固态制冷装置的制作方法

文档序号:32336412发布日期:2022-11-26 02:08阅读:269来源:国知局
固态制冷装置的制作方法

1.本公开涉及一种固态制冷装置。


背景技术:

2.在专利文献1的磁制冷装置中,多个磁制冷部串联连接在输送热介质的主流路上。在主流路上连接有旁路一个磁制冷部的旁路流路。在旁路流路上设置有阀。在磁制冷装置中,主流路的热介质通过输送机构来往复流动。在阀将旁路流路关闭的状态下,进行热介质依次流过多个磁制冷部的工作。在阀将旁路流路打开的状态下,进行热介质流过一个磁制冷部、旁路另一个磁制冷部的工作。
3.专利文献1:日本公开专利公报特开2012-255642号公报


技术实现要素:

4.-发明要解决的技术问题-
5.在专利文献1所述的磁制冷装置中,热介质贮存在旁路流路中。当热介质在主流路中往复流动时,若贮存在旁路流路中的热介质与被输送的热介质混合,就会产生热介质的热损失。
6.本公开的目的在于,在固态制冷装置特别是磁制冷装置中,抑制因被输送的热介质与贮存在旁路流路中的热介质混合而引起的热介质的热损失。
7.-用以解决技术问题的技术方案-
8.第一方面为一种固态制冷装置,其特征在于:
9.包括多个固态制冷部m、热介质回路c以及输送机构20,所述固态制冷部m具有对外部能量发挥热效应的固态制冷剂物质11、和使该固态制冷剂物质11诱发热效应的诱发部12,
10.在所述热介质回路c中连接有所述多个固态制冷部m,
11.所述输送机构20输送所述热介质回路c的热介质,其特征在于:
12.所述热介质回路c具有第一流路40、第二流路50以及至少一个旁路机构b,
13.在所述第一流路40中所述多个固态制冷部m分别串联连接,并且所述第一流路40将已由所述输送机构20输送来的热介质供向第一热交换部31、33、34,
14.在所述第二流路50中所述多个固态制冷部m分别串联连接,并且所述第二流路50将已由所述输送机构20输送来的热介质供向第二热交换部32、33、34,
15.所述至少一个旁路机构b与所述第一流路40和所述第二流路50中的至少一者相连接,并且对所述热介质在所述固态制冷部m中流动的工作和该热介质旁路该固态制冷部m的工作进行切换。
16.在第一方面中,能够由旁路机构b对热介质在固态制冷部m中流动的流路、和热介质旁路固态制冷部m的流路进行切换。若设置旁路机构b,热介质则会贮存在旁路流路中。在第一方面中,设置有将热介质供向第一热交换部31、33、34的第一流路40、和将热介质供向
第二热交换部32、33、34的第二流路50。因此,例如在热介质贮存在第一流路40的旁路流路中的情况下,供向第二热交换部32、33、34的热介质和贮存在第一流路40的旁路流路中的热介质不会混合。同样地,例如在热介质贮存在第二流路50的旁路流路中的情况下,供向第一热交换部31、33、34的热介质和贮存在第二流路50的旁路流路中的热介质不会混合。因此,能够抑制被输送的热介质与贮存在旁路流路中的热介质混合而引起的热介质的热损失。
17.第二方面在第一方面的基础上,其特征在于:
18.所述旁路机构b与所述第一流路40和所述第二流路50两流路相连接,并且所述旁路机构b对应于所有的所述多个固态制冷部m而设。
19.在第二方面中,所有的固态制冷部m分别设置有旁路机构b。因此,就各旁路机构b而言,能够对热介质在固态制冷部m中流动的流路、和该热介质旁路固态制冷部m的流路分别进行切换。因此,能够对固态制冷装置1的能力进行细致的调节。
20.第三方面在第一或第二方面的基础上,其特征在于:所述多个固态制冷部是分别具有磁工质11和磁场调制部12的多个磁制冷部m,所述磁工质11作为所述固态制冷剂物质,所述磁场调制部12作为所述诱发部对该磁工质11赋予磁场波动。
21.换句话说,第三个方面的磁制冷装置包括多个磁制冷部m、热介质回路c、输送机构20,
22.所述多个磁制冷部m具有磁工质11、和对该磁工质11赋予磁场波动的磁场调制部12,
23.所述热介质回路c中连接有所述磁制冷部m,
24.所述输送机构20输送所述热介质回路c的热介质,其特征在于:
25.所述热介质回路c具有第一流路40、第二流路50以及至少一个旁路机构b,
26.在所述第一流路40中,所述多个磁制冷部m分别串联连接,并且所述输送机构20所输送的热介质被供向第一热交换部31、33、34,
27.在所述第二流路50中,所述多个磁制冷部m分别串联连接,并且所述输送机构20所输送的热介质被供向第二热交换部32、33、34,
28.所述至少一个旁路机构b与所述第一流路40和所述第二流路50中的至少一者相连接,并且对所述热介质在所述磁制冷部m中流动的工作和该热介质旁路该磁制冷部m的工作进行切换。
29.在第三方面中,能够由旁路机构b对热介质在磁制冷部m中流动的流路、和热介质旁路磁制冷部m的流路进行切换。若设置旁路机构b,热介质则会贮存在旁路流路中。在第一方面中,设置有将热介质供向第一热交换部31、33、34的第一流路40、和将热介质供向第二热交换部32、33、34的第二流路50。因此,例如在热介质贮存在第一流路40的旁路流路中的情况下,供向第二热交换部32、33、34的热介质和贮存在第一流路40的旁路流路中的热介质不会混合。同样地,例如在热介质贮存在第二流路50的旁路流路中的情况下,供向第一热交换部31、33、34的热介质和贮存在第二流路50的旁路流路中的热介质不会混合。因此,能够抑制被输送的热介质与贮存在旁路流路中的热介质混合而引起的热介质的热损失。
30.第四方面在第三方面的基础上,
31.所述多个磁制冷部m分别是具有居里温度从其低温端到其高温端居里温度依次升高的多种磁工质11的级联式。
32.在第四方面中,能够一边使热介质从级联式的磁制冷部m的低温端流向高温端,一边在该磁制冷部m中对热介质进行加热。在该情况下,能够提升磁制冷部m的各种磁工质11的磁热效应,能够增大热介质的加热能力。或者,能够一边使热介质从级联式的磁制冷部m的高温端流向低温端,一边利用该磁制冷部m对热介质进行冷却。在该情况下,能够提升磁制冷部m的各种磁工质11的磁热效应,能够增大热介质的冷却能力。
33.本公开的第五方面在第四方面的基础上,其特征在于:
34.在所述第一流路40和所述第二流路50上,所述多个磁制冷部m串联连接,以使所述多个磁制冷部m各自的居里温度的平均值依次升高。
35.在第五方面中,能够一边使热介质按照从居里温度的平均值低的磁制冷部m向居里温度的平均值高的磁制冷部m的顺序流动,一边在这些磁制冷部m中对热介质进行加热。在该情况下,能够提升各磁制冷部m的磁热效应,能够增大热介质的加热能力。或者,能够一边使热介质按照从居里温度的平均值高的磁制冷部m向居里温度的平均值低的磁制冷部m的顺序流动,一边在这些磁制冷部m中对热介质进行冷却。在该情况下,能够提升各磁制冷部m的磁热效应,能够增大热介质的冷却能力。
36.第六方面在第三方面的基础上,其特征在于:
37.所述多个磁制冷部m是具有一个磁工质11的单层式,
38.在所述第一流路40和所述第二流路50上,所述多个磁制冷部m串联连接,以使所述多个磁制冷部m各个磁工质11的居里温度依次升高。
39.在第六方面中,能够一边使热介质按照居里温度低的单层式的磁制冷部m、该居里温度高的单层式的磁制冷部m的顺序流动,一边在这些磁制冷部m中对热介质进行加热。在该情况下,能够提升各磁制冷部m的磁热效应,能够增大热介质的加热能力。或者,能够一边使热介质按照居里温度高的单层式的磁制冷部m、该居里温度低的单层式的磁制冷部m的顺序流动,一边在这些磁制冷部m中对热介质进行冷却。在该情况下,能够提升各磁制冷部m的磁热效应,能够增大热介质的冷却能力。
40.第七方面在第三方面的基础上,其特征在于:
41.相邻的两个磁制冷部m的工作温度域的一部分重叠。
42.需要说明的是,这里所说的工作温度域是指在磁制冷部m的整个磁工质11中,即使少量也能够得到磁热效应的温度范围。因此,该工作温度域不依赖于单层式、级联式等磁制冷部的方式。
43.由于热介质旁路磁制冷部m,因此在与该磁制冷部m相邻的磁制冷部m中流动的热介质的温度有可能大幅地变化。而且,由于旁路磁制冷部m的热介质在该磁制冷部m中流动,在与该磁制冷部m相邻的磁制冷部m中流动的热介质的温度有可能发生较大的变化。在第七方面中,由于相邻的两个磁制冷部m的工作温度域的一部分重叠,因此能够抑制因热介质的温度伴随旁路工作的切换而变化所引起的、热介质的温度脱离磁制冷部m的工作温度域。
44.第八方面在第七方面的基础上,其特征在于:
45.所述多个磁制冷部m分别是具有从其低温端到其高温端居里温度依次升高的多种磁工质11的级联式,
46.相邻的磁制冷部m构成为具有各个端部侧的磁工质11的工作温度域的一部分或全部重叠的区域,
47.所述重叠区域的磁热效应的最大值在相邻磁制冷部m的所述端部侧的磁工质11的磁热效应最大值的平均值的1/2以上。
48.在第八方面中,在相邻的级联式磁制冷部m的端部侧的磁工质11中,这些工作温度域的重叠区域相对较大。因此,能够抑制因热介质的温度伴随旁路工作的切换而变化所引起的、热介质的温度脱离磁制冷部m的工作温度域。
49.第九方面在第七方面的基础上,其特征在于:
50.所述多个磁制冷部m是具有一种磁工质11的单层式,
51.相邻的磁制冷部m构成为具有各个磁工质11的工作温度域的一部分重叠的区域,
52.所述重叠区域的磁热效应的最大值在所述相邻的磁制冷部m各自的磁工质11的磁热效应最大值的平均值的1/2以上。
53.在第九方面中,在相邻的单层式磁制冷部m的各种磁工质11中,这些工作温度域的重叠区域相对较大。因此,能够抑制因热介质的温度伴随旁路工作的切换而变化所引起的、热介质的温度脱离磁制冷部m的工作温度域。
54.第十方面在第四或第五方面的基础上,其特征在于:
55.所述多种磁工质11包括对应于其端部的端部侧磁工质11c、11d和对应于其两端之间的中间部的中间侧磁工质11b、11e,
56.所述端部侧磁工质11c、11d的工作温度域的宽度比所述中间侧磁工质11b、11e的工作温度域的宽度宽。
57.在第十方面中,各磁制冷部m的端部侧磁工质11c、11d的工作温度域的宽度大于所述中间侧磁工质11b、11e的工作温度域的宽度。因此,能够抑制因热介质的温度伴随旁路工作的切换而变化所引起的、热介质的温度脱离磁制冷部m的端部侧磁工质11c、11d的工作温度域。
58.第十一方面在第四或第五方面的基础上,其特征在于:
59.所述多种磁工质11包括对应于其端部的端部侧磁工质11c、11d和对应于其两端之间的中间部的中间侧磁工质11b、11e,
60.所述端部侧磁工质11c、11d的磁热效应的最大值大于所述中间侧磁工质11b、11e的磁热效应的最大值。
61.在第十一方面中,各磁工质11的端部侧磁工质11c、11d的磁热效应的最大值大于中间侧磁工质11b、11e的磁热效应的最大值。因此,即使热介质的温度随着旁路工作的切换而变化,也能够通过端部侧磁工质11c、11d充分地加热或冷却该热介质,以使该热介质的温度不脱离磁制冷部m的工作温度域。
62.第十二方面在第十一方面的基础上,其特征在于:
63.所述磁场调制部12使所述端部侧磁工质11c、11d的磁通密度的变化量大于所述中间侧磁工质11b、11e的磁通密度的变化量。
64.在第十二方面中,通过使端部侧磁工质11c、11d的磁通密度的变化量大于中间侧磁工质11b、11e的磁通密度的变化量,端部侧磁工质11c、11d的磁热效应增大。
65.第十三方面在第十一或第十二方面的基础上,其特征在于:
66.所述端部侧磁工质11c、11d的绝热温度变化量或熵变化量大于所述中间侧磁工质11b、11e的绝热温度变化量或熵变化量。
67.在第十三方面中,通过使端部侧磁工质11c、11d的绝热温度变化量大于中间侧磁工质11b、11e的绝热温度变化量,端部侧磁工质11c、11d的磁热效应增大。或者,通过使端部侧磁工质11c、11d的熵变化量大于中间侧磁工质11b、11e的绝热温度变化量,端部侧磁工质11c、11d的磁热效应增大。
68.第十四方面在第十一到第十三方面中的任一方面的基础上,其特征在于:
69.所述端部侧磁工质11c、11d的重量大于所述中间侧磁工质11b、11e的重量。
70.在第十四方面中,通过使端部侧磁工质11c、11d的重量大于中间侧磁工质11b、11e的重量,端部侧磁工质11c、11d的磁热效应增大。
71.第十五方面在第十四方面的基础上,其特征在于:所述端部侧磁工质11c、11d的填充率或容积大于所述中间侧磁工质11b、11e填充率或容积。
72.在第十五方面中,通过使端部侧磁工质11c、11d的填充率大于中间侧磁工质11b、11e的填充率,端部侧磁工质11c、11d的重量变大、端部侧磁工质11c、11d的磁热效应增大。或者,通过使端部侧磁工质11c、11d的容积大于中间侧磁工质11b、11e的容积,端部侧磁工质11c、11d的重量变大、端部侧磁工质11c、11d的磁热效应增大。
73.第十六方面在第一到第十五方面中任一方面的基础上,其特征在于:在所述第一流路40和所述第二流路50中的至少一个流路上设置有蓄热部81、82、84、85,已将所述固态制冷部旁路,特别是所述磁制冷部m旁路的热介质在该蓄热部81、82、84、85中流动。
74.在第十六方面中,旁路磁制冷部m的热介质流过蓄热部81、82、84、85。在蓄热部81、82、84、85中蓄积热介质的热能和/或冷能。这样一来,即使热介质的温度随着旁路的切换而变化,也能够通过蓄热部81、82、84、85来抑制流过下一个磁制冷部m的热介质的急剧温度变化。若流过磁制冷部m的热介质的温度变化变小,则能够抑制热介质的温度脱离磁制冷部m的工作温度域。
75.在第十七方面中,多个磁制冷部m包括一部分磁制冷部即第三磁制冷部ml、mh和除此以外的其他磁制冷部即第四磁制冷部mm,所述第三磁制冷部ml,mh的磁工质11的工作温度域大于所述第四磁制冷部mm的磁工质11的工作温度域。
76.在第十七方面中,通过加宽第三磁制冷部ml,mh的磁工质11的工作温度域,能够减少第三磁制冷部ml,mh的磁工质11的数量。具体而言,可以将第三磁制冷部ml、mh形成为单层式,或者减少级联式的第三磁制冷部ml、mh的磁工质11的数量。这样一来,能够实现第三磁制冷部ml、mh的构造简化、低成本化。
77.第十八方面在第十七方面的基础上,其特征在于:
78.所述第三磁制冷部ml,mh的磁工质11的量大于所述第四磁制冷部mm的磁工质11的量。
79.当第三磁制冷部ml,mh的磁工质11的工作温度域增大时,存在第三磁制冷部ml,mh的磁热效应降低的倾向。在第十八方面中,通过增加第三磁制冷部ml,mh的磁工质11的量,能够提升第三磁制冷部ml,mh的放热能力和吸热能力。
80.第十九方面在第十七或第十八方面的基础上,其特征在于:
81.所述旁路机构b对应于所述第三磁制冷部ml、mh而设。
82.若减少第三磁制冷部ml,mh的磁工质11的数量,则存在第三磁制冷部ml,mh的效率降低的可能性。在第十九方面中,通过设置与第三磁制冷部ml、mh对应的旁路机构b,能够在
必要时辅助地使用第三磁制冷部ml、mh。在不使第三磁制冷部ml、mh工作时,通过使热介质旁路第三磁制冷部ml、mh,能够降低压力损失。
83.第二十方面在第十七到第十九方面中的任一方面的基础上,其特征在于:在所述固态制冷装置的运转过程中,所述热介质的温度达到所述第三磁制冷部ml、mh整体的工作温度域的频率低于所述热介质的温度达到所述第四磁制冷部mm整体的工作温度域内的频率。
84.在第二十方面中,在固态制冷装置的运转过程中,热介质的温度达到第三磁制冷部ml、mh整体的工作温度域的频率较低。因此,即使减少第三磁制冷部ml、mh的磁工质11的数量,在考虑到固态制冷装置的全部运转的情况下,运转效率降低的影响也变小。
85.第二十一方面在第十七到第二十方面中的任一方面的基础上,其特征在于:
86.所述第四磁制冷部mm整体的工作温度域为中温域,
87.所述第三磁制冷部ml、mh整体的工作温度域为低温域或高温域。
88.此处,“低温域”、“中温域”以及“高温域”的定义如下。将作为多个磁制冷部m整体的工作温度域以相同的温度宽度划分为三个域。在该情况下,将温度最低的温度域设为“低温域”,将温度最高的温度域设为“高温域”,将低温域与高温域之间的温度域设为“中温域”。
89.在第二十一方面中,第三磁制冷部ml、mh整体的工作温度域为低温域或高温域。这样一来,热介质的温度达到第三磁制冷部ml、mh整体的工作温度域的频率低于达到第四磁制冷部mm的频率。
90.第二十二方面在第十七到第二十一方面中的任一方面的基础上,其特征在于:所述第三磁制冷部ml、mh设置在所述多个磁制冷部m的端部附近。
91.在第二十二方面中,第三磁制冷部ml、mh设置在多个磁制冷部m的端部附近。这样一来,热介质的温度达到第三磁制冷部ml、mh整体的工作温度域的频率降低。
92.第二十三方面在第二十二方面的基础上,其特征在于:
93.所述第三磁制冷部ml、mh分别设置在所述多个磁制冷部m的两端。
94.在第二十三方面中,第三磁制冷部ml、mh分别设置在多个磁制冷部m的两端。这样一来,热介质的温度达到各个第三磁制冷部ml、mh整体的工作温度域的频率降低。
95.第二十四方面在第十七到第二十三方面中的任一方面的基础上,其特征在于:
96.所述第三磁制冷部ml、mh设置在构成所述第一热交换部31、33、34和所述第二热交换部32、33、34中的至少一者的室外热交换器34附近。
97.在室外热交换器34中流动的热介质的温度因室外空气温度的影响而大幅地变化。在第二十四方面中,由于第三磁制冷部ml、mh设置在室外热交换器34的附近,因此热介质的温度达到第三磁制冷部ml、mh的整体的工作温度域的频率降低。
98.第二十五方面在第二十四方面的基础上,其特征在于:所述第三磁制冷部ml、mh与所述室外热交换器34相邻而设。
99.在室外热交换器34中流动的热介质的温度因室外空气温度的影响而大幅地变化。在第二十五方面中,由于第三磁制冷部ml、mh与室外热交换器34相邻而设,因此热介质的温度达到第三磁制冷部ml、mh整体的工作温度域的频度减少。
附图说明
100.图1是第一实施方式的磁制冷装置的管道系统图;
101.图2是表示第一实施方式的磁制冷装置的控制器与其他设备之间的关系的方框图;
102.图3是表示第一实施方式的第一磁制冷部和第二磁制冷部各自的磁工质的特性的曲线图;
103.图4是表示第一实施方式的相邻磁工质的特性的曲线图;
104.图5是加上了第一实施方式的正常加热工作中的热介质的流动情况的图,其对应于图1;
105.图6是加上了第一实施方式的正常冷却工作中的热介质的流动情况的图,其对应于图1;
106.图7是加上了第一实施方式的第一旁路加热工作中的热介质的流动情况的图,其对应于图1;
107.图8是加上了第一实施方式的第二旁路加热工作中的热介质的流动情况的图,其对应于图1;
108.图9是加上了第一实施方式的第一旁路冷却工作中的热介质的流动情况的图,其对应于图1;
109.图10是加上了第一实施方式的第二旁路冷却工作中的流动的图,其对应于图1;
110.图11是表示第二实施方式的第一磁制冷部和第二磁制冷部各自的磁工质的特性的曲线图;
111.图12是第三实施方式的磁制冷装置的管道系统图;
112.图13是第三实施方式的变形例1的磁制冷装置的管道系统图;
113.图14是第三实施方式的变形例2的磁制冷装置的管道系统图;
114.图15是第四实施方式的磁制冷装置的管道系统图;
115.图16是加上了第四实施方式的第一工作中的热介质的流动情况的图,其对应于图15;
116.图17是加上了第四实施方式的第二工作中的热介质的流动情况的图,其对应于图15;
117.图18是加上了第四实施方式的第三工作中的热介质的流动情况的图,其对应于图15;
118.图19是加上了第四实施方式的第四工作中的热介质的流动情况的图,其对应于图15;
119.图20是变形例a的磁制冷装置的管道系统图;
120.图21是变形例b的磁制冷装置的管道系统图;
121.图22是变形例c的磁制冷装置的管道系统图;
122.图23是变形例d的磁制冷装置的管道系统图;
123.图24是变形例e的磁制冷装置的管道系统图;
124.图25是变形例f的磁制冷装置的相当于图3的图;
125.图26是第五实施方式的磁制冷装置的管道系统图;
126.图27是加上了第五实施方式的第一工作中的热介质的流动情况的图,其对应于图26;
127.图28是加上了第五实施方式的第二工作中的热介质的流动情况的图,其对应于图26;
128.图29是加上了第五实施方式的第三工作中的热介质的流动情况的图,其对应于图26;
129.图30是加上了第五实施方式的第四工作中的热介质的流动情况的图,其对应于图26;
130.图31是表示第五实施方式所涉及的磁制冷装置的各种运转的温度范围和多个磁制冷部的特性之间的关系的示意图;
131.图32是第六实施方式的磁制冷装置的管道系统图;
132.图33是加上了第六实施方式的第一工作中的热介质的流动情况的图,其对应于图32;
133.图34是加上了第六实施方式的第二工作中的热介质的流动情况的图,其对应于图32;
134.图35是加上了第六实施方式的第三工作中的热介质的流动情况的图,其对应于图32;
135.图36是加上了第六实施方式的第四工作中的热介质的流动情况的图,其对应于图32;
136.图37是表示变形例g的磁制冷装置的各种运转的温度范围的示意图;
137.图38是变形例h的磁制冷装置的管道系统图;
138.图39是表示变形例h的磁制冷装置的各种运转的温度范围的示意图;
139.图40是变形例i的磁制冷装置的管道系统图;
140.图41是表示变形例i的磁制冷装置的各种运转的温度范围的示意图。
具体实施方式
141.下面,参照附图对本公开的实施方式进行说明。需要说明的是,以下的实施方式是本质上优选的示例,并没有对本发明,其应用对象或其用途的范围加以限制的意图。
142.(第一实施方式)
143.本实施方式的磁制冷装置1利用磁热效应来调节热介质的温度。磁制冷装置1例如能够用于空调装置。磁制冷装置1是利用热效应来调节热介质的温度的固态制冷装置。
144.如图1所示,磁制冷装置1包括供填充热介质的热介质回路c。在热介质回路c中,输送所填充的热介质。热介质包含例如制冷剂、水、盐水等。
145.磁制冷装置1主要包括作为固态制冷部的多个磁制冷部m、输送机构20、第一热交换器31以及第二热交换器32。多个磁制冷部m、输送机构20、第一热交换器31以及第二热交换器32与热介质回路c连接。
146.〈磁制冷部〉
147.多个磁制冷部m由第一磁制冷部m1和第二磁制冷部m2构成。需要说明的是,在以下的说明中,有时将第一磁制冷部m1和第二磁制冷部m2统称,而仅称为磁制冷部m。
148.磁制冷部m包括床(bed)10、作为固态制冷剂物质的磁工质11和磁场调制部12。床10是中空状的壳体或柱子。床10的内部填充有磁工质11。在床10的内部形成有供热介质往复流动的内部流路13。
149.通过对磁工质11施加磁场或使所施加的磁场增强,磁工质11发热。当磁场被除去,或所施加的磁场减弱时,磁工质11吸热。磁工质11的材料例如能够采用gd5(ge
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0.9
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0.1
)等。
150.本实施方式的磁制冷部m为级联式。磁制冷部m具有居里温度不同的多种磁工质11(详细情况后述)。
151.磁场调制部12是诱发作为固态制冷剂物质的磁工质11产生热效应的诱发部。磁场调制部12对磁工质11赋予磁场波动。磁场调制部12对施加给磁工质11的磁场的强度进行调节。磁场调制部12例如由可调制磁场的电磁铁构成。磁场调制部12进行第一调制工作和第二调制工作。在第一调制工作中,对磁工质11施加磁场,或加强所施加的磁场。在第二调制工作中,除去施加给磁工质11的磁场,或减弱所施加的磁场。
152.〈输送机构〉
153.输送机构20往返地输送热介质回路c的热介质。输送机构20包括往复式泵21。往复式泵21由活塞泵构成。往复式泵21具有泵壳体22、活塞23以及驱动机构(省略图示)。活塞23布置在泵壳体22的内部。活塞23将泵壳体22的内部分隔为两个室。在往复式泵21上设置有第一开口24和第二开口25。泵壳体22的一个室与第一开口24连通,另一个室与第二开口25连通。
154.驱动机构具有与活塞23相连结的杆、与该杆相连结的曲轴以及驱动该曲轴的电动机。当电动机驱动曲轴旋转时,杆便会前进、后退。这样一来,活塞23便会在泵壳体22内做往复运动。
155.输送机构20反复交替地进行第一输送工作和第二输送工作。在图5所示的第一输送工作中,活塞23向第一开口24侧移动。这样一来,泵壳体22内的热介质便从第一开口24喷出。同时,热介质被从第二开口25吸入泵壳体22内。在图6所示的第二输送工作中,活塞23向第二开口25侧移动。这样一来,泵壳体22内的热介质便从第二开口25喷出。同时,热介质被从第一开口24吸入泵壳体22内。
156.〈第一热交换器和第二热交换器〉
157.第一热交换器31和第二热交换器32使在热介质回路c中流动的热介质与作为对象的流体进行热交换。在本实施方式中,第一热交换器31和第二热交换器32由空气热交换器构成。第一热交换器31和第二热交换器32使热介质回路c的热介质与空气进行热交换。
158.第一热交换器31构成低温侧热交换器。换句话说,第一热交换器31是将热量从空气夺给热介质的吸热器。第二热交换器32构成高温侧热交换器。换句话说,第二热交换器32是将热量从热介质释放给空气的放热器。第一热交换器31对应于本公开的第一热交换部。第二热交换器32对应于本公开的第二热交换部。
159.〈热介质回路〉
160.热介质回路c主要包括第一流路40、第二流路50、第一输送流路61以及第二输送流路62。热介质回路c包括多个旁路机构b。
161.〈第一流路〉
162.第一流路40是将热介质供向第一热交换器31的流路。第一流路40的流入端与第二热交换器32的流出端相连接。第一流路40的流出端与第一热交换器31的流入端相连接。第一流路40包括第一上游流路41、第一中间流路42以及第一下游流路43。第一流路40包括各磁制冷部m1的内部流路13。在第一流路40中,第一上游流路41、第一磁制冷部m1的内部流路13、第一中间流路42、第二磁制冷部m2的内部流路13以及第一下游流路43依次相连接。
163.在第一流路40中,在各磁制冷部m的上游侧分别设置有第一止回阀cv1。在第一流路40中,在各磁制冷部m的下游侧分别设置有第二止回阀cv2。第一止回阀cv1和第二止回阀cv2允许热介质从第二热交换器32侧流向第一热交换器31侧,并禁止热介质逆向流动。
164.〈第二流路〉
165.第二流路50是将热介质供向第二热交换器32的流路。第二流路50的流入端与第一热交换器31的流出端相连接。第二流路50的流出端与第二热交换器32的流入端相连接。第二流路50包括第二上游流路51、第二中间流路52以及第二下游流路53。第二流路50包括各磁制冷部m的内部流路13。在第二流路50中,第二上游流路51、第二磁制冷部m2的内部流路13、第二中间流路52、第一磁制冷部m1的内部流路13以及第二下游流路53依次相连接。
166.在第二流路50中,在各磁制冷部m的上游侧分别设置有第三止回阀cv3。在第二流路50中,在各磁制冷部m的下游侧分别设置有第四止回阀cv4。第三止回阀cv3和第四止回阀cv4允许热介质从第一热交换器31侧流向第二热交换器32侧,并禁止热介质逆向流动。
167.第一流路40和第二流路50仅允许流向彼此相反的热介质流动。
168.〈第一输送流路〉
169.第一输送流路61的流入端与往复式泵21的第一开口24相连接。第一输送流路61的流出端连接在第二上游流路51中的第一热交换器31与第三旁路流路67的流入端之间。
170.〈第二输送流路〉
171.第二输送流路62的流入端与往复式泵21的第二开口25相连接。第二输送流路62的流出端连接在第一上游流路41中的第二热交换器32与第一旁路流路63的流入端之间。
172.〈旁路机构〉
173.多个旁路机构b由第一旁路机构b1、第二旁路机构b2、第三旁路机构b3以及第四旁路机构b4构成。旁路机构b在热介质回路c中对热介质在磁制冷部m中流动的工作和热介质旁路磁制冷部m的工作进行切换。
174.〈第一旁路机构〉
175.第一旁路机构b1与第一流路40相连接。第一旁路机构b1与第一磁制冷部m1的内部流路13相对应。第一旁路机构b1对第一流路40的热介质在第一磁制冷部m1的内部流路13中流动的流路、和第一流路40的热介质旁路第一磁制冷部m1的内部流路13的流路进行切换。
176.具体而言,第一旁路机构b1具有第一旁路流路63和第一控制阀64。第一旁路流路63的流入端连接在第一上游流路41中的第二输送流路62的连接端和第一磁制冷部m1侧的第一止回阀cv1之间。第一旁路流路63的流出端连接在第一中间流路42中的第一磁制冷部m1侧的第二止回阀cv2和第二磁制冷部m2侧的第一止回阀cv1之间。
177.第一旁路流路63包括第一上游部63a和第一下游部63b。第一旁路流路63的第一下游部63b兼用作第二旁路流路65的第二上游部65a。第一控制阀64是将第一旁路流路63打开、关闭的开关阀。第一控制阀64设置在第一上游部63a。
178.〈第二旁路机构〉
179.第二旁路机构b2与第一流路40相连接。第二旁路机构b2与第二磁制冷部m2的内部流路13相对应。第二旁路机构b2对第一流路40的热介质在第二磁制冷部m2的内部流路13中流动的流路、和第一流路40的热介质旁路第二磁制冷部m2的内部流路13的流路进行切换。
180.具体而言,第二旁路机构b2具有第二旁路流路65和第二控制阀66。第二旁路流路65的流入端连接在第一中间流路42中的第一磁制冷部m1侧的第二止回阀cv2和第二磁制冷部m2侧的第一止回阀cv1之间。第二旁路流路65的流出端连接在第一下游流路43中的第二磁制冷部m2侧的第二止回阀cv2和第一热交换器31之间。
181.第二旁路流路65包括第二上游部65a和第二下游部65b。第二控制阀66是将第二旁路流路65打开、关闭的开关阀。第二控制阀66设置在第二上游部65a。
182.〈第三旁路机构〉
183.第三旁路机构b3与第二流路50相连接。第三旁路机构b3与第二磁制冷部m2的内部流路13相对应。第三旁路机构b3对第二流路50的热介质在第二磁制冷部m2的内部流路13中流动的流路、和热介质旁路第二磁制冷部m2的内部流路13的流路进行切换。
184.具体而言,第三旁路机构b3具有第三旁路流路67和第三控制阀68。第三旁路流路67的流入端连接在第二上游流路51中的第一输送流路61的连接端和第二磁制冷部m2侧的第三止回阀cv3之间。第三旁路流路67的流出端连接在第二中间路52中的第二磁制冷部m2侧的第四止回阀cv4和第一磁制冷部m1侧的第三止回阀cv3之间。
185.第三旁路流路67包括第三上游部67a和第三下游部67b。第三旁路流路67的第三下游部67b兼用作第四旁路流路69的第四上游部69a。第三控制阀68是将第三旁路流路67打开、关闭的开关阀。第三控制阀68设置在第三上游部67a。
186.〈第四旁路机构〉
187.第四旁路机构b4与第二流路50相连接。第四旁路机构b4与第一磁制冷部m1的内部流路13相对应。第四旁路机构b4对第二流路50的热介质在第一磁制冷部m1的内部流路13中流动的流路、和第二流路50的热介质旁路第一磁制冷部m1的内部流路13的流路进行切换。
188.具体而言,第四旁路机构b4具有第四旁路流路69和第四控制阀70。第四旁路流路69的流入端连接在第二中间路52中的第二磁制冷部m2的第四止回阀cv4和第一磁制冷部m1侧的第三止回阀cv3之间。第四旁路流路69的流出端连接在第二下游流路53中的第一磁制冷部m1侧的第四止回阀cv4和第二热交换器32之间。
189.第四旁路流路69包括第四上游部69a和第四下游部69b。第四控制阀70是将第四旁路流路69打开、关闭的开关阀。第四控制阀70设置在第四下游部69a。
190.第一控制阀64、第二控制阀66、第三控制阀68以及第四控制阀70可以是流量可调节的流量调节阀。
191.〈控制器〉
192.如图2所示,磁制冷装置1包括控制器100。控制器100对磁场调制部12、输送机构20以及旁路机构b进行控制。更详细而言,控制器100根据运转指令来控制各旁路机构b的各控制阀64、66、68、70。控制器100用微型计算机、和存储用于使该微型计算机工作的软件的存储设备(具体为半导体存储器)来构成。
193.〈磁工质的详情〉
194.第一磁制冷部m1和第二磁制冷部m2分别为级联式。第一磁制冷部m1和第二磁制冷部m2具有居里温度不同的多种(在本示例中为三种)磁工质11。居里温度是磁工质11的磁热效应最高的温度。级联式磁制冷部m中的磁工质11的数量可以是两个或四个以上。
195.如图3所示,在第二磁制冷部m2中,从低温端向高温端依次排列有第一磁工质11a、第二磁工质11b以及第三磁工质11c。在第一磁制冷部m1中,从低温端到高温端依次排列有第四磁工质11d、第五磁工质11e以及第六磁工质11f。在图3中,曲线a表示第一磁工质11a的工作温度域,曲线b表示第二磁工质11b的工作温度域,曲线c表示第三磁工质11c的工作温度域,曲线d表示第四磁工质11d的工作温度域,曲线e表示第五磁工质11e的工作温度域,曲线f表示第六磁工质11f的工作温度域。
196.若将第一磁工质11a的居里温度设为tc1、第二磁工质11b的居里温度设为tc2、第三磁工质11c的居里温度设为tc3、第四磁工质11d的居里温度设为tc4、第五磁工质11e的居里温度设为tc5、第六磁工质11f的居里温度设为tc6,则满足tc1<tc2<tc3<tc4<tc5<tc6的关系。
197.在第一流路40和第二流路50中,多个(本例中为两个)磁制冷部m串联连接,以使这些磁制冷部m的居里温度的平均值依次升高。具体而言,第一磁制冷部m1的居里温度的平均值t1比第二磁制冷部m2的居里温度的平均值t2高。在本例中,t1由关系式t1=(tc4+tc5+tc6)/3表示。t2由关系式t2=(tc1+tc2+tc3)/3表示。
198.在热介质回路c中,相邻的磁制冷部m的工作温度域的一部分重叠。具体而言,第二磁制冷部m2的第三磁工质11c的工作温度域与第一磁制冷部m1的第四磁工质11d的工作温度域的一部分重叠。第三磁工质11c是第二磁制冷部m2的端部侧的磁工质。第四磁工质11d是第一磁制冷部m1的端部侧的磁工质。更详细而言,第一磁制冷部m1和第二磁制冷部m2被构成为满足以下关系。
199.在第一磁制冷部m1和第二磁制冷部m2中,请注意彼此相邻的端部侧的磁工质(第三磁工质11c和第四磁工质11d)。将对应于第三磁工质11c的居里温度tc3的磁热效应设为em2,将对应于第四磁工质11d的居里温度tc4的磁热效应设为em1。em2是第三磁工质11c的磁热效应的最大值。em1是第四磁工质11d的磁热效应的最大值。将em1和em2的平均值设为eave。将第三磁工质11c的工作温度域与第四磁工质11d的工作温度域重叠的区域a中的磁热效应的最大值设为ep。在图4中,给该重叠的区域a加上了斜线。
200.在本例中,磁热效应ep在em1和em2的平均值eave的1/2以上。换句话说,第一磁制冷部m1和第二磁制冷部m2被构成为满足下式(1)。
201.ep≥((em1+em2)/2)
×
(1/2)
······
(1)
202.在本例中,相邻的端部侧的磁工质11c、11d的工作温度域的一部分彼此重叠。然而,相邻的端部侧的磁工质11c、11d的工作温度域也可以彼此全部重叠。在该情况下,相邻的磁制冷部m也满足上式(1)。
203.-运转工作-
204.参照图5~图10说明磁制冷装置1的运转工作。需要说明的是,在图5以后的附图中,省略了磁场调制部12的图示。磁制冷装置1反复交替地进行加热工作和冷却工作。加热工作包括正常加热工作、第一旁路加热工作、第二旁路加热工作。冷却工作包括正常冷却工作、第一旁路加热工作、第二旁路加热工作。在磁制冷装置1的正常运转中,反复交替地进行
正常加热工作和正常冷却工作。第一旁路加热工作、第二旁路加热工作、第一旁路冷却工作以及第二旁路冷却工作根据磁制冷装置1的热负荷、运转条件、必要能力等适当地进行。需要说明的是,在以下的说明中,有时也将第一旁路加热工作、第二旁路加热工作、第一旁路冷却工作以及第二旁路冷却工作统称为旁路工作。
205.〈正常加热工作〉
206.在图5所示的正常加热工作中,第一磁制冷部m1和第二磁制冷部m2各部的磁场调制部12进行第一调制工作。输送机构20进行第一输送工作。控制器100将第一控制阀64、第二控制阀66、第三控制阀68以及第四控制阀70关闭。
207.在正常加热工作中,在第二流路50中流动的热介质被第一磁制冷部m1和第二磁制冷部m2加热。被加热后的热介质被供给到放热器即第二热交换器32。在第二热交换器32中,热介质向空气放热。需要说明的是,在附图中,对成为放热器的热交换器加上了斜线。
208.更详细而言,从往复式泵21的第一开口24喷出的温度较低的热介质依次流过第一输送流路61、第二上游流路51、第二磁制冷部m2的内部流路13。在第二磁制冷部m2中,热介质按照第一磁工质11a、第二磁工质11b以及第三磁工质11c的顺序被加热。在第二磁制冷部m2中,磁工质11a、11b、11c的居里温度从低温端到高温端依次升高。因此,在第二磁制冷部m2中,能够在磁工质11a、11b、11c中得到较大的磁热效应。
209.在第二磁制冷部m2中被加热后的热介质依次流过第二中间路52、第一磁制冷部m1的内部流路13。在第一磁制冷部m1中,热介质按照第四磁工质11d、第五磁工质11e以及第六磁工质11f的顺序被加热。在第一磁制冷部m1中,磁工质11d、11e、11f的居里温度从低温端到高温端依次升高。因此,在第一磁制冷部m1中,能够在磁工质11d、11e、11f中得到较大的磁热效应。
210.在第一磁制冷部m1中被加热后的热介质依次流过第二下游流路53、第二热交换器32。在第二热交换器32中,热介质向空气放热,空气被加热。在第二热交换器32中放热后的热介质流过第二输送流路62,被吸入往复式泵21的第二开口25。
211.〈正常冷却工作〉
212.在图6所示的正常冷却工作中,第一磁制冷部m1和第二磁制冷部m2各部的磁场调制部12进行第二调制工作。输送机构20进行第二输送工作。控制器100将第一控制阀64、第二控制阀66、第三控制阀68以及第四控制阀70关闭。
213.在正常冷却工作中,在第一流路40中流动的热介质被第一磁制冷部m1和第二磁制冷部m2冷却。被冷却后的热介质被供给到吸热器即第一热交换器31。在第一热交换器31中,热介质从空气吸热。需要说明的是,在附图中,给成为吸热器的热交换器加上了圆点。
214.更详细而言,从往复式泵21的第二开口25喷出的温度较高的热介质依次流过第二输送流路62、第一上游流路41、第一磁制冷部m1。在第一磁制冷部m1中,热介质按照第六磁工质11f、第五磁工质11e以及第四磁工质11d的顺序被冷却。在第一磁制冷部m1中,磁工质11d、11e、11f的居里温度从高温端到低温端依次变低。因此,在第一磁制冷部m1中,能够在磁工质11d、11e、11f中得到较大的磁热效应。
215.在第一磁制冷部m1中被冷却后的热介质依次流过第一中间流路42、第二磁制冷部m2的内部流路13。在第二磁制冷部m2中,热介质按照第三磁工质11c、第二磁工质11b以及第一磁工质11a的顺序被冷却。在第二磁制冷部m2中,磁工质11a、11b、11c的居里温度从高温
端到低温端依次变低。因此,在第二磁制冷部m2中,能够在磁工质11a、11b、11c中得到较大的磁热效应。
216.在第二磁制冷部m2中被冷却后的热介质依次流过第一下游流路43、第一热交换器31。在第一热交换器31中,热介质从空气吸热,空气被冷却。在第一热交换器31中吸热后的热介质流过第一输送流路61,被吸入往复式泵21的第一开口24。
217.〈第一旁路加热工作〉
218.在图7所示的第一旁路加热工作中,第一磁制冷部m1的磁场调制部12进行第一调制工作。第二磁制冷部m2实质上不起作用。输送机构20进行第一输送工作。控制器100将第一控制阀64、第二控制阀66、第四控制阀70,并打开第三控制阀68关闭。
219.在第一旁路加热工作中,流过第二流路50的热介质将第二磁制冷部m2旁路。具体而言,第二上游流路51的热介质依次流过第三旁路流路67、第二中间流路52、第一磁制冷部m1。在第一磁制冷部m1中被加热后的热介质流过第二下游流路53,在第二热交换器32中向空气放热。
220.在第一旁路加热工作中,在已将第三控制阀68打开的状态下,几乎不会出现第二上游流路51的热介质流过第二磁制冷部m2的情况。这是由于第二磁制冷部m2的内部流路13中填充有磁工质11,因此内部流路13的流路阻力非常高之故。
221.〈第二旁路加热工作〉
222.在图8所示的第二旁路加热工作中,第二磁制冷部m2的磁场调制部12进行第一调制工作。第一磁制冷部m1实质上不起作用。输送机构20进行第一输送工作。控制器100将第一控制阀64、第二控制阀66、第三控制阀68,并打开第四控制阀70关闭。
223.在第二旁路加热工作中,流过第二流路50的热介质旁路第一磁制冷部m1。具体而言,第二上游流路51的热介质在第二磁制冷部m2中被加热后,流过第二中间流路52、第四旁路流路69、第二下游流路53,在第二热交换器32中向空气放热。
224.在第二旁路加热工作中,在已将第四控制阀70打开的状态下,几乎不会出现第二中间路52的热介质流过第一磁制冷部m1的情况。这是由于第一磁制冷部m1的内部流路13中填充有磁工质11,因此内部流路13的流路阻力非常高之故。
225.〈第一旁路冷却工作〉
226.在图9所示的第一旁路冷却工作中,第二磁制冷部m2的磁场调制部12进行第二调制工作。第一磁制冷部m1实质上停止。输送机构20进行第二输送工作。控制器100将第二控制阀66、第三控制阀68、第四控制阀70,并打开第一控制阀64关闭。
227.在第一旁路冷却工作中,流过第一流路40的热介质旁路第一磁制冷部m1。具体而言,第一上游流路41的热介质依次流过第一旁路流路63、第一中间流路42、第二磁制冷部m2。在第二磁制冷部m2被冷却后的热介质流过第一下游流路43,在第一热交换器31中从空气吸热。
228.在第一旁路冷却工作中,在已将第一控制阀64打开的状态下,几乎不会出现第一上游流路41的热介质流过第一磁制冷部m1的情况。这是由于第一磁制冷部m1的内部流路13中填充有磁工质11,因此内部流路13的流路阻力非常高之故。
229.〈第二旁路冷却工作〉
230.在图10所示的第二旁路冷却工作中,第一磁制冷部m1的磁场调制部12进行第二调
制工作。第二磁制冷部m2实质上停止。输送机构20进行第二输送工作。控制器100将第一控制阀64、第三控制阀68、第四控制阀70,并打开第二控制阀66关闭。
231.在第二旁路冷却工作中,流过第一流路40的热介质旁路第二磁制冷部m2。具体而言,第一上游流路41的热介质在第一磁制冷部m1中被冷却后,流过第一中间流路42、第二旁路流路65、第一下游流路43,在第一热交换器31中从空气吸热。
232.在第二旁路冷却工作中,在已将第二控制阀66打开的状态下,几乎不会出现第一中间流路42的热介质流过第二磁制冷部m2的情况。这是由于第二磁制冷部m2的内部流路13中填充有磁工质11,因此内部流路13的流路阻力非常高之故。
233.-第一实施方式的效果-
234.在第一实施方式中起到以下的作用和效果。
235.〈旁路机构〉
236.磁制冷装置1包括旁路机构b,该旁路机构b对热介质在磁制冷部m中流动的流路和热介质旁路磁制冷部m的流路进行切换。因此,在加热工作中,通过不在某个磁制冷部m中加热热介质,能够调节整个磁制冷装置1的加热能力。在冷却工作中,通过不在某个磁制冷部m中冷却热介质,能够调节整个磁制冷装置1的冷却能力。
237.在磁制冷装置1中,在第一流路40和第二流路50两者中,对应于所有的磁制冷部m设置有旁路机构b。具体而言,在第一流路40上设置有与第一磁制冷部m1对应的第一旁路机构b1。在第一流路40上设置有与第二磁制冷部m2对应的第二旁路机构b2。在第二流路50上设置有与第二磁制冷部m2对应的第三旁路机构b3。在第二流路50上设置有与第一磁制冷部m1对应的第四旁路机构b4。因此,在加热工作中,能够适当地切换上述的正常加热工作、第一旁路加热工作以及第二旁路加热工作,能够对整个磁制冷装置1的加热能力进行细致的调节。在冷却工作中,能够适当地切换上述的正常冷却工作、第一旁路冷却工作以及第二旁路冷却工作,能够对整个磁制冷装置1的冷却能力进行细致的调节。
238.〈第一流路和第二流路〉
239.若设置旁路机构b,热介质有时则会贮存在旁路流路63、65、67、69中。具体而言,例如在图8所示的第二旁路加热工作中,温度较高的热介质会贮存在第四旁路流路69中。在该状态下,即使进行例如图6所示的正常冷却工作,热介质也不流过第二流路50,而流过第一流路40。因此,在正常冷却工作中,供向第一热交换器31的热介质不会与贮存在第四旁路流路69中的热介质混合。因此,能够抑制这样的热介质的混合所造成的热损失。
240.具体而言,例如在图10所示的第二旁路冷却工作中,温度较低的热介质会贮存在第二旁路流路65中。在该状态下,即使进行例如图5所示的正常加热工作,热介质也不流过第一流路40,而流过第二流路50。因此,在正常加热工作中,供向第二热交换器32的热介质不会与贮存在第二旁路流路65中的热介质混合。因此,能够抑制这样的热介质的混合所造成的热损失。
241.〈居里温度〉
242.在第一流路40和第二流路50上,多个(本例中为两个)磁制冷部m串联连接,以使多个磁制冷部m的居里温度的平均值依次升高。具体而言,如图3所示,第二磁制冷部m2的所有的磁工质11的居里温度的平均值t2高于第一磁制冷部m1的所有的磁工质11的居里温度的平均值t1。在正常加热工作中,由于第二流路50的热介质依次流过第二磁制冷部m2、第一磁
制冷部m1,所以能够使流过各磁制冷部m的热介质的温度接近它们的居里温度的平均值。因此,能够增大各磁制冷部m的磁热效应,能够增大加热能力。
243.在冷却工作中,由于第一流路40的热介质依次流过第一磁制冷部m1、第二磁制冷部m2,所以能够使流过各磁制冷部m的热介质的温度接近它们的居里温度的平均值。因此,能够增大各磁制冷部m的磁热效应,能够增大冷却能力。
244.各磁制冷部m是具有居里温度从其低温端到其高温端依次升高的多种磁工质11的级联式。因此,在加热工作中,第二流路50的热介质依次从各磁制冷部m的低温端流向高温端,从而能够使流过各磁工质11的热介质的温度接近它们的居里温度。因此,能够增大各磁工质11的磁热效应,能够增大加热能力。
245.在冷却工作中,第一流路40的热介质依次从各磁工质11的高温端流向低温端,从而能够使流过各磁工质11的热介质的温度接近它们的居里温度。因此,能够增大各磁工质11的磁热效应,能够增大冷却能力。
246.〈工作温度域〉
247.如图4所示,相邻的第一磁制冷部m1和第二磁制冷部m2,它们的工作温度域的一部分重叠。具体而言,针对相邻的磁制冷部m的端部侧的磁工质11c、11d的工作温度域的重叠区域a,该区域a的磁热效应的最大值ep在该相邻的端部侧的磁工质11c、11d的磁热效应的最大值的平均值eave的1/2以上。因此,即使在由于从正常工作(热介质在磁制冷部m中流动的工作)切换到旁路工作而引起的在某个磁制冷部m中流动的热介质的温度发生了变化的情况下,也能够抑制热介质的温度磁制冷部m的工作温度域。
248.具体而言,例如在图5所示的正常加热工作之后,经由规定的冷却工作,进行图7所示的第一旁路加热工作。在该情况下,第二流路50的热介质旁路第二磁制冷部m2而流过第一磁制冷部m1。因此,在第一旁路加热工作中流过第一磁制冷部m1的热介质的温度比在正常加热工作中流过第一磁制冷部m1的热介质的温度低。相对于此,第一磁制冷部m1的第四磁工质11d的工作温度域与第二磁制冷部m2的第三磁工质11c的工作温度域重叠,因此在第一旁路加热工作中,能够抑制在第一磁制冷部m1中流动的热介质的温度脱离其工作温度域。特别是,在本实施方式中,第一磁制冷部m1和第二磁制冷部m2两者的工作温度域重叠,以满足ep≥((em1+em2)/2)
×
(1/2)的关系。这样一来,在第一旁路加热工作中,能够充分地抑制流过第一磁制冷部m1的热介质的温度脱离其工作温度域。
249.同样地,例如在图6所示的正常冷却工作之后,经由规定的加热工作,进行图9所示的第一旁路冷却工作。在该情况下,第一流路40的热介质旁路第一磁制冷部m1而流过第二磁制冷部m2。因此,在第一旁路冷却工作中流过第二磁制冷部m2的热介质的温度高于在正常冷却工作中流过第一磁制冷部m1的热介质的温度。相对于此,第二磁制冷部m2的第三磁工质11c的工作温度域与第一磁制冷部m1的第四磁工质11d的工作温度域重叠,因此在第一旁路冷却工作中,能够抑制在第二磁制冷部m2中流动的热介质的温度脱离其工作温度域。特别是,在本实施方式中,第一磁制冷部m1和第二磁制冷部m2两者的工作温度域重叠,以满足ep≥((em1+em2)/2)
×
(1/2)的关系。这样一来,在第一旁路冷却工作中,能够充分地抑制流过第二磁制冷部m2的热介质的温度脱离其工作温度域。
250.根据本构成,在由于从旁路工作切换到正常工作而引起的在某个磁制冷部m中流动的热介质的温度发生了变化的情况下,也能够抑制热介质的温度脱离磁制冷部m的工作
温度域。
251.(第二实施方式)
252.在第二实施方式所涉及的磁制冷装置1中,磁制冷部m的构成与上述第一实施方式不同。
253.如图11所示,第一磁制冷部m1和第二磁制冷部m2为级联式。在第二实施方式中,第一磁制冷部m1和第二磁制冷部m2各自的磁工质11具有不同的特性。在各磁制冷部m中,多种(在本例中为三种)磁工质11中的磁工质11a、11c、11d、11f的工作温度域的宽度大于磁工质11b、11e的工作温度域的宽度。
254.具体而言,在第二磁制冷部m2中,第一磁工质11a的工作温度域的宽度wa大于第二磁工质11b的工作温度域的宽度wb。第三磁工质11c的工作温度域的宽度wc大于第二磁工质11b的工作温度域的宽度wb。
255.第二磁制冷部m2的第三磁工质11c是端部侧磁工质,其对应于相邻的另一磁制冷部(第一磁制冷部m1)侧的端部。第二磁制冷部m2的第二磁工质11b是中间侧磁工质,其对应于该第二磁制冷部m2的两端之间的中间部。
256.在第一磁制冷部m1中,第四磁工质11d的工作温度域的宽度wd大于第五磁工质11e的工作温度域的宽度we。第六磁工质11f的工作温度域的宽度wf大于第五磁工质11e的工作温度域的宽度we。
257.第一磁制冷部m1的第四磁工质11d是端部侧磁工质,其对应于相邻的另一磁制冷部(第二磁制冷部m2)侧的端部。第一磁制冷部m1的第五磁工质11e是中间侧磁工质,其对应于该第一磁制冷部m1的两端之间的中间部。
258.就这样,通过使端部侧磁工质11c、11d的工作温度域的宽度大于中间侧磁工质11b、11e的工作温度域的宽度,能够抑制在旁路工作中热介质的温度脱离磁制冷部m的工作温度域。
259.具体而言,例如在图5所示的正常加热工作之后,经由规定的冷却工作,进行图7所示的第一旁路加热工作。在该情况下,如上所述,流过第一磁制冷部m1的热介质的温度比在正常加热工作中流过第一磁制冷部m1的热介质的温度低。相对于此,由于将第一磁制冷部m1的第四磁工质11d的工作温度域设定得较宽,因此在第一旁路加热工作中,能够抑制在第一磁制冷部m1中流动的热介质的温度脱离其工作温度域。
260.同样地,例如在图6所示的正常冷却工作之后,经由规定的加热工作,进行图9所示的第一旁路冷却工作。在该情况下,如上所述,在第一旁路冷却工作中流过第二磁制冷部m2的热介质的温度高于在正常冷却工作中流过第一磁制冷部m1的热介质的温度。相对于此,由于将第二磁制冷部m2的第三磁工质11c的工作温度域设定得较宽,因此在第一旁路冷却工作中,能够充分地抑制在第二磁制冷部m2中流动的热介质的温度脱离其工作温度域。
261.根据本构成,由于从旁路工作切换到正常工作而引起的在某个磁制冷部m中流动的热介质的温度发生了变化的情况下,也能够抑制热介质的温度脱离磁制冷部m的工作温度域。
262.需要说明的是,在本实施例中,第一磁工质11a的工作温度域的宽度wa可以与第二磁工质11b的工作温度域的宽度wb相同或者比第二磁工质11b的工作温度域的宽度wb窄。第六磁工质11f的工作温度域的宽度wf可以与第五磁工质11e的工作温度域的宽度we相同或
者比第五磁工质11e的工作温度域的宽度we窄。
263.需要说明的是,在本例中,磁制冷部m也可以具有多个中间侧磁工质。在该情况下,端部侧磁工质的工作温度域大于多个中间侧磁工质中的至少一个的工作温度域即可。优选为,端部侧磁工质的工作温度域大于多个中间侧磁工质所有的工作温度域。
264.(第二实施方式的变形例)
265.第二实施方式的变形例与第二实施方式的不同之处在于磁制冷部m的构成。第二实施方式的变形例的各磁制冷部m为级联式。在各磁制冷部m中,端部侧磁工质11c、11d的磁热效应的最大值大于中间侧磁工质11b、11e的磁热效应的最大值。具体而言,第三磁工质11c的磁热效应的最大值大于第二磁性工作物质11b的磁热效应的最大值。第四磁工质11d的磁热效应的最大值大于第五磁性工作物质11e的磁热效应的最大值。
266.就这样,通过使端部侧磁工质11c、11d的磁热效应的最大值大于中间侧磁工质11b、11e的磁热效应的最大值,能够抑制热介质的温度在旁路工作中脱离磁制冷部m的工作温度域。
267.具体而言,例如在图5所示的正常加热工作之后,经由规定的冷却工作,进行图7所示的第一旁路加热工作。在该情况下,如上所述,流过第一磁制冷部m1的热介质的温度比在正常加热工作中流过第一磁制冷部m1的热介质的温度低。相对于此,第一磁制冷部m1的第四磁工质11d的磁热效应较大,因此能够利用第四磁工质11d充分地将热介质加热。其结果是,能够抑制在第一磁制冷部m1中流动的热介质的温度脱离第一磁制冷部m1的工作温度域。
268.同样地,例如在图6所示的正常冷却工作之后,经由规定的加热工作,进行图9所示的第一旁路冷却工作。在该情况下,如上所述,在第二磁制冷部m2中流动的热介质的温度高于在正常冷却工作中流过第二磁制冷部m2的热介质的温度。相对于此,第二磁制冷部m2的第三磁工质11c的磁热效应较大,因此能够利用第三磁工质11c充分地冷却热介质。其结果是,能够抑制在第二磁制冷部m2中流动的热介质的温度脱离第二磁制冷部m2的工作温度域。
269.根据本构成,由于从旁路工作切换到正常工作而引起的在某个磁制冷部m中流动的热介质的温度发生了变化的情况下,也能够抑制热介质的温度脱离磁制冷部m的工作温度域。
270.就各磁制冷部m而言,作为使端部侧磁工质11c、11d的磁热效应的最大值大于中间侧磁工质11b、11e的磁热效应的最大值的具体例,能举出以下的构成。
271.1)磁通密度的变化量
272.使端部侧磁工质11c、11d的磁通密度的变化量大于中间侧磁工质11b、11e的磁通密度的变化量。这样一来,能够使端部侧磁工质11c、11d的磁热效应的最大值大于中间侧磁工质11b、11e的磁热效应的最大值。
273.2)磁工质的绝热温度变化量δtad
274.使端部侧磁工质11c、11d的绝热温度变化量δtad大于中间侧磁工质11b、11e的绝热温度变化量δtad。这样一来,能够使端部侧磁工质11c、11d的磁热效应的最大值大于中间侧磁工质11b、11e的磁热效应的最大值。
275.3)磁工质的熵变化量δsm
276.使端部侧磁工质11c、11d的熵变化δsm大于中间侧磁工质11b、11e的熵变化δsm。这样一来,能够使端部侧磁工质11c、11d的磁热效应的最大值大于中间侧磁工质11b、11e的磁热效应的最大值。
277.4)磁工质的重量
278.使端部侧磁工质11c、11d的重量大于中间侧磁工质11b、11e的重量。这样一来,能够使端部侧磁工质11c、11d的磁热效应的最大值大于中间侧磁工质11b、11e的磁热效应的最大值。
279.作为使端部侧磁工质11c、11d的重量大于中间侧磁工质11b、11e的重量的具体例,有以下构成。
280.4-1)磁工质的填充率
281.使床10内的端部侧磁工质11c、11d的填充率大于床10内的中间侧磁工质11b、11e的填充率。这样一来,能够使端部侧磁工质11c、11d的重量大于中间侧磁工质11b、11e的重量。
282.4-2)磁工质的容积
283.使床10内的端部侧磁工质11c、11d的容积大于床10内的中间侧磁工质11b、11e的容积。这样一来,能够使端部侧磁工质11c、11d的重量大于中间侧磁工质11b、11e的重量。这里所说的容积严格地说是包含在磁工质11内形成的空隙的“总容积(bulk volume)”。
284.(第三实施方式)
285.图12所示的磁制冷装置1包括两个蓄热部81、82。两个蓄热部81、82由连接在第一流路40上的第一蓄热部81和连接在第二流路50上的第二蓄热部82构成。各蓄热部81、82由贮存热介质的贮存器(蓄热容器)构成。
286.第一蓄热部81设置在第一流路40的第一中间流路42上。第一蓄热部81设置在第一中间流路42上的、第一旁路流路63的流出端与第二旁路流路65的流入端之间。第一蓄热部81蓄积流过第一旁路流路63的热介质的热。第二蓄热部82设置在第二流路50的第二中间路52上。第二蓄热部82设置在第二中间路52上的、第三旁路流路67的流出端与第四旁路流路69的流入端之间。
287.通过这样设置蓄热部81、82,在进行旁路工作时,便能够抑制流过磁制冷部m的热介质的温度脱离磁制冷部m的工作温度域。
288.当从正常加热工作切换到第一旁路加热工作时,温度较低的热介质会经由第三旁路流路67流过第二中间路52。第二中间路52的热介质流入第二蓄热部82。
289.在第二蓄热部82中贮存有就在之前的正常加热工作中由第二磁制冷部m2加热过的热介质。因此,经由第三旁路流路67流入第二蓄热部82的热介质的温度上升。因此,在第一磁制冷部m1中流动的热介质的温度高于在第二旁路流路65中流动的热介质的温度。因此,能够抑制在第一磁制冷部m1中流动的热介质的温度脱离第一磁制冷部m1的工作温度域。
290.当从正常冷却工作切换到第一旁路冷却工作时,温度较高的热介质经由第一旁路流路63流过第一中间流路42。第一中间流路42的热介质流入第一蓄热部81。
291.在第一蓄热部81中贮存有就在之前的正常冷却工作中由第一磁制冷部m1冷却后的热介质。因此,经由第一旁路流路63流入第一蓄热部81的热介质的温度下降。因此,在第
二磁制冷部m2中流动的热介质的温度低于在第一旁路流路63中流动的热介质的温度。因此,能够抑制在第二磁制冷部m2中流动的热介质的温度脱离第二磁制冷部m2的工作温度域。
292.根据本构成,由于从旁路工作切换到正常工作而引起的在某个磁制冷部m中流动的热介质的温度发生了变化的情况下,也能够抑制热介质的温度脱离磁制冷部m的工作温度域。
293.(第三实施方式的变形例1)
294.图13所示的第三实施方式的变形例1的磁制冷装置1与第三实施方式的磁制冷装置1的不同之处在于,蓄热部81、82及其周边的构成不同。
295.在热介质回路c上连接有第一三通阀91、第二三通阀92、第三三通阀93以及第四三通阀94。各三通阀91、92、93、94具有三个阀口。三个阀口分别构成为能够打开和关闭。
296.在第一三通阀91上连接有第一上游部63a、第一下游部63b以及第一蓄热流路75。在第二三通阀92上连接有第二上游部65a、第二下游部65b以及第一蓄热流路75。在第三三通阀93上连接有第三上游部67a、第三下游部67b以及第二蓄热流路76。在第四三通阀94上连接有第四上游部69a、第四下游部69b以及第二蓄热流路76。
297.在正常加热工作中,第三三通阀93将关闭第三上游部67a侧的阀口和第三下游部67b侧的阀口关闭。第四三通阀94将第四上游部69a侧的阀口关闭。第二流路50的热介质依次流过第二磁制冷部m2、第一磁制冷部m1。该热介质不流过第二蓄热部82。因此,例如在正常加热工作开始时,能够抑制第二热交换器32的放热能力由于第二蓄热部82的热容量的影响而非常难以增大的情况。
298.在第一旁路加热工作中,第三三通阀93将第三上游部67a侧的阀口和第二蓄热流路76侧的阀口打开,并将第三下游部67b侧的阀口关闭。第三三通阀94将第二蓄热流路76侧的阀口和第四上游部69a侧的阀口打开,并将第四下游部69b侧的阀口关闭。第二流路50的温度较低的热介质依次流过第三上游部67a、第二蓄热流路76的第二蓄热部82、第四上游部69a后,流过第一磁制冷部m1。由于第二蓄热部82的热容量的影响,能够抑制在第一磁制冷部m1中流动的热介质的温度急剧下降。因此,能够抑制在第一磁制冷部m1中流动的热介质的温度脱离第一磁制冷部m1的工作温度域。
299.在正常冷却工作中,第一三通阀91将第一上游部63a侧的阀口和第一下游部63b侧的阀口关闭。第二三通阀92将第二上游部65a侧的阀口关闭。第一流路40的热介质依次流过第一磁制冷部m1、第二磁制冷部m2。该热介质不流过第一蓄热部81。因此,例如在正常冷却工作开始时,能够抑制第一热交换器31的冷却能力由于第一蓄热部81的热容量的影响而非常难以增大的情况。
300.在第一旁路冷却工作中,第一三通阀91将第一上游部63a侧的阀口和第二蓄热流路75侧的阀口打开,并将第一下游部63b侧的阀口关闭。第二三通阀92将第一蓄热流路75侧的阀口和第二上游部65a侧的阀口打开,并将第二下游部65b侧的阀口关闭。第一流路40的温度较高的热介质依次流过第一上游部63a、第一蓄热流路75的第一蓄热部81、第二上游部65a后,流过第二磁制冷部m2。由于第一蓄热部81的热容量的影响,能够抑制在第二磁制冷部m2中流动的热介质的温度急剧上升。因此,能够抑制在第二磁制冷部m2中流动的热介质的温度脱离第一磁制冷部m1的工作温度域。
301.根据本构成,由于从旁路工作切换到正常工作而引起的在某个磁制冷部m中流动的热介质的温度发生了变化的情况下,也能够抑制热介质的温度脱离磁制冷部m的工作温度域。
302.(第三实施方式的变形例2)
303.图14所示的第三实施方式的变形例2与第三实施方式的磁制冷装置1的不同之处在于,蓄热部及其周边的构成不同。
304.在第一磁制冷部m1设置有第一蓄热单元83和第二蓄热单元84。第一蓄热单元83和第二蓄热单元84由贮存器构成。第一蓄热单元83设置在第一磁制冷部m1的第一流路40侧的流入部。第二蓄热单元84设置在第一磁制冷部m1的第二流路50侧的流入部。
305.在第二磁制冷部m2设置有第三蓄热单元85和第四蓄热单元86。第三蓄热单元85和第四蓄热单元86由贮存器构成。第三蓄热单元85设置在第二磁制冷部m2的第一流路40侧的流入部。第四蓄热单元86设置在第二磁制冷部m2的第二流路50侧的流入部。
306.第二蓄热单元84和第三蓄热单元85与蓄热部相对应。需要说明的是,也可以采用省略了第一蓄热单元83和第四蓄热单元86的构成。
307.当从正常加热工作切换到第一旁路加热工作时,温度较低的热介质经由第三旁路流路67流过第二中间路52。第二中间路52的热介质在通过第二蓄热单元84后,流过第一磁制冷部m1。因此,能够抑制在第一磁制冷部m1中流动的热介质的温度脱离第一磁制冷部m1的工作温度域。
308.当从正常冷却工作切换到第一旁路冷却工作时,温度较高的热介质经由第一旁路流路63流过第一中间流路42。第一中间流路42的热介质在通过第三蓄热单元85后,流过第二磁制冷部m2。因此,能够抑制在第二磁制冷部m2中流动的热介质的温度脱离第二磁制冷部m2的工作温度域。
309.此外,根据本构成,即使在由于从旁路工作切换到正常工作(热介质在磁制冷部m中流动的工作)而引起的在某个磁制冷部m中流动的热介质的温度发生了变化的情况下,也能够抑制热介质的温度脱离磁制冷部m的工作温度域。
310.需要说明的是,上述第三实施方式及其变形例所涉及的蓄热部也可以是蓄热材料。蓄热材料由热容量大的金属材料或相变材料形成。在蓄热材料中形成有供热介质流动的流路。在该流路中流动的热介质与蓄热材料进行热交换。
311.蓄热部也可以是在贮存热介质的贮存器中设置有上述蓄热材料的蓄热单元。
312.(第四实施方式)
313.第四实施方式所涉及的磁制冷装置1切换进行制冷运转和制热运转。如图15所示,磁制冷装置1的热介质回路c具有室内热交换器33、室外热交换器34、第一四通换向阀35以及第二四通换向阀36。室内热交换器33设置在室内。室外热交换器34设置在室外。
314.第一四通换向阀35和第二四通换向阀36分别具有四个阀口p1、p2、p3、p4。第一四通换向阀35的第一阀口p1经由中继路71与第一输送流路61相连接。第一四通换向阀35的第二阀口p2与室外热交换器34的一端相连接。第一四通换向阀35的第三阀口p3经由第二中继路72与第二输送流路62相连接。第一四通换向阀35的第四阀口p4与室内热交换器33的一端相连接。第二输送流路62的流出端与第一上游流路41相连接。
315.第二四通换向阀36的第一阀口p1与第一流路40的第一下游流路43相连接。第二四
通换向阀36的第二阀口p2与室外热交换器34的另一端相连接。第二四通换向阀36的第三阀口p3经由第三中继路73与第三流路50的第二下游流路53相连接。第二四通换向阀36的第四阀口p4与室内热交换器33的另一端相连接。
316.第一四通换向阀35和第二四通换向阀36分别在第一状态(图15中用实线表示的状态)和第二状态(图16中用虚线表示的状态)之间进行切换。在处于第一状态的各四通换向阀35、36中,第一阀口p1与第二阀口p2连通且第三阀口p3与第四阀口p4连通。在处于第二状态的各四通换向阀35、36中,第一阀口p1与第四阀口p4连通且第二阀口p2与第三阀口p3连通。
317.-运转工作-
318.对磁制冷装置1的运转工作进行说明。
319.〈制冷运转〉
320.在制冷运转中,第一四通换向阀35和第二四通换向阀36分别成为第二状态。在制冷运转中,反复交替地进行第一工作和第二工作。
321.在图16所示的第一工作中,第一磁制冷部m1和第二磁制冷部m2各部的磁场调制部12进行第一调制工作。输送机构20进行第一输送工作。在正常的第一工作中,控制器100将第一控制阀64、第二控制阀66、第三控制阀68以及第四控制阀70关闭。
322.在第一工作中,在第二流路50中,由第一磁制冷部m1和第二磁制冷部m2加热后的热介质被供向与第二热交换部对应的室外热交换器34。在室外热交换器34中,热介质向室外空气放热。
323.在第一工作中,通过打开第三控制阀68来进行热介质旁路第二磁制冷部m2并在第一磁制冷部m1中被加热的旁路工作。在第一工作中,通过打开第四控制阀70来进行热介质在第二磁制冷部m2中被加热并旁路第一磁制冷部m1的旁路工作。
324.在图17所示的第二工作中,第一磁制冷部m1和第二磁制冷部m2各部的磁场调制部12进行第二调制工作。输送机构20进行第二输送工作。在正常的第二工作中,控制器100将第一控制阀64、第二控制阀66、第三控制阀68以及第四控制阀70关闭。
325.在第二工作中,在第一流路40中,由第一磁制冷部m1和第二磁制冷部m2冷却后的热介质被供向与第一热交换部对应的室内热交换器33。在室内热交换器33中,室内空气被热介质冷却。
326.在第二工作中,通过打开第一控制阀64来进行热介质旁路第一磁制冷部m1并在第二磁制冷部m2中被冷却的旁路工作。在第二工作中,通过打开第二控制阀66来进行热介质在第一磁制冷部m1中被冷却并旁路第二磁制冷部m2的旁路工作。
327.〈制热运转〉
328.在制热运转中,第一四通换向阀35和第二四通换向阀36分别成为第一状态。在制热运转中,反复交替地进行第三工作和第四工作。
329.在图18所示的第三工作中,第一磁制冷部m1和第二磁制冷部m2各部的磁场调制部12进行第一调制工作。输送机构20进行第一输送工作。在正常的第三工作中,控制器100将第一控制阀64、第二控制阀66、第三控制阀68以及第四控制阀70关闭。
330.在第三工作中,在第二流路50中,由第一磁制冷部m1和第二磁制冷部m2加热后的热介质被供向与第二热交换部对应的室内热交换器33。在室内热交换器33中,室内空气被
热介质加热。
331.在第三工作中,通过打开第三控制阀68来进行热介质旁路第二磁制冷部m2并在第一磁制冷部m1中被加热的旁路工作。在第三工作中,通过打开第四控制阀70来进行热介质在第二磁制冷部m2中被加热并旁路第一磁制冷部m1的旁路工作。
332.在图19所示的第四工作中,第一磁制冷部m1和第二磁制冷部m2各部的磁场调制部12进行第二调制工作。输送机构20进行第二输送工作。在正常的第四工作中,控制器100将第一控制阀64、第二控制阀66、第三控制阀68以及第四控制阀70关闭。
333.在第四工作中,在第一流路40中,由第一磁制冷部m1和第二磁制冷部m2冷却后的热介质被供向与第一热交换部对应的室外热交换器34。在室外热交换器34中,热介质从室外空气吸热。
334.在第四工作中,通过打开第一控制阀64来进行热介质旁路第一磁制冷部m1并在第二磁制冷部m2中被冷却的旁路工作。在第四工作中,通过打开第二控制阀66来进行热介质在第一磁制冷部m1中被冷却并旁路第二磁制冷部m2的旁路工作。
335.(其他变形例)
336.在上述的实施方式中,在能够应用的范围内可以采用以下的构成。
337.〈变形例a-旁路机构(1)〉
338.如图20所示,变形例a所涉及的旁路机构b在上述实施方式中加上了控制阀。第一旁路机构b1具有第五控制阀95。第五控制阀95设置在第一流路40上的第一磁制冷部m1的流入侧。第二旁路机构b2具有第六控制阀96。第六控制阀96设置在第一流路40上的第二磁制冷部m2的流入侧。第三旁路机构b3具有第七控制阀97。第七控制阀97设置在第二流路50上的第二磁制冷部m2的流入侧。第四旁路机构b4具有第八控制阀98。第八控制阀98设置在第二流路50上的第一磁制冷部m1的流入侧。
339.在由第一旁路机构b1进行旁路工作时,打开第一控制阀64,并关闭第五控制阀95。这样一来,第一流路40的热介质便会可靠地旁路第一磁制冷部m1。
340.在由第二旁路机构b2进行旁路工作时,打开第二控制阀66,并关闭第六控制阀96。这样一来,第一流路40的热介质便会可靠地旁路第二磁制冷部m2。
341.在由第三旁路机构b3进行旁路工作时,打开第三控制阀68,并关闭第七控制阀97。这样一来,第二流路50的热介质便会可靠地旁路第二磁制冷部m2。
342.在由第四旁路机构b4进行旁路工作时,打开第四控制阀70,并关闭第八控制阀98。这样一来,第二流路50的热介质便会可靠地旁路第一磁制冷部m1。
343.第五控制阀95、第六控制阀96、第七控制阀97以及第八控制阀98可以是开关阀,也可以是流量调节阀。
344.〈变形例b-旁路机构(2)〉
345.如图21所示,变形例b所涉及的旁路机构b具有三通阀来代替控制阀。第一旁路机构b1具有第五三通阀55。第五三通阀55在将第一上游流路41的热介质仅供向第一磁制冷部m1侧的状态和将第一上游流路41的热介质仅供向第一旁路流路63侧的状态之间进行切换。第二旁路机构b2具有第六三通阀56。第六三通阀56在将第一中间流路42的热介质仅供向第二磁制冷部m2侧的状态和将第一中间流路42的热介质仅供向第二旁路流路65侧的状态之间进行切换。第三旁路机构b3具有第七三通阀57。第七三通阀57在将第二上游流路51的热
介质仅供向第二磁制冷部m2侧的状态和将第二上游流路51的热介质仅供向第三旁路流路67侧的状态之间进行切换。第四旁路机构b4具有第八三通阀58。第八三通阀58在将第二中间路52的热介质仅供向第一磁制冷部m1侧的状态和将第二中间路52的热介质仅供向第四旁路流路69侧的状态之间进行切换。
346.需要说明的是,这些三通阀55、56、57、58也可以是能够调节流向磁制冷部m侧的流量、和流向旁路流路63、65、67、69侧的流量的比率的构成。
347.〈变形例c-输送机构〉
348.如图22所示,变形例c所涉及的输送机构20具有单通泵(once-through pump)26和作为切换部的四通换向阀27。四通换向阀27在第一状态(图22中用实线示出的状态)和第二状态(图22中用虚线示出的状态)之间进行切换。处于第一状态的四通换向阀27使泵26的喷出部与第一输送流路61连通,并且使泵26的吸入部与第二输送流路62连通。处于第二状态的四通换向阀27使泵26的喷出部与第二输送流路62连通,并且使泵26的吸入部与第一输送流路61连通。
349.在第一输送工作中,泵26成为运转状态且四通换向阀27成为第一状态。在第二输送工作中,泵26成为运转状态且四通换向阀27成为第二状态。输送机构20反复交替地进行第一输送工作和第二输送工作。
350.〈变形例d-三个以上的磁制冷部〉
351.可以在第一流路40和第二流路50上串联连接三个以上的磁制冷部m。在图23所示的例子中,在第一流路40和第二流路50中设置有三个磁制冷部m。在第一流路40上,以与三个磁制冷部m分别对应的方式设置有三个旁路机构b。在第二流路50上,以与三个磁制冷部m对应的方式设置有旁路机构b。
352.〈变形例e-并联回路〉
353.如图24所示,在变形例e所涉及的热介质回路c上并联连接有多个回路。多个电路由第一电路c1和第二电路c2构成。也可以在热介质回路c上并联连接三个以上的回路。与上述实施方式一样,在第一回路c1中设置有第一流路40、第二流路50、多个磁制冷部m以及多个旁路机构b。同样地,在第二回路c2中设置有第一流路40、第二流路50、多个磁制冷部m以及多个旁路机构b。在第一回路c1和第二回路c2上分别连接有第一热交换器31、第二热交换器32、第一输送流路61以及第二输送流路62。
354.在正常加热工作中,第一输送流路61的热介质分流到第一回路c1和第二回路c2。在第一回路c1和第二回路c2中,热介质流过第二流路50,被多个磁制冷部m加热。在第一回路c1和第二回路c2中被加热后的热介质合流后,被供向第二热交换器32。
355.在正常冷却工作中,第二输送流路62的热介质分流到第一回路c1和第二回路c2。在第一回路c1和第二回路c2中,热介质流过第一流路40,被多个磁制冷部m冷却。在第一回路c1和第二回路c2中被冷却后的热介质合流后,被供向第一热交换器31。
356.在加热工作和冷却工作中,通过旁路机构b的切换适当地进行旁路工作。
357.〈变形例f-单层式〉
358.如图25所示,磁制冷部m可以是具有一个磁工质11的单层式。
359.在第一流路40和第二流路50上多个磁制冷部m串联连接,以使多个磁制冷部m的磁工质11的居里温度的平均值依次升高。这样一来,能够提升各磁制冷部m中的磁热效应。
360.相邻的磁制冷部m各自的磁工质11的工作温度域的一部分重叠。这样一来,即使流入磁制冷部m的热介质的温度随着旁路工作的切换发生变化,也能够抑制热介质的温度脱离磁工质11的工作温度域。
361.重叠区域的磁热效应的最大值在相邻的磁制冷部m各部的磁工质11的磁热效应最大值的平均值的1/2以上。这样一来,相邻的磁制冷部的工作温度域的重叠区域增大。其结果是,能够可靠地抑制伴随着从正常工作切换到旁路动作、以及从旁路工作切换到正常工作,热介质的温度脱离磁工质11的工作温度域的情况。
362.(第五实施方式)
363.如图26所示,第五实施方式所涉及的磁制冷装置1是切换着进行制冷和制热的空调装置。
364.磁制冷装置1具有室内风扇14和室外风扇15。室内风扇14布置在室内热交换器33附近。室内风扇14输送通过室内热交换器33的室内空气。室外风扇15布置在室外热交换器34附近。室外风扇15输送通过室外热交换器34的室外空气。
365.热介质回路c具有多个磁制冷部m。多个磁制冷部m包括低温磁制冷部ml、中温磁制冷部mm以及高温磁制冷部mh。低温磁制冷部ml和高温磁制冷部mh构成第三磁制冷部。中温磁制冷部mm构成第四磁制冷部。多个磁制冷部m以跨越第一流路40和第二流路50的方式与热介质回路c串联连接。
366.热介质回路c具有第三四通换向阀37和第四四通换向阀38。第三四通换向阀37和第四四通换向阀38分别具有第一阀口p1、第二阀口p2、第三阀口p3以及第四阀口p4。第三四通换向阀37和第四四通换向阀38在图26中用实线表示的第一状态、和图26中用虚线表示的第二状态之间进行切换。处于第一状态的第三四通换向阀37和第四四通换向阀38分别使第一阀口p1与第二阀口p2连通,同时使第三阀口p3与第四阀口p4连通。处于第二状态的第三四通换向阀37和第四四通换向阀38分别使第一阀口p1与第四阀口p4连通,同时使第二阀口p2与第三阀口p3连通。
367.第三四通换向阀37的第一阀口p1与第二流路50的流出端连通。第三四通换向阀37的第二阀口p2与室外热交换器34的一端连通。第三四通换向阀37的第三阀口p3与第二流路50的流入端连通。第三四通换向阀37的第四阀口p4与室内热交换器33的一端连通。
368.第四四通换向阀38的第一阀口p1与第一流路40的流入端连通。第四四通换向阀38的第二阀口p2与室外热交换器34的另一端连通。第四四通换向阀38的第三阀口p3与第一流路40的流出端连通。第四四通换向阀38的第四阀口p4与室内热交换器33的另一端连通。
369.在第一流路40上,与各磁制冷部m相对应,各设置有一个第五旁路机构b5。在第二流路50上,与各磁制冷部m相对应,各设置一个第六旁路机构b6。第五旁路机构b5和第六旁路机构b6分别具有旁路流路60和将旁路流路60打开、关闭的阀(控制阀90)。
370.-运转工作-
371.对第五实施方式所涉及的磁制冷装置1的运转工作进行说明。
372.〈制冷运转〉
373.在制冷运转中,第三四通换向阀37和第四四通换向阀38分别成为第一状态。室外风扇15和室内风扇14运转。在制冷运转中,反复交替地进行第一工作和第二工作。需要说明的是,以下,以使所有的磁制冷部m工作的制冷运转为例进行说明。
374.在图27所示的第一工作中,在低温磁制冷部ml、中温磁制冷部mm以及高温磁制冷部mh进行第一调制工作。输送机构20进行第一输送工作。所有的控制阀90都成为关闭状态。
375.在第一工作中,在第二流路50中,由低温磁制冷部ml、中温磁制冷部mm以及高温磁制冷部mh加热后的热介质被供向室外热交换器34。在室外热交换器34中,热介质向室外空气放热。
376.在图28所示的第二工作中,在高温磁制冷部mh、中温磁制冷部mm以及低温磁制冷部ml进行第二调制工作。输送机构20进行第二输送工作。所有的控制阀90都成为关闭状态。
377.在第二工作中,在第一流路40中,由高温磁制冷部mh、中温磁制冷部mm以及低温磁制冷部ml冷却后的热介质被供向室内热交换器33。在室内热交换器33中,室内空气被热介质冷却。
378.〈制热运转〉
379.在制热运转中,第三四通换向阀37和第四四通换向阀38分别成为第二状态。室外风扇15和室内风扇14运转。在制热运转中,反复交替地进行第三工作和第四工作。需要说明的是,以下,以使所有的磁制冷部m工作的制热运转为例进行说明。
380.在图29所示的第三工作中,在低温磁制冷部ml、中温磁制冷部mm以及高温磁制冷部mh进行第一调制工作。输送机构20进行第一输送工作。所有的控制阀90都成为关闭状态。
381.在第三工作中,在第二流路50中,由低温磁制冷部ml、中温磁制冷部mm以及高温磁制冷部mh加热后的热介质被供向室内热交换器33。在室内热交换器33中,热介质朝室内空气放热。
382.在图30所示的第四工作中,在高温磁制冷部mh、中温磁制冷部mm以及低温磁制冷部ml进行第二调制工作。输送机构20进行第二输送工作。所有的控制阀90都成为关闭状态。
383.在第四工作中,在第一流路40中,由高温磁制冷部mh、中温磁制冷部mm以及低温磁制冷部ml冷却后的热介质被供向室外热交换器34。在室外热交换器34中,热介质从室外空气吸热。
384.(1)磁制冷部的特征
385.在本实施方式的磁制冷装置1中,考虑制冷运转和制热运转的运转条件来决定多个磁制冷部m的构成。参照图31对这一点进行详细的说明。
386.(1-1)关于温度范围
387.在磁制冷装置1的制冷运转中,根据室外温度和制冷负荷来决定热介质的最低温度和最高温度。在制冷运转的额定运转时,最低温度为t1min,最高温度为t1max。在此,最低温度t1min基于制冷运转的额定运转时的室内温度和设定温度。最高温度t1max基于制冷运转的额定运转时的室外空气温度。
388.在制冷运转中,在超过额定运转的最大范围中,最低温度为t2min,最高温度为t2max。在此,最低温度t2min是与制冷负荷极高的运转条件相对应的热介质的温度。最高温度t2max是与室外空气温度极高的运转条件相对应的热介质的温度。
389.在磁制冷装置1的制热运转中,根据室外温度和制热负荷来决定热介质的最低温度和最高温度。在制热运转的额定运转时,最低温度为t3min,最高温度为t3max。在此,最低温度3tmin基于制热运转的额定运转时的室外空气温度。最高温度t3min基于制热运转的额定运转时的室内温度和设定温度。
390.在制热运转中,在超过额定运转的最大范围中,最低温度为t4min,最高温度为t4max。在此,最低温度t4max是与室外空气温度极低的运转条件对应的热介质的温度。最高温度t4max是与制热负荷极高的运转条件相对应的温度。在本实施方式中,最高温度t4max和最高温度t2max为同一温度。
391.如该图所示,基于热介质回路c的热介质的出现频率决定热介质的三个温度范围。第一温度范围是从最低温度t4min开始到最低温度t3min为止的范围。第二温度范围是从最低温度t3min开始到最高温度t1max为止的范围。第三温度范围是从最高温度t1max开始到最高温度t2max(t4max)为止的范围。第二温度范围是跨越制冷运转的额定运转的温度范围和制热运转的额定运转的温度范围这两者的、从最低温度(即t3min)到最高温度(即t1max)的范围。第一温度范围是比第二温度范围更低温侧的温度范围。第三温度范围是比第二温度范围更高温侧的温度范围。
392.第二温度范围是在考虑磁制冷装置1的所有运转的情况下,热介质的温度出现频率高的温度范围。第一温度范围和第三温度范围是在考虑到磁制冷装置1的所有运转的情况下,热介质的温度出现频率低的温度范围。
393.(1-2)低温磁制冷部的特性
394.第三磁制冷部即低温磁制冷部ml位于多个磁制冷部m中最末端(严格地说是低温端)。低温磁制冷部ml在制冷运转中与成为吸热器的室内热交换器33相邻。高温磁制冷部mh在制热运转中与成为吸热器的室外热交换器34相邻。
395.如图31所示,本例的低温磁制冷部ml具有两个磁工质11(低温磁工质11l)。低温磁制冷部ml整体的工作温度域包括第一温度范围。换句话说,低温磁制冷部ml构成为在热介质的温度处于第一温度范围时发挥磁热效应。需要说明的是,“磁制冷部m整体的工作温度域”不是指磁工质11单体的工作温度域,而是指从磁制冷部m发挥磁热效应的最低温度开始到最高温度为止的温度范围。
396.在制热运转中,在室外空气温度极低的条件下,热介质的低温侧的温度有时达到第一温度范围。低温磁制冷部ml对这样的第一温度范围的热介质发挥磁热效应。
397.(1-3)高温磁制冷部的特性
398.第三磁制冷部即高温磁制冷部mh位于多个磁制冷部m中最末端(严格地说是高温端)。高温磁制冷部mh在制冷运转中与成为放热器的室外热交换器34相邻。高温磁制冷部mh在制热运转中与成为放热器的室内热交换器33相邻。
399.如图31所示,本例的高温磁制冷部mh为单层式,具有一个磁工质11(高温磁工质11h)。高温磁制冷部mh整体的工作温度域包括第三温度范围。换句话说,高温磁制冷部mh构成为在热介质的温度处于第三温度范围时发挥磁热效应。
400.在制冷运转中室外空气温度极高的条件、制热运转中制热负荷极低的条件下,热介质的高温侧的温度有时达到第三温度范围。高温磁制冷部mh对这样的第三温度范围的热介质发挥磁热效应。
401.(1-4)中温磁制冷部的特性
402.第二磁制冷部即中温磁制冷部mm位于两端的磁制冷部m之间的中间。如图31所示,本例的中温磁制冷部mm具有六层磁工质11(中温磁工质11m)。
403.中温磁制冷部mh整体的工作温度域包括第二温度范围。换句话说,中温磁制冷部
mm构成为在热介质的温度处于第二温度范围时发挥磁热效应。
404.在制冷运转的额定运转、制热运转的额定运转中,有时热介质的温度达到第二温度范围。中温磁制冷部mh对这样的第二温度范围的热介质发挥磁热效应。
405.(1-4)热介质的出现频率
406.考虑到磁制冷装置1整体的运转,热介质温度达到低温磁制冷部ml整体的工作温度域的频率低于热介质温度达到中温磁制冷部mm整体的工作温度域的频率。同样地,热介质温度达到高温磁制冷部mh整体的工作温度域的频率低于热介质温度达到中温磁制冷部mm整体的工作温度域的频率。
407.(1-5)磁工质的工作温度域的关系
408.如图31所示,低温磁制冷部ml的一个低温磁工质11l的工作温度域a大于中温磁制冷部mm的一个中温磁工质11m的工作温度域b。根据该构成方式,能够减少低温磁制冷部ml的磁工质11的层数,并且能够在规定的温度范围(第一温度范围)内得到磁热效应。在本例中,低温磁制冷部ml的层数为两层,少于中温磁制冷部mm的层数(六层)。因此,能够简化低温磁制冷部ml的结构,能够削减低温磁制冷部ml的生产成本。
409.另一方面,当加宽低温磁制冷部ml的低温磁工质11的工作温度域a、并且减少低温磁制冷部ml的低温磁工质11l的层数时,存在磁热效应整体性下降并且效率降低的倾向。然而,由于低温磁制冷部ml与出现频度低的第一温度范围相对应,因此在考虑磁制冷装置1整体的运转时,效率降低的影响小。
410.如该图所示,高温磁制冷部mh的一个高温侧磁工质11的工作温度域c大于中温磁制冷部mm的一个中温侧磁工质11的工作温度域b。在本例中,高温磁工质11h的工作温度域c与低温磁工质11l的工作温度域a的宽度大致相同。根据该构成方式,能够减少高温磁制冷部mh的磁工质11的层数,并且能够在规定的温度范围(第三温度范围)内得到磁热效应。在本例中,高温磁制冷部mh的层数为一层,少于中温磁制冷部mm的层数(六层)和低温磁制冷部(ml)的层数(两层)。因此,能够简化高温磁制冷部mh的结构,能够削减高温磁制冷部mh的生产成本。
411.另一方面,当加宽高温磁制冷部mh的高温磁工质11h的工作温度域c、并且减少高温磁制冷部mh的磁工质11的层数时,存在磁热效应整体性下降,并且效率降低的倾向。然而,由于高温磁制冷部mh仅在出现频度低的第三温度范围工作,因此,在考虑磁制冷装置1整体的运转时,效率降低的影响小。
412.(1-6)磁工质的量的关系
413.低温磁制冷部ml的磁工质11的量大于中温磁制冷部mm的磁工质11的量。严格来说,各个低温磁工质11l的量大于各个中温磁工质11m的量。如上所述,低温磁制冷部ml由于层数少而存在磁热效应降低的倾向。然而,通过增加低温磁制冷部ml的磁工质11的量,能够增大低温磁制冷部ml的加热能力(放热能力)和冷却能力(吸热能力)。
414.高温磁制冷部mh的磁工质11的量大于中温磁制冷部mm的磁工质11的量。严格来说,高温磁工质11h的量大于各个中温磁性工作材料11m的量。如上所述,高温磁制冷部mh由于层数为一层而存在磁热效应降低的倾向。然而,通过增加高温磁制冷部mh的磁工质11的量,能够增大高温磁制冷部mh的加热能力(放热能力)和冷却能力(吸热能力)。
415.(1-7)旁路工作
416.在本实施方式中,控制器100根据运转条件进行热介质旁路第三磁制冷部ml、mh的工作。
417.(1-7-1)制热运转和制冷运转的额定运转
418.在制热运转和制冷运转的额定运转时,控制器100在低温磁制冷部ml和高温磁制冷部mh既不进行第一调制工作也不进行第二调制工作,仅在中温磁制冷部mm进行第一调制工作和第二调制工作。这是因为,在这些运转中,热介质的温度不会达到第一温度范围或第三温度范围,因此不需要使低温磁制冷部ml和高温磁制冷部mh工作之故。
419.而且,在制热运转和制冷运转的额定运转时,控制器100使热介质进行旁路低温磁制冷部ml和高温磁制冷部mh的旁路工作。具体而言,将与低温磁制冷部ml和高温磁制冷部mh相对应的旁路流路60的控制阀90打开,将与中温磁制冷部mm对应的旁路流路60的控制阀90关闭。于是,热介质仅在处于工作状态的中温磁制冷部mm中流动。这样一来,能够抑制压力损失因热介质流过低温磁制冷部ml或高温磁制冷部mh而增大。
420.制热运转或制冷运转为额定运转的第一条件能够基于室外空气温度、室内温度、热介质的温度中的至少一个来判断。当表示为额定运转的第一条件成立时,控制器100仅使第四磁制冷部即中温磁制冷部mm工作。此外,当第一条件成立时,控制器100使进行热介质旁路低温磁制冷部ml和高温磁制冷部、流过中温磁制冷部mm的工作。
421.(1-7-2)包括第一温度范围的制热运转
422.在室外空气温度极低的条件下的制热运转中,低温侧的热介质达到第一温度范围的第二条件成立。在该情况下,控制器100在高温磁制冷部mh既不进行第一调制工作也不进行第二调制工作,而在低温侧磁制冷部m和中温磁制冷部mm进行第一调制工作和第二调制工作。
423.而且,在进行该运转时,控制器100使进行热介质旁路高温磁制冷部mh的旁路工作。具体而言,将与高温磁制冷部mh相对应的旁路流路60的控制阀90打开,将与低温磁制冷部ml和中温磁制冷部mm对应的旁路流路60的控制阀90关闭。这样一来,热介质流过处于工作状态的低温磁制冷部ml和中温磁制冷部mm。这样一来,能够抑制压力损失因热介质流过高温磁制冷部mh而增大。
424.低温侧的热介质达到第一温度范围的第二条件,能够基于室外空气温度和热介质的温度中的至少一个来判断。当第二条件成立时,控制器100使低温磁制冷部ml和中温磁制冷部mm工作。此外,当第二条件成立时,控制器100使进行热介质旁路高温磁制冷部mh、热介质流过低温磁制冷部ml和中温磁制冷部mm的工作。
425.(1-7-3)包括第三温度范围的制冷运转和制热运转
426.在室外空气温度极高的条件下的制冷运转、以及制热负荷极高的制热运转中,高温侧的热介质达到第三温度范围的第三条件成立。在该情况下,控制器100在低温磁制冷部ml中既不进行第一调制工作也不进行第二调制工作,而在中温磁制冷部mm和高温磁制冷部mh中进行第一调制工作和第二调制工作。
427.而且,在进行该运转时,控制器100使进行热介质旁路低温磁制冷部ml的旁路工作。具体而言,将与低温磁制冷部ml相对应的旁路流路60的控制阀90打开,将与中温磁制冷部mm和高温磁制冷部mh相对应的旁路流路60的控制阀90关闭。这样一来,热介质流过处于工作状态的中温磁制冷部mm和高温磁制冷部mh。这样一来,能够抑制压力损失因热介质流
过低温磁制冷部ml而增大。
428.高温侧的热介质达到第三温度范围的第三条件,能够基于室外空气温度、室内温度、热介质的温度中的至少一个来判断。当第三条件成立时,控制器100使中温磁制冷部mm和高温磁制冷部mh工作。此外,当第三条件成立时,控制器100使进行热介质旁路低温磁制冷部、热介质流过中温磁制冷部mm和高温磁制冷部mh的工作。
429.(第六实施方式)
430.如图32所示,第六实施方式的热介质回路c具有两个机组u1、u2,该两个机组u1、u2包括第五实施方式所涉及的第一流路40和第二流路50。两个机组u1、u2由彼此并联连接的第一机组u1和第二机组u2构成。这些机组u1、u2是彼此相同的结构。与第五实施方式一样,各机组u1、u2具有第一流路40、第二流路50、低温磁制冷部ml、中温磁制冷部mm、高温磁制冷部mh、止回阀cv、第五旁路机构b5、第六旁路机构b6。
431.第六实施方式与第五实施方式的不同之处在于输送机构20的构成。第六实施方式的输送机构20具有单通泵26、第九三通阀28以及第十三三通阀29。泵26仅沿一个方向输送热介质。泵26连接在第三四通换向阀37的第二阀口p2和室外热交换器34之间的流路上。泵26向室外热交换器34一侧喷出热介质。
432.第九三通阀28和第十三通阀29具有第一到第三阀口。第九三通阀28和第十三通阀29在图32中用实线所示的第一状态、和图32中用虚线表示的第二状态之间进行切换。处于第一状态的第九三通阀28和第十三通阀29使第一阀口与第三阀口连通。处于第二状态的第九三通阀28和第十三通阀29使第一阀口与第三阀口连通。
433.第九三通阀28的第一阀口与第三四通换向阀37的第一阀口p1连通。第九三通阀28的第二阀口与第一机组u1的第二流路50的流出端连通。第九三通阀28的第三阀口与第二机组u2的第二流路50的流出端连通。
434.第十三通阀29的第一阀口与第四四通换向阀38的第一阀口p1连通。第十三通阀29的第二阀口与第一机组u1的第一流路40的流入端连通。第十三通阀29的第三阀口与第二机组u2的第一流路40的流入端连通。
435.-运转工作-
436.对第六实施方式所涉及的磁制冷装置1的运转工作进行说明。
437.〈制冷运转〉
438.在制冷运转中,第三四通换向阀37和第四四通换向阀38分别成为第一状态。室外风扇15和室内风扇14运转。在制冷运转中,反复交替地进行第一工作和第二工作。需要说明的是,以下,以使所有的磁制冷部m工作的制冷运转为例进行说明。
439.在图33所示的第一工作中,在第一机组u1的低温磁制冷部ml、中温磁制冷部mm以及高温磁制冷部mh进行第一调制工作。在第二机组u2的低温磁制冷部ml、中温磁制冷部mm以及高温磁制冷部mh进行第二调制工作。输送机构20的泵26运转。第九三通阀28成为第二状态,第十三通阀29成为第一状态。
440.在第一工作中,在第一机组u1的第二流路50中,按照低温磁制冷部ml、中温磁制冷部mm以及高温磁制冷部mh的顺序被加热的热介质被供向室外热交换器34。在室外热交换器34中,热介质向室外空气放热。在第二机组u2的第一流路40中,按照高温磁制冷部mh、中温磁制冷部mm以及低温磁制冷部ml的顺序被冷却后的热介质被供向室内热交换器33。在室内
热交换器33中,热介质从室内空气吸热。
441.在图34所示的第二工作中,在第二机组u2的低温磁制冷部ml、中温磁制冷部mm以及高温磁制冷部mh进行第一调制工作。在第一机组u1的低温磁制冷部ml、中温磁制冷部mm以及高温磁制冷部mh进行行第二调制工作。输送机构20的泵26运转。第九三通阀28成为第一状态,第十三通阀29成为第二状态。
442.在第二工作中,在第二机组u2的第二流路50中,按照低温磁制冷部ml、中温磁制冷部mm以及高温磁制冷部mh的顺序被加热的热介质被供向室外热交换器34。在室外热交换器34中,热介质向室外空气放热。在第一机组u1的第一流路40中,按照高温磁制冷部mh、中温磁制冷部mm以及低温磁制冷部ml的顺序被冷却后的热介质被供向室内热交换器33。在室内热交换器33中,热介质从室内空气吸热。
443.〈制热运转〉
444.在制热运转中,第三四通换向阀37和第四四通换向阀38分别成为第二状态。室外风扇15和室内风扇14运转。在制热运转中,反复交替地进行第三工作和第四工作。需要说明的是,以下,以使所有的磁制冷部m工作的制热运转为例进行说明。
445.在图35所示的第三工作中,在第一机组u1的低温磁制冷部ml、中温磁制冷部mm以及高温磁制冷部mh进行第一调制工作。在第二机组u2的低温磁制冷部ml、中温磁制冷部mm以及高温磁制冷部mh进行第二调制工作。输送机构20的泵26运转。第九三通阀28成为第二状态,第十三通阀29成为第一状态。
446.在第三工作中,在第一机组u1的第二流路50中,按照低温磁制冷部ml、中温磁制冷部mm以及高温磁制冷部mh的顺序被加热后的热介质被供向室内热交换器33。在室内热交换器33中,热介质朝室内空气放热。在第二机组u2的第一流路40中,按照高温磁制冷部mh、中温磁制冷部mm以及低温磁制冷部ml的顺序被冷却后的热介质被供向室外热交换器34。在室外热交换器34中,热介质从室外空气吸热。
447.在图36所示的第四工作中,在第二机组u2的低温磁制冷部ml、中温磁制冷部mm以及高温磁制冷部mh进行第一调制工作。在第一机组u1的低温磁制冷部ml、中温磁制冷部mm以及高温磁制冷部mh进行第二调制工作。输送机构20的泵26运转。第九三通阀28成为第一状态,第十三通阀29成为第二状态。
448.在第四工作中,在第二机组u2的第二流路50中,按照低温磁制冷部ml、中温磁制冷部mm以及高温磁制冷部mh的顺序被加热后的热介质被供向室内热交换器33。在室内热交换器33中,热介质朝室内空气放热。在第一机组u1的第一流路40中,按照高温磁制冷部mh、中温磁制冷部mm以及低温磁制冷部ml的顺序被冷却后的热介质被供向室外热交换器34。在室外热交换器34中,热介质从室外空气吸热。
449.〈旁路工作〉
450.与第五实施方式一样,在第六实施方式中,也进行旁路工作。例如,在热介质的温度处于第一温度范围、低温磁制冷部ml不工作的情况下,控制器100将与低温磁制冷部ml对应的旁路流路60的控制阀90打开。在热介质的温度处于第三温度范围、低温磁制冷部mh不工作的情况下,控制器100将与高温磁制冷部mh对应的旁路流路60的控制阀90打开。除此以外的作用和效果与第五实施方式相同。
451.(第五实施方式与第六实施方式的变形例)
452.对第五实施方式和第六实施方式的变形例进行说明。
453.〈变形例g-出现频率不同的例子〉
454.变形例g所涉及的磁制冷装置1与第五实施方式、第六实施方式相比,热介质的出现频率不同。如图37所示,在磁制冷装置1中,按照其出现频率从低到高的顺序,有“极低”、“低”、“中”、“高”四个阶段的温度范围。第一温度范围为“极低”,第二温度范围和第六温度范围为“低”,第三温度范围和第五温度范围为“中”,第四温度范围为“高”。
455.在该情况下,磁制冷装置1优选以与这些温度范围对应的方式设置六个磁制冷部m。将对应于第一温度范围的磁制冷部m设为磁制冷部a1,将对应于第二温度范围的磁制冷部m设为磁制冷部a2,将对应于第三温度范围的磁制冷部m设为磁制冷部a3,将对应于第四温度范围的磁制冷部m设为磁制冷部a4,将对应于第五温度范围的磁制冷部m设为磁制冷部a5,将对应于第六温度范围的磁制冷部m设为磁制冷部a6。
456.在该例中,优选地,多个磁制冷部m的磁工质11的工作温度域随着热介质的出现频率降低而增大。在本示例中,磁制冷部a1的磁工质11的工作温度域最宽,磁制冷部a2和磁制冷部a6的磁工质11的工作温度域次宽,磁制冷部a3和磁制冷部a5的磁工质11的工作温度域又次宽,磁制冷部a4的磁工质11的工作温度域最窄。
457.在该例中,优选地,多个磁制冷部m的磁工质11的层数随着热介质的出现频率降低而减少。此外,优选地,多个磁制冷部m的磁工质11的总量随着热介质出现频率降低而增加。其理由如上所述。
458.〈变形例h-制冷专用机的例子〉
459.变形例h所涉及的磁制冷装置1对专用于制冷的空调装置适用。如图38所示,在磁制冷装置1中,省略了第五实施方式中的第三四通换向阀37和第四四通换向阀38。变形例h的制冷运转与第五实施方式相同。
460.如图39所示,在磁制冷装置1的运转过程中,存在出现频率为“中”的第一温度范围、出现频率为“高”的第二温度范围、出现频率为“低”的第三温度范围。低温磁制冷部ml对应于第一温度范围,中温磁制冷部mm对应于第二温度范围,高温磁制冷部mh对应于第三温度范围。
461.在该例中,将高温磁工质11h的工作温度域设得最宽,将低温磁工质11l的工作温度域设得次宽,将中温磁工质11m的工作温度域设得最窄。
462.在该例中,使高温磁制冷部mh的层数最少,使低温磁制冷部ml的层数次少,使中温磁制冷部mm的层数最多。
463.在该例中,使高温磁制冷部mh的高温磁工质11h的量最多,使低温磁制冷部ml的低温磁工质11l的量次多,使中温磁制冷部mm的中温磁工质11m的量最少。其理由如上所述。
464.〈变形例i-制热专用机的例子〉
465.变形例h所涉及的磁制冷装置1对专用于制热的空调装置适用。如图40所示,在磁制冷装置1中,省略了第五实施方式中的第三四通换向阀37和第四四通换向阀38。变形例h的制热运转与第五实施方式相同。
466.如图41所示,在磁制冷装置1的运转过程中,存在出现频率为“低”的第一温度范围、出现频率为“高”的第二温度范围、出现频率为“中”的第三温度范围。低温磁制冷部ml对应于第一温度范围,中温磁制冷部mm对应于第二温度范围,高温磁制冷部mh对应于第三温
度范围。
467.在该例中,将低温磁工质11l的工作温度域设得最宽,将高温磁工质11h的工作温度域设得次宽,将中温磁工质11m的工作温度域设得最窄。
468.在该例中,使低温磁制冷部ml的层数最少,使高温磁制冷部mh的层数次少,使中温磁制冷部mm的层数最多。
469.在该例中,使低温磁制冷部ml的低温磁工质11l的量最多,使高温磁制冷部mh的高温磁工质11h的量次多,使中温磁制冷部mm的中温磁工质11m的量最少。其理由如上所述。
470.〈变形例j-第三磁制冷部和第四磁制冷部的其他布置状况〉
471.第三磁制冷部即低温磁制冷部ml或高温磁制冷部mh也可以不布置在多个磁制冷部中的最端部,只要布置在多个磁制冷部m的端部附近即可。
472.第三磁制冷部即低温磁制冷部ml和高温磁制冷部mh并非一定要与室外热交换器34相邻,只要布置在靠近室外热交换器34的位置即可。
473.将作为多个磁制冷部m整体的工作温度域以相同的温度宽度划分为三个域,将温度最低的温度域设为“低温域”,将温度最高的温度区域设为“高温域”,将低温域与高温域之间设为“中温域”。在该情况下,也可以将第三磁制冷部设置在低温域和高温域的任意一方,将第四磁制冷部设置在中温域。换句话说,也可以构成为第三磁制冷部在低温域或高温域发挥磁热效应,第四磁制冷部在中温域发挥磁热效应。
474.(其他实施方式)
475.在上述实施方式和各变形例中,还可以采用以下的构成。
476.磁场调制部12可以是使用了永久磁铁的线性驱动型、使用了永久磁铁的旋转驱动型、使用了电磁铁的静止型、使用了电磁铁和永久磁铁的静止型中的任一种。
477.本公开的第一热交换部和第二热交换部也可以是空气热交换器以外的构成。具体而言,也可以是使热介质回路c的热介质与流过二次侧的流路的其他热介质(水、盐水、制冷剂等)进行热交换的热交换器。
478.固态制冷装置适用于对库内进行冷却的冷却器、空调装置、热泵式冷却器、热水供给装置等。
479.除了磁制冷装置之外,固态制冷装置还可以是诱发磁工质211产生磁热效应的其他方式。固态制冷装置具有发挥对外部能量的热效应的固态制冷剂物质、和使固态制冷剂物质诱发热效应的诱发部。这里所说的固态制冷剂物质也包括塑性晶体(plastic crystal)等具有液体和固体的中间性质的物质。
480.作为其他方式的固态制冷装置,能够列举出:1)诱发固态制冷剂物质产生电热效应的方式、2)诱发固态制冷剂物质产生压力热效应的方式、3)诱发固态制冷剂物质产生弹性热效应的方式。
481.就方式1)的固态制冷装置而言,诱发部对固态制冷剂物质赋予电场波动。这样一来,固态制冷剂物质从铁电体向顺电体进行相变等,固态制冷剂物质发热或吸热。
482.就方式2)的固态制冷装置而言,通过诱发部对固态制冷剂物质赋予压力波动,固态制冷剂物质发生相变而发热或吸热。
483.就方式3)的固态制冷装置而言,通过诱发部对固态制冷剂物质赋予应力波动,固态制冷剂物质发生相变而发热或吸热。
484.以上对实施方式和变形例进行了说明,但应理解可在不脱离权利要求书范围的主旨和不脱离范围的情况下,对其形态和详情进行各种变更。只要不影响本公开的对象的功能,还可以对上述实施方式和变形例适当地进行组合或替换。
485.以上所述的“第一”、“第二”、“第三
”……
这些词语仅用于区分包含上述词语的语句,并不是要限定该语句的数量、顺序。
486.-产业实用性-
487.综上所述,本公开对固态制冷装置、尤其是对磁制冷装置是有用的。
488.-符号说明-
489.1磁制冷装置(固态制冷装置)
490.11磁工质(固态制冷剂物质)
491.11b第二磁工质(中间侧磁工质)
492.11c第三磁工质(端部侧磁工质)
493.11d第四磁工质(端部侧磁工质)
494.11e第五磁工质(中间侧磁工质)
495.12磁场调制部(调制部)
496.20输送机构
497.31第一热交换器(第一热交换部)
498.32第二热交换器(第二热交换部)
499.33室内热交换器(第一热交换部、第二热交换部)
500.34室外热交换器(第二热交换部、第一热交换部)
501.40第一流路
502.50第二流路
503.81第一蓄热部(蓄热部)
504.82第二蓄热部(蓄热部)
505.84第二蓄热单元(蓄热部)
506.85第四蓄热单元(蓄热部)
507.b旁路机构
508.m磁制冷部(固态制冷部)
509.ml低温磁制冷部(第三磁制冷部)
510.mm中温磁制冷部(第四磁制冷部)
511.mh高温磁制冷部(第五磁制冷部)。
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