磁热泵装置的制作方法

本发明涉及一种利用磁工作物质(日文：磁気作業物質)的磁热效应的磁热泵装置。

背景技术：

近年来，关注一种代替使用氟利昂等气体制冷剂的现有的蒸汽压缩制冷装置的磁热泵装置，上述磁热泵装置利用了磁工作物质在励磁和消磁时产生大幅的温度变化的性质(磁热效应)。

与以往相比，在这种磁热泵装置中，通过将磁工作物质填充在磁工作件的导管内，并使永磁体与磁工作件分离、接触，从而改变施加于磁工作物质的磁场。此时，若使施加的磁场增大(励磁)，则磁工作物质的温度上升，若使施加的磁场减小(消磁)，则磁工作物质的温度下降。

另一方面，使用泵和旋转阀使热介质(水等)等在磁工作件的高温端与低温端之间往复移动。在这种情况下，对磁工作物质进行励磁，使其温度上升，使热介质从低温端侧移动至高温端侧，从而使温度因励磁而上升的磁工作物质与低温的热介质热交换。由此，磁工作件产生高温端侧高而低温端侧低的温度梯度。

接着，若对磁工作物质进行消磁，其温度下降，使热介质从高温端侧移动至低温端侧，从而使温度因消磁而下降的磁工作物质与高温的热介质热交换。由此，磁工作件的温度梯度进一步扩大。

这样一来，通过将由磁热效应产生的温度变化蓄热于磁工作件自身，并将低温端侧和高温端侧的热介质排出至外部的热交换器，从而进行吸热(制冷)或散热(加热)(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2008－51409号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

然而，当使用旋转阀时，因结构上的原因，会产生温度不同的热介质的混合损失和摩擦热。此外，还存在热介质的流量在外部的热交换器和磁工作件侧不同的问题。

本发明为解决上述现有技术问题而作，其目的在于提供一种磁热泵装置，解决因使用旋转阀而产生的问题，实现了效率的提高。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明的磁热泵装置的特征是，包括：磁工作件，所述磁工作件包括具有磁热效应的磁工作物质，并供热介质流通；磁场改变装置，所述磁场改变装置改变施加于磁工作物质的磁场的大小；平衡浮子，所述平衡浮子使热介质在磁工作件的高温端与低温端之间往复移动；以及外部热介质循环回路，所述外部热介质循环回路具有外部热交换器，并使第二热介质循环，所述外部热介质循环回路使第二热介质与磁工作件的热介质热交换，并使热交换后的所述第二热介质在外部热交换器中循环。

技术方案2的发明的磁热泵装置是在上述发明的基础上，其特征是，包括：第一外部热介质循环回路，所述第一外部热介质循环回路具有散热侧的外部热交换器；以及第二外部热介质循环回路，所述第二外部热介质循环回路具有吸热侧的外部热交换器，第一外部热介质循环回路使第二热介质与磁工作件的高温端侧的热介质热交换，并使热交换后的所述第二热介质在散热侧的外部热交换器中循环，并且，第二外部热介质循环回路使第二热介质与磁工作件的低温端侧的热介质热交换，并使热交换后的所述第二热介质在吸热侧的外部热交换器中循环。

技术方案3的发明的磁热泵装置是在上述各发明的基础上，其特征是，包括：设置于磁工作件的高温端侧的高温端侧的平衡浮子；以及设置于磁工作件的低温端侧的低温端侧的平衡浮子，将高温端侧的平衡浮子和低温端侧的平衡浮子以背对背的方式配置。

发明效果

根据本发明的磁热泵装置，由于包括：磁工作件，所述磁工作件包括具有磁热效应的磁工作物质，并供热介质流通；磁场改变装置，所述磁场改变装置改变施加于磁工作物质的磁场的大小；平衡浮子，所述平衡浮子使热介质在磁工作件的高温端与低温端之间往复移动；以及外部热介质循环回路，所述外部热介质循环回路具有外部热交换器，并使第二热介质循环，所述外部热介质循环回路使第二热介质与磁工作件的热介质热交换，并使热交换后的所述第二热介质在外部热交换器中循环，因此，能够使磁工作件的高温端侧及低温端侧的热介质与第二热介质热交换，并间接地排出至外部热交换器。

由于通过平衡浮子使磁工作件的热介质往复移动，因此，能够解决如使用了旋转阀的情况那样的混合损失和摩擦热的问题，能够有效且高效地利用因磁工作物质的磁热效应引起的温度变化。

在这种情况下，若如技术方案2的发明那样设置第一外部热介质循环回路和第二外部热介质循环回路，其中，所述第一外部热介质循环回路具有散热侧的外部热交换器，所述第二外部热介质循环回路具有吸热侧的外部热交换器，第一外部热介质循环回路使第二热介质与磁工作件的高温端侧的热介质热交换，并使热交换后的所述第二热介质在散热侧的外部热交换器中循环，并且，第二外部热介质循环回路使第二热介质与磁工作件的低温端侧的热介质热交换，并使热交换后的所述第二热介质在吸热侧的外部热交换器中循环，则能够使磁工作件的高温端侧的热介质的温度高效地移动至第二热介质，并使第二热介质的热量高效地移动至低温端侧的热介质。

另外，若如技术方案3的发明那样，将设置于磁工作件的高温端侧的高温端侧的平衡浮子和设置于磁工作件的低温端侧的低温端侧的平衡浮子以背对背的方式配置，则能够尽可能抑制平衡浮子的驱动动力。

附图说明

图1是适用了本发明的实施例的磁热泵装置的整体结构图。

图2是图1的磁热泵用amr(activemagneticregenator：有源磁再生器)的剖视图。

图3是用于对适用了本发明的另一实施例的磁热泵装置进行说明的整体结构图。

具体实施方式

以下，基于附图，对本发明一实施方式进行说明。图1是适用了本发明的实施例的磁热泵装置1的整体结构图，图2是磁热泵装置1的磁热泵用amr2的剖视图。

(1)磁热泵装置1的结构

首先，对图2的磁热泵用amr2进行说明。磁热泵装置1的磁热泵用amr2包括：中空筒状的壳体3，上述壳体3的轴向两端封闭，内部处于真空气密状态；以及旋转件7，上述旋转件7位于上述壳体3内的轴心处，并在处于轴对称的周面上呈放射状地安装有成对的(两个)永磁体6(磁场产生构件)。旋转件7的轴的两端被壳体3能自由旋转地轴支撑，然后经由未图示的减速机与电动机m(图1。伺服电动机)的转轴10连结，通过上述电动机m控制而旋转。由上述旋转件7、永磁体6和电动机m等构成磁场改变装置，上述磁场改变装置对施加于后述的磁工作物质13的磁场的大小进行改变。此外，电动机m的转轴10还连结有凸轮9(图1)，上述凸轮9对后述的平衡浮子(活塞)8进行驱动。

另一方面，永磁体6的两倍个数、即四根磁工作件11a、11a、11b、11b在靠近永磁体6的外周面的状态下沿周向以等间隔固定于壳体3的内周。在实施例的情况下，磁工作件11a、11a夹着旋转件7配置在轴对称位置处，磁工作件11b、11b夹着旋转件7配置在轴对称位置处(图2)。在各磁工作件11a、11b中，将具有磁热效应的磁工作物质13以使热介质(此处为水。第一热介质)能流通的方式分别填充在中空的导管12内，上述导管12的截面呈沿着壳体3内周的圆弧状。

另外，磁工作件11a、11b实际上如图2所示两个两个地配置在轴对称位置处，但在图1中分别各用一个代表性地示出。此外，在实施例中，由隔热性高的树脂材料构成导管12。由此，如后所述，降低了从温度因磁场的改变(励磁和消磁)而上升或下降的磁工作物质13向大气(外部)的热损失。此外，在实施例中，使用mn系或la系材料作为磁工作物质13。

此外，在组装有上述磁热泵用amr2的图1的磁热泵装置1的整体结构图中，各磁工作件11a、11b在一端(图1中的右端)处具有高温端14，在另一端(图1中的左端)处具有低温端16。此外，高温配管17安装于各磁工作件11a、11a、11b、11b(图1中各用一个代表性地示出)的高温端14，并且从图2的壳体3伸出。此外，低温配管18安装于各磁工作件11a、11a、11b、11b(图1中各用一个代表性地示出)的低温端16，并且从图2的壳体3伸出。

上述高温配管17连接有高温端侧的热交换器24、24和散热侧的外部热交换器19，另外，高温配管17中夹设有循环泵21，其中，上述高温端侧的热交换器24、24配置在各磁工作件11a、11a、11b、11b的高温端14内，上述散热侧的外部热交换器19配置在磁热泵用amr2的外部。高温配管17内封入有第二热介质(其也是水)，通过循环泵21使第二热介质以设置在磁工作件11a、11a的高温端14内的热交换器24、外部热交换器19、设置在磁工作件11b、11b的高温端14内的热交换器24的顺序循环，第二热介质构成为在各热交换器24、24中与各磁工作件11a、11a、11b、11b的高温端14侧的热介质(上述第一热介质)热交换。此外，由这些高温配管17、热交换器24、24、外部热交换器19和循环泵21构成第一外部热介质循环回路27。

此外，低温配管18连接有低温端侧的热交换器26、26和吸热侧的外部热交换器22，另外，低温配管18中夹设有循环泵23，其中，上述低温端侧的热交换器26、26配置在各磁工作件11a、11a、11b、11b的低温端16内，上述吸热侧的外部热交换器22配置在磁热泵用amr2的外部。低温配管18内也封入有第二热介质，通过循环泵23使第二热介质以设置在磁工作件11a、11a的低温端16内的热交换器26、外部热交换器22、设置在磁工作件11b、11b的低温端16内的热交换器26的顺序循环，第二热介质构成为在各热交换器26、26中与各磁工作件11a、11a、11b、11b的低温端16侧的热介质(上述第一热介质)热交换。此外，由这些低温配管18、热交换器26、26、外部热交换器22和循环泵23构成第二外部热介质循环回路28。

此外，平衡浮子(活塞)8分别配置于各磁工作件11a、11a、11b、11b的高温端14和低温端16，并且被通过电动机m的转轴10旋转的凸轮8驱动，从而使热介质(水。第一热介质)在各磁工作件11a、11a、11b、11b的高温端14与低温端16之间往复移动。

即，当如图1所示，磁工作件11a、11a的高温端14侧的平衡浮子8后退而低温端16侧的平衡浮子8伸出时，热介质从磁工作件11a的低温端16侧朝高温端14侧移动。另一方面，当磁工作件11b、11b的低温端16侧的平衡浮子8如图1所示后退而高温端14侧的平衡浮子8伸出时，热介质从磁工作件11b的高温端14侧朝低温端16侧移动。由上述平衡浮子8、凸轮9以及电动机m、转轴10等，构成使热介质在各磁工作件11a、11a、11b、11b的高温端14与低温端16之间往复移动的热介质移动装置。

(2)磁热泵装置1的动作

对以上结构的磁热泵装置1的动作进行说明。首先，在旋转件7位于0°的位置(图2所示的位置)时，永磁体6、6位于0°和180°的位置处，因此，施加于位于上述0°和180°的位置处的磁工作件11a、11a的磁工作物质13的磁场的大小增大，被励磁而使温度上升。另一方面，施加于位于与之相差90°相位的90°和270°的位置处的磁工作件11b、11b的磁工作物质13的磁场的大小减小，被消磁而使温度下降。

此外，在通过电动机m的旋转而使旋转件7位于0°的位置(图2)时，凸轮9、9被电动机m的转轴10驱动，如图1所示使磁工作件11a、11a的高温端14侧的平衡浮子8后退，并使低温端16侧的平衡浮子8伸出。由此，热介质从磁工作件11a的低温端16侧朝高温端14侧移动。

由此，通过使被永磁体6、6励磁而温度上升了的磁工作件11a、11a的磁工作物质13与低温的热介质热交换，从而使磁工作件11a、11a产生高温端14侧高、低温端16侧低的温度梯度。

此外，在通过电动机m的旋转而使旋转件7位于0°的位置(图2)时，凸轮9、9被电动机m的转轴10驱动，如图1所示使磁工作件11b、11b的高温端14侧的平衡浮子8伸出，并使低温端16侧的平衡浮子8后退。由此，热介质从磁工作件11b的高温端14侧朝低温端16侧移动。由此，通过使因消磁而温度下降了的磁工作件11b、11b的磁工作物质13与高温的热介质热交换，从而使磁工作件11b、11b的温度梯度进一步扩大。

接着，在旋转件7通过电动机m旋转90°时，永磁体6、6来到90°和270°的位置处，因此，施加于位于上述90°和270°的位置处的磁工作件11b、11b的磁工作物质13的磁场的大小增大，被励磁而使温度上升。另一方面，施加于位于与之相差90°相位的0°和180°的位置处的磁工作件11a、11a的磁工作物质13的磁场的大小减小，被消磁而使温度下降。

此外，在通过电动机m的旋转而使旋转件7位于90°的位置时，凸轮9、9被电动机m的转轴10驱动，使磁工作件11a、11a的高温端14侧的平衡浮子8伸出，并使低温端16侧的平衡浮子8后退。由此，热介质从磁工作件11a的高温端14侧朝低温端16侧移动。由此，通过使因消磁而温度下降了的磁工作件11a、11a的磁工作物质13与高温的热介质热交换，从而使磁工作件11a、11a的温度梯度进一步扩大。

此外，在通过电动机m的旋转而使旋转件7来到90°的位置时，凸轮9、9被电动机m的转轴10驱动，使磁工作件11b、11b的低温端16侧的平衡浮子8伸出，并使高温端14侧的平衡浮子8后退。由此，热介质从磁工作件11b的低温端16侧朝高温端14侧移动。

由此，通过使被永磁体6、6励磁而温度上升了的磁工作件11b、11b的磁工作物质13与低温的热介质热交换，从而使磁工作件11b、11b的温度梯度进一步扩大。

这样一来，温度上升了的各磁工作件11a、11a、11b、11b的高温端14侧的热介质在热交换器24中与第一外部热介质循环回路27的第二热介质热交换，从而使第二热介质的温度上升。上述温度上升了的第二热介质通过循环泵21经由高温配管17在散热侧的外部热交换器19中循环，并向外部散热。

此外，温度降低了的各磁工作件11a、11a、11b、11b的低温端16侧的热介质在热交换器26中与第二外部热介质循环回路28的第二热介质热交换，从而使第二热介质的温度下降。上述温度下降了的第二热介质通过循环泵23经由低温配管18在吸热侧的外部热交换器22中循环，并从外部吸热。由于热介质(第一热介质)的往复移动，会在各磁工作件11a、11b的高温端14与低温端16产生与往复移动联动的温度变动，但通过如上所述与第二热介质热交换并利用各外部热交换器19、22散热/吸热，从而使热介质(第一热介质)的温度变动平均化。

以较高速的转速和时刻进行上述由电动机m实施的旋转件7的旋转与平衡浮子8的切换，使热介质(水)在各磁工作件11a、11a、11b、11b的高温端14与低温端16之间往复移动，反复进行励磁/消磁的各磁工作件11a、11a、11b、11b相对于磁工作物质13的吸热/散热，从而各磁工作件11a、11a、11b、11b的高温端14与低温端16的温度差缓缓扩大，最终，设置有供在吸热侧的外部热交换器22中循环的第二热介质流动的热交换器26的各磁工作件11a、11a、11b、11b的低温端16的温度下降至磁工作物质13的制冷能力与被外部热交换器22冷却的被冷却体的热负载平衡的温度，设置有供在散热侧的外部热交换器19中循环的第二热介质流动的热交换器24的各磁工作件11a、11a、11b、11b的高温端14的温度因外部热交换器19的散热能力与制冷能力平衡而变成大致恒定的温度。

如上所述，根据本发明，通过平衡浮子8使热介质在磁工作件11a、11b的高温端14与低温端16之间往复移动，并且在外部热交换器19、22设置使第二热介质循环的外部热介质循环回路27、28，通过上述外部热介质循环回路27、28使第二热介质与磁工作件11a、11b的热介质热交换，使热交换后的该第二热介质在外部热交换器19、22中循环，因此，能够使磁工作件11a、11b的高温端14侧及低温端16侧的热介质(第一热介质)与第二热介质热交换，并间接地排出至外部热交换器19、22。

此外，由于通过平衡浮子使磁工作件11a、11b的热介质往复移动，因此，可解决如使用了旋转阀的情况那样的混合损失和摩擦热的问题。由此，根据本发明，能够有效且高效地利用因磁工作物质13的磁热效应引起的温度变化。

此外，在实施例中设置第一外部热介质循环回路27和第二外部热介质循环回路28，其中，上述第一外部热介质循环回路27具有散热侧的外部热交换器19，上述第二外部热介质循环回路28具有吸热侧的外部热交换器22，第一外部热介质循环回路27使第二热介质与磁工作件11a、11b的高温端14侧的热介质(第一热介质)热交换，并使热交换后的上述第二热介质在散热侧的外部热交换器19中循环，并且，第二外部热介质循环回路28使第二热介质与磁工作件11a、11b的低温端16侧的热介质(第一热介质)热交换，并使热交换后的上述第二热介质在吸热侧的外部热交换器22中循环，因此，能够使磁工作件11a、11b的高温端14侧的热介质(第一热介质)的温度高效地移动至第二热介质，并使第二热介质的热量高效地移动至低温端16侧的热介质(第一热介质)。

另外，在实施例中，如图1所示，示出了使磁工作件11a、11b的平衡浮子8和凸轮9在高温端14侧与低温端16侧分别驱动的形态，但也可考虑将设置于各磁工作件11a、11b的高温端14侧的平衡浮子8(高温端侧的平衡浮子)和设置于低温端16侧的平衡浮子8(低温端侧的平衡浮子)以背对背的方式配置。在这种情况下，虽然需要进行将磁工作件11a、11b设为环状等的形状改变，磁热泵用amr2的具体结构也与图2不同，但能够将高温端14侧的凸轮9和低温端16侧的凸轮9设为一个，如图3中虚线箭头f1、f2所示那样，在其两侧使高温端14侧的平衡浮子8伸出/后退，使低温端16侧的平衡浮子8后退/伸出，因此，也能够共用凸轮9，并且能够尽可能抑制用于对各平衡浮子8进行驱动的驱动动力。

此外，磁热泵装置的整体结构也不限于实施例，能够在不脱离本发明主旨的范围内进行各种改变，这是自不待言的。

(符号说明)

1磁热泵装置

2磁热泵用amr

3壳体

6永磁体(磁场改变装置)

7旋转件(磁场改变装置)

8平衡浮子(热介质移动装置)

9凸轮(热介质移动装置)

11a、11b磁工作件

12导管

13磁工作物质

14高温端

16低温端

19、22外部热交换器

21、23循环泵

24、26热交换器

27第一外部热介质循环回路

28第二外部热介质循环回路

m电动机。