前記充填部は、他方の前記連結部と前記集合体の外周との間の前記間隙にも充填されていてもよい。
【００１３】
［８］上記発明において、前記弾性体は、前記ケースの長手方向の全域に亘って設けられていてもよい。
【００１４】
［９］上記発明において、前記ケースは、一方の端部に位置する第１の開口と、他方の端部に位置する第２の開口と、を有しており、前記第１の開口から前記第２の開口に向かう方向と、前記集合体の延在方向とが実質的に一致していてもよい。
【００１５】
［１０］本発明に係る磁気ヒートポンプ装置は、上記の少なくとも一つの熱交換器と、前記磁気熱量効果材料に磁場を印加すると共に前記磁場の大きさを変更する磁場変更手段と、配管を介して前記熱交換器にそれぞれ接続された第１及び第２の外部熱交換器と、前記磁場変更手段の動作に連動して前記熱交換器から前記第１又は前記第２の外部熱交換器に流体を供給する流体供給手段と、を備えた磁気ヒートポンプ装置である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、集合体の外周とケースの内面との間に形成された間隙の少なくとも一部に充填部が充填されているので、集合体の線材同士の間に形成された流路に液体媒体を多く通過させることができ、熱交換の効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態における磁気ヒートポンプ装置の全体構成を示す図であり、ピストンが第１の位置にある状態を示す図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態における磁気ヒートポンプ装置の全体構成を示す図である、ピストンが第２の位置にある状態を示す図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態におけるＭＣＭ熱交換器の構成を示す分解斜視図である。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態におけるＭＣＭ熱交換器の断面図であり、ＭＣＭ熱交換器を長手方向に沿って切断した断面図である。
【図５】図５は、図４のV-V線に沿った断面図である。
【図６】図６は、図４のVI-VI線に沿った断面図である。
【図７】図７（ａ）〜図７（ｃ）は、本発明の第１実施形態におけるケースの断面形状の変形例を示す図である。
【図８】図８は、本発明の第１実施形態におけるＭＣＭ熱交換器の変形例を示す断面図であり、ＭＣＭ熱交換器を幅方向に沿って切断した断面図である。
【図９】図９は、本発明の第１実施形態におけるＭＣＭ熱交換器の他の変形例を示す断面図であり、ＭＣＭ熱交換器を幅方向に沿って切断した断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第１実施形態におけるＭＣＭ熱交換器のさらに他の変形例を示す断面図であり、ＭＣＭ熱交換器を長手方向に沿って切断した断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の第２実施形態におけるＭＣＭ熱交換器の断面図であり、ＭＣＭ熱交換器を長手方向に沿って切断した断面図である。
【図１２】図１２は、図１１のXII-XII線に沿った断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の第２実施形態におけるＭＣＭ熱交換器の変形例を示す断面図であり、ＭＣＭ熱交換器を幅方向に沿って切断した断面図である。
【図１４】図１４は、本発明の第２実施形態におけるＭＣＭ熱交換器の他の変形例を示す断面図であり、ＭＣＭ熱交換器を幅方向に沿って切断した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
≪第１実施形態≫
図１及び図２は本発明の第１実施形態における磁気ヒートポンプ装置の全体構成を示す図、図３〜図６は本発明の第１実施形態におけるＭＣＭ熱交換器を示す図である。
【００２０】
本実施形態における磁気ヒートポンプ装置１は、磁気熱量効果（Magnetocaloric effect）を利用したヒートポンプ装置であり、図１及び図２に示すように、第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０と、ピストン３０と、永久磁石４０と、低温側熱交換器５０と、高温側熱交換器６０と、ポンプ７０と、配管８１〜８４と、切替弁９０と、を備えている。
【００２１】
本実施形態における第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０が本発明における熱交換器の一例に相当し、本実施形態におけるピストン３０及び永久磁石４０が本発明における磁気変更手段の一例に相当し、低温側熱交換器５０及び高温側熱交換器６０が本発明における第１及び第２の外部熱交換器の一例に相当し、本実施形態における配管８１〜８４が本発明における配管の一例に相当し、本実施形態におけるポンプ７０及び切替弁９０が本発明における流体供給手段の一例に相当する。
【００２２】
第１のＭＣＭ熱交換器１０は、図３〜図６に示すように、複数の線材１２からなる集合体１１と、当該集合体１１が収容された筒状のケース（容器）１３と、ケース１３の両端に接続された端末部材１６，１７と、を備えている。なお、第１のＭＣＭ熱交換器１０と第２のＭＣＭ熱交換器２０は同一の構造を有しているので、以下に第１のＭＣＭ熱交換器１０の構成についてのみ説明し、第２のＭＣＭ熱交換器２０の構成についての説明は省略する。
【００２３】
本実施形態における線材１２が本発明における線材の一例に相当し、本実施形態における集合体１１が本発明における集合体の一例に相当し、本実施形態におけるケース１３が本発明におけるケースの一例に相当する。
【００２４】
線材１２は、磁気熱量効果を有する磁気熱量効果材料（ＭＣＭ：Magnetocaloric Effect Material）から構成されている。このＭＣＭから構成される線材１２に磁場を印加すると、電子スピンが揃うことで磁気エントロピーが減少し、当該線材１２は発熱して温度が上昇する。一方、線材１２から磁場を除去すると、電子スピンが乱雑となり磁気エントロピーが増加し、当該線材１２は吸熱して温度が低下する。
【００２５】
この線材１２を構成するＭＣＭは、磁性体であれば特に限定されないが、例えば、１０℃〜３０℃程度の常温域にキュリー温度（キュリー点）を有し、常温域で高い磁気熱量効果を発揮する磁性体であることが好ましい。こうしたＭＣＭの具体例としては、例えば、ガドリニウム（Ｇｄ）、ガドリニウム合金、ランタン−鉄−シリコン（Ｌａ−Ｆｅ−Ｓｉ）系化合物等を例示することができる。
【００２６】
本実施形態における線材１２は、円形の断面形状を有する線材である。なお、線材１２同士を束ねた際に当該線材１２同士の間に第１の流路１１１（後述）を形成可能であれば、線材１２が円形以外の断面形状を有してもよい。線材１２の線径としては、特に限定されないが、例えば、０．０１〜１ｍｍであることが好ましい。集合体１１を構成する複数の線材１２は、実質的に同一の線径のものを用いてもよいし、相互に異なる線径のものが混在していてもよい。
【００２７】
集合体１１は、この線材１２を複数束ねることで構成されている。複数の線材１２は、線材１２の長手方向に対して交差する方向に束ねられている（重ねられている）。換言すれば、線材１２の側面同士が接触するように、複数の線材１２が相互に隣接している。その結果、線材１２の側面同士の間には第１の流路１１１（図５及び図６参照）が形成されている。なお、理解を容易にするために、図３〜図６では、実際よりも少ない本数の線材１２で集合体１１が構成されているが、実際には、集合体１１は数千本〜数万本の線材１２から構成されている。
【００２８】
なお、図３〜図６に示す集合体１１は、複数の線材１２を単に束ねることで構成されているが、集合体の構成は特にこれに限定されない。特に図示しないが、例えば、複数の線材を相互に撚り合わせることで集合体を構成してもよい。或いは、数本の線材を撚り合わせることで個々の撚線を構成し、当該複数の撚線を相互に束ねることで集合体を構成してもよい。すなわち、本実施形態における「複数の線材を束ねて構成される集合体」は、「撚線」も含む。
【００２９】
線材の撚り合わせ方としては、例えば、集合撚り、同心撚り、複合撚り等を例示することができる。集合撚りとは、複数の線材を一纏めにして、これらを集合体の軸を中心に同一方向に撚り合わせる撚り方である。同心撚りとは、芯線を中心として当該芯線の周りに複数の線材に同心円状を撚り合わせる撚り方である。複合撚りとは、複数の線材を同心撚り又は集合撚りに撚り合わせた子撚線を、さらに同心撚り又は集合撚りに撚り合わせる撚り方である。
【００３０】
集合体１１を収容するケース１３は、図３〜図６に示すように、収容部１４と蓋部１５を備えており、断面矩形の筒型の形状を有している。このケース１３は、その一方の端部（第１の端部）１３３に第１の開口１３１を有していると共に、その他方の端部（第２の端部）１３４に第２の開口１３２を有している。
【００３１】
収容部１４は、ケース１３の底板を構成する底部１４１と、ケース１３の両側の側壁を構成する一対の側部１４２，１４３と、を備えている。一対の側部１４２，１４３の上端の間に開口１４４が形成されており、その結果、収容部１４は、その軸方向に対して実質的に直交する方向に沿った断面において、コ字状（略Ｕ字状）の断面形状を有している。
【００３２】
蓋部１５は、矩形板状の部材である。図３〜図６に示すように、この蓋部１５が一対の側部１４２，１４３の上端に固定されている。収容部１４の開口１４４が蓋部１５によって閉塞されることで、ケース１３が形成されている。
【００３３】
本実施形態における一対の側部１４２，１４３が本発明における一対の側部の一例に相当し、本実施形態における底部１４１及び蓋部１５が本発明における連結部の一例に相当する。また、本実施形態におけるケース１３の第１の開口１３１が本発明におけるケースの第１の開口の一例に相当し、本実施形態におけるケース１３の第２の開口１３２が本発明におけるケースの第２の開口の一例に相当する。さらに、本実施形態におけるケース１３の第１の端部１３３が本発明におけるケースの第１の端部の一例に相当し、本実施形態におけるケース１３の第２の端部１３４が本発明におけるケースの第２の端部の一例に相当する。
【００３４】
なお、ケース１３の形状は、筒型であれば、特に上記に限定されず、例えば、ケースが図７（ａ）〜図７（ｃ）に示すような断面形状を有してもよい。図７（ａ）〜図７（ｃ）はＭＣＭ熱交換器のケースの断面形状の変形例を示す図である。なお、図７（ａ）〜図７（ｃ）において、集合体１１は図示していない。
【００３５】
例えば、図７（ａ）に示すように、ケース１３ｂが、円弧状の底部１４１ｂ及び蓋部１５ｂと、直線状の側部１４２ｂ，１４３ｂと、から構成される扇面型の断面形状を有してもよい。円弧状の底部１４１ｂ及び蓋部１５ｂは、相互に平行に延在している。一方の側部１４２ｂは、底部１４１ｂの一方の端部と蓋部１５ｂの一方の端部を連結している。また、他方の側部１４３ｂは、底部１４１ｂの他方の端部と蓋部１５Ｂの他方の端部を連結している。
【００３６】
本例（図７（ａ）に示す例）における一対の側部１４２ｂ，１４３ｂが本発明における一対の側部の一例に相当し、本例における底部１４１ｂ及び蓋部１５ｂが本発明における連結部の一例に相当する。
【００３７】
或いは、図７（ｂ）に示すように、ケース１３ｃが、直線状の底部１４１ｃ及び蓋部１５ｃと、直線状の側部１４２ｃ，１４３ｃと、から構成される台形型の断面形状を有してもよい。長さの異なる直線状の底部１４１ｃ及び蓋部１５ｃは、相互に平行に延在している。一方の側部１４２ｃは、底部１４１ｃの一方の端部と蓋部１５ｃの一方の端部を連結している。また、他方の側部１４３ｃは、底部１４１ｃの他方の端部と蓋部１５ｃの他方の端部を連結している。
【００３８】
本例（図７（ｂ）に示す例）における一対の側部１４２ｃ，１４３ｃが本発明における一対の側部の一例に相当し、本例における底部１４１ｃ及び蓋部１５ｃが本発明における連結部の一例に相当する。
【００３９】
或いは、図７（ｃ）に示すように、ケース１３ｄが、円弧状の底部１４１ｄと、直線状の蓋部１５ｄと、直線状の側部１４２ｄ，１４３ｄと、から構成される略Ｕ字型の断面形状を有してもよい。直線状の側部１４２ｄ，１４３ｄは、相互に平行に延在している。円弧状の底部１４１ｄは、側部１４２ｄの一方の端部と側部１４３ｄの一方の端部を連結している。また、直線状の蓋部１５ｄは、側部１４２ｄの他方の端部と側部１４３ｄの他方の端部を連結している。
【００４０】
本例（図７（ｃ）に示す例）における一対の側部１４２ｄ，１４３ｄが本発明における一対の側部の一例に相当し、本例における底部１４１ｄ及び蓋部１５ｄが本発明における連結部の一例に相当する。
【００４１】
図３〜図６に戻り、集合体１１は、当該集合体１１を構成する線材１２の長手方向（集合体１１の延在方向（長手方向））とケース１３の軸方向（第１の開口１３１から第２の開口１３２に向かう方向）とが実質的に一致するように、ケース１３内に収容されている。また、第１及び第２の開口１３１，１３２の中心は、集合体１１の中心に対して実質的に同軸上に位置している。そして、集合体１１を構成する線材１２同士の間には、第１の流路１１１が形成されている（図５及び図６参照）。一方、集合体１１の最も外周側の線材１２とケース１３の内面との間には、第２の流路１１２が形成されている（図５参照）。本実施形態における第２の流路１１２が、本発明における間隙の一例に相当する。
【００４２】
本実施形態では、図４及び図６に示すように、ケース１３の第１の端部１３３において、第２の流路１１２に充填部１６が充填されており、この充填部１６によって第２の流路１１２が閉塞されている。この充填部１６は、例えば、ディスペンサ等を用いて、当該ケース１３の第１の開口１３１を介して、接着剤などの樹脂材料を第２の流路１１２内に注入して硬化させることで形成されている。
【００４３】
なお、特に図示しないが、ケース１３の第１の端部１３３に代えて、当該ケース１３の第２の端部１３４において、第２の流路１１２に充填部１６を充填してもよい。或いは、ケース１３の両方の端部１３３，１３４において、第２の流路１１２に充填部１６を充填してもよい。
【００４４】
また、図６に示す例では、充填部１６がケース１３の内面に対して当該内面の周方向の全周に亘って形成されているが、特にこれに限定されない。図８は本実施形態におけるＭＣＭ熱交換器の変形例を示す断面図であり、図９は本実施形態におけるＭＣＭ熱交換器の他の変形例を示す断面図である。図８及び図９はいずれも、ＭＣＭ熱交換器を幅方向に沿って切断した断面図である。
【００４５】
例えば、図８に示すように、ケース１３の側部１４２，１４３と集合体１１の外周との間の第２の流路１１２のみに充填部１６が充填されていてもよい。或いは、図９に示すように、底部１４１を除くケース１３の側部１４２，１４３及び蓋部１５と、集合体１１の外周との間の第２の流路１１２に充填部１６が充填されていてもよい。
【００４６】
ここで、ケース１３の収容部１４内に線材１２を上下方向に積み重ねることで、集合体１１を形成する場合がある。この場合には、ケース１３の底部１４１によって線材１２が整列されるため、当該底部１４１に隣接する第２の流路１１２と比較して、側部１４２，１４３に隣接する第２の流路１１２や蓋部１５に隣接する第２の流路１１２が広くなり易い。これに対し、図８や図９に示す例では、側部１４２，１４３に隣接する第２の流路１１２や蓋部１５に隣接する第２の流路１１２のみを充填部１６によって閉塞するので、上記の効果を効率的に得ることができる。
【００４７】
また、ケース１３の長手方向において第２の流路１１２が充填部１６によって閉塞される位置は、ケース１３の端部１３３，１３４に特に限定されない。図１０は本実施形態におけるＭＣＭ熱交換器のさらに他の変形例を示す断面図であり、ＭＣＭ熱交換器を長手方向に沿って切断した断面図である。
【００４８】
例えば、図１０に示すように、ケース１３の略中央において、充填部１６によって第２の流路１１２を閉塞してもよい。この場合には、例えば、ケース１３の長手方向の中央部分を一度くり抜いて、当該開口を介して集合体１１の外周に接着剤を塗布し、当該接着剤が硬化する前に、当該くり抜き部分を開口に嵌合して固定することで、充填部１６を形成することができる。
【００４９】
図３及び図４に戻り、ケース１３の第１の端部１３３が第１の端末部材１６に挿入されており、第１の端末部材１６がケース１３に固定されている。また、ケース１３の第２の端部１３４が第２の端末部材１７に挿入されており、第２の端末部材１７がケース１３に固定されている。この第１及び第２の端末部材（連結部材）１６，１７としては、例えば、熱収縮チューブ、樹脂成型品、金属加工品などを用いることができる。
【００５０】
第１の端末部材１６は、ケース１３の第１の開口１３１よりも小さな第１の連結口１６１を有している。図１に示すように、この第１の連結口１６１は、第１の低温側配管８１を介して、低温側熱交換器５０に連通している。第２の端末部材１７も、第２の開口１３２よりも小さな第２の連結口１７１を有している。この第２の連結口１７１は、第１の高温側配管８３を介して、高温側熱交換器６０に連通している。この第１及び第２の連結口１６１，１７１の中心は、集合体１１の中心と同軸上に位置している。
【００５１】
同様に、第２のＭＣＭ熱交換器２０のケース２３にも集合体２１が収容されており（図２参照）、この集合体２１も線材２２を複数束ねることで構成されている。そして、第１のＭＣＭ熱交換器１０と同様、ケース２３の第１の端部が第１の端末部材に挿入され、第１の端末部材がケース２３に固定されている。また、当該ケース２３の第２の端部が第２の端末部材に挿入され、第２の端末部材がケース２３に固定されている。この第２のＭＣＭ熱交換器２０は、第１の端末部材の第１の連結口２６１に連結された第２の低温側配管８２を介して、低温側熱交換器５０に連通している。一方、第２のＭＣＭ熱交換器２０は、第２の端末部材の第２の連結口２７１に連結された第２の高温側配管８４を介して、高温側熱交換器６０に連通している。
【００５２】
なお、第２のＭＣＭ熱交換器２０の線材２２は、第１のＭＣＭ熱交換器１０の線材１２と同じ構成を有している。また、第２のＭＣＭ熱交換器２０のケース２３も、第１のＭＣＭ熱交換器１０のケース１３と同じ構成を有しており、ケース２３の第１の端部において、第２の流路に充填部が充填されている。さらに、第２のＭＣＭ熱交換器２０の端末部材も、第１のＭＣＭ熱交換器１０の端末部材１６，１７と同じ構成を有している。
【００５３】
例えば、本実施形態における磁気ヒートポンプ装置１を用いた空気調和装置を冷房として機能させる場合には、低温側熱交換器５０と室内の空気との間で熱交換を行うことで室内を冷やすと共に、高温側熱交換器６０と室外との間で熱交換を行うことで室外に放熱する。
【００５４】
これに対し、当該空気調和装置を暖房として機能させる場合には、高温側熱交換器６０と室内の空気との間で熱交換を行うことで室内を暖めると共に、低温側熱交換器５０と室外の空気との間で熱交換を行うことで室外から吸熱する。
【００５５】
以上のように、２つの低温側配管８１，８２と２つの高温側配管８３，８４によって、４つの熱交換器１０，２０，５０，６０を含む循環路が形成されており、ポンプ７０によって当該循環路内に液体媒体が圧送される。液体媒体の具体例としては、例えば、水、不凍液、エタノール溶液、または、これらの混合物等の液体を例示することができる。本実施形態における液体媒体が、本発明における流体の一例に相当する。
【００５６】
２つのＭＣＭ熱交換器１０，２０は、ピストン３０の内部に収容されている。このピストン３０は、アクチュエータ３５によって、一対の永久磁石４０の間を往復移動することが可能となっている。具体的には、このピストン３０は、図１に示すような「第１の位置」と、図２に示すような「第２の位置」との間を往復移動することが可能となっている。なお、アクチュエータ３５の一例としては、例えば、エアシリンダ等を例示することができる。
【００５７】
ここで、「第１の位置」は、第１のＭＣＭ熱交換器１０が永久磁石４０の間に介在せず、第２のＭＣＭ熱交換器２０が永久磁石４０の間に介在するようなピストン３０の位置である。これに対し、「第２の位置」は、第１のＭＣＭ熱交換器１０が永久磁石４０の間に介在し、第２のＭＣＭ熱交換器２０が永久磁石４０の間に介在しないようなピストン３０の位置である。
【００５８】
なお、第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０に代えて、永久磁石４０をアクチュエータ３５により往復移動させてもよい。或いは、永久磁石４０に代えて、コイルを有する電磁石を用いてもよく、この場合には、ＭＣＭ熱交換器１０，２０又は磁石を移動させる機構が不要となる。また、コイルを有する電磁石を用いる場合には、ＭＣＭ熱交換器１０，２０の線材１２，２２に対する磁場の印加／除去に代えて、線材１２，２２に印加した磁場の大きさを変更するようにしてもよい。
【００５９】
切替弁９０は、第１の高温側配管８３と第２の高温側配管８４に設けられている。この切替弁９０は、上述のピストン３０の動作に連動して、ポンプ７０により液体媒体の供給先を、第１のＭＣＭ熱交換器１０、又は、第２のＭＣＭ熱交換器２０に切り替えると共に、高温側熱交換器６０の接続先を、第２のＭＣＭ熱交換器２０、又は、第１のＭＣＭ熱交換器１０に切り替えることが可能となっている。
【００６０】
次に、本実施形態における磁気ヒートポンプ装置１の動作について、図１及び図２を参照しながら説明する。
【００６１】
先ず、ピストン３０を図１に示す「第１の位置」に移動させると、第１のＭＣＭ熱交換器１０の線材１２が消磁されて温度が低下する一方で、第２のＭＣＭ熱交換器２０の線材２２が着磁されて温度が上昇する。
【００６２】
これと同時に、切替弁９０によって、ポンプ７０→第１の高温側配管８３→第１のＭＣＭ熱交換器１０→第１の低温側配管８１→低温側熱交換器５０→第２の低温側配管８２→第２のＭＣＭ熱交換器２０→第２の高温側配管８４→高温側熱交換器６０→ポンプ７０からなる第１の経路が形成される。
【００６３】
このため、消磁によって温度が低下した第１のＭＣＭ熱交換器１０の線材１２によって液体媒体が冷却され、当該液体媒体が低温側熱交換器５０に供給されて、当該低温側熱交換器５０が冷却される。
【００６４】
この際、第１のＭＣＭ熱交換器１０の内部において、線材１２同士の間に形成された第１の流路１１１を液体媒体が通過して線材１２と接触することで、当該液体媒体が線材１２によって冷却される。一方、集合体１１の外周とケース１３の内面との間に形成された第２の流路１１２が、充填部１６によって塞がれており、当該第２の流路１１２の抵抗が高くなっているので、第１の流路１１１を流れる液体媒体が少なくなってしまうことはない。
【００６５】
一方、着磁されて温度が上昇した第２のＭＣＭ熱交換器２０の線材２２によって液体媒体が加熱され、当該液体媒体は高温側熱交換器６０に供給されて、当該高温側熱交換器６０が加熱される。
【００６６】
この際、第２のＭＣＭ熱交換器２０の内部において、線材２２同士の間に形成された第１の流路を液体媒体が通過して線材２２と接触することで、当該液体媒体が線材２２によって加熱される。一方、集合体２１の外周とケース２３の内面との間に形成された第２の流路が充填部によって塞がれており、当該第２の流路の抵抗が高くなっているので、第１の流路を流れる液体媒体が少なくなってしまうことはない。
【００６７】
次いで、ピストン３０を図２に示す「第２の位置」に移動させると、第１のＭＣＭ熱交換器１０の線材１２が着磁されて温度が上昇する一方で、第２のＭＣＭ熱交換器２０の線材２２が消磁されて温度が低下する。
【００６８】
これと同時に、切替弁９０によって、ポンプ７０→第２の高温側配管８４→第２のＭＣＭ熱交換器２０→第２の低温側配管８２→低温側熱交換器５０→第１の低温側配管８１→第１のＭＣＭ熱交換器１０→第１の高温側配管８３→高温側熱交換器６０→ポンプ７０からなる第２の経路が形成される。
【００６９】
このため、消磁によって温度が低下した第２のＭＣＭ熱交換器２０の線材２２によって液体媒体が冷却され、当該液体媒体が低温側熱交換器５０に供給されて、当該低温側熱交換器５０が冷却される。
【００７０】
この際、第２のＭＣＭ熱交換器２０の内部において、線材２２同士の間に形成された第１の流路を液体媒体が通過して線材２２と接触することで、当該液体媒体が線材２２によって冷却される。一方、集合体２１の外周とケース２３の内面との間の第２の流路が充填部によって塞がれており、当該第２の流路の抵抗が高くなっているので、第１の流路を流れる液体媒体が少なくなってしまうことはない。
【００７１】
一方、着磁されて温度が上昇した第１のＭＣＭ熱交換器１０の線材１２によって液体媒体が加熱され、当該液体媒体は高温側熱交換器６０に供給されて、当該高温側熱交換器６０が加熱される。
【００７２】
この際、第１のＭＣＭ熱交換器１０の内部において、線材１２同士の間に形成された流路１１１を液体媒体が通過して線材１２と接触することで、当該液体媒体が線材１２によって加熱される。一方、集合体１１の外周とケース１３の内面との間に形成された第２の流路１１２が充填部１６によって塞がれており、当該第２の流路１１２の抵抗が高くなっているので、第１の流路１１１を流れる液体媒体が少なくなってしまうことはない。
【００７３】
そして、以上に説明したピストン３０の「第１の位置」と「第２の位置」との間の往復移動を繰り返し、第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０内の線材１２，２２に対する磁場の印加・除去を繰り返すことにより、低温側熱交換器５０の冷却と、高温側熱交換器６０の加熱とが継続される。
【００７４】
以上のように、本実施形態では、第１のＭＣＭ熱交換器１０に関して、ケース１３の第１の端部１３３において、集合体１１の外周とケース１３の内面の間に形成された第２の流路１１２が充填部１６によって塞がれており、当該第２の流路１１２の抵抗が高くなっている。このため、集合体１１の線材１２同士の間に形成された第１の流路１１１に液体媒体を多く通過させることができ、熱交換の効率の向上を図ることができる。
【００７５】
同様に、特に図示しないが、第２のＭＣＭ熱交換器２０に関しても、ケース２３の第１の端部において、集合体２１の外周とケース２３の内面の間に形成された第２の流路が充填部によって塞がれており、当該第２の流路の抵抗が高くなっている。このため、集合体２１の線材２２同士の間に形成された第１の流路に液体媒体を多く通過させることができ、熱交換の効率の向上を図ることができる。
【００７６】
また、本実施形態では、第１のＭＣＭ熱交換器１０に関して、集合体１１を構成する線材１２の長手方向（集合体１１の延在方向）と、ケース１３の軸方向（ケース１３の第１の開口１３１から第２の開口１３２に向かう方向）と、が実質的に一致している。このため、本実施形態では、ＭＣＭ熱交換器１０内を流れる液体媒体の圧力損失が増大するのを抑制することができると共に、充填部１６によって第２の流路１１２を埋めるだけで第２の流路１１２の抵抗を大きくすることが可能となっている。
【００７７】
同様に、第２のＭＣＭ熱交換器２０に関しても、集合体２１を構成する線材２２の長手方向（集合体２１の延在方向）と、ケース２３の軸方向（ケース２３の第１の開口から第２の開口に向かう方向）と、が実質的に一致している。このため、本実施形態では、ＭＣＭ熱交換器２０内を流れる液体媒体の圧力損失が増大するのを抑制することができると共に、充填部によって第２の流路を埋めるだけで第２の流路の抵抗を大きくすることが可能となっている。
【００７８】
≪第２実施形態≫
図１１及び図１２は本発明の第２実施形態におけるＭＣＭ熱交換器の断面図である。本実施形態では、第１及び第２のＭＣＭ熱交換器が、一部の充填部に代えて、弾性体を備えている点で第１実施形態と相違するが、それ以外の構成は第１実施形態と同様である。以下に、第２実施形態におけるＭＣＭ熱交換器について第１実施形態との相違点についてのみ説明し、第１実施形態と同様の構成である部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００７９】
本実施形態における第１のＭＣＭ熱交換器１０Ｂは、図１１及び図１２に示すように、ケース１３の蓋部１５に隣接する第２の流路１１２に充填された充填部１６に代えて、弾性体１９を備えている。この弾性材１９は、ケース１３の蓋部１５と集合体１１との間に介在しており、集合体１１の外周の上面に倣って変形して、集合体１１の外周の上面全体に密着している。こうした弾性体１９の具体例として、例えば、シート状の軟質ウレタン樹脂、ゴム、スポンジ等を例示することができる。
【００８０】
また、この弾性体１９は、ケース１３の長手方向の全域に亘って設けられている。このため、線材１２が部分的に浮いてしまうことが抑制されている。
【００８１】
なお、図１１及び図１２に示す例では、蓋部１５を除くケース１３の底部１４１及び側部１４２，１４３と集合体１１の外周との間の第２の流路１１２に充填部１６が充填されているが、ケース１３内において充填部１６が配置される箇所は、特にこれに限定されない。
【００８２】
図１３はＭＣＭ熱交換器の変形例を示す断面図である。例えば、図１３に示すように、ケース１３の側部１４２，１４３と集合体１１の外周との間の第２の流路１１２のみに充填部１６が充填されていてもよい。
【００８３】
また、図１１及び図１２に示す例では、ケース１３の蓋部１５と集合体１１との間に介在する弾性体１９が介在しているが、ケース１３内において弾性体１９が配置される箇所は、特にこれに限定されない。
【００８４】
図１４はＭＣＭ熱交換器の他の変形例を示す断面図である。例えば、図１４に示すように、ケース１３の底部１４１と集合体１１との間にも弾性体１９が介在してもよい。この弾性体１９Ｂは、集合体１１の外周の下面に倣って変形しており、集合体１１の外周の下面全体に密着している。特に図示しないが、この下側の弾性体１９も、ケース１３の長手方向の全域に亘って設けられている。このため、線材１２が部分的に浮いてしまうことが抑制されている。
【００８５】
本実施形態では、第１のＭＣＭ熱交換器１０Ｂに関して、ケース１３の第１の端部１３３において、集合体１１の外周とケース１３の内面の間に形成された第２の流路１１２が充填部１６と弾性体１９によって塞がれており、当該第２の流路１１２の抵抗が高くなっている。このため、集合体１１の線材１２同士の間に形成された第１の流路１１１に液体媒体を多く通過させることができ、熱交換の効率の向上を図ることができる。
【００８６】
同様に、特に図示しないが、第２のＭＣＭ熱交換器に関しても、ケース２３の第１の端部において、集合体２１の外周とケース２３の内面の間に形成された第２の流路が充填部と弾性体によって塞がれており、当該第２の流路の抵抗が高くなっている。このため、集合体２１の線材２２同士の間に形成された第１の流路に液体媒体を多く通過させることができ、熱交換の効率の向上を図ることができる。
【００８７】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００８８】
上述した磁気ヒートポンプ装置の構成は一例であり、本発明に係る熱交換器をＡＭＲ（Active Magnetic Refrigerataion）方式の他の磁気ヒートポンプ装置に適用してもよい。
【００８９】
例えば、磁気ヒートポンプ装置が、一つのＭＣＭ熱交換器と、当該ＭＣＭに磁場を印加すると共に磁場の大きさを変更する磁場変更手段と、配管を介してＭＣＭ熱交換器にそれぞれ接続された第１及び第２の外部熱交換器と、磁場変更手段の動作に連動してＭＣＭ熱交換器から第１又は第２の外部熱交換器に流体を供給する流体供給手段と、を備えてもよい。
【００９０】
また、上述の実施形態では、磁気ヒートポンプ装置を家庭用或いは自動車等の空気調和装置に適用した例について説明したが、特にこれに限定されない。例えば、用途に応じた適切なキュリー温度を有するＭＣＭを選定することで、冷凍機のような極低温域での用途、或いは、ある程度高温域での用途に、本発明に係る磁気ヒートポンプ装置を適用してもよい。
【００９１】
また、本実施形態では、第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０が同一の構成を有しているが、特にこれに限定されず、これらが異なる構成を有してもよい。例えば、第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０の間で、異なる線径の線材を用いてもよい。また、複数の線材同士の撚り方、撚り方向、又は撚りピッチが、相互に異なっていてもよい。
【００９２】
また、本実施形態では、ＭＣＭ熱交換器は、単一の集合体によって構成していたが、特にこれに限定されず、複数の集合体を当該ＭＣＭ熱交換器の延在方向に沿って並設して構成してもよい。この場合、複数の集合体は、相互に同一の構成を有していてもよいし、異なる構成を有していてもよい。
【００９３】
なお、磁気ヒートポンプ装置を連続して使用し続けると、ＭＣＭ熱交換器においては、高温側配管と連結された側が高温となり、低温側配管と連結された側低温となる温度勾配が生じる。このため、上記例においては、並設された複数の集合体のうち、高温側に位置する集合体を構成する線材は、比較的キュリー点（キュリー温度）の高い材料を採用し、低温側に位置する集合体を構成する線材は、比較的キュリー点の低い材料を採用することが好ましい。このように、ＭＣＭ熱交換器における温度雰囲気に対応して異なるキュリー点の材料で構成された線材を用いることで、より効率良く磁気熱量効果を作用させることができる。
【符号の説明】
【００９４】
１…磁気ヒートポンプ装置
１０，１０Ｂ…第１のＭＣＭ熱交換器
１１…集合体
１１１…第１の流路
１１２…第２の流路
１１３…露出部分
１２…線材
１３〜１３ｄ…ケース
１３１…第１の開口
１３２…第２の開口
１３３…第１の端部
１３４…第２の端部
１４…収容部
１４１〜１４１ｄ…底部
１４２〜１４２ｄ，１４３〜１４３ｄ…側部
１４４…開口
１５，１５ｂ〜１５ｄ…蓋部
１６…充填部
１６…第１の端末部材
１６１…第１の連結口
１７…第２の端末部材
１７１…第２の連結口
１９…弾性体
２０…第２のＭＣＭ熱交換器
２１…集合体
２２…線材
２３…ケース
２６１…第１の連結口
２７１…第２の連結口
３０…ピストン
３５…アクチュエータ
４０…永久磁石
５０…低温側熱交換器
６０…高温側熱交換器
７０…ポンプ
８１〜８２…第１〜第２の低温側配管
８３〜８４…第３〜第４の高温側配管
９０…切替弁
【図１】
2018100787.tif 000003
【図２】
2018100787.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2018100787.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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