WO2014013978A1 - Magnetic air cooling and warming device - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a magnetic air conditioner, and in particular, a magnet that individually applies magnetism to a plurality of magnetic bodies to develop a magnetocaloric effect and transports the heat of the plurality of magnetic bodies using heat transfer of a solid substance.
- the present invention relates to an air conditioner.
- 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.
- One magnetic body block is formed by a pair of positive and negative magnetic bodies.
- a plurality of magnetic blocks are arranged in a ring shape to form a magnetic unit.
- the heat transfer member inserted and removed between the positive and negative magnetic bodies arranged in the magnetic body unit is arranged between the positive and negative magnetic bodies.
- a permanent magnet is arranged on a hub-like rotator that is concentric with the magnetic unit and has substantially the same inner diameter and outer diameter to form a magnetic circuit.
- positioned is arrange
- magnetism is simultaneously applied to and removed from the positive and negative magnetic bodies.
- the heat transfer member is inserted and removed between the positive and negative magnetic bodies at a fixed timing. The heat generated by the magnetic body due to the magnetocaloric effect is transported in one direction in which the magnetic body is disposed via the heat transfer member.
- the heat transfer member disposed between the magnetic bodies is inserted and removed at a constant timing. Friction heat is generated when the heat transfer member is inserted and removed. If the generation of this frictional heat is large, the cooled magnetic material will be heated. For this reason, the heat transfer member must be inserted and removed at such a speed (slowness) that it does not affect the temperature of the magnetic material even if frictional heat is generated.
- the insertion / removal of the heat transfer member is performed in synchronization with the application / removal of magnetism. For this reason, even if it is desired to speed up the change in temperature of the magnetic body by increasing the timing of applying and removing magnetism, the heat transfer member cannot be raised due to the rate of insertion / removal.
- an object of the present invention is to provide a magnetic air conditioner capable of performing heat transfer and interruption between magnetic bodies and the like at high speed.
- a magnetic air-conditioning apparatus is arranged in a row at intervals, and a plurality of magnetic bodies that change in temperature by applying and removing magnetism, and each of the plurality of magnetic bodies is magnetic.
- a magnetic circuit that applies and removes, a low-temperature side heat exchanging portion disposed at one end of the row of the plurality of magnetic bodies and spaced from the magnetic body, and the other end of the row of the plurality of magnetic bodies Between the magnetic bodies, between the magnetic bodies and the low temperature side heat exchange section, and between the magnetic bodies and the high temperature side heat exchange section. And a heat transfer section that is arranged between the two and performs heat transfer and heat insulation therebetween.
- the heat transfer section includes a dielectric and a first electrode provided in the gap, a liquid metal that moves in the gap, and a second electrode that is electrically connected to the liquid metal,
- the first electrode is electrically insulated from the liquid metal and the dielectric, and by applying a voltage between the first electrode and the liquid metal, the liquid metal causes the gap to be removed by electrowetting action. It moves to switch the heat transfer and the heat insulation.
- the magnetic cooling and heating apparatus configured as described above, between a plurality of magnetic bodies arranged in a row, between a magnetic body and a low temperature heat exchange unit, between a magnetic body and a high temperature heat exchange unit. Has a heat transfer section. And this heat transfer part was set as the structure which provided the clearance gap and moved a liquid metal to the clearance gap by electrowetting. In other words, heat transfer is performed in a state where the liquid metal enters the gap, and switching is performed so as to insulate the liquid metal from the gap.
- FIG. 1 It is a figure which shows the basic composition of the magnetic air conditioning apparatus of embodiment. It is a graph which shows the effect of a magnetic air conditioner. It is a schematic diagram for demonstrating a heat
- FIG. 1 It is a graph which shows a voltage application characteristic
- A is a graph which shows the relationship between contact angle (theta) and the frequency f
- B is a graph which shows the relationship between the applied voltage V and the frequency f.
- FIG. It is a top view which shows schematic structure of the magnetic air conditioning apparatus of Embodiment 3.
- FIG. 16 is an exploded sectional view of the magnetic air conditioner shown in FIG. 15. It is a schematic diagram for demonstrating a heat
- FIG. It is a flowchart for demonstrating the flow which calculates a response characteristic. It is sectional drawing which showed the form which connected the clearance gap between two heat-transfer parts by the communicating path in the magnetic air conditioning apparatus which concerns on Embodiment 4.
- FIG. It is a figure which shows the air conditioning circulation system using the magnetic air conditioning apparatus which concerns on Embodiment 4. It is a flowchart which shows the procedure which calculates a thermal switching frequency.
- FIG. 10 is a top view of a magnetic body / heat transfer portion arrangement plate portion according to a fifth embodiment.
- FIG. 10 is an enlarged schematic diagram of a gap portion in the fifth embodiment. In Embodiment 5, it is explanatory drawing for demonstrating the state which a liquid metal advances.
- Embodiment 5 it is a graph for demonstrating the positional relationship of a position sensor and a liquid metal.
- This graph is a three-dimensional graph in which the x-axis direction is time elapsed, the y-axis direction is the position sensor on (ON) and off (OFF) state, and the z-axis direction is the position of the liquid metal.
- it is a graph for demonstrating the application state of the position of a liquid metal, and the voltage between the 1st electrode-2nd electrodes by an electric circuit.
- the x-axis direction is time elapsed
- the y-axis direction is the application state of the voltage between the first electrode and the second electrode (eV is applied and 0V is not applied)
- the z-axis direction is the position of the liquid metal. It is a three-dimensional graph.
- Embodiment 5 it is a flowchart which shows the control procedure for synchronizing a liquid metal and the position of the magnet which applies a magnetism to a magnetic body.
- FIG. 1 is a diagram illustrating a basic configuration of the magnetic air conditioner according to the first embodiment. First, the principle of magnetic refrigeration will be described with reference to this figure.
- a positive magnetic body is used as a magnetic body made of the same material and having the same type of magnetocaloric effect.
- the magnetic bodies 100A and 10B form the magnetic body block 100A
- the magnetic bodies 10C and 10D form the magnetic body block 100B
- the magnetic bodies 10E and 10F form the magnetic body block 100C.
- the magnetic body unit 200 is formed by the magnetic body blocks 100A-100C.
- the magnetic circuits 20A, 20B, magnetic circuits 20C, 20D, and magnetic circuits 20E, 20F reciprocate between the magnetic bodies 10A-10F. That is, from the state of FIG. 1A, the magnetic circuits 20A and 20B move from the magnetic bodies 10A to 10B, the magnetic circuits 20C and 20D move from the magnetic bodies 10C to 10D, and the magnetic circuits 20E and 20F move from the magnetic bodies 10E to 10F all at once. Thus, the state shown in FIG. 1B is obtained. Next, from the state of FIG.
- the magnetic circuits 20A and 20B are changed from the magnetic bodies 10B to 10A
- the magnetic circuits 20C and 20D are changed from the magnetic bodies 10D to 10C
- the magnetic circuits 20E and 20F are changed from the magnetic bodies 10F to 10E all at once.
- a positive magnetic body that generates heat when applying magnetism in the magnetic circuits 20A, 20B-magnetic circuits 20E, 20F and absorbs heat when removed is used.
- a positive magnetic body and a negative magnetic body have opposite magneto-caloric effects, and the types of magneto-caloric effects are different.
- a positive magnetic material that is less expensive than a negative magnetic material is used. This is because a negative magnetic material has to be manufactured from a rare magnetic material, which increases the cost, and the magnitude of the magnetocaloric effect of the negative magnetic material is smaller than that of the positive magnetic material. .
- the magnetic circuits 20A, 20B-20E, and 20F are provided with permanent magnets (not shown).
- the magnetic circuits 20A and 20B, the magnetic circuits 20C and 20D, and the magnetic circuits 20E and 20F are integrated to reciprocate in the horizontal direction in the figure, thereby applying magnetism to the magnetic bodies 10A to 10F individually.
- the heat transfer units 30A-30G transfer heat generated by the magnetic bodies 10A-10F due to the magnetocaloric effect from the low temperature side heat exchange unit 40A to the high temperature side heat exchange unit 40B.
- the heat transfer unit 30A switches between a heat transfer state that transfers heat between the low temperature side heat exchange unit 40A and the adjacent magnetic body 10A and an adiabatic state that blocks heat.
- the heat transfer unit 30B switches between a heat transfer state that transfers heat between the magnetic bodies 10A and 10B and an adiabatic state that blocks heat.
- the heat transfer units 30C, 30D, 30E, and 30F are provided between the magnetic bodies 10B and 10C, between the magnetic bodies 10C and 10D, between the magnetic bodies 10D and 10E, and between the magnetic bodies 10E and 10F. Switch between heat transfer state that transfers heat and heat insulation state that blocks heat.
- the heat transfer unit 30G switches between a heat transfer state that transfers heat between the magnetic body 10F and the high temperature side heat exchange unit 40B and an adiabatic state that blocks heat
- the heat transfer units 30B, 30D, and 30F switch the heat transfer state and the heat insulation state between the magnetic bodies 10A and 10B, between the magnetic bodies 10C and 10D, and between the magnetic bodies 10E and 10F at the same timing.
- the heat transfer units 30A, 30C, 30E, and 30G are also at the same timing, between the low temperature side heat exchange unit 40A and the magnetic body 10A, between the magnetic bodies 10B and 10C, and between the magnetic bodies 10D and 10E.
- the heat transfer state and the heat insulation state are switched between the magnetic body 10F and the high temperature side heat exchange unit 40B.
- the heat transfer units 30B, 30D, and 30F and the heat transfer units 30A, 30C, 30E, and 30G are alternately switched between the heat transfer state and the heat insulation state.
- the detailed configuration of the heat transfer units 30A-30G and the heat transfer / heat insulation switching operation will be described later.
- the magnetic circuits 20A and 20B are the magnetic body 10A of the magnetic body block 100A
- the magnetic circuits 20C and 20D are the magnetic body 10C of the magnetic body block 100B
- the magnetic circuits 20E and 20F are the magnetic body block 100C. It is located on each of the magnetic bodies 10E. At this time, magnetism is applied to the magnetic bodies 10A, 10C, and 10E, and no magnetism is applied to the magnetic bodies 10B, 10D, and 10F, and the magnetism is removed. At this time, the magnetic bodies 10A, 10C, and 10E generate heat.
- the heat transfer section 30B heats between the magnetic bodies 10A and 10B
- the heat transfer section 30D heats between the magnetic bodies 10C and 10D
- the heat transfer section 30F heats between the magnetic bodies 10E and 10F. Set to transmission. For this reason, heat transfer between adjacent magnetic bodies in each magnetic body block is performed. That is, the heat generated by the magnetic bodies 10A, 10C, and 10E due to the magnetocaloric effect is transferred to the magnetic bodies 10B, 10D, and 10F, respectively.
- the heat transfer units 30A and 30G make heat insulation between the low temperature side heat exchange unit 40A and the magnetic body 10A and between the high temperature side heat exchange unit 40B and the magnetic body 10F. Further, the heat transfer units 30C and 30E are also in a heat insulating state between the magnetic bodies 10B and 10C and between the magnetic bodies 10D and 10E.
- the magnetic circuits 20A and 20B are the magnetic body 10B of the magnetic block 100A
- the magnetic circuits 20C and 20D are the magnetic body 10D of the magnetic block 100B
- the magnetic circuits 20E and 20F are the magnetic bodies. It is located on the magnetic body 10F of the block 100C.
- magnetism is applied to the magnetic bodies 10B, 10D, and 10F
- no magnetism is applied to the magnetic bodies 10A, 10C, and 10E, and the magnetism is removed.
- the magnetic bodies 10B, 10D, and 10F generate heat.
- the heat transfer unit 30A is between the low temperature side heat exchange unit 40A and the magnetic body 10A
- the heat transfer unit 30C is between the magnetic bodies 10B and 10C
- the heat transfer unit 30E is between the magnetic bodies 10D and 10E.
- the heat transfer part 30G makes a heat transfer state between the magnetic body 10F and the high temperature side heat exchange part 40B.
- the magnetic bodies 10A, 10C, and 10E absorb heat by the magnetocaloric effect, and the magnetic bodies 10B, 10D, and 10F generate heat by the magnetocaloric effect. For this reason, heat moves from the low temperature side heat exchange section 40A to the magnetic body 10A, from the magnetic body 10B to the magnetic body 10C, from the magnetic body 10D to the magnetic body 10E, and from the magnetic body 10F to the high temperature side heat exchange section 40B.
- the heat transfer portions 30B, 30D, and 30F are in a heat insulating state between the magnetic bodies 10A and 10B, between the magnetic bodies 10C and 10D, and between the magnetic bodies 10E and 10F.
- each magnetic body block 100A-100C By reciprocating the magnetic circuit provided corresponding to each magnetic body block 100A-100C in the left-right direction in the figure, the magnetic bodies located at both ends of each magnetic body block 100A-100C are alternately arranged. Repeat the application and removal of magnetism. Further, in conjunction with the movement of the magnetic circuit, the heat transfer units 30A-30G repeat heat transfer and heat insulation among the low temperature side heat exchange unit 40A, the magnetic bodies 10A-10F, and the high temperature side heat exchange unit 40B. Thereby, the heat obtained by the magnetocaloric effect moves from the low temperature side heat exchange unit 40A to the high temperature side heat exchange unit 40B.
- FIG. 2 is a graph showing the effect of the magnetic refrigeration of the present invention.
- the temperature difference between the low-temperature side heat exchange unit 40A and the high-temperature side heat exchange unit 40B is small at a relatively initial time after the operation of the magnetic cooling / heating apparatus.
- the temperature difference between the low temperature side heat exchange section 40A and the high temperature side heat exchange section 40B gradually increases, and finally, as shown by the straight line after a long time has passed, The temperature difference between the heat exchange unit 40A and the high temperature side heat exchange unit 40B is maximized.
- the indoor temperature can be lowered using the heat of the low temperature side heat exchange unit 40A, and the indoor temperature can be increased, for example, using the heat of the high temperature side heat exchange unit 40B.
- FIG. 1 the schematic diagram of FIGS. 3 and 4 shows how heat moves when a magnetic circuit provided corresponding to each magnetic block is reciprocated in the left-right direction in the figure.
- all the magnetic bodies forming the magnetic body unit 200 are made of the same material, and all the magnetic bodies have the same type of magnetocaloric effect and have a temperature change of 5 ° C. Assume a case. Specifically, it is assumed that the temperature of 5 ° C. rises when magnetism is applied to all the magnetic materials, and the temperature decreases by 5 ° C. when the magnetism is removed.
- the magnetic circuit is moved to the right side, the magnetism is removed from the magnetic body located at one end of each magnetic body block 100A-100C, and the magnetic circuit is located at the other end. Magnetism is applied to the magnetic material.
- the heat transfer unit is set in a heat transfer state so that heat transfer between the magnetic body located at the high temperature side and the high temperature side heat exchange unit 40B is possible.
- the temperature of the magnetic body located at one end of the magnetic body unit 200 and the low-temperature side heat exchanging section 40A becomes 18 ° C. as shown in FIG.
- the temperature of the magnetic body located at the end and the high temperature side heat exchange section 40B becomes 22 ° C.
- the magnetic circuit is moved to the left to remove the magnetism from the magnetic body located at the other end of each magnetic body block 100A-100C, and located at one end. Magnetism is applied to the magnetic material.
- the heat transfer section is set in a heat transfer state so that heat transfer between adjacent magnetic bodies in each magnetic block 100A-100C is possible.
- This heat transfer causes the temperature of the low temperature side heat exchanging portion 40A to be 18 ° C. and the temperature of the magnetic material of the magnetic block 100A to be 19 ° C. as shown in FIG. Further, the temperature of the magnetic body of the magnetic block 100B is 20 ° C., and the temperature of the magnetic body of the magnetic block 100C is 21 ° C. And the temperature of the high temperature side heat exchange part 40B will be 22 degreeC.
- the magnetic circuit is reciprocated to the left and right along the magnetic body, and the heat transfer unit is switched between the heat transfer state and the heat insulation state in synchronization with the movement of the magnetic circuit.
- Heat moves to the side heat exchange section 40B.
- the temperature difference between the low temperature side heat exchange section 40A and the high temperature side heat exchange section 40B increases.
- the state of FIG. 4 (1) and (2) will be repeated, the low temperature side heat exchange part 40A will be about 5 degreeC, and the high temperature side heat exchange part 40B will be 35 degreeC, The temperature difference becomes constant.
- the indoor temperature can be lowered using the heat of the low temperature side heat exchange unit 40A, and the indoor temperature can be increased, for example, using the heat of the high temperature side heat exchange unit 40B.
- FIGS. 1 and 3 The description of FIGS. 1 and 3 is applicable when a positive magnetic material is used as a magnetic material of the same material having the same type of magnetocaloric effect.
- a negative magnetic material When a negative magnetic material is used as a magnetic material of the same material having the same type of magnetocaloric effect, the heat transfer direction is opposite to the direction shown in FIG. Therefore, when a negative magnetic material is used, the positions of the low temperature side heat exchange part 40A and the high temperature side heat exchange part 40B are opposite to those in FIGS.
- the magnetic air conditioner switches the heat transfer state and the heat insulation state by the heat transfer units 30A to 30G and moves the heat.
- the heat transfer unit has switched between a heat transfer state and a heat insulation state by inserting and removing a metal plate such as aluminum or copper between magnetic bodies.
- a metal plate such as aluminum or copper between magnetic bodies.
- frictional heat is generated when moving between magnetic bodies. Since the insertion / removal of the metal plate is synchronized with the magnetic movement, if the magnetic movement is to be accelerated, the insertion / removal of the metal plate must be accelerated accordingly. If it does so, the frictional heat by a metal plate will become large and the temperature of a magnetic body will not fall. For this reason, the speed of magnetic movement cannot be increased.
- the heat transfer portion has a structure that does not generate frictional heat.
- FIG. 5 is a cross-sectional view of the heat transfer portion for explaining the configuration of the heat transfer portion in the first embodiment.
- FIG. 6 is a plan view of the heat transfer portion for explaining the configuration of the heat transfer portion in the first embodiment (a view of arrow A in FIG. 5).
- the heat transfer part 30 provided between the magnetic body 10 and the magnetic body 10 'adjacent thereto will be described as an example.
- the magnetic body 10 and the magnetic body 10 'adjacent thereto described here correspond to the magnetic body 10A in FIG. 1 as 10B, 10C and 10D, 10E and 10F.
- it corresponds similarly to the low temperature side heat exchange part 40A and the magnetic body 10A, the magnetic body 10F, and the high temperature side heat exchange part 40B.
- the heat transfer unit 30 corresponds to 30A-30G in FIG.
- the heat transfer unit 30 includes a first electrode structure 11 in contact with the magnetic body 10, a second electrode structure 21 in contact with the magnetic body 10 ′, and between the first electrode structure 11 and the second electrode body structure 21. And a liquid metal 18 that is taken in and out of the gap 20. In addition, at one end of the gap 20, there is a liquid reservoir 17 that stores liquid metal. In the gap 20, the end opposite to the one end where the liquid reservoir 17 is provided is an open end 24.
- the first electrode structure 11 and the second electrode structure 21 have the same structure and are symmetrical structures with the gap 20 as the center line.
- the first electrode structure 11 includes a first electrode 12, a dielectric 13, a second electrode 14, and a liquid repellent coating layer 15 in order from the magnetic body 10 side.
- the second electrode body structure 21 includes the first electrode 12, the dielectric 13, the second electrode 14, and the liquid repellent coating layer 15 in this order from the magnetic body 10 'side. That is, when the gap 20 is taken as the center, both the first electrode structure 11 and the second electrode body structure 21 are in order from the gap 20 side, the liquid repellent coating layer 15, the second electrode 14, the dielectric 13, and the first electrode 12. It is arranged to become.
- a lower substrate 16 is provided below the entire magnetic material.
- the lower substrate 16 has a liquid reservoir 17 communicating with the gap 20.
- the liquid reservoir 17 is a liquid storage portion that stores liquid metal.
- the second electrode 14 extends into the liquid reservoir 17 and can be electrically connected to the liquid metal 18.
- the first electrode 12 is insulated from the liquid reservoir 17. That is, the first electrode 12 is insulated from the liquid metal 18.
- the first electrode 12 and the second electrode 14 have a capacitor structure with the dielectric 13 between them, and this acts as a capacitor of the liquid metal 18 and the first electrode 12 (details). Later).
- the upper substrate 100 on which wirings led from the first and second electrodes 12 and 14 are formed is provided above the first electrode structure 11 and the second electrode structure 21.
- the upper substrate 100 is separated and insulated by the extension of the gap 20 on the first electrode structure 11 side and the second electrode body structure 21 side, and is the same as the first electrode structure 11 and the second electrode structure 21.
- the same structure is symmetrical with respect to the gap 20.
- the first wiring 111 from the first electrode 12 and the second wiring 112 from the second electrode 14 are insulated by an insulating layer 113.
- the wires 111 and 112 are connected to a control device (not shown) of the magnetic air conditioner in order to control the heat transfer unit 30.
- the control device switches between the heat transfer state and the heat insulation state by the heat transfer unit 30 in synchronization with the magnetic movement.
- the first electrode 12 and the second electrode 14 are not particularly limited as long as they are conductive, such as copper and aluminum.
- the shapes of the first electrode 12 and the second electrode 14 are the same, and are electrode plates that match the size of the gap 20 (excluding the gap interval).
- the dielectric 13 is not particularly limited as long as it is between the first electrode 12 and the second electrode 14 and is a dielectric 13 such as a silicon oxide film or a silicon nitride film.
- the shape of the dielectric 13 is the same size as the first electrode 12 and the second electrode 14, and the first electrode 12 and the second electrode 14 are not short-circuited.
- the liquid repellent coating layer 15 has liquid repellency with respect to the liquid metal 18.
- the liquid repellent coating layer 15 is preferably conductive.
- Examples of the material used for the liquid repellent coating layer 15 include a conductive oxide film (for example, LaSrTiO 3 system), a conductive glass material (for example, V—Fe—Ba—O system), and a conductive ceramic (for example, SiC system). ) And graphene are preferred.
- the liquid repellent coating layer 15 is liquid repellent with respect to the liquid metal 18, the liquid metal 18 can be easily stored in the liquid reservoir 17 when no electricity is applied. Further, since the liquid repellent coating layer 15 has conductivity, the electricity that has flowed to the second electrode 14 can be directly flowed to the liquid metal 10, which is efficient. In addition, when the liquid metal 18 is filled in the gap 20 between the first electrode structure 11 and the second electrode structure 21 by supplying electricity to the second electrode 14, the inside of the liquid reservoir 17 can be emptied. The amount of liquid metal 18 used can be reduced.
- the liquid repellent coating layer 15 only has liquid repellency and is conductive. It may be non-sexual. Further, an insulating liquid repellent member such as an extremely thin silicon oxide film or silicon nitride film may be formed on the surface of the second electrode 14 on the gap 20 side. If an extremely thin silicon oxide film or silicon nitride film is present, electricity can be supplied to the liquid metal 18 by the tunnel effect when electricity is supplied to the second electrode 14 even if they are present.
- the shape of the liquid repellent coating layer 15 constituted by such a member is large enough to cover the second electrode 14.
- the second electrode 14 itself is formed of, for example, a conductive oxide film, a conductive glass material, a conductive ceramic material, graphene, or the like. In this case, it is not necessary to provide the liquid repellent coating layer 15 on the gap side surface of the second electrode 14.
- the lower substrate 16 only needs to be insulated from at least the first and second electrodes 12 and 14.
- an epoxy substrate, a phenol substrate, an ABS resin substrate, or the like is used as a material having insulation properties as a whole.
- a liquid reservoir 17 is provided on these substrates.
- the inner wall surface of the liquid reservoir is made lyophilic so that the liquid metal 18 can be easily stored in the liquid reservoir 17.
- a metal film 19 for example, a metal film of copper, nickel, aluminum, etc.
- a silicon substrate can be used as the lower substrate 16, for example.
- a silicon substrate first, after the liquid reservoir 17 is formed, an insulating layer (not shown) is formed on the entire surface including the wall surface inside the liquid reservoir 17 with a silicon oxide film, a silicon nitride film, or the like. Then, a metal film 19 (for example, a metal film such as copper, nickel, aluminum or the like, or polysilicon provided with conductivity in the case of a silicon substrate) may be formed to make the liquid reservoir 17 lyophilic. It is preferable to do.
- the metal film 19 formed in the liquid reservoir 17 may be electrically connected to the second electrode 14.
- the metal film 19 in the liquid reservoir 17 may be omitted.
- the metal film 19 in the liquid reservoir 17 makes the liquid metal 18 easily stored in the liquid reservoir 17 when the liquid metal 18 is lowered by making the inner wall surface of the liquid reservoir 17 lyophilic. belongs to. For this reason, the metal film 19 may be omitted if the liquid reservoir 17 is sufficiently large and the liquid metal 18 can be smoothly stored even if the inner wall surface of the liquid reservoir 17 is not lyophilic.
- the liquid reservoir 17 of the lower substrate 16 is provided with a hole 25 that does not leak the liquid metal 18 (the function of the hole 25 will be described later).
- the upper substrate 100 has the same configuration on the first electrode structure 11 side and the second electrode body structure 21 side, and the first wiring 111 electrically connected to the first electrode 12 and the second electrode 14 are electrically connected. Connected second wiring 112 and an insulating layer 113 for insulating and separating them. Further, as already described, since the first electrode structure 11 side and the second electrode body structure 21 side are insulated and separated by the gap 20, naturally, the upper substrate 100 is also separated from the first electrode structure 11 side.
- the second electrode body structures 21 are provided so as to be separated and have the same configuration.
- a liquid repellent coating layer 15 is formed on the portion of each second wiring 112 facing the gap 20.
- the gap 20 portion is formed so that the liquid repellent coating layer 15 surrounds the gap 20 as shown in FIG. 6, so that the liquid metal does not leak from the side surface portion 15 a of the gap 20. It has become.
- the side surface portion 15a of the gap 20 has a structure (not shown) that covers the side surface portion of the gap (or the entire side surface including the side surface of the magnetic body) outside the liquid repellent coating layer 15. May be.
- Such a structure is preferably a non-magnetic, non-conductive member such as resin or ceramic.
- a portion of the upper substrate 100 facing the wiring (a portion surrounded by a circle in FIG. 5) is an open end 24 so that the pressure in the gap 20 does not increase or decrease due to the movement of the liquid metal 18. ing. For this reason, the liquid metal 18 can move in the gap 20 smoothly.
- the wirings 111 and 112 used for the upper substrate 100 are made of copper, aluminum or the like, like the first and second electrodes 12 and 14.
- the insulating layer 113 is preferably an insulator (insulating material) having a dielectric constant lower than that of the dielectric 13 at least.
- the wirings 111 and 112 are wirings for applying a voltage to the first and second electrodes 12 and 14. For this reason, the same voltage as that of the first and second electrodes 12 and 14 is applied to the portion where the wiring is opposed (the portion in the vicinity of the open end 24 surrounded in FIG. 5). Then, if a material having a high dielectric constant is used as the insulating layer of the upper substrate 100, a capacitor structure is formed between the liquid metal 18 and the wiring even in this portion. Then, when the liquid metal 18 rises, there is a possibility that the liquid metal 18 may come from the enclosed portion to the upper side and be discharged at that momentum.
- an insulating material having a low dielectric constant is used to prevent the liquid metal 18 from entering the gap 20 between the portions where the wiring layers face each other.
- a so-called Low-k material used in a semiconductor device can be used.
- any material having a lower dielectric constant than the dielectric 13 used between the first and second electrodes 12 and 14 may be used.
- These Low-k materials may be used.
- These Low-k materials are known to have a relative dielectric constant of 3.0 or less with respect to a relative dielectric constant of 4.2 to 4.0 of SiO 2 .
- the vicinity of the open end 24 where the insulating layer 113 that is an insulator is disposed has a thickness at which the wirings 112 and 113 are insulated.
- the thickness is about the thickness of the dielectric 13 from the upper end of the gap, the liquid When the metal 18 rises, it is not discharged from the upper end.
- the liquid metal 18 (sometimes referred to as a conductive fluid) is a liquid metal at least in a temperature range in which the magnetic air conditioner is used.
- galinstan which is a eutectic alloy of gallium, indium and tin can be used.
- Galinstan is a metal that is liquid at room temperature and has a different melting point depending on the composition of gallium, indium, and tin.
- a galinstan of 68.5% gallium, 21.5% indium and 10% tin has a melting point: ⁇ 19 ° C., a boiling point: 1300 ° C.
- liquid metals 18 may be used, and those having a high heat transfer coefficient are preferable.
- the function of the heat transfer unit 30 is to transfer and block heat (insulation) between magnetic bodies and the like. Since it has such a function, it may be called a thermal switch.
- this thermal switch function is performed by the liquid metal 18 that moves back and forth between the gap 20 and the liquid reservoir 17.
- Electrowetting is used to move the liquid metal 18 back and forth between the gap 20 and the liquid reservoir 17.
- the movement of the liquid metal 18 by electrowetting is known per se and is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-103363. Therefore, the principle necessary for understanding the present embodiment will be described here.
- FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the principle of electrowetting.
- Electrowetting is performed by placing a liquid metal 18 (shown as a droplet here) on the surface of a dielectric 501 provided on the electrode plate 500 and applying a voltage between the electrode plate 500 and the liquid metal 18. This is a technique for controlling wettability with the liquid metal 18 on the dielectric surface.
- a capacitor is formed between the electrode plate 500 and the liquid metal 18 via a dielectric 501.
- the electrostatic energy of the capacitor changes (increases), and the corresponding surface energy of the liquid metal 18 decreases, The surface tension of the liquid metal 18 is reduced.
- the contact angle ⁇ is an angle between the surface of the dielectric 501 on which the liquid metal 18 is placed and the surface of the liquid metal.
- the contact angle ⁇ varies in the range of 0 ° to 180 ° depending on the surface tension of the liquid metal 18.
- the contact angle ⁇ when the contact angle ⁇ is 0 ° to 90 °, the surface has good wettability with respect to the liquid metal 18, that is, a lyophilic state.
- the contact angle ⁇ exceeds 90 ° and is 180 ° or less, which is a state of poor wettability, that is, a liquid repellent state. Electrowetting can change the contact angle ⁇ of the liquid metal 18 placed on the dielectric surface in this way by applying a voltage.
- FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining the movement of the liquid metal in the gap, and is an enlarged view of the liquid metal portion in the gap.
- the surface on which the liquid metal 18 moves is the liquid repellent coating layer 15 provided so as to face the gap 20 between the magnetic bodies 10 and 10 '.
- the liquid repellent coating layer 15 has liquid repellency with respect to the liquid metal 18 as already described. Therefore, if no voltage is applied between the first and second electrodes 12 and 14, the liquid metal 18 has a contact angle of 90 ° or more on the surface of the liquid repellent coating layer 15 as shown in FIG. 8A. It becomes liquid repellency (also called lyophobic).
- the contact angle with the liquid contact surface (the surface of the liquid repellent coating layer 15) is 90 ° or more, so that the center of the liquid surface of the liquid metal 18 is convex as shown in FIG. 8A.
- the contact portion of the liquid metal 18 with the surface of the liquid repellent coating layer 15 is lowered.
- the liquid metal 18 acts on the liquid repellent coating layer 15 surface in a liquid pool direction.
- the liquid metal 18 returns to the liquid reservoir 17.
- This state is the state shown in FIG. 5 as a whole of the heat transfer section 30, the liquid metal 18 is in the liquid reservoir 17, and the gap 20 is filled with air (or inert gas (hereinafter the same)). ing. Therefore, the gap 20 filled with air provides a heat insulating state between the magnetic bodies 10 and 10 '.
- the dielectric 13 between the first electrode 12 and the second electrode 14 is polarized and statically applied. Electric energy changes (increases).
- the second electrode 14 and the liquid metal 18 are electrically connected, the liquid metal 18 and the first electrode 12 have a capacitor structure with the dielectric 13 interposed therebetween.
- This structure is the same structure as the capacitor structure formed by the liquid metal 18 via the electrode plate 500 and the dielectric 501 in FIG. 7 explaining the principle of electrowetting.
- the surface energy of the liquid metal 18 increases, and accordingly, the liquid metal 18 on the surface of the liquid repellent coating layer 15 (dielectric film) is increased. Surface tension is reduced and wettability is improved. Then, as shown in FIG. 8B, the contact angle ⁇ of the surface of the liquid metal 18 in contact with the surface of the liquid repellent coating layer 15 becomes 90 ° or less. For this reason, the liquid metal 18 acts on the surface of the liquid repellent coating layer 15 in the direction toward the open end 24 of the gap 20 (in the direction of the upper substrate 100). Further, although the surface tension of the liquid metal 18 itself is lost, the tension that climbs the gap 20 by a capillary phenomenon also works.
- the liquid metal 18 moves up the gap 20 and is filled in the gap 20, and enters a heat transfer state (see FIG. 9).
- h is the amount of increase from the position (FIG. 8A) on the original liquid level.
- d is the gap 20 interval.
- FIG. 9 is a cross-sectional view of the same portion as in FIG. 5 and shows a state in which the liquid metal 18 has gone up through the gap 20, that is, a heat transfer state.
- the liquid metal 18 reaches the position of the upper substrate 100 that is the top of the gap 20. As already described, there is no dielectric between the first wiring 111 and the second wiring 112 of the upper substrate 100 (or the dielectric constant is low) in the gap portion of the upper substrate 100. For this reason, since the electrostatic energy in this portion hardly changes, the wettability of the raised liquid metal 18 does not improve, so the liquid metal 18 does not rise any further.
- the gap 20 is filled with the liquid metal 18 and enters a heat transfer state in which heat is transferred between the magnetic bodies 10 and 10 '.
- the heat transfer state in which the liquid metal 18 is filled in the gap 20 provided in the heat transfer unit 30 by electrowetting and the liquid metal 18 is excluded from the gap 20 can be electrically controlled.
- the hole 25 is provided at the lower end of the liquid reservoir 17.
- the size of the hole 25 is set such that the liquid metal 18 does not leak and the gas flows in and out.
- the position of the hole 25 may be other than the lower end of the liquid reservoir 17 and may be arranged so that the liquid metal 18 can easily go out from the liquid reservoir 17 into the gap 20.
- the first and second electrode structures 11 and 21 that face each other with the gap 20 are parallel to the first electrode 12 and the second electrode 14 through the dielectric 13, respectively.
- the capacitor that is constituted by the first electrode 12, the liquid metal 18, and the dielectric 13 between them is acting on the electrowetting.
- the second electrode 14 may be omitted as long as a voltage can be applied to the liquid metal 18.
- an electrode electrically connected to the liquid metal is provided through the lower substrate. In this case, since the second electrode does not exist in the gap, the opposing surface of the gap becomes a dielectric and has liquid repellency with respect to the liquid metal.
- the electrode structure is increased or decreased because the liquid metal 18 serving as the counter electrode of the first electrode 12 moves as the capacitor structure. For this reason, the electrostatic energy in the dielectric material that causes the electrowetting action also increases or decreases. Therefore, even if the same voltage is applied, the force for moving the liquid metal is changed by the electrowetting action depending on the rising amount of the liquid metal, and the rising speed of the liquid metal may change (the second electrode is omitted). Even in this case, although the moving speed of the liquid metal may be slightly unstable, it is possible to switch between heat transfer and heat insulation without generating friction as in the case of providing the second electrode).
- the size of the capacitor by the first electrode 12 and the second electrode 14 is the same as that of the liquid metal 18. Does not change with movement. Therefore, even when the same voltage is applied, the transfer speed of the liquid metal is not changed by the movement of the liquid metal, and the heat transfer and the heat insulation can be switched stably.
- FIG. 10 is a perspective view showing a heat transfer section shape model when the response characteristics are estimated.
- the shape of the heat transfer unit 30 is such that the gap 20 is dg, the height is 1 mm, and the width is 1 mm.
- the height at which the liquid metal 18 rises when the gap wall surface becomes lyophilic with respect to the liquid metal 18 is defined as h.
- the flow velocity of liquid which is important as a response characteristic, can be obtained by applying the formulas of surface tension T acting on the liquid metal 18, shear stress (wall surface) ⁇ , volume force mg, and laminar flow between parallel walls.
- the directions of forces such as surface tension T, shear stress (wall surface) ⁇ , and body force mg are as shown in FIG.
- liquid density ⁇ [kg / m 3 ]
- gravitational acceleration g [m / s 2 ]
- gap interval dg [m]
- surface tension T [N / m]
- contact angle ⁇ [rad]
- liquid surface flow velocity V [m / s]
- viscosity ⁇ [pa ⁇ s]
- liquid surface height Length h [m]
- liquid surface acceleration ⁇ [m / s 2 ]
- flow direction length s [m]
- gap liquid mass m [kg]
- time t [ sec]
- time variation: ⁇ t [sec] 10 ⁇ 6 .
- FIG. 20 is a flowchart for explaining the flow of calculating the response characteristics.
- ⁇ (t) (surface tension ⁇ shear stress ⁇ volume force) / m is calculated (S3). Thereafter, if ⁇ (t) is 0 or more (S4: YES), V and h are calculated (S5), and if h is 1 mm or more (S6: YES), the process is terminated. On the other hand, if h is less than 1 mm (S6: NO), the process returns to S2.
- liquid level height h [m]
- liquid density ⁇ [kg / m 3 ]
- gravitational acceleration g [m / s 2 ]
- FIG. 11 is a graph showing the result of calculating the time taken for the liquid metal to rise by changing the contact angle and the gap 20.
- the vertical axis represents the time (msec) required for the 1 mm liquid metal to rise
- the horizontal axis represents the interval dg ( ⁇ m) of the gap 20.
- the value of mercury (Hg) was used for the viscosity ⁇ and density ⁇ of the liquid. That is, the viscosity is 1.55 ⁇ 10 ⁇ 3 Pa ⁇ s (20 ° C.), and the density is 13.5951 ⁇ 10 3 kg / m 3 .
- normal temperature (20 ° C.) and normal pressure (1 atm) were set.
- the time required for the liquid to rise can be adjusted to 1.0 msec or less by appropriately adjusting the gap 20 after that. .
- This time indicates that the repetition of loading / unloading can be increased from about 50 Hz to about 100 Hz by allowing the liquid metal 18 to enter and leave the gap 20 to act as a thermal switch.
- the magnetic air conditioner As the magnetic air conditioner, a model in which the heat transfer unit 30 is provided between the 24 magnetic bodies is assumed.
- the size of the surface where the magnetic bodies face each other was a square of 10 mm in length and width, and the thickness of the magnetic body was 1 mm.
- the thermal conductivity of the magnetic material is 200 W / (m ⁇ K).
- the gap 20 where the liquid metal 18 enters and exits was set to 200 ⁇ m.
- the heat transfer coefficient of the first and second metal plates of the heat transfer unit 30 was assumed to be the same as that of aluminum.
- the dielectric 13 is assumed to have a thickness of 1 ⁇ m and the liquid repellent coating layer 15 has a thickness of several tens of nanometers.
- the thermal conductivity of SiO 2 is 1.38 W / (m ⁇ K) at 300 K, and SiN is 20 to 28 W / (m ⁇ K) (however, the crystallinity is improved to contain oxygen
- graphene has a thermal conductivity of 5 ⁇ 10 3 W / (m ⁇ K), and V—Fe—Ba— as a conductive glass.
- the thermal conductivity is 1.0 W / (m ⁇ K)
- the thermal conductivity is 6.0 to 10.0 W / (m ⁇ K).
- SiC as a conductive ceramic, its thermal conductivity is 200 W / m is a ⁇ K).
- the heat switch when the heat switch is OFF, that is, when the liquid metal 18 is lowered in the heat transfer section 30 and there is no liquid metal 18 in the gap 20.
- the heat insulating property it is necessary for the heat insulating property to have a thermal conductivity of 1 W / (m ⁇ K) or less.
- This corresponds to, for example, when the gap 20 is filled with a heat insulating material having a thermal conductivity of acrylic resin.
- this corresponds to a distance of about several tens of millimeters when the gap 20 is an air layer (the same applies to an inert gas). For this reason, if the space
- the thermal conductivity required when the thermal switch is turned on is 200 W / mm at the gap of the gap 20 where the liquid metal 18 enters and exits in the above model.
- a member having a heat transfer coefficient of about (m ⁇ K) is required. This corresponds to the heat transfer coefficient of a metal such as aluminum.
- the thermal conductivity is 16.5 W / (m ⁇ K). Therefore, if the gap 20 is not 200 ⁇ m but 20 ⁇ m, the length of heat transfer becomes 1/10. Then, since the necessary heat transfer coefficient is effective by the square of the length to be transmitted, it is only necessary to have 2 W / (m ⁇ K) which is 1/100. Therefore, if the gap 20 is 20 ⁇ m, a temperature difference of 60 ° can be obtained with a sufficiently 50 Hz operation even when Galinstan is used. Therefore, if the gap 20 is about 1/4 of 200 ⁇ m, the required thermal conductivity is 1/16 of 200 W / (m ⁇ K), that is, 12.5 W / (m ⁇ K). Therefore, when using Galinstan, the maximum value of the gap 20 is approximately 1/4 of 200 ⁇ m, that is, a temperature difference of 60 ° can be obtained at 50 Hz operation even at about 50 ⁇ m.
- each part constituting the heat transfer part 30 is such that when the gallinstan is used as the liquid metal 18, the gap 20 is preferably 10 ⁇ m to 50 ⁇ m.
- the reason why the lower limit is set to 10 is to provide sufficient heat insulation when the liquid metal 18 is lowered and air enters the gap 20 by opening the gap 20 of this level.
- the upper limit of 50 ⁇ m is to maintain heat transfer performance when the liquid metal 18 rises and fills the gap 20 as already described.
- the electrode plate, the dielectric 13, the liquid repellent coating layer 15, etc. it is preferable to make the electrode plate, the dielectric 13, the liquid repellent coating layer 15, etc. as thin as possible.
- the dielectric 13 is too thick, it becomes a heat insulating material, so it is preferable to make it as thin as possible.
- the total thickness of the dielectrics 13 of the first electrode structure 11 and the second electrode structure 21 is 10 ⁇ m or less, the influence caused thereby is negligible (as in the above example, Since the heat transfer thickness is the square of 200 W / (m ⁇ K), which is about the same as aluminum, the thermal conductivity is about 1/200 at 10 ⁇ m, so 1 W / (m ⁇ K) If the dielectric 13 is 1 ⁇ m as in the above model, the dielectric 13 is 1/20000, which is 0.01 W / (m ⁇ K), which is almost negligible.
- each part may be appropriately set according to the liquid metal 18 to be used and the frequency to be taken in and out, and is not limited to such a value.
- FIG. 12 is a graph showing voltage application characteristics
- FIG. 12A is a graph showing the relationship between the contact angle ⁇ and the frequency f
- FIG. 12B is a graph showing the relationship between the applied voltage V and the frequency f. From these graphs, it can be seen that in order to increase the frequency, it is necessary to reduce the contact angle, and in order to increase the frequency, it is necessary to increase the voltage. That is, by raising the voltage applied to the first electrode 12 and the second electrode 14 and lowering the contact angle, the frequency of taking in and out the liquid metal 18 can be raised.
- FIG. 13 is a diagram showing an example of switching characteristics in one cycle of liquid metal loading and unloading. As shown in the figure, when viewed as one cycle and 360 °, the rise at the time of voltage application (ON) is maintained for 18 ° of one cycle, and then the ON voltage is maintained for 162 °. When the voltage is turned off (OFF), the falling off voltage is obtained over a period of 18 ° of one cycle.
- the switching characteristic is not limited to this special characteristic, and it is preferable to obtain an on / off characteristic close to a rectangular wave.
- FIG. 14 is a plan view for explaining the structure of the heat transfer unit of the second embodiment, as viewed from the direction corresponding to the arrow A in FIG.
- blades 31 are arranged on the wall surfaces of the first electrode structure 11 side and the second electrode body structure 21 side in the gap 20 of the heat transfer section 30, that is, on the surface of the liquid repellent coating layer 15. It is.
- the blade 31 extends vertically from the liquid reservoir 17 of the lower substrate 16 in the direction of the upper substrate 100, and the blade 31 on the first electrode structure 11 side and the blade 31 on the second electrode body structure 21 side do not contact each other. It is wide.
- the blade 31 itself may be formed, for example, so that the material of the liquid repellent coating layer 15 has the structure of the blade 31 as it is.
- the contact surface area of the liquid metal 18, the wall surface of the 1st electrode body structure 11, and the wall surface of the 2nd electrode body structure 21 becomes large, and heat transfer efficiency improves.
- the gap d B is formed between the blade 31 of the first electrode structure 11 side and the second electrode structure body 21 side of the blade 31, the liquid to the blade wall even gap d B between the blade 31 The surface tension of the metal 18 works and the liquid metal 18 is more likely to rise (when voltage is applied).
- the gap d B also previously described between the blade 31, it is preferably about 10 [mu] m ⁇ 50 [mu] m.
- FIG. 15 is a top view showing a schematic configuration of the magnetic cooling / heating device of Embodiment 3, and shows a state seen through from above so that the positional relationship among the magnetic body, the permanent magnet forming the magnetic circuit, and the heat transfer unit can be understood.
- FIG. 16A to 16B are top views of the magnetic body / heat transfer portion arrangement plate and the magnet arrangement plate constituting the magnetic air conditioner shown in FIG. 17 is an exploded cross-sectional view of the magnetic air conditioner shown in FIG. 15 (A is a cross-sectional view of the magnet arrangement plate 800 portion, and B is a cross-sectional view of the magnetic body / heat transfer portion arrangement plate 700 portion).
- FIG. 15 is a cross-sectional view of the magnet arrangement plate 800 portion, and B is a cross-sectional view of the magnetic body / heat transfer portion arrangement plate 700 portion.
- FIG. 18 is a schematic diagram for explaining a state in which heat moves when the magnet arrangement plate of this magnetic air conditioner is rotated
- FIG. 18A is a cross section taken along the line AA in FIG. 15, 15 corresponds to a cross section taken along line AA in FIG. 15, and
- FIG. 18B corresponds to a cross section taken along line BB in FIG.
- FIG. 19 is an explanatory diagram for explaining the operation of the magnetic air conditioner according to the third embodiment.
- the description of the drive section shown in FIG. 17 is omitted for easy understanding of the invention.
- This magnetic air conditioner uses the same principle as the magnetic refrigeration shown in FIG. In order to perform magnetic refrigeration using this principle, it is configured as follows.
- the magnetic air conditioner 500 includes a hollow disk-shaped magnetic body / heat transfer unit arrangement plate 700 (in particular, see FIG. 16A) having an open center part, and a center part.
- a hollow disk-shaped magnet arrangement plate 800 (see FIG. 16B in particular).
- the magnetic body / heat transfer section arrangement plate 700 has a low temperature side heat exchange section 40A disposed at the center thereof and a high temperature side heat exchange section 40B disposed at the outer periphery thereof.
- the magnet arrangement plate 800 has two discs, an upper disc 800A and a lower disc 800B, which are arranged with a gap (see particularly FIG. 17).
- the magnetic body / heat transfer portion arrangement plate 700 and the magnet arrangement plate 800 are arranged concentrically (refer to FIGS. 15, 17, and 18 in particular).
- the magnetic body / heat transfer portion arrangement plate 700 is inserted between the upper disc 800A and the lower disc 800B of the magnet arrangement plate 800 (see particularly FIGS. 17 and 18).
- the low temperature side heat exchanging unit 40A is arranged at the center of the magnetic body / heat transfer unit arrangement plate 700 and the magnet arrangement plate 800.
- the high temperature side heat exchanging part 40B is arranged on the outer periphery of the magnetic body / heat transfer part arrangement plate 700 and the magnet arrangement plate 800 (see particularly FIGS. 15, 17, and 18).
- the low temperature side heat exchange section 40A is disposed at the center thereof, and the outer peripheral section thereof.
- the high temperature side heat exchange part 40B is arrange
- the high temperature side heat exchange unit 40B is arranged at the center, and the low temperature side heat exchange unit 40A is arranged at the outer periphery thereof.
- the arrangement of the low temperature side heat exchanging part 40A and the high temperature side heat exchanging part 40B differs depending on which of the positive and negative magnetic substances is used for the magnetic substance / heat transfer part arrangement plate 700.
- the magnetic body / heat transfer part arrangement plate 700 is a hollow disk whose center part is open, and the opening diameter of the center part is larger than the diameter of the cylindrical low temperature side heat exchange part 40A. Slightly larger.
- the diameter of the magnetic body / heat transfer part arrangement plate 700 is the same as the inner circumference of the cylindrical high temperature side heat exchange part 40B.
- the magnetic body / heat transfer portion arrangement plate 700 is fixed to the high temperature side heat exchange portion 40B. Not shown between the magnetic body / heat transfer section arrangement plate 700 and the high temperature side heat exchange section 40B so that heat does not move between the magnetic body / heat transfer section arrangement plate 700 and the high temperature side heat exchange section 40B. It is preferable to interpose a heat insulating material.
- a plurality of magnetic bodies are formed annularly and radially on one side of the magnetic body / heat transfer portion arrangement plate 700 (opposing surface of the disc 800A).
- twelve magnetic body units 200A, 200B, 200C,..., 200G, adjacent to the region on the magnetic body / heat transfer portion arrangement plate 700 divided at a central angle of 30 ° in the circumferential direction. ..., 200L is formed.
- the heat transfer part is arrange
- Each magnetic body unit 200A, 200B, 200C,..., 200G,..., 200L has six magnetic bodies arranged from the center of the magnetic body / heat transfer section arrangement plate 700 toward the outer periphery.
- the magnetic body unit 200A arranges magnetic bodies 10Aa, 10Ab, 10Ac, 10Ad, 10Ae, and 10Af
- the magnetic body unit 200B arranges magnetic bodies 10Ba, 10Bb, 10Bc, 10Bd, 10Be, and 10Bf, respectively.
- the six magnetic bodies constituting each magnetic unit are all positive magnetic bodies whose temperature rises when magnetism is applied. It is made of magnetic material suitable for each operating temperature range.
- each magnetic body unit two magnetic bodies form a set to form a magnetic body block.
- the magnetic bodies 10Aa and 10Ab form the magnetic body block 100Aa
- the magnetic bodies 10Ac and 10Ad form the magnetic body block 100Ab
- the magnetic bodies 10Ae and 10Af form the magnetic body block 100Ac.
- the magnetic bodies 10Ba and 10Bb form the magnetic body block 100Ba
- the magnetic bodies 10Bc and 10Bd form the magnetic body block 100Bb
- the magnetic bodies 10Be and 10Bf form the magnetic body block 100Bc.
- each of the magnetic body units 200A, 200B, 200C,..., 200G, ..., 200L has three magnetic body blocks 100Aa-100Ab-100Ac, 100Ba- 100Bb-100Bc,...
- Each of the magnetic blocks 100Aa, 100Ab, 100Ac, 100Ba, 100Bb, 100Bc,... Has two magnetic bodies, 10Aa-10Ab, 10Ac-10Ad, 10Ae-10Af, 10Ba-10Bb, 10Bc-10Bd, 10Be-10Bf ... is formed.
- the magnetic body unit 200A is formed of six magnetic bodies 10Aa, 10Ab, 10Ac, 10Ad, 10Ae, and 10Af. . These magnetic bodies have three magnetic body blocks 100Aa, 100Ab, and 100Ac. These magnetic blocks are formed of a set of two magnetic bodies 10Aa-10Ab, 10Ac-10Ad, and 10Ae-10Af.
- the magnetic body units 200B to 200L are formed in the same manner as the magnetic body unit 200A. For this reason, the magnetic body / heat transfer portion arrangement plate 700 of Embodiment 3 has a configuration equivalent to that obtained by arranging the magnetic body units 200 shown in FIG. 1A in 12 rows in parallel.
- the magnetic body 10Aa used in the third embodiment may be directly formed on the magnetic body / heat transfer portion arrangement plate 700.
- the heat transfer portion arrangement plate 700 is preferably made of a material having a large thermal resistance. This is because if the thermal resistance is small, the heat generated by the magnetic bodies 10Aa,... Will be dissipated through the magnetic body / heat transfer portion arrangement plate 700. Further, in order to increase the thermal resistance, the magnetic bodies 10Aa,... Are not directly formed on the magnetic body / heat transfer portion arrangement plate 700, but the magnetic bodies 10Aa,. A heat insulating film or a heat insulating layer may be provided between the two.
- the magnetic bodies 10Aa,... May be integrally formed on the magnetic body / heat transfer portion arrangement plate 700 as a magnetic unit 200A,... Via a heat insulating film or a heat insulating layer.
- the magnetic material blocks 100Aa,... May be divided and formed via a heat insulating film or a heat insulating layer, and arranged on the magnetic material / heat transfer portion arrangement plate 700.
- the magnetic bodies 10Aa,... are the same as those in the first embodiment as already described in the third embodiment.
- La x Ca 1-x MnO 3 , La (Fe 1-x Si x ) 13 H y and the like can be used for the material composition.
- the shape of the magnetic bodies 10Aa,... Is as shown in FIG. 15, FIG. 16A, FIG.
- a shape such as a spherical shape, an ellipsoidal shape, a cubic shape, a cylindrical shape, or an elliptical columnar shape may be employed.
- the magnetic body / heat transfer portion arrangement plate 700 includes the magnetic body unit 200A in which the magnetic bodies 10Aa... Of the same material are arranged in a plurality of rows in the radial direction.
- a plurality of the magnetic body units 200A are arranged in an annular shape adjacent to each other at intervals in the circumferential direction intersecting with the arrangement direction of the magnetic bodies 10Aa,.
- the magnetic unit 200A includes magnetic body blocks 100Aa,... In which magnetic bodies 10Aa,... Of the same material are arranged in a radial direction at intervals in a plurality of rows, and the magnetic body blocks 100Aa are arranged as magnetic bodies 10Aa,. They are formed in a plurality of rows with intervals in the direction.
- the magnetic body unit 200A of the magnetic body / heat transfer section arrangement plate 700 between all the magnetic bodies 10Aa, between the magnetic bodies 10Aa and the low temperature side heat exchange section 40A, between the magnetic body 10Af and the high temperature side heat exchange.
- a heat transfer portion is disposed between the portions 40B.
- This heat exchange unit has the same configuration as that described in the first or second embodiment. That is, the heat transfer units 30Ba, 30Ab, 30Bc, 30Ad, 30Be, 30Af, and 30Bg are arranged in the direction from the low temperature side heat exchange unit 40A to the high temperature side heat exchange unit 40B. The same applies to the magnetic body unit 200B.
- Heat transfer is performed between all the magnetic bodies 10Aa, between the magnetic bodies 10Aa and the low-temperature side heat exchange unit 40A, and between the magnetic body 10Af and the high-temperature side heat exchange unit 40B.
- the parts 30Aa, 30Bb, 30Ac, 30Bd, 30Ae, 30Bf, and 30Ag are arranged (see FIG. 16A).
- the heat transfer units 30Ab, 30Ad, and 30Af are simultaneously in a heat transfer state (ON), and at that time, the heat transfer units 30Ba, 30Bc, 30Be, and 30Bg are in a heat insulation state (OFF). Conversely, the heat transfer units 30Ab, 30Ad, and 30Af are simultaneously insulative (off), and at that time, the heat transfer units 30Ba, 30Bc, 30Be, and 30Bg are in the heat transfer state (on).
- the heat transfer units 30Bb, 30Bd, and 30Bf are simultaneously in a heat transfer state (ON), and at that time, the heat transfer units 30Aa, 30Ac, 30Ae, and 30Ag are in a heat insulation state (OFF).
- the heat transfer units 30Bb, 30Bd, and 30Bf are simultaneously insulative (off), and at that time, the heat transfer units 30Aa, 30Bc, 30Ae, and 30Ag are in the heat transfer state (on). That is, in the figure, when the heat transfer part of the subscript A of 30 is simultaneously turned on, the heat transfer part of the subscript B is simultaneously turned off or vice versa.
- the heat transfer unit that is in the heat transfer state (ON) in the illustrated operation state is indicated by a symbol.
- the heat transfer units are all the same.
- the structure is between all the magnetic bodies, between the heat exchange part and the magnetic body.
- the low temperature side heat exchanging portion 40A has the magnetic body units 200A, 200B, 200C formed on the magnetic body / heat transfer portion arrangement plate 700. ,..., 200G,..., 200L are adjacent to the magnetic bodies 10Aa, 10Bb,. Further, the high temperature side heat exchanging portion 40B is formed of the magnetic body 10Af located at the other end of the magnetic body units 200A, 200B, 200C,..., 200L formed on the magnetic body / heat transfer portion arrangement plate 700, 10Bf,... Also in all the magnetic units, heat transfer portions 30Ba, 30Ab... Or 30Aa, 30Bb,.
- the magnet arrangement plate 800 is a hollow disc having an opening at the center thereof, and the opening diameter at the center is slightly larger than the diameter of the columnar low temperature side heat exchange portion 40A. is there. Moreover, the diameter of the magnet arrangement
- the upper and lower two disks 800A and 800B can be separately rotated around the low-temperature side heat exchange unit 40A, and the bearings provided in the low-temperature side heat exchange unit 40A and the upper and lower two discs It is supported by bearings provided at the outer peripheral ends of the disks 800A and 800B.
- the upper disk 800A is rotatably supported by bearings 520Aa and 520Ab
- the lower disk 800B is rotatably supported by bearings 520Ba and 520Bb. Therefore, the upper disk 800A can rotate separately from the lower disk 800B.
- the support board 530 is arrange
- the support board 530 fixes servo motors 540A and 540B for separately rotating the upper and lower disks 800A and 800B.
- the servo motor 540A is fixed to a portion facing the upper disc 800A of the support plate 530, and the servo motor 540B is fixed to a portion facing the lower disc 800B of the support plate 530.
- Gears 550A and 550B are attached to the respective rotation shafts of the servo motors 540A and 540B.
- a ring gear 560A that meshes with the gear 550A is attached to the outer periphery of the upper disk 800A.
- a ring gear 560B that meshes with the gear 550B is attached to the outer periphery of the lower disc 800B.
- the servo motors 540A and 540B, the gears 550A and 550B, and the ring gears 560A and 560B constitute a drive unit.
- the servo motors 540A and 540B are rotated synchronously. Therefore, the magnet arrangement plate 800 is arranged such that the magnetic body / heat transfer unit arrangement plate 700 is sandwiched between the upper and lower disks 800A and 800B with the low temperature side heat exchange unit 40A as the center, and the low temperature side heat exchange unit 40A. It rotates with the high temperature side heat exchange part 40B.
- a plurality of permanent magnets are arranged annularly and radially on one side of the upper disk 800A forming the magnet arrangement plate 800 (the lower side of the disk 800A shown in FIGS. 17 and 18). It is.
- the permanent magnets are magnetic body blocks 100Aa, 100Ab, 100Ac, 100Ba, 100Bb of the magnetic body units 200A, 200B, 200C, ..., 200G, ..., 200L of the magnetic body / heat transfer portion arrangement plate 700 shown in Fig. 16A. , 100Bc,... Are arranged so that one permanent magnet faces each other.
- the permanent magnet Each time the magnet arrangement plate 800 rotates 30 ° and moves to the adjacent magnetic body unit, the permanent magnet is moved to the adjacent magnetic body unit 200A, 200B, 200C,..., 200G,. 100Ab, 100Ac, 100Ba, 100Bb, 100Bc,... Reciprocate in the radial direction. Therefore, the permanent magnet individually applies magnetism to the magnetic bodies 200A, 200B, 200C,..., 200G,.
- permanent magnets 20Aa, 20Ac, and 20Ae at the corresponding positions of the magnetic body unit 200A in the upper disk 800A of the magnet arrangement plate 800 in the drawing are
- the magnetic body / heat transfer portion arrangement plate 700 is in a position facing the magnetic bodies 10Aa, 10Ac, and 10Ae of the magnetic body unit 200A.
- the permanent magnets 20Ba, 20Bc, and 20Be at the corresponding positions of the magnetic body unit 200B are respectively at positions facing the magnetic bodies 10Bb, 10Bd, and 10Bf of the magnetic body unit 200B.
- the permanent magnets 20Aa, 20Ac, 20Ae at the corresponding positions of the magnetic body unit 200A are opposed to the magnetic bodies 10Ba, 10Bc, 10Be of the magnetic body unit 200B, respectively. It becomes the position to do.
- the permanent magnets at the corresponding positions of the magnetic body unit 200L are positions facing the magnetic bodies 10Ab, 10Ad, and 10Af of the magnetic body unit 200A. That is, each time the magnet arrangement plate 800 rotates 30 ° clockwise, the permanent magnets reciprocate for each magnetic body block in each of the magnetic body units 200A, 200B, 200C, ..., 200G, ..., 200L.
- the positional relationship between the permanent magnet and the magnetic body is the same positional relationship as the positional relationship in FIG. 1A and the positional relationship in FIG. 1B are repeated each time the magnet arrangement plate 800 rotates 30 °.
- the permanent magnets 20Aa, 20Ac, and 20Ae are formed of magnetic bodies 10Aa, 10Ac, Magnetism is simultaneously applied to 10Ae.
- the heat transfer portions 30Ab, 30Ad, and 30Af of the magnetic body unit 200A are in a heat transfer state
- the heat transfer portions 30Ba, 30Bc, 30Be, and 30Bg are in a heat insulating state.
- the permanent magnets 20Ba, 20Bc, and 20Be are magnetic bodies 10Bb and 10Bd that are positioned at the other ends of the respective magnetic body blocks 100Ba, 100Bb, and 100Bc of the other adjacent magnetic body unit 200B. 10Bf is simultaneously magnetized. At this time, the heat transfer portions 30Ba, 30Bc, 30Be, and 30Bg of the magnetic body unit 200B are in a heat transfer state, and the heat transfer portions 30Ab, 30Ad, and 30Af are in a heat insulation state.
- the positional relationship between the permanent magnet and the magnetic body between two adjacent magnetic body units is the same as in the case of the magnetic body units 200A and 200B.
- the positional relationship between the permanent magnet and the magnetic body as described above between two adjacent magnetic body units is referred to as state 1.
- the permanent magnets 20Aa, 20Ac, 20Ae are magnetized at one end of each of the magnetic body blocks 100Ba, 100Bb, 100Bc of the other adjacent magnetic body unit 200B. Magnetism is simultaneously applied to the bodies 10Ba, 10Bc, and 10Be. This state is equivalent to the movement of the permanent magnets 20Ba, 20Bc, 20Be shown in FIG. 18B to the left magnetic bodies 10Ba, 10Bc, 10Be.
- the permanent magnet present at the corresponding position of the magnetic body unit 200L is simultaneously magnetized to the magnetic bodies 10Ab, 10Ad, 10Af located at the other ends of the respective magnetic body blocks 100Aa, 100Ab, 100Ac of one adjacent magnetic body unit 200A. Apply. This state is equivalent to the movement of the permanent magnets 20Aa, 20Ac, 20Ae shown in FIG. 18A to the right magnetic bodies 10Ab, 10Ad, 10Af. Also in the other magnetic body units 200C-200L, the positional relationship between the permanent magnet and the magnetic body between two adjacent magnetic body units changes in the same manner as in the case of the magnetic body units 200A and 200B. The positional relationship between the permanent magnet and the magnetic body as described above between two adjacent magnetic body units is referred to as state 2.
- Magnetic protrusions are formed on one side of the lower disk 800B that forms the magnet arrangement plate 800 (the upper side of the disk 800B shown in FIGS. 17 and 18).
- the magnetic protrusions are arranged in correspondence with the arrangement of the permanent magnets arranged on one side of the upper disk 800A.
- a magnetic projection 20Ab is arranged corresponding to the permanent magnet 20Aa
- a magnetic projection 20Ad is arranged corresponding to the permanent magnet 20Ac
- a magnetic projection 20Af is arranged corresponding to the permanent magnet 20Ae. ing.
- a magnetic protrusion 20Bb is disposed corresponding to the permanent magnet 20Ba
- a magnetic protrusion 20Bd is disposed corresponding to the permanent magnet 20Bc
- a magnetic protrusion 20Bf is disposed corresponding to the permanent magnet 20Be.
- the magnet arrangement plate 800 is composed of two magnetically connected flat plates that sandwich the magnetic material / heat transfer portion arrangement plate 700 with a gap.
- the permanent magnets disposed on the upper disk 800A and the magnetic protrusions disposed on the lower disk 800B form a magnetic circuit between the upper disk 800A and the lower disk 800B. This magnetic circuit constitutes a magnetic application unit.
- a permanent magnet is used as means for generating magnetism in the magnetic application unit.
- a superconducting magnet or an electromagnet can be used.
- the magnetic circuit is composed of an electromagnet, the magnitude of the magnetism applied to the magnetic body can be changed within a certain range, so that the magnetism applying unit can have versatility.
- a permanent magnet is disposed on the upper disk 800A and a magnetic protrusion is disposed on the lower disk 800B.
- a magnetic protrusion is disposed on the upper disk 800A.
- a permanent magnet is disposed on the lower disk 800B.
- both disks are rotated as a unit. However, both disks may be provided separately as long as they are magnetically connected. Since the upper disc 800A and the lower disc 800B are magnetically connected and the permanent magnet and the magnetic projection are provided opposite to each other, the magnetic flux from the permanent magnet can be effectively utilized, and the permanent magnet can be downsized. Weight reduction is possible.
- the magnet arrangement plate 800 is preferably made of a low heat transfer material having a large thermal resistance so as not to let the heat generated by the magnetic bodies 10Aa,... And the heat transferred by the heat transfer units 30Aa,.
- the permanent magnet 20Aa is located on the magnetic body 10Aa
- the permanent magnet 20Ac is located on the magnetic body 10Ac
- the permanent magnet 20Ae is located on the magnetic body 10Ae (FIG. 18A, (See FIG. 19A).
- magnetism is applied to the magnetic bodies 10Aa, 10Ac, and 10Ae
- no magnetism is applied to the magnetic bodies 10Ab, 10Ad, and 10Af
- the magnetism is removed.
- the magnetic bodies 10Aa, 10Ac, and 10Ae generate heat.
- the heat transfer section 30Ab is in a heat transfer state between the magnetic bodies 10Aa and 10Ab
- the heat transfer section 30Ad is in the magnetic bodies 10Ac and 10Ad
- the heat transfer section 30Af is in the heat transfer state between the magnetic bodies 10Ae and 10Af.
- heat transfer between adjacent magnetic bodies in each magnetic body block is performed. That is, the heat generated by the magnetic bodies 10Aa, 10Ac, and 10Ae due to the magnetocaloric effect is transferred to the magnetic bodies 10Ab, 10Ad, and 10Af, respectively.
- heat is not transferred between the low temperature side heat exchange unit 40A and the magnetic body 10Aa and between the high temperature side heat exchange unit 40B and the magnetic body 10Af. Also, heat transfer between the magnetic blocks is not performed.
- the corresponding position of the magnetic body unit 200B is such that the permanent magnet 20Ba is positioned on the magnetic body 10Bb, the permanent magnet 20Bc is positioned on the magnetic body 10Bd, and the permanent magnet 20Be is positioned on the magnetic body 10Af (see FIGS. 18B and 19A).
- magnetism is applied to the magnetic bodies 10Bb, 10Bd, and 10Bf, and no magnetism is applied to the magnetic bodies 10Ba, 10Bc, and 10Be, and the magnetism is removed.
- the magnetic bodies 10Bb, 10Bd, and 10Bf generate heat.
- the heat transfer section 30Ba is between the low temperature side heat exchange section 40A and the magnetic body 10Ba
- the heat transfer section 30Bc is between the magnetic bodies 10Bb and 10Bc
- the heat transfer section 30Be is between the magnetic bodies 10Bd and 10Be.
- the heat transfer unit 30Bg is in a heat transfer state between the magnetic body 10Bf and the high temperature side heat exchange unit 40B. Therefore, heat transfer is performed between the adjacent magnetic bodies 10Bb-10Bc, 10Bd-10Be in the adjacent magnetic body blocks 100Ba, 100Bb, 100Bc.
- heat is generated between the magnetic body 10Ba located at one end of the magnetic body unit 200B and the low temperature side heat exchange unit 40A and between the magnetic body 10Bf located at the other end of the magnetic body unit 200B and the high temperature side heat exchange unit 40B.
- the plurality of magnetism applying units arranged on the magnet arrangement plate 800 are moved relative to the magnet arrangement plate 800 and the magnetic body / heat transfer unit arrangement plate 700 by the relative movement between the magnet arrangement plate 800 and the magnetic body / heat transfer unit arrangement plate 700.
- the magnetocaloric effect is developed by moving close to and away from the plurality of magnetic bodies arranged in the plate.
- the plurality of heat transfer units arranged on the magnetic body / heat transfer unit arrangement plate 700 “switch the heat transfer state and the heat insulation state in accordance with the movement of the magnet arrangement plate 800.
- the above state 1 is as shown in FIG. 19A.
- heat is transferred between adjacent magnetic bodies in each magnetic block, and between the adjacent magnetic bodies of the adjacent magnetic blocks at the corresponding position of the magnetic unit 200B.
- heat is transferred between the magnetic body positioned at one end of the magnetic unit 200B and the low-temperature side heat exchange unit 40A and between the magnetic body positioned at the other end of the magnetic unit 200B and the high-temperature side heat exchange unit 40B.
- the heat transfer section 30 is at the corresponding position of the magnetic body unit 200A.
- the positional relationship between the magnetic body and the magnetic body is equivalent to that shown in FIG. 18B.
- the positional relationship between the heat transfer section 30 and the magnetic body is equivalent to that shown in FIG. 18A.
- the positional relationship between the permanent magnet and the magnetic body in the state 2 is obtained by reversing the positional relationship between the permanent magnet and the magnetic body in the state 1 between adjacent magnetic units.
- the heat transfer portion of the magnet arrangement plate 800 transfers heat between adjacent magnetic bodies in each magnetic block of one adjacent magnetic body unit and the other magnetic body. Between adjacent magnetic bodies of adjacent magnetic body blocks of the body unit, between the magnetic body located at one end of the other magnetic body unit and the low temperature side heat exchange section, and at the other end of the other magnetic body unit Heat is transferred between the magnetic body located at the high temperature side and the high temperature side heat exchange part.
- state 2 heat is transferred between adjacent magnetic bodies in each magnetic block of the other adjacent magnetic body unit, and adjacent magnetic bodies of adjacent magnetic body blocks of one magnetic body unit are transferred. And between the magnetic body located at one end of the one magnetic body unit and the low-temperature side heat exchange section and between the magnetic body located at the other end of the one magnetic body unit and the high-temperature side heat exchange section. Heat to and from.
- 17 and 18 has a magnetic body / heat transfer portion arrangement plate 700 for relatively moving the magnetic body / heat transfer portion arrangement plate 700 and the magnet arrangement plate 800 in the arrangement direction of the magnetic unit.
- either one of the magnet arrangement plates 800 is rotated.
- Any type of electric motor can be used as the drive unit as long as it can rotate the magnetic body / heat transfer unit arrangement plate 700 and the magnet arrangement plate 800.
- the magnet arrangement plate 800 is rotated with its central portion as the rotation axis.
- the low temperature side heat exchange unit 40A and the high temperature side heat exchange unit 40B are provided with a mechanism capable of exchanging heat with an external environment such as indoor air.
- a mechanism may be adopted in which a refrigerant is supplied from the outside and heat exchange with the external environment can be performed via the refrigerant.
- the magnetic air conditioner 500 according to the present embodiment configured as described above performs magnetic refrigeration as follows.
- the steady state is reached quickly from the starting time. Can do. That is, the steady state is reached while the number of rotations of the magnet arrangement plate 800 is small compared to a magnetic air conditioner having the same configuration using a conventional magnetic body.
- the temperature of the low temperature side heat exchange unit 40A can be lowered and the temperature of the high temperature side heat exchange unit 40B can be increased, and the low temperature side heat exchange unit 40A and the high temperature side heat exchange unit 40B can be increased. A temperature difference can be produced between them.
- the number of magnetic blocks arranged in series is increased and connected to the low temperature side heat exchange unit 40A and the high temperature side heat exchange unit 40B.
- the temperature difference between the low temperature side heat exchange unit 40A and the high temperature side heat exchange unit 40B can be increased.
- a magnetic material whose starting temperature is in the operating temperature range is mixed with at least the lowest temperature side and the higher temperature side magnetic body.
- the magnetic air conditioner of Embodiment 3 is applied to an air conditioner that performs indoor air conditioning, a refrigerator, an air conditioner that performs air conditioning of a vehicle interior, in addition to a vehicle refrigeration apparatus (particularly a cooling device for a fuel cell or a secondary battery). be able to.
- the magnet arrangement plate 800 In the third embodiment, an example in which permanent magnets and magnetic protrusions are arranged on the magnet arrangement plate 800 is illustrated.
- positioning board 800 can be reduced in size and weight.
- the magnetic body / heat transfer portion arrangement plate 700 and the magnet arrangement plate 800 are illustrated in a disk shape, and both plates are relatively rotated.
- positioning board 800 may be made into flat form, and both plates may be reciprocated relatively linearly.
- magnetic refrigeration can be performed only by relatively moving the magnetic body / heat transfer portion arrangement plate 700 and the magnet arrangement plate 800 in the arrangement direction of the magnetic body unit.
- the configuration of the magnetic air conditioner can be simplified, and downsizing, weight reduction, and cost reduction can be realized.
- Embodiment 4 is a form in which the gaps in the two heat transfer units are connected by a communication path.
- FIG. 21 is a cross-sectional view showing a configuration in which the gaps in the two heat transfer units are connected by a communication path in the magnetic air conditioning apparatus according to the fourth embodiment. This cross-sectional view shows the same cross-sectional position as in FIGS.
- the gaps 20 in the two heat transfer portions 30a and 30b are connected by the communication path 50.
- the open end 24 of the gap 20 is covered with a lid portion 55 that covers these open ends 24 to form a sealed space 56.
- the inside of the sealed space 56 formed by the lid portion 55 is filled with an inert gas.
- an inert gas For example, helium can be used as the inert gas.
- the fourth embodiment is the same as any one of the first to third embodiments except that the communication path 50 and the lid 55 are provided in the heat transfer parts 30a and 30b. Omitted.
- the communication path 50 connects the gaps 20 between the heat transfer section 30a and the heat transfer section 30b so that the liquid metal 18 can move.
- the communication passage 50 is connected without providing a liquid reservoir.
- the liquid transfer reservoirs 50a and 30b are provided with respective liquid reservoirs. May be connected by the communication path 50.
- the wirings 111a and 112a of the heat transfer unit 30a and the wirings 111b and 112b of the heat transfer unit 30b constitute the upper substrate 100 independently of each other.
- the insulating material 52 is provided between the wiring 111a and 112a located between the heat transfer parts 30a and 30b and the wiring 111b and 112b.
- the insulating material 52 may be the same member as the insulating layer 113, or may be provided separately to insulate the wiring.
- both the heat transfer units 30a and 30b can be operated independently.
- the other is on. That is, when the heat transfer unit 30a side is off, no voltage is applied to the first and second electrodes 12 and 14 on the heat transfer unit 30a side, and the first and second electrodes on the heat transfer unit 30b side are not applied. A voltage is applied to 12 and 14 and they are on.
- the gap 20 on the heat transfer part 30a side disappears, while the gap 20 on the heat transfer part 30b side disappears.
- the heat transfer part 30a side is a heat insulation state
- the heat transfer part 30b side is a heat state.
- Electrowetting is as described in the first embodiment.
- the gap 20 on the heat transfer section side that is turned on functions as a liquid storage section for the gap 20 on the heat transfer section side that is turned off. become.
- the internal wall surface of the communication path 50 has liquid repellency with respect to the liquid metal 18 so that the liquid metal 18 can easily move.
- a liquid repellent coating layer (not shown) may be provided in the same manner as the gap 20, or the inner wall surface itself may be liquid repellent processed.
- the lid portion 55 forms one sealed space 56 that covers at least the open end 24 of each gap 20 between the heat transfer portions 30a and 30b connected by the communication path 50.
- the liquid metal 18 is prevented from being oxidized by filling the sealed space 56 formed by the lid portion 55 with an inert gas.
- the liquid metal 18 is still a metal. For this reason, it is oxidized when exposed to air for a long time. Although the degree of oxidation varies depending on the composition of the liquid metal, it is possible to prevent the oxidation of the liquid metal 18 by providing the sealed space 56 and filling the inside with an inert gas, thereby extending the life of the apparatus. it can. In particular, when galinstan mentioned as an example of the liquid metal is used, oxidation of galinstan can be prevented.
- the open ends 24 of the gaps 20 of the heat transfer portions 30a and 30b connected by the communication passage 50 are covered with the lid portion 55, but instead, the entire magnetic air conditioner (at least) A plurality of heat transfer units) may be placed in a sealed casing, and the entire interior of the casing may be used as a sealed space, and an inert gas may be placed therein.
- the first embodiment by providing the sealed space 56 with such a casing covering the entire apparatus and filling the inside with an inert gas to prevent the liquid metal 18 from being oxidized.
- an inert gas to prevent the liquid metal 18 from being oxidized.
- the sealed space 56 not only the open end 24 where each heat transfer unit 30 is independent, but also a hole 25 is provided on the liquid reservoir 17 side so that gas can enter and exit. For this reason, it is possible to prevent oxidation not only from the open end 24 of the gap 20 but also from the hole 25 by putting the entire apparatus in a casing and filling the inside with an inert gas.
- the inside of the sealed space 56 may be evacuated (depressurized state) so that air (mainly oxygen and moisture) does not enter. In that case, it is preferable that the inside of the sealed space 56 is purged with an inert gas and then sealed under reduced pressure. By reducing the pressure after purging, the inside of the sealed space is filled with a slight amount of inert gas, so that oxidation of the liquid metal can be prevented.
- the heat transfer units 30a and 30b connected by the communication path 52 may be connected in any way as long as the heat transfer units that are turned on when one is turned on are connected to each other.
- the cross sections of the heat transfer portions 30a and 30b adjacent to each other in the direction in which heat is transferred are not limited to this.
- circumferential heat transfer units may be connected to each other.
- heat transfer units 30Aa and 30Ba are connected, 30Bb and 30Ab are connected, 30Ac and 30Bc are connected, 30Bd and 30Ad are connected, 30Ae and 30Be are connected, 30Bf and 30Af are connected, and 30Ag and 30Bg are connected.
- the capacities of the gaps 20 can be made the same by connecting in the circumferential direction.
- a part may be a circumferential direction and another part may be a heat transfer direction.
- the heat transfer units 30Aa and 30Ba are connected.
- 30Bb and 30Ac are connected
- 30Bd and 30Ae are connected
- 30Bf and 30Ag are connected.
- 30Ab and 30Bc are connected
- 30Ad and 30Be are connected
- 30Af and 30Bg are connected.
- the capacities of the gaps 20 are different between the heat transfer portions connected in the heat transfer direction. Therefore, when the gaps have different capacities, the capacities of both may be made uniform by changing the interval of one of the gaps.
- three or more heat transfer units may be connected by a communication path.
- at least one of the three or more connected heat transfer units is turned on, at least one of the other heat transfer units is always turned off.
- capacitance which a liquid metal can mutually accommodate is set as the relationship of ON and OFF. If only one heat transfer section turned on is turned off and the liquid metal from the heat transfer section cannot be accommodated, a liquid reservoir is provided in the middle of the communication path and adjusted accordingly. Also good.
- a form in which all the heat transfer units are connected by a communication path may be used.
- FIG. 22 is a diagram showing an air conditioning circulation system using the magnetic air conditioning apparatus according to the fourth embodiment.
- the overall configuration of the magnetic cooling and heating apparatus 500 is the same as that of the third embodiment, but only the configuration of the heat transfer unit is modeled so as to be the fourth embodiment. That is, two heat transfer parts in the circumferential direction are connected to each other.
- heat transfer units 30Aa and 30Ba are connected, 30Bb and 30Ab are connected, 30Ac and 30Bc are connected, 30Bd and 30Ad are connected, and 30Ae and 30Be are connected.
- 30Bf and 30Af are connected, and 30Ag and 30Bg are connected.
- a low temperature side heat exchanger 630 is connected to the low temperature side heat exchange section 40A (see Embodiment 3) of the magnetic cooling and heating apparatus 500, and the high temperature side heat exchange section 40B (implemented).
- a high-temperature side radiator 730 is connected to the third embodiment).
- the low temperature side radiator 630 is connected to the air inlet and outlet of the inner refrigerant passage 600 via the inner refrigerant passage pump 780.
- the high temperature side radiator 730 is connected to the air inlet and outlet of the outer refrigerant passage 720 via the outer refrigerant passage pump 790.
- the inner peripheral refrigerant passage pump 780 controls the flow rate of the refrigerant flowing through the inner peripheral refrigerant passages 600A-600F.
- the peripheral refrigerant passage pump 790 controls the flow rate of the refrigerant flowing through the outer peripheral refrigerant passage 720.
- the cold air generated in the inner peripheral refrigerant passage 600 is supplied to the low-temperature side radiator 630 and is heat-exchanged with the external air forcedly blown by the low-temperature side radiator fan 630F.
- the air after the heat exchange is returned to the inner peripheral refrigerant passage 600 and cooled.
- the hot air generated in the outer peripheral refrigerant passage 720 is supplied to the high-temperature side radiator 730, and heat exchange is performed with the external air forcedly blown by the high-temperature side radiator fan 730F.
- the air after heat exchange returns to the outer refrigerant passage 720 and is heated again.
- the low temperature side radiator 630 cools outside air, and the high temperature side radiator 730 heats outside air. In such a heat exchanger model, calculate the heat switching frequency of the heat transfer section that is closely related to the heat transfer rate.
- FIG. 23 is a flowchart showing a procedure for calculating the thermal switching frequency.
- a desired temperature is set as a set temperature as a temperature of a predetermined space (for example, assuming a vehicle interior), and a required heat amount and a required temperature difference corresponding to this temperature are input. (S10).
- the required amount of heat required for setting the predetermined space in the predetermined space is obtained. Further, the difference between the temperature of the air flowing out from the outer peripheral refrigerant passage and the temperature of the air flowing out from the inner peripheral refrigerant passage is obtained. The obtained values are input as the required heat amount and the required temperature difference.
- the switching operation frequency f of the heat transfer unit in which the input required heat amount and the required temperature difference are set in advance is input.
- the switching operation frequency f is one cycle from on to off until it is turned on again.
- the air temperature that serves as a reference for the temperature of the air flowing into the outer refrigerant passage from the magnetic calorific material ambient temperature, the temperature of the air that flows out of the outer refrigerant passage from the temperature that is half the required temperature difference from the magnetic calorific material ambient temperature, and the magnetic calorific value The air temperature serving as a reference for the temperature of the air flowing into the inner peripheral refrigerant passage from the material ambient temperature, and the temperature of the air flowing out from the inner peripheral refrigerant passage from a temperature half the required temperature difference from the ambient temperature of the magnetic calorific value material are input.
- the air flow rate of the outer periphery refrigerant passage pump 780 that supplies the refrigerant to the outer periphery refrigerant passage and the air flow rate of the inner periphery refrigerant passage pump 790 that supplies the refrigerant to the inner periphery refrigerant passage are also input. Further, the air volume of the low-temperature side radiator fan 630F and the air volume of the high-temperature side radiator fan 730F are also input (S20).
- the magnetic air conditioner 500 is operated. Specifically, in order to realize the input operating frequency f, the heat transfer unit is switched as described in the third embodiment.
- the amount of heat generated by the magnetic air conditioner 500 estimated based on the ambient temperature of the magnetocaloric material, the temperatures of the low temperature side heat exchange unit 450A and the high temperature side heat exchange unit 450B, and the operating frequency f is an error from the required heat amount. It is determined whether it is within the range (S30). The error range is set in advance. If the generated heat amount is not within the error range (S30: NO), the operating frequency f is changed so as to be within the error range (S40). Specifically, if the amount of heat generated by the magnetic cooling / heating device 500 is considerably smaller than the required amount of heat, the switching frequency of the heat transfer unit is increased in order to increase the amount of heat generated. Conversely, if the amount of heat generated by the magnetic cooling / heating device 500 is too large than the required amount of heat, the switching frequency of the heat transfer unit is decreased in order to decrease the amount of heat generated.
- the temperature of the air at the inlet of the outer refrigerant passage and the temperature of the air at the inlet of the inner refrigerant passage are respectively the outer refrigerant passage and the inner refrigerant.
- the temperature of the air flowing into the passage serves as a standard for the temperature of the air, and the temperature of the air at the outlet of the outer refrigerant passage and the temperature of the air at the outlet of the inner refrigerant passage are respectively set to the outer peripheral refrigerant. It is determined whether the temperature of the air flowing out of the passage and the inner refrigerant passage is within an error (S50).
- the error range is set in advance.
- the outer refrigerant passage for flowing air to the outer refrigerant passage so as to be within the error range
- the air flow rates of the low temperature side radiator fan 630F and the high temperature side radiator fan 730F are changed (S60).
- FIG. 24 is a perspective view showing a heat transfer portion shape model (communication model) when trial calculation of response characteristics when two heat transfer portions communicate with each other.
- the communication model has a higher operating frequency by about 30% than the independent model. . This indicates that the two heat transfer portions can be operated faster by communicating with each other through the communication path.
- FIG. 26 is a top view of the magnetic material / heat transfer portion arrangement plate portion of the fifth embodiment.
- the basic form of the fifth embodiment is the same as that of the third embodiment. That is, it has each magnetic body unit 200A, 200B, 200C, ..., 200G, ..., 200L.
- the magnetic body units 200A, 200B, 200C,..., 200G,..., 200L six magnetic bodies are arranged from the center portion of the magnetic body / heat transfer portion arrangement plate 700 toward the outer peripheral portion.
- the magnetic body unit 200A arranges magnetic bodies 10Aa, 10Ab, 10Ac, 10Ad, 10Ae, and 10Af
- the magnetic body unit 200B arranges magnetic bodies 10Ba, 10Bb, 10Bc, 10Bd, 10Be, and 10Bf, respectively.
- Each magnetic body is a positive magnetic body whose temperature rises when magnetism is applied. It is made of magnetic material suitable for each operating temperature range.
- the application of magnetism to each magnetic body is performed by a magnet arrangement plate (see FIG. 16B). Accordingly, when viewed as a single magnetic body unit, the direction in which the magnet rotates intersects the direction in which the magnetic bodies are arranged with a gap therebetween.
- the magnet is a permanent magnet that rotates in the circumferential direction.
- the magnetic body unit 200A focusing on the magnetic body unit 200A, between each of the magnetic bodies 10Aa to Af, between the low temperature side heat exchange unit 40A and the magnetic body 10Aa, and between the magnetic body 10Af and the high temperature side heat exchange unit 40B.
- the liquid metal 18 moves in the gap 300.
- the gap 300 is independent between each of the magnetic bodies 10Aa to Af, between the low temperature side heat exchange section 40A and the magnetic body 10Aa, and between the magnetic body 10Af and high temperature side heat exchange section 40B.
- 200G,..., 200L are formed in a circular shape so as to penetrate the units 200A, 200B, 200C,.
- the liquid metal 18 is arranged so that one magnetic body is separated and always moves in synchronism in both the circumferential direction and the row direction of the magnetic bodies. That is, in the illustrated state, when the heat transfer units 30Ba, 30Bc, 30Be, and 30Bg are located at the positions of the magnetic bodies in the magnetic unit 200A, the heat transfer units 30Bb, 30Bd, It is moved so that it is at the position of 30Bf.
- the liquid metal 10 conducts heat transfer at these positions.
- FIG. 27 is an enlarged schematic diagram of the gap portion. In this figure, a gap portion extending over two magnetic body units is shown.
- a gap 300 is formed between the magnetic bodies 10 and 10 ′ arranged in the row direction.
- the dielectric 13 and the first electrode 12 are formed in this order from the gap side on one wall surface of the gap.
- the second electrode 14 is formed side by side on the same wall surface in a state of being electrically insulated separately from the first electrode 12 (here, physically separated).
- the dielectric 13 and the second electrode are exposed on one wall surface of the gap 300.
- the liquid metal 18 is arrange
- the first electrode 12 and the second electrode 14 are connected to the electric circuit 301.
- one first electrode 12 and one second electrode 14 are connected in a pair.
- the first electrode 12 and the second electrode 14 are provided in two pairs in the length of one magnetic body in the circumferential direction, and can be switched independently by the electric circuit 301.
- first electrode 12 and the second electrode 14 are connected to one electric circuit 301 one by one. However, in the actual circuit configuration, each first electrode 12 is shown. As long as the second electrode 14 can be individually switched, any circuit configuration may be used.
- a position sensor (position detector) 302 for detecting the position of the liquid metal 18 is provided on the wall surface in the gap 300.
- the position sensor 302 for example, a resistance sensor whose resistance value changes depending on the liquid metal 18 can be used. More specifically, for example, two electrodes that are exposed on the wall surface and insulated from each other are provided, and the resistance value between the two electrodes changes by simultaneously touching the liquid metal between the two electrodes. Such a simple sensor may be used. Of course, any other material can be used as long as the position of the liquid metal 18 can be detected.
- the position sensor 302 is disposed on the wall surface facing the wall surface where the second electrode 14 is exposed. Thereby, it can be detected that the liquid metal 18 has passed between the first electrodes 12 arranged in the circumferential direction.
- the gap 300 is a sealed space, and the inside thereof is filled with vacuum (depressurized state) or inert gas. This prevents the liquid metal from being oxidized. If the liquid metal 18 is resistant to oxidation, it is not necessary to fill with a vacuum or an inert gas. However, it is preferable to seal so that the liquid metal 18 does not leak.
- the length of the liquid metal 18 in the circumferential direction is one lump of liquid metal 18, and it is necessary to perform heat transfer and heat insulation. Is necessary.
- the first electrode 12 and the second electrode 14 immediately after the position sensor 302 are energized, and the liquid metal 18 and the first electrode 12 are energized.
- Capacitors are formed. On the end side (in the direction of the arrow in the figure) where such a capacitor is formed, the contact angle ⁇ with the wall surface of the liquid metal 18 becomes 90 ° or less. Thereby, the liquid metal 18 proceeds in the direction of the arrow shown in the figure.
- a liquid repellent coating layer may be provided on the wall surface (including the exposed surface of the dielectric 13) other than the surface of the second electrode 14 as in the other embodiments. Further, a liquid repellent coating layer may be provided on the surface of the second electrode 14 so as not to interfere with the conductivity with the liquid metal 18 (or to be in a conductive state).
- the liquid pool in the first embodiment (see FIG. 9) or the passage in the fourth embodiment (see FIG. 21) is unnecessary.
- the liquid metal 18 is moved in the circumferential direction to function as a thermal switch, a liquid reservoir and a passage for storing the liquid metal 18 are not necessary. Because.
- FIG. 28 is an explanatory diagram for explaining a state in which the liquid metal advances.
- the electric circuits are denoted by 301a, 301b, 301c, and 301d from the left in the figure for explanation.
- the position sensors are denoted by 302a, 302b, 302c, and 302d from the left in the drawing.
- step 1 the liquid metal 18 passes through the position sensor 302b, and the electric circuits 301a and 301b are on. , And others indicate the off state.
- the liquid metal 18 moves from the state of step 1 to the state of step 2, it is detected by the position sensor 302c before the electric circuit 301c that the liquid metal 18 has come. This turns on the electric circuit 301c.
- the contact angle ⁇ between the tip of the liquid metal and the wall surface is 90 ° or less. For this reason, the liquid metal 18 travels with a driving force generated in the direction of the arrow shown in the drawing.
- the position sensor 302a since the position sensor 302a does not detect the liquid metal 18, the electric circuit 301a is turned off accordingly.
- the contact angle ⁇ with the wall surface becomes 90 ° or more.
- the liquid metal 18 does not generate a driving force in the backward direction (opposite to the arrow). In this way, the driving force in the direction of the arrow further acts on the liquid metal 18.
- the liquid metal 18 is moved in one direction. Can be moved.
- FIG. 29 is a graph for explaining the positional relationship between the position sensor and the liquid metal.
- This graph is a three-dimensional graph in which the x-axis direction is time elapsed, the y-axis direction is the position sensor on (ON) and off (OFF) state, and the z-axis direction is the position of the liquid metal.
- the position sensor 302b is turned on when the liquid metal 18 moves and reaches the position sensor 302b (the state of step 1 in FIG. 28). Thereafter, while the position sensor 302b detects the liquid metal 18, the ON state continues. When the liquid metal 18 is no longer detected, it is turned off.
- the position sensor 302c When the liquid metal 18 further moves and reaches the position sensor 302c, the position sensor 302c is turned on (state of step 2 in FIG. 28). Thereafter, while the position sensor 302c detects the liquid metal 18, the on state continues. When the liquid metal 18 is no longer detected, it is turned off.
- the position sensor 302d When the liquid metal 18 further moves and reaches the position sensor 302d, the position sensor 302d is turned on (state of step 3 in FIG. 28). Thereafter, while the position sensor 302d detects the liquid metal 18, the ON state continues. When the liquid metal 18 is no longer detected, it is turned off.
- FIG. 30 is a graph for explaining the position of the liquid metal and the application state of the voltage between the first electrode and the second electrode by the electric circuit.
- the x-axis direction is time elapsed
- the y-axis direction is the application state of the voltage between the first electrode and the second electrode (eV is applied and 0V is not applied)
- the z-axis direction is the position of the liquid metal. It is a three-dimensional graph.
- FIG. 31 is a flowchart showing a control procedure for synchronizing the liquid metal and the position of the magnet that applies magnetism to the magnetic material.
- the angular velocity vm and phase of the magnet arrangement plate are input (S1).
- the angular velocity vm of the magnet arrangement plate is a value obtained by dividing the angle (M ⁇ in FIG. 26) when the magnet arrangement plate 800 is moved by the length of the magnetic body in the circumferential direction by time t.
- the value is obtained by dividing 30 degrees by the time to move, which is determined in advance by the cooling / heating capacity.
- the phase is where in the magnet block 200A to 200L the position where the innermost magnet exists in the magnet arrangement plate 800.
- the moving angular velocity vL and phase of the liquid metal are calculated.
- the movement angular velocity vL of the liquid metal is an angular velocity when the liquid metal moves by one circumferential length of the magnetic body.
- 12 magnetic body blocks 200A to 200L are arranged in the circumferential direction. Therefore, the angle is 30 degrees, and this is a value divided by the time from when the position sensor (for example, 302b) is turned on until the next position sensor (for example, 302c) is turned on.
- the phase is a position corresponding to the magnetic material in which the liquid metal currently exists.
- the predetermined value is an allowable range for the position of the magnet and the position of the liquid metal to move together.
- the circumferential interval between the magnetic blocks 200A to 200L (the magnetic bodies arranged in the circumferential direction) Since a difference of about a gap) is acceptable, a speed difference that falls within the difference is set as a predetermined value.
- both the voltage between the first and second electrodes and the application time are increased (S5). Thereby, the moving speed of the liquid metal is accelerated. Thereafter, the process returns to S2.
- the magnet position on the magnet arrangement plate and the on / off of the heat transfer unit (thermal switch) by the liquid metal 18 are synchronized.
- two pairs of the first electrode 12 and the second electrode 14 are arranged in the length of one magnetic body in the circumferential direction, but the present invention is not limited to this. For example, as many as 3 pairs, 4 pairs, etc. may be arranged in the length of one magnetic body in the circumferential direction, or vice versa.
- the position sensor position detector
- the moving speed (angular speed) of the liquid metal is adjusted in advance so as to match the rotational speed (angular speed) of the magnetic material arranging plate, and thereafter, the current is sequentially applied between the first and second electrodes so as to maintain the speed. Even if it does, it can synchronize to some extent.
- the rotation speed of the magnetic material arranging plate is slow, such control is possible.
- the rotating speed of the magnetic material arranging plate is high, the configuration and control described in the fifth embodiment are used. Is preferred.
- first electrode 12 and the dielectric 13 and the second electrode 14 are arranged on one wall surface in the gap 300, but the present invention is not limited to this, and may be arranged on opposing wall surfaces in the gap 300.
- a heat transfer section is provided between a plurality of magnetic bodies arranged in a row, between the magnetic body and the low temperature heat exchange section, and between the magnetic body and the high temperature heat exchange section. .
- a gap is provided, and liquid metal is taken in and out (moved) by electrowetting in the gap.
- heat transfer is performed in a state where the liquid metal enters the gap, and switching is performed so as to insulate the liquid metal from the gap. Therefore, when the heat transfer and the heat insulation are switched, the liquid metal only moves in the gap and therefore no frictional heat is generated, so that the heat transfer and the heat insulation can be switched at a high speed. For this reason, the application and removal of magnetism by the magnetic circuit to be synchronized can be accelerated.
- the movement of the liquid metal by electrowetting is such that when the voltage is applied, the contact angle between the liquid metal and the surface of the gap becomes 90 ° or less, so that the liquid metal has improved wettability with the surface of the gap and the surface. It moves in the gap by the action of tension. On the other hand, when the voltage is turned off, the contact angle exceeds 90 ° and the wettability on the surface is lost, and the liquid metal loses the moving force.
- gaps are provided in a circumferential shape between the magnetic bodies that perform heat transfer and between the heat exchanger and the magnetic body.
- the first electrodes and the second metal are alternately arranged in the circumferential direction.
- the first electrode is insulated by a dielectric, and the second electrode and the dielectric are exposed on the wall surface forming the gap.
- the liquid metal is moved in one direction by sequentially energizing the first electrode and the second electrode in one direction of the gap. For this reason, compared with the case where a liquid metal is reciprocated, the movement of the liquid smoother is attained. Further, since the movement is only in one direction, once the liquid metal starts to move, it can be moved at a high speed with a smaller driving force (that is, a low applied voltage).
- the position detector for detecting the position of the liquid metal since the position detector for detecting the position of the liquid metal is provided, the position between the first and second electrodes is adjusted according to the position of the liquid metal detected by the position detector. What is necessary is just to apply a voltage and to energize.
- synchronization can be obtained from the moving speed (angular speed) of the magnet and the moving speed (angular speed) of the liquid metal obtained from the position of the liquid metal detected by the position detector.
- the gap is a sealed space, and the inside is filled with a vacuum (depressurized state) or an inert gas. This prevents the liquid metal from being oxidized.
- the first electrode structure and the second electrode structure having the same structure are provided via a gap.
- the first electrode structure and the second electrode structure are a liquid repellent coating layer, a second electrode, a dielectric, and a first electrode, respectively, in order from the gap side.
- the first electrode is insulated from the liquid metal, and the second electrode is electrically connected to the liquid metal.
- the liquid metal moves smoothly by providing the liquid repellent coating layer on the surface of the gap where the liquid metal contacts.
- a liquid repellent coating layer may be provided, and similarly the liquid metal can be moved smoothly.
- At least two heat transfer portions are connected by a communication path so that the liquid metal can move between these at least two heat transfer portions.
- a force in the direction in which the liquid metal enters the gap works in the one heat transfer section, and the liquid metal in the direction in which the liquid metal leaves the gap in the other. Power will work. For this reason, a force twice as large as that of the isolated liquid reservoir (Embodiment 1) is applied to the liquid metal that moves back and forth through the communication path. Operation as a thermal switch becomes possible at higher speed.
- the inner wall surface of the liquid pool is made lyophilic with respect to the liquid metal. Thereby, it becomes easy to store the liquid metal in the liquid reservoir.
- the liquid metal can smoothly move between the gap and the liquid reservoir by having the open end in the gap.
- an insulator having a dielectric constant lower than that of the dielectric is disposed near the open end. This eliminates (or reduces) the action of electrowetting at this portion and prevents the liquid metal from being discharged from the open end.
- Embodiments 1 to 3 the open end provided in the gap is opened in a sealed space filled with an inert gas. As a result, the liquid metal can be prevented from coming into contact with the air to prevent the liquid metal from being oxidized, and the life of the magnetic air conditioner can be extended.
- the gap has a width that is perpendicular to the surface of the opposing liquid repellent coating layer and does not reach the surfaces facing each other, and the liquid reservoir communicates from the liquid reservoir.
- a plurality of blades extending to the end opposite to one end of the gap is provided.
- the first electrode and the second electrode may be short-circuited.
- the electrostatic energy stored in the dielectric between the first electrode and the second electrode is released at once, and the liquid metal that has gone up the gap more quickly is stored in the liquid. It can be lowered and housed inside.
- the open end of the gap and the hole of the liquid reservoir may be connected via a gas communication path different from the gap. That is, this gas communication path forms a sealed space structure between the gap and the liquid reservoir.
- the gas communication path is preferably filled with an inert gas.
- the gas communication path is preferably filled with an inert gas.
- the normal temperature (20 ° C.) is assumed as the temperature at the start, but the present invention is applicable when the start temperature is not necessarily the normal temperature.
- First electrode structure 12 first electrode, 13 dielectric, 14 second electrode, 15 liquid repellent coating layer, 16 Lower substrate, 17 Liquid pool, 18 Liquid metal, 18 Upper substrate, 20 gap, 20A-20F magnetic circuit, 21 2nd electrode structure, 25 holes, 30 heat transfer section, 31 blades, 50 passages, 55 lid, 56 sealed space, 300 gap, 301 electrical circuit, 302 Position sensor (position detector).
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Abstract
Description
本発明は、磁気冷暖房装置に係り、特に、複数の磁性体に個別に磁気を印加して磁気熱量効果を発現させ、複数の磁性体の熱を固体物質の熱伝達を利用して輸送する磁気冷暖房装置に関する。 The present invention relates to a magnetic air conditioner, and in particular, a magnet that individually applies magnetism to a plurality of magnetic bodies to develop a magnetocaloric effect and transports the heat of the plurality of magnetic bodies using heat transfer of a solid substance. The present invention relates to an air conditioner.
従来用いられている室温域の冷凍装置、たとえば、冷蔵庫、冷凍庫、エアコンなどの冷凍装置の大半は、フロンガスや代替フロンガスなどの気体冷媒の熱伝達を利用している。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装置に代わる、クリーンでかつ熱輸送能力の高い、革新的な冷凍装置の開発が強く望まれている。 Most of the refrigeration devices conventionally used at room temperature, for example, refrigerators, freezers, air conditioners, etc., use heat transfer of gaseous refrigerants such as chlorofluorocarbon gas and chlorofluorocarbon alternative 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 refrigeration apparatus that is clean and has a high heat transport capability, replacing the refrigeration apparatus that uses a gaseous refrigerant such as chlorofluorocarbon gas or alternative chlorofluorocarbon gas.
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。 From 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ものとしては、たとえば、下記特許文献1に記載されているような、固体物質の熱伝達を利用して熱を輸送する磁気冷暖房装置がある。この磁気冷暖房装置は以下のような構成によって熱を伝達させる。
As an application of the magnetic refrigeration technology, for example, there is a magnetic air conditioner that transports heat using heat transfer of a solid substance as described in
磁気を印加すると温度が上昇する正の磁性体と、磁気を印加すると温度が下降する負の磁性体とを、所定の間隔で交互に配置する。正負一対の磁性体で1つの磁性体ブロックを形成する。この磁性体ブロックを環状に複数個配置して磁性体ユニットを形成する。磁性体ユニットに配置された正負の磁性体の間で挿脱される熱伝達部材を正負の磁性体の間に配置する。この磁性体ユニットと同心で内径と外径が略等しいハブ状の回転体に永久磁石を配置して磁気回路を形成する。そして、永久磁石が配置されている回転体を磁性体ユニットと対向するように配置して磁性体ユニットに対し相対的に回転させる。この回転体の回転によって正負の磁性体に同時に磁気が印加されまた除去される。この回転体の回転に伴って熱伝達部材を一定のタイミングで正負の磁性体の間に挿脱させる。磁気熱量効果により磁性体が発生する熱を、熱伝達部材を介して磁性体が配置される一方向に輸送する。 ¡Positive magnetic materials that increase in temperature when magnetism is applied and negative magnetic materials that decrease in temperature when magnetism is applied are alternately arranged at predetermined intervals. One magnetic body block is formed by a pair of positive and negative magnetic bodies. A plurality of magnetic blocks are arranged in a ring shape to form a magnetic unit. The heat transfer member inserted and removed between the positive and negative magnetic bodies arranged in the magnetic body unit is arranged between the positive and negative magnetic bodies. A permanent magnet is arranged on a hub-like rotator that is concentric with the magnetic unit and has substantially the same inner diameter and outer diameter to form a magnetic circuit. And the rotary body in which the permanent magnet is arrange | positioned is arrange | positioned so as to oppose a magnetic body unit, and it rotates relatively with respect to a magnetic body unit. By the rotation of the rotating body, magnetism is simultaneously applied to and removed from the positive and negative magnetic bodies. As the rotating body rotates, the heat transfer member is inserted and removed between the positive and negative magnetic bodies at a fixed timing. The heat generated by the magnetic body due to the magnetocaloric effect is transported in one direction in which the magnetic body is disposed via the heat transfer member.
上記のような磁気冷暖房装置は、磁性体の間に配置された熱伝達部材を一定のタイミングで挿脱させている。熱伝達部材を挿脱させる際には摩擦熱が発生する。この摩擦熱の発生が大きいとせっかく冷えた磁性体が加熱されてしまう。このため、熱伝達部材を挿脱は、摩擦熱が発生しても磁性体の温度に影響しない程度の速さ(遅さ)としなければならない。一方、熱伝達部材の挿脱は磁気の印加除去と同期させて行われる。このため磁気の印加除去のタイミングを速くして磁性体の温度変化を速くしたくても、熱伝達部材を挿脱速度が律速となって、上げることができない。 In the above-described magnetic air conditioner, the heat transfer member disposed between the magnetic bodies is inserted and removed at a constant timing. Friction heat is generated when the heat transfer member is inserted and removed. If the generation of this frictional heat is large, the cooled magnetic material will be heated. For this reason, the heat transfer member must be inserted and removed at such a speed (slowness) that it does not affect the temperature of the magnetic material even if frictional heat is generated. On the other hand, the insertion / removal of the heat transfer member is performed in synchronization with the application / removal of magnetism. For this reason, even if it is desired to speed up the change in temperature of the magnetic body by increasing the timing of applying and removing magnetism, the heat transfer member cannot be raised due to the rate of insertion / removal.
そこで本発明の目的は、磁性体などの間の熱の伝達および遮断を高速に行うことのできる磁気冷暖房装置を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a magnetic air conditioner capable of performing heat transfer and interruption between magnetic bodies and the like at high speed.
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、間隔を設けて列状に配置され、磁気の印加および除去により温度変化する複数の磁性体と、前記複数の磁性体のそれぞれに磁気を印加および除去する磁気回路と、前記複数の磁性体の前記列の一端部に磁性体から間隔をあけて配置された低温側熱交換部と、前記複数の磁性体の前記列の他端部に磁性体から間隔をあけて配置された高温側熱交換部と、前記磁性体同士の間、前記磁性体と前記低温側熱交換部の間、および前記磁性体と前記高温側熱交換部の間にそれぞれ配置され、これらの間の熱伝達および断熱を行う熱伝達部と、を有する。そして前記熱伝達部は、隙間に設けられた誘電体および第1電極と、前記隙間内を移動する液体金属と、前記液体金属と電気的に接続される第2電極と、を有し、前記第1電極は前記液体金属と前記誘電体により電気的に絶縁されていて、前記第1電極と前記液体金属の間に電圧を印加することで、エレクトロウェッティング作用により前記液体金属が前記隙間を移動して前記熱伝達と前記断熱を切り替えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a magnetic air-conditioning apparatus according to the present invention is arranged in a row at intervals, and a plurality of magnetic bodies that change in temperature by applying and removing magnetism, and each of the plurality of magnetic bodies is magnetic. A magnetic circuit that applies and removes, a low-temperature side heat exchanging portion disposed at one end of the row of the plurality of magnetic bodies and spaced from the magnetic body, and the other end of the row of the plurality of magnetic bodies Between the magnetic bodies, between the magnetic bodies and the low temperature side heat exchange section, and between the magnetic bodies and the high temperature side heat exchange section. And a heat transfer section that is arranged between the two and performs heat transfer and heat insulation therebetween. The heat transfer section includes a dielectric and a first electrode provided in the gap, a liquid metal that moves in the gap, and a second electrode that is electrically connected to the liquid metal, The first electrode is electrically insulated from the liquid metal and the dielectric, and by applying a voltage between the first electrode and the liquid metal, the liquid metal causes the gap to be removed by electrowetting action. It moves to switch the heat transfer and the heat insulation.
以上のように構成された本発明に係る磁気冷暖房装置によれば、列状に並んだ複数の磁性体同士の間、磁性体と低温熱交換部の間、磁性体と高温熱交換部の間に熱伝達部を有する。そしてこの熱伝達部は、隙間を設けて、その隙間にエレクトロウェッティングによって液体金属を移動させる構成とした。すなわち隙間の中に液体金属が入った状態で熱伝達を行い、隙間から液体金属を出した状態で断熱するように切り替えている。したがって、熱伝達と断熱を切り替える際には液体金属が隙間の中を移動するだけであるので摩擦熱は発生しないため、熱伝達と断熱の切り替えを高速で行うことが可能となり、同期させる磁気回路による磁気の印加、除去も高速化することができる。 According to the magnetic cooling and heating apparatus according to the present invention configured as described above, between a plurality of magnetic bodies arranged in a row, between a magnetic body and a low temperature heat exchange unit, between a magnetic body and a high temperature heat exchange unit. Has a heat transfer section. And this heat transfer part was set as the structure which provided the clearance gap and moved a liquid metal to the clearance gap by electrowetting. In other words, heat transfer is performed in a state where the liquid metal enters the gap, and switching is performed so as to insulate the liquid metal from the gap. Therefore, when switching between heat transfer and heat insulation, the liquid metal only moves in the gap, so no frictional heat is generated, so it is possible to switch between heat transfer and heat insulation at high speed, and to synchronize the magnetic circuit The application and removal of magnetism can be accelerated.
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
(実施形態1)
図1は、実施形態1の磁気冷暖房装置の基本構成を示す図である。この図を参照して、ここではまず、磁気冷凍の原理を説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In addition, the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and may be different from the actual ratios.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram illustrating a basic configuration of the magnetic air conditioner according to the first embodiment. First, the principle of magnetic refrigeration will be described with reference to this figure.
磁性体10A-10F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ている。磁性体10A、10Bで磁性体ブロック100Aを形成し、磁性体10C、10Dで磁性体ブロック100Bを形成し、磁性体10E、10Fで磁性体ブロック100Cを形成する。また、磁性体ブロック100A-100Cで磁性体ユニット200を形成する。
In the
磁気回路20A、20B、磁気回路20C、20D、磁気回路20E、20Fは、磁性体10A-10Fとの間で往復移動する。つまり、図1Aの状態から、磁気回路20A、20Bが磁性体10Aから10Bに、磁気回路20C、20Dが磁性体10Cから10Dに、磁気回路20E、20Fが磁性体10Eから10Fに、一斉に移動して、図1Bの状態になる。次に、図1Bの状態から、磁気回路20A、20Bが磁性体10Bから10Aに、磁気回路20C、20Dが磁性体10Dから10Cに、磁気回路20E、20Fが磁性体10Fから10Eに、一斉に移動して、磁気回路と磁性体の位置関係が図1の状態に戻る。したがって、磁気回路が往復移動すると、図1Aと図1Bの状態が交互に繰り返される。
The
ここで、同一材料から成る複数の磁性体10A-10Fには、磁気回路20A、20B-磁気回路20E、20Fで磁気を印加すると発熱し除去すると吸熱する正の磁性体を用いるか、磁気回路20A-20Fで磁気を印加すると吸熱し除去すると発熱する負の磁性体のいずれか一方のみを用いる。正の磁性体と負の磁性体とでは、発現される磁気熱量効果が正反対であり、磁気熱量効果の種類が異なる。図1の場合、負の磁性体に比較して安価な正の磁性体を用いる。負の磁性体は希少な磁性材料から製造しなければならないのでコスト高になるし、負の磁性体の磁気熱量効果の大きさが正の磁性体の磁気熱量効果の大きさよりも小さいからである。
Here, as the plurality of
磁気回路20A、20B-20E、20Fには永久磁石(図示せず)が備えられている。磁気回路20A、20B、磁気回路20C、20D、磁気回路20E、20Fそれぞれが一体となって、図示左右方向に往復移動することで、磁性体10A-10Fに個別に磁気を印加する。
The
熱伝達部30A-30Gは、磁性体10A-10Fが磁気熱量効果により発生した熱を低温側熱交換部40Aから高温側熱交換部40Bに向けて熱伝達する。熱伝達部30Aは、低温側熱交換部40Aとこれと隣り合う磁性体10Aとの間で熱を伝える熱伝達状態と熱を遮断する断熱状態を切り替える。熱伝達部30Bは、磁性体10Aと10Bとの間で熱を伝える熱伝達状態と熱を遮断する断熱状態を切り替える。同様に、熱伝達部30C、30D、30E、30Fは、磁性体10Bと10Cとの間、磁性体10Cと10Dとの間、磁性体10Dと10Eとの間、磁性体10Eと10Fとの間で熱を伝える熱伝達状態と熱を遮断する断熱状態を切り替える。熱伝達部30Gは、磁性体10Fと高温側熱交換部40Bとの間で熱を伝える熱伝達状態と熱を遮断する断熱状態を切り替える。
The heat transfer units 30A-30G transfer heat generated by the
熱伝達部30B、30D、30Fは、同じタイミングで、磁性体10Aと10Bとの間、磁性体10Cと10Dとの間、磁性体10Eと10Fとの間で熱伝達状態と断熱状態を切り替える。同様に、熱伝達部30A、30C、30E、30Gも、同じタイミングで、低温側熱交換部40Aと磁性体10Aとの間、磁性体10Bと10Cとの間、磁性体10Dと10Eとの間、磁性体10Fと高温側熱交換部40Bとの間で熱伝達状態と断熱状態を切り替える。熱伝達部30B、30D、30Fと熱伝達部30A、30C、30E、30Gは交互に熱伝達状態と断熱状態の切り替が繰り返される。なお、熱伝達部30A-30Gの詳細な構成と、これによる熱伝達と断熱の切り替え動作については後述する。
The
図1Aに示すように、磁気回路20A、20Bが磁性体ブロック100Aの磁性体10Aに、磁気回路20C、20Dが磁性体ブロック100Bの磁性体10Cに、磁気回路20E、20Fが磁性体ブロック100Cの磁性体10Eに、それぞれ位置する。このときには、磁性体10A、10C、10Eに対して磁気が印加され、磁性体10B、10D、10Fには磁気が印加されておらず磁気が除去されている。このとき、磁性体10A、10C、10Eは発熱する。そして同時に、熱伝達部30Bが磁性体10Aと10Bとの間を、熱伝達部30Dが磁性体10Cと10Dとの間を、熱伝達部30Fが磁性体10Eと10Fとの間を、それぞれ熱伝達状態にする。このため、各磁性体ブロック内の隣り合う磁性体との間の熱伝達が行われる。すなわち、磁性体10A、10C、10Eが磁気熱量効果により発生した熱を磁性体10B、10D、10Fにそれぞれ移動する。
As shown in FIG. 1A, the
また、このとき、熱伝達部30Aと30Gは低温側熱交換部40Aと磁性体10Aとの間および高温側熱交換部40Bと磁性体10Fとの間を断熱状態にする。また、熱伝達部30C、30Eも磁性体10B、10Cとの間および磁性体10D、10Eとの間を断熱状態にする。
Further, at this time, the heat transfer units 30A and 30G make heat insulation between the low temperature side
次に、図1Bに示すように、磁気回路20A、20Bが磁性体ブロック100Aの磁性体10Bに、磁気回路20C、20Dが磁性体ブロック100Bの磁性体10Dに、磁気回路20E、20Fが磁性体ブロック100Cの磁性体10Fに、それぞれ位置する。このときには、磁性体10B、10D、10Fに対して磁気が印加され、磁性体10A、10C、10Eには磁気が印加されておらず磁気が除去されている。このとき、磁性体10B、10D、10Fは発熱する。また、熱伝達部30Aが低温側熱交換部40Aと磁性体10Aとの間を、熱伝達部30Cが磁性体10Bと10Cとの間を、熱伝達部30Eが磁性体10Dと10Eとの間を、熱伝達部30Gが磁性体10Fと高温側熱交換部40Bとの間を、それぞれ熱伝達状態にする。これにより、低温側熱交換部40A、高温側熱交換部40Bと磁性体ユニット200の両端に位置する磁性体10A、10Fとの間、および、隣り合う磁性体ブロックの隣り合う磁性体との間の熱伝達が行われる。すなわち、磁性体10A、10C、10Eが磁気熱量効果により吸熱され、磁性体10B、10D、10Fが磁気熱量効果により発熱する。このため、低温側熱交換部40Aから磁性体10Aに、磁性体10Bから磁性体10Cに、磁性体10Dから磁性体10Eに、磁性体10Fから高温側熱交換部40Bに熱が移動する。また、このときに熱伝達部30B、30D、30Fは磁性体10A、10Bとの間、磁性体10C、10Dとの間、磁性体10E、10Fとの間は断熱状態にする。
Next, as shown in FIG. 1B, the
以上のように、各磁性体ブロック100A-100Cに対応させて設けた磁気回路を図示左右方向に連動して往復移動させることによって、各磁性体ブロック100A-100Cの両端に位置する磁性体は交互に磁気の印加と除去を繰り返す。さらに、磁気回路の移動に連動させて、熱伝達部30A-30Gが、低温側熱交換部40A、磁性体10A-10F、高温側熱交換部40Bのそれぞれの間で熱伝達と断熱を繰り返す。このことによって、磁気熱量効果により得られた熱が低温側熱交換部40Aから高温側熱交換部40Bに移動する。
As described above, by reciprocating the magnetic circuit provided corresponding to each magnetic body block 100A-100C in the left-right direction in the figure, the magnetic bodies located at both ends of each magnetic body block 100A-100C are alternately arranged. Repeat the application and removal of magnetism. Further, in conjunction with the movement of the magnetic circuit, the heat transfer units 30A-30G repeat heat transfer and heat insulation among the low temperature side
図2は、本発明の磁気冷凍の効果を示すグラフである。このグラフに示すように、磁気冷暖房装置が動作を開始した後の比較的初期時には、低温側熱交換部40Aと高温側熱交換部40Bとの間の温度差は小さい。時間が経過するにしたがって低温側熱交換部40Aと高温側熱交換部40Bとの間の温度差が次第に大きくなっていき、最終的には、長時間経過後の直線で示すように、低温側熱交換部40Aと高温側熱交換部40Bとの間の温度差が最大になる。この状態で、低温側熱交換部40A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40B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。
FIG. 2 is a graph showing the effect of the magnetic refrigeration of the present invention. As shown in this graph, the temperature difference between the low-temperature side
次に、図1のように、各磁性体ブロックに対応して設けた磁気回路を図示左右方向に連動して往復移動させたときに熱が移動して行く様子を図3および4の模式図に基づいて説明する。 Next, as shown in FIG. 1, the schematic diagram of FIGS. 3 and 4 shows how heat moves when a magnetic circuit provided corresponding to each magnetic block is reciprocated in the left-right direction in the figure. Based on
前提として、磁性体ユニット200を形成するすべての磁性体は同一材料で形成されており、すべ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、すべての磁性体が磁気を印加されると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。
As a premise, all the magnetic bodies forming the
まず、図3の(1)に示すように、初期の状態ではすべての磁性体が室温の20℃になっている。 First, as shown in (1) of FIG. 3, in the initial state, all magnetic materials are at room temperature of 20 ° C.
次に、図3の(2)に示すように、この状態で磁気回路を右側に移動させ、各磁性体ブロックの100A-100Cの一端に位置する磁性体から磁気を除去し、他端に位置する磁性体に磁気を印加する。これと同時に、隣り合う磁性体ブロック100A-100Cの隣り合う磁性体との間、磁性体ユニット200の一端に位置する磁性体と低温側熱交換部40Aとの間および磁性体ユニット200の他端に位置する磁性体と高温側熱交換部40Bとの間の熱伝達が可能となるように熱伝達部を熱伝達状態にする。
Next, as shown in (2) of FIG. 3, in this state, the magnetic circuit is moved to the right side, the magnetism is removed from the magnetic body located at one end of each magnetic body block 100A-100C, and the magnetic circuit is located at the other end. Magnetism is applied to the magnetic material. At the same time, between the adjacent magnetic bodies of the adjacent magnetic body blocks 100A-100C, between the magnetic body positioned at one end of the
図3の(2)の状態では、磁気が除去された磁性体の温度が15℃に低下し、磁気が印加された磁性体の温度が25℃に上昇する。このため、図に示すように、熱伝達部を介して温度の高い方から温度の低い方に熱が移動する。 In the state of (2) in FIG. 3, the temperature of the magnetic material from which magnetism has been removed decreases to 15 ° C., and the temperature of the magnetic material to which magnetism has been applied increases to 25 ° C. For this reason, as shown in the figure, heat moves from the higher temperature to the lower temperature via the heat transfer section.
この熱の移動によって、図3の(2)’に示すように、磁性体ユニット200の一端に位置する磁性体と低温側熱交換部40Aの温度が18℃になり、磁性体ユニット200の他端に位置する磁性体と高温側熱交換部40Bの温度が22℃になる。
Due to this heat transfer, the temperature of the magnetic body located at one end of the
次に、図3の(3)に示すように、この状態で磁気回路を左側に移動させ、各磁性体ブロック100A-100Cの他端に位置する磁性体から磁気を除去し、一端に位置する磁性体に磁気を印加する。これと同時に、各磁性体ブロック内100A-100Cの隣り合う磁性体との間の熱伝達が可能となるように熱伝達部を熱伝達状態にする。
Next, as shown in FIG. 3 (3), in this state, the magnetic circuit is moved to the left to remove the magnetism from the magnetic body located at the other end of each magnetic body block 100A-100C, and located at one end. Magnetism is applied to the magnetic material. At the same time, the heat transfer section is set in a heat transfer state so that heat transfer between adjacent magnetic bodies in each
図3の(3)の状態では、磁気が印加された磁性体の温度が図3の(2)’の状態の温度から5℃上昇し、磁気が除去された磁性体の温度が図3の(2)’の状態の温度から5℃低下する。このため、図に示すように、各磁性体ブロック内100A-100Cで熱伝達部を介して温度の高い方から温度の低い方に熱が移動する。 In the state of (3) in FIG. 3, the temperature of the magnetic material to which magnetism is applied rises by 5 ° C. from the temperature of the state of (2) ′ in FIG. (2) Decrease by 5 ° C. from the temperature in state '. For this reason, as shown in the figure, in each of the magnetic body blocks 100A-100C, heat moves from the higher temperature to the lower temperature through the heat transfer section.
この熱の移動によって、図3の(3)’に示すように、低温側熱交換部40Aの温度が18℃になり、磁性体ブロック100Aの磁性体の温度が19℃になる。また、磁性体ブロック100Bの磁性体の温度が20℃になり、磁性体ブロック100Cの磁性体の温度が21℃になる。そして、高温側熱交換部40Bの温度が22℃になる。
This heat transfer causes the temperature of the low temperature side
以上のように、磁気回路を磁性体に沿って左右に往復移動させ、磁気回路の移動に同期させて熱伝達部を熱伝達状態と断熱状態に切り替えることによって、低温側熱交換部40Aから高温側熱交換部40Bに熱が移動して行く。時間が経過するにしたがって低温側熱交換部40Aと高温側熱交換部40Bとの間の温度差が大きくなって行く。そして、最終的には、図4(1)および(2)の状態を繰り返すことになり、低温側熱交換部40Aが約5℃、高温側熱交換部40Bが35℃となって、この間の温度差が一定になる。
As described above, the magnetic circuit is reciprocated to the left and right along the magnetic body, and the heat transfer unit is switched between the heat transfer state and the heat insulation state in synchronization with the movement of the magnetic circuit. Heat moves to the side
この状態で、低温側熱交換部40A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40B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。
In this state, for example, the indoor temperature can be lowered using the heat of the low temperature side
なお、図1および図3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3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および図3とは逆になる。
The description of FIGS. 1 and 3 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 heat transfer direction is opposite to the direction shown in FIG. Therefore, when a negative magnetic material is used, the positions of the low temperature side
このように磁気冷暖房装置は、熱伝達部30A~30Gによる熱伝達状態と断熱状態を切り替え熱の移動を行っている。 As described above, the magnetic air conditioner switches the heat transfer state and the heat insulation state by the heat transfer units 30A to 30G and moves the heat.
従来、熱伝達部は、アルミニウムや銅などの金属板を、磁性体などの間に挿脱することで熱伝達状態と断熱状態を切り替えていた。このような金属板は、熱伝達率に優れるものの磁性体などの間を移動させる際に摩擦熱が発生してしまう。そしてこの金属板の挿脱は磁気移動に同期しているため、磁気移動を高速化しようとすると、それに伴い金属板の挿脱も速くしなければならなくなる。そうすると金属板による摩擦熱が大きくなって、磁性体の温度が下がらなくなってしまう。このため磁気移動を高速化ができない。 Conventionally, the heat transfer unit has switched between a heat transfer state and a heat insulation state by inserting and removing a metal plate such as aluminum or copper between magnetic bodies. Although such a metal plate is excellent in heat transfer coefficient, frictional heat is generated when moving between magnetic bodies. Since the insertion / removal of the metal plate is synchronized with the magnetic movement, if the magnetic movement is to be accelerated, the insertion / removal of the metal plate must be accelerated accordingly. If it does so, the frictional heat by a metal plate will become large and the temperature of a magnetic body will not fall. For this reason, the speed of magnetic movement cannot be increased.
そこで本実施形態1は、この熱伝達部を摩擦熱が発生しない構造にした。 Therefore, in the first embodiment, the heat transfer portion has a structure that does not generate frictional heat.
図5は本実施形態1における熱伝達部の構成を説明するための熱伝達部部分の断面図である。図6は実施形態1における熱伝達部の構成を説明するための熱伝達部部分の平面図(図5の矢視Aの図)である。 FIG. 5 is a cross-sectional view of the heat transfer portion for explaining the configuration of the heat transfer portion in the first embodiment. FIG. 6 is a plan view of the heat transfer portion for explaining the configuration of the heat transfer portion in the first embodiment (a view of arrow A in FIG. 5).
ここでは、磁性体10とそれに隣接する磁性体10’の間に設けられた熱伝達部30を例に説明する。ここで説明する磁性体10とそれに隣接する磁性体10’は、図1における磁性体10Aを10B、10Cと10D、10Eと10Fに対応する。また、低温側熱交換部40Aと磁性体10A、磁性体10Fと高温側熱交換部40Bにも同様に対応する。ただしその場合は、磁性体10または10’のうち一方が低温側熱交換部40Aまたは高温側熱交換部40Bとなる。そして、熱伝達部30は、図1における30A-30Gに対応する。
Here, the
熱伝達部30は、磁性体10に接する第1電極構造体11と、磁性体10’に接する第2電極体構造体21と、第1電極構造体11および第2電極体構造体21の間の隙間20と、この隙間20に出し入れされる液体金属18とを有する。また、隙間20の一端には、液体金属を収容する液溜まり17を有する。なお、隙間20において、液溜まり17を設けた一端の反対側の端部は開放端24となっている。
The
第1電極構造体11と第2電極体構造体21は、同じ構造を有していて、隙間20を中心線とする対称構造である。第1電極構造体11は、磁性体10側から順に、第1電極12、誘電体13、第2電極14、撥液コート層15を有する。第2電極体構造体21も同様に、磁性体10’側から順に、第1電極12、誘電体13、第2電極14、および撥液コート層15を有する。つまり、隙間20を中心としてみれば、第1電極構造体11も第2電極体構造体21も、隙間20側から順に撥液コート層15、第2電極14、誘電体13、第1電極12となるように配置されているのである。
The
磁性体全体の下部には、下部基板16を有する。この下部基板16内に、隙間20に連通した液溜まり17を有している。この液溜まり17は液体金属を収容する液収容部である。
A
第2電極14は、液溜まり17内部にまで入っていて、液体金属18と電気的に導通することができるようになっている。一方、第1電極12は液溜まり17からは絶縁されている。すなわち、第1電極12は液体金属18と絶縁されているのである。
The
これにより、第1電極12と第2電極14は、その間にある誘電体13を介したキャパシター構造となっていて、これがそのまま液体金属18と第1電極12のキャパシターとして作用することになる(詳細後述)。
As a result, the
第1電極構造体11と第2電極体構造体21の上部には、それぞれ第1および第2電極12、14から導かれた配線が形成される上部基板100を有する。上部基板100は、第1電極構造体11側と第2電極体構造体21側とで、隙間20の延長によって分離、絶縁され、第1電極構造体11および第2電極体構造体21と同様に隙間20によって対称な同じ構造である。上部基板100は、それぞれ第1電極12からの第1配線111と、第2電極14からの第2配線112が絶縁層113によって絶縁されている。配線111および112は、この熱伝達部30を制御するために、磁気冷暖房装置の制御装置(不図示)に接続されている。そして制御装置が、磁気の移動に同期して、この熱伝達部30による熱伝達状態と断熱状態を切り替えている。
The
以下さらに熱伝達部各部を詳細に説明する。 Hereinafter, each part of the heat transfer unit will be described in detail.
第1電極12および第2電極14は、たとえば、銅、アルミニウムなど、導電性のものであれば、特に限定されない。第1電極12および第2電極14の形状は共に同じであり、隙間20の大きさ(隙間の間隔を除く)と一致する電極板となっている。
The
誘電体13は、第1電極12と第2電極14の間にあって、たとえば、シリコン酸化膜やシリコ窒化膜など、誘電体13であれば特に限定されない。誘電体13の形状は第1電極12と第2電極14と同じ大きさであり、第1電極12と第2電極14が短絡しない形状となっている。
The dielectric 13 is not particularly limited as long as it is between the
撥液コート層15は、液体金属18に対して撥液性を有する。また、撥液コート層15は、導電性であることが好ましい。このような撥液コート層15に用いる材料とは、たとえば、導電性酸化膜(たとえばLaSrTiO3系)、導電性ガラス材(たとえばV-Fe-Ba-O系)、導電性セラミックス(たとえばSiC系)、グラフェンなどが好ましい。
The liquid
撥液コート層15が液体金属18に対して撥液性となっていることで、電気を印加していない状態では、液体金属18が容易に液溜まり17内に収納されるようになる。また、撥液コート層15が導電性を有することで、第2電極14に流した電気を液体金属10に直接流すことができて効率が良い。また、第2電極14に電気を流して液体金属18を第1電極構造体11と第2電極体構造体21の間の隙間20に充填する際に、液溜まり17内を空にできるので、液体金属18使用量を少なくすることができる。
Since the liquid
なお、液溜まり17内に常に液体金属18の一部が残留して、第2電極14から液体金属18に電気を流すことができれば、撥液コート層15は撥液性を有するだけで、導電性のないものであってもよい。また、第2電極14の隙間20側の表面に極薄いシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの絶縁性の撥液性部材を形成してもよい。極薄いシリコン酸化膜やシリコン窒化膜であれば、これらが介在していても、第2電極14に電気を流したときにトンネル効果によって液体金属18に電気を流すことができる。
If a part of the
このような部材によって構成される撥液コート層15の形状は第2電極14を覆う大きさである。
The shape of the liquid
さらに、第2電極14自体に、導電性で、かつ、その表面が撥液性となる部材を用いてもよい。つまり第2電極14自体を、たとえば導電性酸化膜、導電性ガラス材、導電性セラミックス材、グラフェンなどによって形成するのである。この場合、第2電極14の隙間側表面に、撥液コート層15を設ける必要がなくなる。
Furthermore, a member that is conductive and has a liquid repellent surface may be used for the
下部基板16は、少なくとも第1および第2電極12、14との間で絶縁されているものであればよい。たとえば、全体が絶縁性を有する材料として、エポキシ基板、フェノール基板、ABS樹脂基板などが用いられる。そして、これら基板に液溜まり17を設ける。この場合、液体金属18を液溜まり17内に収納しやすいように、液溜まり内壁面を親液性にする。親液性を持たせるためには、液溜まり壁面に金属膜19(たとえば銅、ニッケル、アルミニウムなどの金属膜)を形成することが好ましい。
The
また、下部基板16としては、たとえばシリコン基板を用いることもできる。シリコン基板を用いた場合、まず液溜まり17の形成後、液溜まり17内部の壁面表面を含めて、すべての表面をシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などにより絶縁層(不図示)を形成する。そして、液溜まり17内に親液性を持たせるために金属膜19(たとえば銅、ニッケル、アルミニウムなどの金属膜、さらにシリコン基板とした場合は導電性を付与したポリシリコンなどでもよい)を形成することが好ましい。
Further, as the
液溜まり17内に形成した金属膜19は第2電極14と導通するようにしてもよい。
The
なお、液溜まり17内の金属膜19はなくてもよい。上述したとおり、液溜まり17内の金属膜19は、液溜まり17内壁面を親液性にすることで液体金属18が下がったときに、液体金属18が液溜まり17内に収納されやすくするためのものである。このため、液溜まり17の大きさが十分に大きく、液溜まり17内壁面が親液性でなくても液体金属18の収納がスムーズにゆく場合には金属膜19はなくてもよい。
Note that the
さらに、下部基板16の液溜まり17には、液体金属18が漏れ出ない程度の穴25が設けられている(穴25の機能については後述)。
Furthermore, the
上部基板100は、第1電極構造体11側と第2電極体構造体21側で同じ構成であり、第1電極12と電気的に接続された第1配線111と、第2電極14と電気的に接続された第2配線112と、これらを絶縁分離する絶縁層113を有する。また、すでに説明したように、第1電極構造体11側と第2電極体構造体21側は隙間20によって絶縁、分離されているため、当然に上部基板100も第1電極構造体11側と第2電極体構造体21側でそれぞれ分離して同じ構成となるように設けられている。また、各第2配線112の隙間20に面した部分は、撥液コート層15が形成されている。また、隙間20部分は、上から見ると、図6に示すように、撥液コート層15が隙間20を取り囲むように形成されており、隙間20の側面部分15aから液体金属が漏れないようになっている。なお、隙間20の側面部分15aには、図示しないが、撥液コート層15の外側に、隙間の側面部分(または磁性体の側面を含めた側面全体)を覆う構造体(不図示)があってもよい。このような構造体は、たとえば樹脂やセラミックなど非磁性、非導電性の部材が好ましい。
The
上部基板100で配線が対向した部分(図5中のまるで囲った部分)は、開放端24となっていて、液体金属18の移動によって隙間20内の圧力が上ったり下がったりしないようになっている。このため液体金属18は、スムーズに隙間20内を移動できる。
A portion of the
上部基板100に用いられる配線111、112は、第1および第2電極12、14と同じく、銅、アルミニウムなどである。一方、絶縁層113は、少なくとも誘電体13よりも誘電率の低い絶縁体(絶縁材)が好ましい。
The
配線111、112は、第1および第2電極12、14に対して電圧を印加するための配線である。このため配線が対向した部分(図5中のまるで囲った開放端24近傍部分)でも、第1および第2電極12および14と同じ電圧がかかる。そうすると、上部基板100の絶縁層として誘電率の高い材料が用いられていると、この部分でも液体金属18と配線との間がキャパシター構造となってしまう。そうすると液体金属18が上昇してきたときに、その勢いで、まるで囲んだ部分からさらに上にまで液体金属18が来て、吐出してしまう虞がある。これを防ぐために、この配線層112同士が向き合う部分では、誘電率が低い絶縁材を用いることで、液体金属18が、この配線層が対向する部分の隙間20に入ってくるのを防止している。具体的には、たとえば、半導体装置において使用されている、いわゆるLow-k材料を使用することができる。たとえばシリコン酸化物にフッ素や炭素を添加したもの、有機ポリマーなどがある。そのほか、第1および第2電極12、14の間に用いた誘電体13よりも誘電率が低い材料であればよい。これらLow-k材料であってもよい。これらのLow-k材料は、SiO2の比誘電率4.2~4.0に対して、比誘電率3.0以下であることが知られている。
The
なお、絶縁体である絶縁層113を配置する開放端24近傍部分は、配線112および113が絶縁される厚みであるが、たとえば隙間上端から誘電体13の厚み程度の厚さがあれば、液体金属18が上がってきたときに上端から吐出することはない。
Note that the vicinity of the
そして、液体金属18(導電性流体と称されることもある)は、少なくともこの磁気冷暖房装置が使用される温度範囲において液体の金属である。たとえば、ガリウム、インジウム、スズの共晶合金であるガリンスタンを用いることができる。ガリンスタンは、常温で液体の金属であり、ガリウム、インジウム、スズの組成よって融点が異なる。たとえば、ガリウム68.5%、インジウム21.5%、スズ10%のガリンスタンは、融点:-19℃、沸点:1300℃以上、比重:6.44g/cm3、粘度:0.0024Pa・s(at20℃)、熱伝導率:16.5W/(m・K)である。そのほかにも、周知の様々な液体金属18を用いてもよく、熱伝達率が高いものが好ましい。
The liquid metal 18 (sometimes referred to as a conductive fluid) is a liquid metal at least in a temperature range in which the magnetic air conditioner is used. For example, galinstan which is a eutectic alloy of gallium, indium and tin can be used. Galinstan is a metal that is liquid at room temperature and has a different melting point depending on the composition of gallium, indium, and tin. For example, a galinstan of 68.5% gallium, 21.5% indium and 10% tin has a melting point: −19 ° C., a boiling point: 1300 ° C. or more, a specific gravity: 6.44 g / cm 3 , and a viscosity: 0.0024 Pa · s ( at 20 ° C.) and thermal conductivity: 16.5 W / (m · K). In addition, various known
次に、このように構成された熱伝達部30の作用を説明する。
Next, the operation of the
熱伝達部30の機能は、すでに説明したとおり、磁性体等間における熱の伝達と遮断(断熱)である。このような機能を持つことから、これを熱スイッチと称することがある。
As described above, the function of the
本実施形態1においては、この熱スイッチ機能を隙間20と液溜まり17の間を行き来する液体金属18により行っている。そして、液体金属18を隙間20と液溜まり17の間を行き来させるためには、エレクトロウェッティングを用いている。エレクトロウェッティングによる液体金属18の移動自体には、公知であり、たとえば、特開2007-103363号公報などに開示されるので、ここでは本実施形態の理解のために必要な原理について説明する。
In the first embodiment, this thermal switch function is performed by the
図7は、エレクトロウェッティングの原理を説明するための説明図である。 FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the principle of electrowetting.
エレクトロウェッティングは、電極板500上に設けられた誘電体501の表面に液体金属18(ここでは液滴として示した)を乗せ、電極板500と液体金属18の間に電圧を印加することで、誘電体表面における液体金属18との濡れ性を制御する技術である。
Electrowetting is performed by placing a liquid metal 18 (shown as a droplet here) on the surface of a dielectric 501 provided on the
電極板500と液体金属18との間は誘電体501を介してキャパシターが形成されている。図7Aに示すように、電極板500と液体金属18との間に電圧を印加すると、このキャパシターの静電エネルギーが変化(増加)して、それに相当する液体金属18の表面エネルギーが減少し、液体金属18の表面張力が低下する。これにより液体金属18の表面に対する接触角度θが変化する。ここで接触角度θとは、液体金属18が乗っている誘電体501の表面における液体金属表面とのなす角をいう。この接触角度θは、液体金属18の表面張力に応じて0°~180°の範囲で変化する。
A capacitor is formed between the
ここで図7Aに示すように(電圧印加時)、接触角度θが、0°から90°までは、液体金属18に対する表面の濡れ性が良い状態、すなわち親液性のある状態である。一方、図7Bに示すように(電圧印加無しの時)、接触角度θは、90°を超えて180°以下となり、これが濡れ性の悪い状態、すなわち撥液性の状態である。このように誘電体表面に置いた液体金属18の接触角度θを、電圧の印加によって変更できるのがエレクトロウェッティングである。
Here, as shown in FIG. 7A (when voltage is applied), when the contact angle θ is 0 ° to 90 °, the surface has good wettability with respect to the
図8は、隙間における液体金属の移動を説明するための説明図で、隙間における液体金属部分の拡大図である。 FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining the movement of the liquid metal in the gap, and is an enlarged view of the liquid metal portion in the gap.
本実施形態1では、液体金属18が移動する表面は、磁性体10と10’の間の隙間20に対向するように設けられた撥液コート層15である。この撥液コート層15は、すでに説明したとおり、液体金属18に対する撥液性を有する。このため、第1および第2電極12、14の間に電圧を印加しなければ、図8Aに示すように、液体金属18は、撥液コート層15の表面においてその接触角度は90°以上となって撥液性(疎液性ともいう)となっている。
In the first embodiment, the surface on which the
このように液体の接触面(撥液コート層15の表面)と接触角度が90°以上となることで、図8Aに示したように、液体金属18の液面は、中央部分が凸となって、液体金属18の撥液コート層15表面との接触部分が下がった状態になる。このため液体金属18は撥液コート層15表面に対して液溜まり方向へ伝って行く力が働くことになる。これにより液体金属18は液溜まり17へ戻るようになる。
In this way, the contact angle with the liquid contact surface (the surface of the liquid repellent coating layer 15) is 90 ° or more, so that the center of the liquid surface of the
この状態は、熱伝達部30全体としては図5に示した状態であり、液体金属18は、液溜まり17内にあって、隙間20は空気(または不活性ガス(以下同様))により満たされている。したがって、この空気で満たされた隙間20によって磁性体10と10’の間は断熱状態となる。
This state is the state shown in FIG. 5 as a whole of the
一方、磁性体10と10’のそれぞれにある第1電極12と第2電極14の間に電圧を印加すると、第1電極12と第2電極14の間にある誘電体13が分極して静電エネルギーが変化(増加)する。このとき第2電極14と液体金属18とは電気的導通がとられているため、結果的に、液体金属18と第1電極12とが誘電体13を介してキャパシター構造となっている。この構造はエレクトロウェッティングの原理を説明した図7の電極板500と誘電体501を介した液体金属18とによるキャパシター構造と同様の構造ということである。
On the other hand, when a voltage is applied between the
このため、第1電極12と第2電極14の間に電圧を印加したことで、液体金属18の表面エネルギーが増加して、それに伴い撥液コート層15(誘電膜)表面における液体金属18の表面張力が減少し、濡れ性がよくなる。そうすると、図8Bに示すように、撥液コート層15表面に接している液体金属18表面の接触角度θが90°以下になる。このため液体金属18は撥液コート層15表面に対して隙間20の開放端24方向(上部基板100方向)へ伝って行く力が働くことになる。また、液体金属18自体の表面張力は失われるものの、隙間20を毛細管現象により登ってゆく張力も働く。これにより液体金属18は隙間20を昇って行って隙間20内に充填されることになって、熱伝達状態になる(図9参照)。図8Bにおけるhがもとの液面に位置(図8A)からの上昇量である。なお、図8においてdは隙間20の間隔である。
For this reason, by applying a voltage between the
図9は、図5と同じ部分の断面図であり、液体金属18が隙間20を上がってきた状態、すなわち熱伝達状態を示している。
FIG. 9 is a cross-sectional view of the same portion as in FIG. 5 and shows a state in which the
図示するように、液体金属18は隙間20の頂上である上部基板100の位置まで到達する。上部基板100の隙間部分ではすでに説明したように、上部基板100の第1配線111と第2配線112の間には誘電体が存在しない(または誘電率が低い)。このため、この部分での静電エネルギーはほとんど変化しないため、上昇した液体金属18の濡れ性はよくならないので、これ以上液体金属18が上昇することはない。
As shown in the figure, the
そして、液体金属18が上昇したことにより、隙間20は液体金属18で満たされて磁性体10と10’間で熱が伝わる熱伝達状態になる。
Then, as the
このようにして本実施形態1の熱伝達部30では、エレクトロウェッティングにより熱伝達部30に設けた隙間20に液体金属18が充填された熱伝達状態と、隙間20から液体金属18を排除した断熱状態を電気的に制御することができるのである。
Thus, in the
なお、図9に示したように、液体金属18が隙間20を上昇すると液溜まり17内から液体金属18が出てゆくことになる。このとき、仮に液溜まり17が密閉状態だと、液溜まり17内部が負圧(真空)になるため液体金属18が液溜まり17から隙間20に出て行きづらくなる。そこで、本実施形態1では、液溜まり17の下部端に穴25を設けたのである。穴25の大きさは液体金属18が漏れ出ない程度でかつ気体の流入、流出が起こる程度の大きさとする。なお、穴25の位置は、液溜まり17の下部端以外であってもよく、液体金属18が液溜まり17から隙間20に出て行きやすくなるように配置されていればよい。
Note that, as shown in FIG. 9, when the
ここで、本実施形態1においては、隙間20を介して対向する第1および第2電極構造体11および21は、それぞれ第1電極12と第2電極14を、誘電体13を介して平行に設けている。このうち、エレクトロウェッティングの作用しているのは、第1電極12、液体金属18、およびその間の誘電体13によって構成されるキャパシターである。このため、エレクトロウェッティングの原理としては、液体金属18に電圧を印加することができれば、第2電極14はなくても良い。たとえば、下部基板を通して、液体金属と電気的に接続される電極を設けるなどである。この場合、第2電極は隙間内に存在しないので、隙間の対向する面は誘電体となり、液体金属に対して撥液性があるので、撥液コート層もなくて良い。
Here, in the first embodiment, the first and
ただし、このようにした場合(第2電極を省略した場合)、キャパシター構造としては、第1電極12の対向電極となる液体金属18が移動するため、電極面積が増減することになる。このため、エレクトロウェッティング作用を起こさせる誘電体での静電エネルギーも増減してしまうことになる。したがって、同じ電圧を印加していても液体金属の上昇量によってエレクトロウェッティング作用により液体金属を移動させる力が変わって、液体金属の上昇速度が変化するおそれがある(なお、第2電極を省略した場合でも、液体金属の移動速度が若干不安定になるおそれはあるものの、第2電極を設けた場合と同様に、摩擦を発生させることなく熱伝達と断熱の切り替えは可能である)。
However, in such a case (when the second electrode is omitted), the electrode structure is increased or decreased because the
本実施形態1は、第1電極12と第2電極14を、誘電体13を介して平行に設けているので、第1電極12と第2電極14によるキャパシターの大きさは、液体金属18の移動によって変化しない。したがって、同じ電圧の印加でも、液体金属の移動によって液体金属の移動速度が変化したりせず安定的に熱伝達と断熱を切り替えることができる。
In the first embodiment, since the
次に、熱伝達部30の応答特性を試算した結果を説明する。
Next, the results of trial calculation of the response characteristics of the
図10は、応答特性を試算する際の熱伝達部形状モデルを示す斜視図である。 FIG. 10 is a perspective view showing a heat transfer section shape model when the response characteristics are estimated.
この試算では、熱伝達部30の形状として、図10に示すように、隙間20の間隔をdgとし、高さを1mm、幅を1mmとした。
In this trial calculation, as shown in FIG. 10, the shape of the
また、隙間壁面が液体金属18に対して親液性となったときに液体金属18が上昇する高さをhとする。
Also, the height at which the
応答特性として重要な、液体の流速は、液体金属18に作用する表面張力T、せん断応力(壁面)τ、体積力mg、平行壁間層流の式を適用して求めることができる。表面張力T、せん断応力(壁面)τ、体積力mgなどの力の方向は図10に示したとおりである。
The flow velocity of liquid, which is important as a response characteristic, can be obtained by applying the formulas of surface tension T acting on the
すなわち、
τ=-(dp/ds)・(dg/2)
V=-(dp/ds)・dg2/(12μ)
上式より
τ=6μV/dg となる。
That is,
τ = − (dp / ds) · (dg / 2)
V = − (dp / ds) · dg 2 / (12 μ)
From the above equation, τ = 6 μV / dg.
ここで、液体密度:ρ[kg/m3]、重力加速度:g[m/s2]、間隙間隔:dg[m]、表面張力:T[N/m]、接触角:θ[rad]、せん断応力(壁面):τ[pa]、体積力:mg(m=dg・h・ρ)、液面流速:V[m/s]、粘性率:μ[pa・s]、液面高さ:h[m]、液面加速度:α[m/s2]、圧力:p[pa]、流れ方向長さ:s[m]、間隙部液体質量:m[kg]、時間:t[sec]、時間変化代:Δt[sec]=10-6である。 Here, liquid density: ρ [kg / m 3 ], gravitational acceleration: g [m / s 2 ], gap interval: dg [m], surface tension: T [N / m], contact angle: θ [rad] , Shear stress (wall surface): τ [pa], body force: mg (m = dg · h · ρ), liquid surface flow velocity: V [m / s], viscosity: μ [pa · s], liquid surface height Length: h [m], liquid surface acceleration: α [m / s 2 ], pressure: p [pa], flow direction length: s [m], gap liquid mass: m [kg], time: t [ sec], time variation: Δt [sec] = 10 −6 .
また、表面張力、接触角度、および液体金属18の上昇量の関係は下記式により表すことができる。
Further, the relationship between the surface tension, the contact angle, and the rising amount of the
h=(4Tcosθ)/(ρgd)
この式を用いて応答特性を算出した。
h = (4T cos θ) / (ρgd)
Response characteristics were calculated using this equation.
図20は、応答特性を算出する流れを説明するためのフローチャートである。 FIG. 20 is a flowchart for explaining the flow of calculating the response characteristics.
図示するように、変数t=0,V0=0(V0は液面流速の初期値),h=5μmとなるように初期化する(S1)。続いて、時間t=t+Δtとする(S2)。 As shown in the figure, initialization is performed so that the variables t = 0, V 0 = 0 (V 0 is the initial value of the liquid surface flow velocity), and h = 5 μm (S1). Subsequently, time t = t + Δt is set (S2).
その後、α(t)=(表面張力-せん断応力-体積力)/mを算出する(S3)。その後α(t)が0以上であれば(S4:YES)、V,hを算出し(S5)、hが1mm以上であれば(S6:YES)、処理を終了する。一方、hが1mm未満であれば(S6:NO)、S2へ戻る。 Thereafter, α (t) = (surface tension−shear stress−volume force) / m is calculated (S3). Thereafter, if α (t) is 0 or more (S4: YES), V and h are calculated (S5), and if h is 1 mm or more (S6: YES), the process is terminated. On the other hand, if h is less than 1 mm (S6: NO), the process returns to S2.
S4において、α(t)が0未満であれば(S4:NO)、表面張力=せん断応力+体積力とする(S7)。その後、V,hを算出し(S5)、hが1mm以上であれば(S6:YES)、処理を終了し、hが1mm未満であれば(S6:NO)、S2へ戻る。 In S4, if α (t) is less than 0 (S4: NO), surface tension = shear stress + volume force (S7). Thereafter, V and h are calculated (S5). If h is 1 mm or more (S6: YES), the process is terminated. If h is less than 1 mm (S6: NO), the process returns to S2.
ここで、液面高さ:h[m]、液体の密度:ρ[kg/m3]、重力加速度:g[m/s2]、液体柱の直径:d[m](ここでは液体柱の直径d=間隙間隔dgである)、表面張力:T[N/m]、接触角:θ[rad]である。 Here, liquid level height: h [m], liquid density: ρ [kg / m 3 ], gravitational acceleration: g [m / s 2 ], liquid column diameter: d [m] (here, liquid column Diameter d = gap spacing dg), surface tension: T [N / m], and contact angle: θ [rad].
この計算フローチャートを用いて、図10に示したモデルにおいて、接触角度と隙間20の間隔を変えて、液体金属が1mm上昇するためにかかる時間tを算出した。
Using this calculation flowchart, the time t required for the liquid metal to rise by 1 mm was calculated by changing the contact angle and the
その結果を図11に示す。図11は、接触角度と隙間20の間隔を変えて、1mm液体金属が上昇するためにかかる時間を算出した結果を示すグラフである。グラフにおいて縦軸は、1mm液体金属が上昇するためにかかる時間(msec)、横軸は隙間20の間隔dg(μm)である。
The result is shown in FIG. FIG. 11 is a graph showing the result of calculating the time taken for the liquid metal to rise by changing the contact angle and the
なお、液体の粘度μ、密度ρは水銀(Hg)の値を用いた。すなわち粘性:1.55×10-3Pa・s(20℃)、密度:13.5951×103kg/m3である。そのほか常温(20℃)、常圧(1気圧)とした。 In addition, the value of mercury (Hg) was used for the viscosity μ and density ρ of the liquid. That is, the viscosity is 1.55 × 10 −3 Pa · s (20 ° C.), and the density is 13.5951 × 10 3 kg / m 3 . In addition, normal temperature (20 ° C.) and normal pressure (1 atm) were set.
図11に示したグラフからわかるように、接触角度が70°以下とすれば、あとは隙間20の間隔を適宜調整することで、液体の上昇にかかる時間を1.0msec以下に調整できることがわかる。この時間は、液体金属18を隙間20に出し入れすることで熱スイッチとして作用させることで、出し入れの繰り返しを50Hzから100Hz程度にまで高められることを示している。
As can be seen from the graph shown in FIG. 11, when the contact angle is 70 ° or less, the time required for the liquid to rise can be adjusted to 1.0 msec or less by appropriately adjusting the
これにより、これまでネックとなっていた磁性体等間における熱伝達部材の出し入れ回数を50Hzから100Hz程度にすることができる。したがって、それに伴い、磁気の移動(磁気の印加、除去)も50Hzから100Hz程度にまで高めることができるようになる。 This makes it possible to reduce the number of times the heat transfer member is put in and out between the magnetic bodies and the like, which has been a neck until now, to about 50 Hz to 100 Hz. Accordingly, the magnetic movement (magnetization and removal) can be increased from 50 Hz to about 100 Hz accordingly.
次に、熱伝達部30の熱伝達特性と断熱特性について説明する。
Next, the heat transfer characteristic and heat insulation characteristic of the
磁気冷暖房装置として、24個の磁性体の各磁性体間に熱伝達部30を設けたモデルを想定してした。このモデルにおいては、磁性体同士が向かい合う面の大きさは、縦、横10mmの四角形とし、磁性体の厚さ1mmとした。また、磁性体の熱伝導率を200W/(m・K)。また、液体金属18が出入りする隙間20の間隔は200μmとした。また、熱伝達部30の第1および第2金属板の熱伝達率はアルミニウムと同じに想定した。また、誘電体13については、その厚さを1μm、撥液コート層15の厚さを数十nmと想定したが、これらの厚さの場合、熱伝達にはほとんど影響しないため無視した(存在しないものと想定した。ちなみにSiO2の熱伝導率は300Kで1.38W/(m・K)であり、SiNは20乃至28W/(m・K)(ただし、結晶性をよくして含有酸素を減らすことで100W/(m・K)以上も可能)。また、グラフェンの熱伝導率は5×103W/(m・K)である。さらに、導電性ガラスとしてV-Fe-Ba-O系ではその熱伝導率は1.0W/(m・K)である。導電性酸化膜としてLaSrTiO3系ではその熱伝導率は6.0~10.0W/(m・K)である。導電性セラミックスとしてSiC系ではその熱伝導率は200W/(m・K)である。
As the magnetic air conditioner, a model in which the
そして、このモデルにおいて、各磁性体の温度変化5℃、50Hz以上で液体金属18の出し入れによる熱伝達と断熱を繰り返すことで、24個の両端における温度差が60℃となることを想定した。この場合に熱伝達部30において必要な液体金属18が上がった時の熱伝達特性と、液体金属18が上がった時の断熱特性を考察した。
In this model, it was assumed that the temperature difference between the 24 ends was 60 ° C. by repeating heat transfer and heat insulation by putting in and out the
まず、熱スイッチOFF時、すなわち熱伝達部30において液体金属18が下がって隙間20に液体金属18がない状態のときである。このときの断熱特性としては、1W/(m・K)以下の熱伝導率となることが必要である。これは、たとえば、隙間20にアクリル樹脂の熱伝導率程度の断熱材が充填されているときに相当する。またこれは隙間20が空気層(不活性ガスでも同様)である場合に、数十mm程度離れた程度に相当する。このため、隙間20の間隔を数十μm程度確保すれば十分な断熱特性となる。
First, when the heat switch is OFF, that is, when the
一方、熱スイッチON時に求められる熱伝導率、すなわち液体金属18が隙間20をあがって充填されているときの熱伝導は、上記モデルでは液体金属18が出入りする隙間20の間隔200μmにおいて、200W/(m・K)程度の熱伝達率の部材が必要となる。これは、アルミニウムなどの金属の熱伝達率に相当する。
On the other hand, the thermal conductivity required when the thermal switch is turned on, that is, the heat conduction when the
液体金属18として、上述したガリンスタンを用いた場合、その熱伝導率は16.5W/(m・K)である。そこで隙間20の間隔を200μmではなく、20μmとすれば熱伝達される長さが1/10になる。そうすると、必要な熱伝達率は、伝達させる長さの2乗で効いてくるので、1/100である2W/(m・K)もあれば良いことになる。したがって、隙間20の間隔が20μmであれば、ガリンスタンを用いた場合でも、十分に50Hz動作で、温度差60°を得ることができる。このことから、隙間20を200μmの1/4程度とすれば、必要な熱伝導率は200W/(m・K)の1/16、すなわち12.5W/(m・K)となる。したがって、ガリンスタンを用いる場合、隙間20の最大値は、おおむね200μmの1/4、すなわち、50μm程度でも50Hz動作で、温度差60°を得ることができることになる。
When the above-described galinstan is used as the
以上のことから、熱伝達部30を構成する各部の好ましいサイズは、ガリンスタンを液体金属18として用いた場合、隙間20の間隔が10μm~50μmが好ましいものとなる。下限値を10としたのは、この程度の隙間20をあけることで、液体金属18が下がって隙間20内に空気が入ったときに十分な断熱性を有するようにするためである。一方、上限の50μmはすでに説明したとおり、液体金属18が上がって隙間20を満たした場合の熱伝達性能を保つためである。
From the above, the preferred size of each part constituting the
そのほか電極板、誘電体13、撥液コート層15などの厚み可能な限り薄くすることが好ましい。とくに誘電体13は、あまり厚くすると、断熱材となってしまうためできるだけ薄くすることがよく。たとえば第1電極構造体11と第2電極体構造体21のそれぞれの誘電体13を合わせた厚さとして10μm以下であれば、それによって生じる影響は無視できる程度となる(上記の例のとおり、熱伝達厚さの2乗となるので、アルミニウム程度の200W/(m・K)とした場合、10μmでは、1/200程度の熱伝導率であれば良いので、1W/(m・K)と低いものでも支障はない。また、上記モデルのごとく、誘電体13を1μmとすれば、1/20000であるから、0.01W/(m・K)となり、ほとんど無視できるものとなる。
In addition, it is preferable to make the electrode plate, the dielectric 13, the liquid
なお、このような各部のサイズは、使用する液体金属18、出し入れする周波数に応じて出適宜設定すればよく、このような値に限定されるものではない。
It should be noted that the size of each part may be appropriately set according to the
次に、電圧印加特性について説明する。 Next, the voltage application characteristics will be described.
図12は、電圧印加特性と示すグラフであり、図12Aは、接触角度θと周波数fの関係を示すグラフ、図12Bは、印加電圧Vと周波数fの関係を示すグラフである。
これらのグラフから、周波数を上げるためには、接触角は小さくする必要があり、かつ、周波数を上げるためには電圧を上げる必要のあることがわかる。これは、すなわち、第1電極12と第2電極14に印加する電圧を上げて接触角を低くすることで、液体金属18の出し入れの周波数を上げられることになる。
12 is a graph showing voltage application characteristics, FIG. 12A is a graph showing the relationship between the contact angle θ and the frequency f, and FIG. 12B is a graph showing the relationship between the applied voltage V and the frequency f.
From these graphs, it can be seen that in order to increase the frequency, it is necessary to reduce the contact angle, and in order to increase the frequency, it is necessary to increase the voltage. That is, by raising the voltage applied to the
図13は、液体金属の出し入れ1サイクルにおけるスイッチング特性の一例を示した図である。図示するように、1サイクルと360°としてみた時、電圧印加時(ON)の立ち上がりが1サイクルの18°分の時間、その後オン電圧を162°分の時間維持する。そして電圧切り(OFF)とすることで、1サイクルの18°分の時間かけて立ち下がりオフ電圧となる。もちろん、スイッチング特性については、この柚な特性に限定されるものではなく、矩形波に近いオン/オフ特性が得られるものが好ましい。 FIG. 13 is a diagram showing an example of switching characteristics in one cycle of liquid metal loading and unloading. As shown in the figure, when viewed as one cycle and 360 °, the rise at the time of voltage application (ON) is maintained for 18 ° of one cycle, and then the ON voltage is maintained for 162 °. When the voltage is turned off (OFF), the falling off voltage is obtained over a period of 18 ° of one cycle. Of course, the switching characteristic is not limited to this special characteristic, and it is preferable to obtain an on / off characteristic close to a rectangular wave.
(実施形態2)
続いて、実施形態2を説明する。図14は、実施形態2の熱伝達部の構造を説明するための平面図であって、図5中の矢視Aに相当する方向から見た図である。
(Embodiment 2)
Subsequently,
この実施形態2は、熱伝達部30の隙間20に第1電極構造体11側と第2電極体構造体21側のそれぞれの壁面、すなわち撥液コート層15の表面にブレード31を配置したものである。このブレード31は、下部基板16の液溜まり17から上部基板100方向に垂直に延びており、第1電極構造体11側のブレード31と第2電極体構造体21側のブレード31は互い接触しない幅となっている。ブレード31自体は、たとえば撥液コート層15の材料をそのままブレード31の構造となるように形成すると良い。
In the second embodiment,
そのほかの構成は、実施形態1と同じであるので説明を省略する。 Other configurations are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted.
このようにすることで、液体金属18と第1電極体構造体11の壁面および第2電極体構造体21の壁面との接触表面積が大きくなって熱伝達効率が良くなる。また、第1電極構造体11側のブレード31と第2電極体構造体21側のブレード31との間で隙間dBが形成されるため、このブレード31間の隙間dBでもブレード壁面に液体金属18の表面張力が働き、いっそう液体金属18が上昇しやすくなる(電圧印加時)。ブレード31間の隙間dBもすでに説明したとおり、10μm~50μm程度が好ましい。
By doing in this way, the contact surface area of the
(実施形態3)
次に、上記のような実施形態1または2の熱伝達部の構成を利用して、さらに複数の磁性体を用いたより実際的な磁気冷暖房装置の実施形態を実施形態3として説明する。
(Embodiment 3)
Next, a more practical embodiment of the magnetic air-conditioning apparatus using a plurality of magnetic bodies using the configuration of the heat transfer unit of the first or second embodiment as described above will be described as a third embodiment.
図15は、実施形態3の磁気冷暖房装置の概略構成を示す上面図であり、磁性体、磁気回路を形成する永久磁石および熱伝達部の位置関係が理解できるように上面から透視した状態を示した図である。図16A-図16Bは、図15に示した磁気冷暖房装置を構成する、磁性体・熱伝達部配置板、磁石配置板の上面図である。図17は、図15に示した磁気冷暖房装置の分解断面図である(Aは磁石配置板800部分の断面図、Bは磁性体・熱伝達部配置板700部分の断面図)。図18は、この磁気冷暖房装置の磁石配置板を回転させたときに熱が移動して行く様子を説明するための模式図である(図18Aは図15中のA-A線に沿う断面、図15中のA-A線に沿う断面に相当、図18Bは図15中のB-B線に沿う断面に相当する)。図19は、本実施形態3に係る磁気冷暖房装置の動作を説明する説明図である。なお、図19においては発明の理解を容易にするために図17に示した駆動部の記載を省略した。
FIG. 15 is a top view showing a schematic configuration of the magnetic cooling / heating device of
この磁気冷暖房装置は、図1に示した磁気冷凍と同一の原理を用いる。この原理を用いて磁気冷凍が行えるように、次のように構成してある。 This magnetic air conditioner uses the same principle as the magnetic refrigeration shown in FIG. In order to perform magnetic refrigeration using this principle, it is configured as follows.
図15から図19に示すように、本実施形態3に係る磁気冷暖房装置500は、中心部が開口した中空円板状の磁性体・熱伝達部配置板700(特に図16A参照)、中心部が開口した中空円板状の磁石配置板800(特に図16B参照)を有する。磁性体・熱伝達部配置板700は、その中心部に低温側熱交換部40Aが配置され、その外周部に高温側熱交換部40Bが配置されている。磁石配置板800は、隙間を設けて配置した、上側の円板800Aと下側の円板800Bの2つの円板を有する(特に図17参照)。
As shown in FIG. 15 to FIG. 19, the
磁気冷暖房装置500は、磁性体・熱伝達部配置板700、磁石配置板800を同心状に配置している(特に図15、図17、図18参照)。磁性体・熱伝達部配置板700は、磁石配置板800の上側の円板800Aと下側の円板800Bとの間に挿入される(特に図17、図18参照)。低温側熱交換部40Aは、磁性体・熱伝達部配置板700と磁石配置板800の中心部に配置される。高温側熱交換部40Bは、磁性体・熱伝達部配置板700と磁石配置板800の外周部に配置される(特に図15、図17、図18参照)。
In the magnetic cooling /
なお、本実施形態3では、磁性体・熱伝達部配置板700に正の磁性体を配置することを想定しているので、その中心部に低温側熱交換部40Aを配置し、その外周部に高温側熱交換部40Bを配置している。磁性体・熱伝達部配置板700に負の磁性体を配置した場合には、中心部に高温側熱交換部40Bを配置し、その外周部に低温側熱交換部40Aを配置する。低温側熱交換部40Aと高温側熱交換部40Bの配置は、磁性体・熱伝達部配置板700に正負いずれの磁性体を用いるかによって異なる。
In the third embodiment, since it is assumed that a positive magnetic body is disposed on the magnetic body / heat transfer
図16Aに示すように、磁性体・熱伝達部配置板700は、その中心部が開口した中空円板であり、その中心部の開口径は円柱状の低温側熱交換部40Aの直径よりも若干大きくしてある。また、磁性体・熱伝達部配置板700の直径は円筒状の高温側熱交換部40Bの内周の寸法と同一にしてある。
As shown in FIG. 16A, the magnetic body / heat transfer
また、図17および図18に示すように、磁性体・熱伝達部配置板700は高温側熱交換部40Bに固定してある。磁性体・熱伝達部配置板700と高温側熱交換部40Bとの間には、磁性体・熱伝達部配置板700と高温側熱交換部40B相互間で熱が移動しないように、図示しない断熱材を介在させることが好ましい。
Further, as shown in FIGS. 17 and 18, the magnetic body / heat transfer
磁性体・熱伝達部配置板700の片面(円板800Aの対向面)には、図16A、図17Bに示すように、環状かつ放射状に複数の磁性体を互いに間隔を設けて形成してある。本実施形態3では、中心角を30°として分割した磁性体・熱伝達部配置板700上の領域に、周方向に隣り合わせて、12個の磁性体ユニット200A、200B、200C、…、200G、…、200Lを形成している。そして、すべての磁性体同士の間、磁性体と低温側熱交換部の間、磁性体と高温側熱交換部の間に、熱伝達部を配置している(後述)。
As shown in FIGS. 16A and 17B, a plurality of magnetic bodies are formed annularly and radially on one side of the magnetic body / heat transfer portion arrangement plate 700 (opposing surface of the
それぞれの磁性体ユニット200A、200B、200C、…、200G、…、200Lは、磁性体・熱伝達部配置板700の中心部から外周部に向けて6つの磁性体を配置している。たとえば、磁性体ユニット200Aは、磁性体10Aa、10Ab、10Ac、10Ad、10Ae、10Afを、磁性体ユニット200Bは、磁性体10Ba、10Bb、10Bc、10Bd、10Be、10Bfをそれぞれ配置する。
Each
そして、各磁性体ユニットを構成するこれら6つの磁性体は、すべて磁気を印加すると温度が上昇する正の磁性体を用いている。それぞれの作動温度範囲に適した磁気材料により構成してある。 The six magnetic bodies constituting each magnetic unit are all positive magnetic bodies whose temperature rises when magnetism is applied. It is made of magnetic material suitable for each operating temperature range.
各磁性体ユニットでは、2つの磁性体が1組になって磁性体ブロックを形成する。たとえば、磁性体ユニット200Aでは、磁性体10Aa、10Abで磁性体ブロック100Aaを、磁性体10Ac、10Adで磁性体ブロック100Abを、磁性体10Ae、10Afで磁性体ブロック100Acを形成する。また、磁性体ユニット200Bでは、磁性体10Ba、10Bbで磁性体ブロック100Baを、磁性体10Bc、10Bdで磁性体ブロック100Bbを、磁性体10Be、10Bfで磁性体ブロック100Bcを形成する。
In each magnetic body unit, two magnetic bodies form a set to form a magnetic body block. For example, in the
したがって、本実施形態3の磁性体・熱伝達部配置板700は、磁性体ユニット200A、200B、200C、…、200G、…、200Lのそれぞれが3つの磁性体ブロック100Aa-100Ab-100Ac、100Ba-100Bb-100Bc、…で形成される。また、磁性体ブロック100Aa、100Ab、100Ac、100Ba、100Bb、100Bc、…のそれぞれは2つの磁性体、10Aa-10Ab、10Ac-10Ad、10Ae-10Af、10Ba-10Bb、10Bc-10Bd、10Be-10Bf、…で形成される。
Therefore, in the magnetic body / heat transfer
本実施形態3の磁性体・熱伝達部配置板700の1つの磁性体ユニット200Aに注目すると、磁性体ユニット200Aは、6つの磁性体10Aa、10Ab、10Ac、10Ad、10Ae、10Afから形成される。これらの磁性体は3つの磁性体ブロック100Aa、100Ab、100Acを有する。これらの磁性体ブロックは2つの磁性体10Aa-10Ab、10Ac-10Ad、10Ae-10Afの組から形成される。磁性体ユニット200Bから200Lも磁性体ユニット200Aと同じように形成される。このため、本実施形態3の磁性体・熱伝達部配置板700は、図1Aに示した磁性体ユニット200を12列並列に並べたものと等価な構成となる。
When attention is paid to one
本実施形態3で用いる磁性体10Aa、…は、磁性体・熱伝達部配置板700上に直接形成しても良いが、磁気熱量効果を有効に利用できるようにするためには、磁性体・熱伝達部配置板700は熱抵抗の大きな材料で構成することが望ましい。熱抵抗が小さいと、磁性体10Aa、…で発生した熱が磁性体・熱伝達部配置板700を伝って放熱されてしまうからである。また、熱抵抗を大きくするために、磁性体10Aa、…は、磁性体・熱伝達部配置板700上に直接形成するのではなく、磁性体10Aa、…と磁性体・熱伝達部配置板700との間に熱絶縁性フィルムや熱絶縁層を設けても良い。
The magnetic body 10Aa used in the third embodiment may be directly formed on the magnetic body / heat transfer
また、磁性体10Aa、…は、熱絶縁性フィルムや熱絶縁層を介して磁性体ユニット200A、…として磁性体・熱伝達部配置板700上で一体的に形成しても良い。また、熱絶縁性フィルムや熱絶縁層を介して磁性体ブロック100Aa、…ごとに分割して形成し、これを磁性体・熱伝達部配置板700上で配列するようにしても良い。
Further, the magnetic bodies 10Aa,... May be integrally formed on the magnetic body / heat transfer
磁性体10Aa、…は、本実施形態3ではすでに説明したように、実施形態1と同様である。その材料組成なども同様にLaxCa1-xMnO3、La(Fe1-xSix)13Hyなどを用いることができる。 The magnetic bodies 10Aa,... Are the same as those in the first embodiment as already described in the third embodiment. Similarly, La x Ca 1-x MnO 3 , La (Fe 1-x Si x ) 13 H y and the like can be used for the material composition.
本実施形態3では、磁性体10Aa、…の形状を、図15、図16A、図19に示したような、扇を径方向に一定の幅で切り取ったような形状としたが、これ以外の形状、たとえば、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 third embodiment, the shape of the magnetic bodies 10Aa,... Is as shown in FIG. 15, FIG. 16A, FIG. A shape such as a spherical shape, an ellipsoidal shape, a cubic shape, a cylindrical shape, or an elliptical columnar shape may be employed.
以上のように、磁性体・熱伝達部配置板700は、同一材料の磁性体10Aa…を複数列状に間隔を設けて径方向に配置した磁性体ユニット200Aを有する。磁性体・熱伝達部配置板700は、磁性体ユニット200Aをさらに磁性体10Aa、…の配置方向と交差する円周方向に間隔を設けて複数隣り合わせて環状に配置している。
As described above, the magnetic body / heat transfer
磁性体ユニット200Aは、同一材料の磁性体10Aa…を複数列状に間隔を設けて径方向に配置した磁性体ブロック100Aa、…を有し、磁性体ブロック100Aa…を磁性体10Aa、…の配置方向に間隔を設けて複数列状に配置して形成する。
The
そして、磁性体・熱伝達部配置板700の磁性体ユニット200Aでは、すべての磁性体10Aa…同士の間、および磁性体10Aaと低温側熱交換部40Aの間、磁性体10Afと高温側熱交換部40Bの間に、熱伝達部が配置されている。この熱交換部は、実施形態1または2で説明したものと同様の構成となっている。すなわち、低温側熱交換部40A側から高温側熱交換部40B方向に、熱伝達部30Ba、30Ab、30Bc、30Ad、30Be、30Af、30Bgと配置されている。磁性体ユニット200Bにおいても同様であり、すべての磁性体10Aa…同士の間、および磁性体10Aaと低温側熱交換部40Aの間、磁性体10Afと高温側熱交換部40Bの間に、熱伝達部30Aa、30Bb、30Ac、30Bd、30Ae、30Bf、30Agと配置されている(図16A参照)。
In the
ここで、磁性体ユニット200Aでは、熱伝達部30Ab、30Ad、30Afが同時に熱伝達状態(オン)になり、そのとき熱伝達部30Ba、30Bc、30Be、30Bgは断熱状態(オフ)となる。逆に熱伝達部30Ab、30Ad、30Afが同時に断熱状態(オフ)になり、そのとき熱伝達部30Ba、30Bc、30Be、30Bgは熱伝達状態(オン)となる。磁性体ユニット200Bにおいても同様であり、熱伝達部30Bb、30Bd、30Bfが同時に熱伝達状態(オン)になり、そのとき熱伝達部30Aa、30Ac、30Ae、30Agは断熱状態(オフ)となる。逆に熱伝達部30Bb、30Bd、30Bfが同時に断熱状態(オフ)になり、そのとき熱伝達部30Aa、30Bc、30Ae、30Agは熱伝達状態(オン)となる。つまり、図において30の添え字Aの熱伝達部が同時にオンのとき、添え字Bの熱伝達部が同時にオフ、またはその逆になる。
Here, in the
なお、図15においては、動作説明にも供するため、図示した動作状態のとき熱伝達状態(オン)となった熱伝達部を符号で示したが、すでに説明したとおり、熱伝達部はすべて同じ構造で、すべての磁性体間、熱交換部と磁性体間にある。 In FIG. 15, in order to provide an explanation of the operation, the heat transfer unit that is in the heat transfer state (ON) in the illustrated operation state is indicated by a symbol. However, as already described, the heat transfer units are all the same. The structure is between all the magnetic bodies, between the heat exchange part and the magnetic body.
磁性体・熱伝達部配置板700は以上のように構成してあるので、低温側熱交換部40Aは、磁性体・熱伝達部配置板700に形成されている磁性体ユニット200A、200B、200C、…、200G、…、200Lの一端に位置する磁性体10Aa、10Bb、…と間隔を設けて隣り合う。また、高温側熱交換部40Bは、磁性体・熱伝達部配置板700に形成されている磁性体ユニット200A、200B、200C、…、200G、…、200Lの他端に位置する磁性体10Af、10Bf、…と間隔を設けて隣り合う。また、すべての磁気ユニットにおいても、熱伝達部30Ba、30Ab…または30Aa、30Bb、…が設けられている。
Since the magnetic body / heat transfer
磁石配置板800は、図16Bに示すように、その中心部が開口した中空円板であり、その中心部の開口径は、円柱状の低温側熱交換部40Aの直径よりも若干大きくしてある。また、磁石配置板800の直径は、円筒状の高温側熱交換部40Bの内周の寸法よりも若干小さくしてある。磁石配置板800が低温側熱交換部40Aと高温側熱交換部40Bとの間で回転できるようにするためである。磁石配置板800は、図17および図18に示すように、隙間を設けて磁性体・熱伝達部配置板700を挟む磁気的に接続された、上側および下側の2枚の円板800A、800Bで構成される。
As shown in FIG. 16B, the
上側および下側の2枚の円板800A、800Bは、低温側熱交換部40Aを中心に別々に回転できるように、低温側熱交換部40Aに備える軸受けと、上側および下側の2枚の円板800A、800Bの外周端に備える軸受けで支持してある。図17に示すように、上側の円板800Aは軸受け520Aa、520Abによって回転自在に支持され、下側の円板800Bは軸受け520Ba、520Bbによって回転自在に支持される。したがって、上側の円板800Aは下側の円板800Bと別々に回転できる。
The upper and lower two
磁石配置板800を取り囲むように支持盤530が配置される。支持盤530は、上側および下側の2枚の円板800A、800Bを別々に回転させるためのサーボモータ540A、540Bを固定する。支持盤530の上側の円板800Aに対向する部分にサーボモータ540Aを、支持盤530の下側の円板800Bに対向する部分にサーボモータ540Bをそれぞれ固定する。サーボモータ540A、540Bのそれぞれの回転軸にはギア550A、550Bが取り付けてある。上側の円板800Aの外周部には、ギア550Aと噛み合うリングギア560Aが取り付けてある。また、下側の円板800Bの外周部には、ギア550Bと噛み合うリングギア560Bが取り付けてある。なお、サーボモータ540A、540B、ギア550A、550Bおよびリングギア560A、560Bによって駆動部を構成する。
The
サーボモータ540Aが回転すると、ギア550Aと噛み合うリングギア560Aが自転して上側の円板800Aが回転する。また、サーボモータ540Bが回転すると、ギア550Bと噛み合うリングギア560Bが自転して下側の円板800Bが回転する。サーボモータ540A、540Bを同期して回転させると、上側および下側の2枚の円板800A、800Bが一体となって回転する。
When the
本実施形態3では、サーボモータ540A、540Bを同期して回転させる。したがって、磁石配置板800は低温側熱交換部40Aを中心に、上側および下側の2枚の円板800A、800Bで磁性体・熱伝達部配置板700挟むようにして、低温側熱交換部40Aと高温側熱交換部40Bとの間で回転する。
In the third embodiment, the
磁石配置板800を形成する上側の円板800Aの片面(図17および図18に示す円板800Aの図示下側)には図16Bに示すように、環状かつ放射状に複数の永久磁石を配置してある。永久磁石は、図16Aに示した磁性体・熱伝達部配置板700の磁性体ユニット200A、200B、200C、…、200G、…、200Lのそれぞれの磁性体ブロック100Aa、100Ab、100Ac、100Ba、100Bb、100Bc、…に対して永久磁石が1つずつ対峙されるように配置している。永久磁石は、磁石配置板800が30°回転して、隣の磁性体ユニットに移行する度に、隣り合う磁性体ユニット200A、200B、200C、…、200G、…、200Lの磁性体ブロック100Aa、100Ab、100Ac、100Ba、100Bb、100Bc、…において径方向に往復移動する。したがって、永久磁石は、磁性体ユニット200A、200B、200C、…、200G、…、200Lの磁性体に対し個別に磁気を印加する。
As shown in FIG. 16B, a plurality of permanent magnets are arranged annularly and radially on one side of the
たとえば、図15、図16A、図16B、図18に示すように、図面上、磁石配置板800の上側の円板800Aにおいて、磁性体ユニット200Aの対応位置にある永久磁石20Aa、20Ac、20Aeは、磁性体・熱伝達部配置板700の磁性体ユニット200Aの磁性体10Aa、10Ac、10Aeとそれぞれ対峙する位置にある。また、磁性体ユニット200Bの対応位置にある永久磁石20Ba、20Bc、20Beは、磁性体ユニット200Bの磁性体10Bb、10Bd、10Bfとそれぞれ対峙する位置にある。この状態で、磁石配置板800が30°時計方向に回転すると、磁性体ユニット200Aの対応位置にある永久磁石20Aa、20Ac、20Aeは、磁性体ユニット200Bの磁性体10Ba、10Bc、10Beとそれぞれ対峙する位置となる。また、磁性体ユニット200Lの対応位置にある永久磁石は、磁性体ユニット200Aの磁性体10Ab、10Ad、10Afとそれぞれ対峙する位置となる。つまり、磁石配置板800が30°時計方向に回転する度に、各磁性体ユニット200A、200B、200C、…、200G、…、200Lにおいて、磁性体ブロックごとに永久磁石が往復移動する。この永久磁石と磁性体との位置関係は、磁石配置板800が30°回転する度に図1Aの位置関係と図1Bの位置関係を繰り返すのと同一の位置関係である。
For example, as shown in FIGS. 15, 16A, 16B, and 18, permanent magnets 20Aa, 20Ac, and 20Ae at the corresponding positions of the
したがって、磁石配置板800を磁性体ユニット200A、200B、200C、…、200G、…、200Lの並び方向に移動させると、永久磁石と磁性体との位置関係は次のように移行する。
Therefore, when the
まず、図16B、図18Aに示すように、永久磁石20Aa、20Ac、20Aeは、隣り合う一方の磁性体ユニット200Aの各磁性体ブロック100Aa、100Ab、100Acの一端に位置する磁性体10Aa、10Ac、10Aeに同時に磁気を印加する。このとき磁性体ユニット200Aの熱伝達部30Ab、30Ad、30Afは熱伝達状態、熱伝達部30Ba、30Bc、30Be、30Bgは断熱状態となる。
First, as shown in FIGS. 16B and 18A, the permanent magnets 20Aa, 20Ac, and 20Ae are formed of magnetic bodies 10Aa, 10Ac, Magnetism is simultaneously applied to 10Ae. At this time, the heat transfer portions 30Ab, 30Ad, and 30Af of the
また、図16B、図18Bに示すように、永久磁石20Ba、20Bc、20Beは、隣り合う他方の磁性体ユニット200Bの各磁性体ブロック100Ba、100Bb、100Bcの他端に位置する磁性体10Bb、10Bd、10Bfに同時に磁気を印加する。このとき磁性体ユニット200Bの熱伝達部30Ba、30Bc、30Be、30Bgは熱伝達状態、熱伝達部30Ab、30Ad、30Afは断熱状態となる。
Also, as shown in FIGS. 16B and 18B, the permanent magnets 20Ba, 20Bc, and 20Be are magnetic bodies 10Bb and 10Bd that are positioned at the other ends of the respective magnetic body blocks 100Ba, 100Bb, and 100Bc of the other adjacent
他の磁性体ユニット200C-200Lにおいても、隣り合う2つの磁性体ユニット間の永久磁石と磁性体との位置関係は磁性体ユニット200A、200Bの場合と同一である。隣り合う2つの磁性体ユニット間の以上のような永久磁石と磁性体との位置関係を状態1という。
Also in the other magnetic body units 200C-200L, the positional relationship between the permanent magnet and the magnetic body between two adjacent magnetic body units is the same as in the case of the
次に、磁石配置板800を30°時計方向に回転させると、永久磁石20Aa、20Ac、20Aeは、隣り合う他方の磁性体ユニット200Bの各磁性体ブロック100Ba、100Bb、100Bcの一端に位置する磁性体10Ba、10Bc、10Beに同時に磁気を印加する。この状態は、図18Bに示す永久磁石20Ba、20Bc、20Beが、左側の磁性体10Ba、10Bc、10Beに移動することに等しい。一方、磁性体ユニット200Lの対応位置に存在する永久磁石は、隣り合う一方の磁性体ユニット200Aの各磁性体ブロック100Aa、100Ab、100Acの他端に位置する磁性体10Ab、10Ad、10Afに同時に磁気を印加する。この状態は、図18Aに示す永久磁石20Aa、20Ac、20Aeが、右側の磁性体10Ab、10Ad、10Afに移動することに等しい。他の磁性体ユニット200C-200Lにおいても、隣り合う2つの磁性体ユニット間の永久磁石と磁性体との位置関係は磁性体ユニット200A、200Bの場合と同じように遷移する。隣り合う2つの磁性体ユニット間の以上のような永久磁石と磁性体との位置関係を状態2という。
Next, when the
このように、磁石配置板800が30°回転する度に、すべての磁性体ユニット200A、200B、200C、…、200G、…、200Lにおいて、上記の状態1と状態2が繰り返される。つまり、それぞれの磁性体ユニット200A、200B、200C、…、200G、…、200Lにおいて、図1Aと図1Bの状態が繰り返されることになる。
Thus, every time the
磁石配置板800を形成する下側の円板800Bの片面(図17および図18に示す円板800Bの図示上側)には磁気突起が形成される。磁気突起は上側の円板800Aの片面に配置している永久磁石の配置と対応させて配置する。たとえば、図17および図18に示すように、永久磁石20Aaに対応させて磁気突起20Abが、永久磁石20Acに対応させて磁気突起20Adが、永久磁石20Aeに対応させて磁気突起20Afがそれぞれ配置されている。また、永久磁石20Baに対応させて磁気突起20Bbが、永久磁石20Bcに対応させて磁気突起20Bdが、永久磁石20Beに対応させて磁気突起20Bfがそれぞれ配置されている。それぞれの永久磁石からの磁力線を対峙する磁気突起で受け止めて、永久磁石と磁気突起との間の磁気抵抗を極力小さくするためと、永久磁石からの磁力線が磁性体を漏れなく通過できるようにするためである。
Magnetic protrusions are formed on one side of the
磁石配置板800は隙間を設けて磁性体・熱伝達部配置板700を挟む磁気的に接続された2枚の平板で構成される。上側の円板800Aに配置されている永久磁石と下側の円板800Bに配置されている磁気突起は、上側の円板800Aと下側の円板800Bとの間で磁気回路を形成する。この磁気回路は磁気印加部を構成する。
The
本実施形態3では、磁気印加部に磁気を発生させる手段として永久磁石を用いた。しかし、永久磁石の使用に代えて、超伝導磁石や電磁石を使用することもできる。磁気回路を電磁石によって構成すると、磁性体に印加する磁気の大きさをある範囲で変更することができるので、磁気印加部に汎用性を持たせることができる。しかし、省エネルギーや実用性の観点からは、永久磁石の使用が望ましい。 In the third embodiment, a permanent magnet is used as means for generating magnetism in the magnetic application unit. However, instead of using a permanent magnet, a superconducting magnet or an electromagnet can be used. When the magnetic circuit is composed of an electromagnet, the magnitude of the magnetism applied to the magnetic body can be changed within a certain range, so that the magnetism applying unit can have versatility. However, it is desirable to use a permanent magnet from the viewpoint of energy saving and practicality.
なお、本実施形態3では、上側の円板800Aに永久磁石を配置し、下側の円板800Bに磁気突起を配置しているが、これとは逆に、上側の円板800Aに磁気突起を配置し、下側の円板800Bに永久磁石を配置させることも可能である。また、本実施形態3では、両円板を一体として回転させているが、両円板は磁気的に接続されていれば別々に設けても良い。上側の円板800Aと下側の円板800Bが磁気的に接続され、永久磁石と磁気突起が対峙して設けてあるので、永久磁石からの磁束を有効に活用でき、永久磁石の小型化、軽量化が可能である。
In the third embodiment, a permanent magnet is disposed on the
なお、磁石配置板800は、磁性体10Aa、…で発生した熱および熱伝達部30Aa、…で伝達する熱を逃がさないようにするために、熱抵抗の大きな低熱伝達材料を用いることが好ましい。
The
以上のような構成を有する磁石配置板800が磁性体・熱伝達部配置板700に対して回転すると、熱伝達部30Ab、…は次のようにして熱を伝達させる。
When the
まず、永久磁石と磁性体との位置関係が、図15および図19に示す状態1にあるとき、磁性体ユニット200Aの対応位置では、熱伝達部30と磁性体との位置関係は図19Aに示すようになっている。
First, when the positional relationship between the permanent magnet and the magnetic material is in the
すなわち、状態1の場合、磁性体ユニット200Aの対応位置では、永久磁石20Aaが磁性体10Aaに、永久磁石20Acが磁性体10Acに、永久磁石20Aeが磁性体10Aeに、それぞれ位置する(図18A、図19A参照)。このときには、磁性体10Aa、10Ac、10Aeに対して磁気が印加され、磁性体10Ab、10Ad、10Afには磁気が印加されておらず磁気が除去されている。このとき、磁性体10Aa、10Ac、10Aeは発熱する。そして同時に、熱伝達部30Abが磁性体10Aaと10Abとの間、熱伝達部30Adが磁性体10Acと10Adとの間、熱伝達部30Afが磁性体10Aeと10Afとの間で熱伝達状態となる。このため、各磁性体ブロック内の隣り合う磁性体との間の熱伝達が行われる。すなわち、磁性体10Aa、10Ac、10Aeが磁気熱量効果により発生した熱を磁性体10Ab、10Ad、10Afにそれぞれ移動する。また、このときには、低温側熱交換部40Aと磁性体10Aaとの間および高温側熱交換部40Bと磁性体10Afとの間の熱の伝達は行わない。また、磁性体ブロック間の熱の伝達も行わない。
That is, in the
また、磁性体ユニット200Bの対応位置では、熱伝達部30と磁性体との位置関係は図18Bに示すようになっている。
Further, in the corresponding position of the
すなわち、磁性体ユニット200Bの対応位置は、永久磁石20Baが磁性体10Bbに、永久磁石20Bcが磁性体10Bdに、永久磁石20Beが磁性体10Afに、それぞれ位置する(図18B、図19A参照)。このときには、磁性体10Bb、10Bd、10Bfに対して磁気が印加され、磁性体10Ba、10Bc、10Beには磁気が印加されておらず磁気が除去されている。このとき、磁性体10Bb、10Bd、10Bfは発熱する。そして同時に、熱伝達部30Baが低温側熱交換部40Aと磁性体10Baとの間に、熱伝達部30Bcが磁性体10Bbと10Bcとの間、熱伝達部30Beが磁性体10Bdと10Beとの間、熱伝達部30Bgが磁性体10Bfと高温側熱交換部40Bとの間で、それぞれ熱伝達状態になる。このため、隣り合う磁性体ブロック100Ba、100Bb、100Bcの隣り合う磁性体10Bb-10Bc、10Bd-10Be間の熱伝達が行われる。また、磁性体ユニット200Bの一端に位置する磁性体10Baと低温側熱交換部40Aとの間および磁性体ユニット200Bの他端に位置する磁性体10Bfと高温側熱交換部40Bとの間で熱伝達が行われる。すなわち、10Ba、10Bc、10Beが磁気熱量効果により吸熱され、磁性体10Bb、10Bd、10Bf磁気熱量効果により発熱する。このため、低温側熱交換部40Aから磁性体10Baに、磁性体10Bbから磁性体10Bcに、磁性体10Bdから磁性体10Beに、磁性体10Bfから高温側熱交換部40Bに熱が移動する。
That is, the corresponding position of the
以上のように、磁石配置板800に配置されている複数の磁気印加部は、磁石配置板800と磁性体・熱伝達部配置板700との相対移動によって、磁性体・熱伝達部配置板700に配置されている複数の磁性体に近接離反して磁気熱量効果を発現させる。また、磁性体・熱伝達部配置板700に配置されている複数の熱伝達部は、磁石配置板800の「移動に合わせて熱伝達状態と断熱状態を切り替えている。
As described above, the plurality of magnetism applying units arranged on the
上記の状態1は図19Aに示すとおりである。磁性体ユニット200Aの対応位置では、各磁性体ブロック内の隣り合う磁性体との間で熱を伝達させ、磁性体ユニット200Bの対応位置では、隣り合う磁性体ブロックの隣り合う磁性体との間ならびに磁性体ユニット200Bの一端に位置する磁性体と低温側熱交換部40Aとの間および磁性体ユニット200Bの他端に位置する磁性体と高温側熱交換部40Bとの間で熱を伝達させる。
The
永久磁石と磁性体との位置関係が、図19に示す状態1にあるとき、磁性体ユニット200Aの対応位置では、熱伝達部の熱伝達状態と磁性体との関係は図18Aに示すものと等価になっている。同時に、磁性体ユニット200Bの対応位置では、熱伝達部の熱伝達状態と磁性体との関係は図18Bに示すものと等価になっている。
When the positional relationship between the permanent magnet and the magnetic body is in the
次に、磁石配置板800を30°時計方向に回転し、永久磁石と磁性体との位置関係が、図19Bに示す状態2にあるとき、磁性体ユニット200Aの対応位置では、熱伝達部30と磁性体との位置関係は図18Bに示すものと等価になっている。同時に、磁性体ユニット200Bの対応位置では、熱伝達部30と磁性体との位置関係は図18Aに示すものと等価になっている。状態2における永久磁石と磁性体との位置関係は、状態1における永久磁石と磁性体との位置関係を、隣り合う磁気ユニット間で逆にしたものである。
Next, when the
上記の状態2は図19Bに示すとおりである。磁性体ユニット200Aの対応位置では、隣り合う磁性体ブロックの隣り合う磁性体との間ならびに磁性体ユニット200Aの一端に位置する磁性体と低温側熱交換部40Aとの間および磁性体ユニット200Aの他端に位置する磁性体と高温側熱交換部40Bとの間で熱を伝達させ、磁性体ユニット200Bの対応位置では、各磁性体ブロック内の隣り合う磁性体との間で熱を伝達させる。
以上のように、磁石配置板800の熱伝達部は、状態1のときには、隣り合う一方の磁性体ユニットの各磁性体ブロック内の隣り合う磁性体との間で熱を伝達させ、他方の磁性体ユニットの隣り合う磁性体ブロックの隣り合う磁性体との間ならびに前記他方の磁性体ユニットの一端に位置する磁性体と前記低温側熱交換部との間および前記他方の磁性体ユニットの他端に位置する磁性体と前記高温側熱交換部との間で熱を伝達させる。また、状態2のときには、前記隣り合う他方の磁性体ユニットの各磁性体ブロック内の隣り合う磁性体との間で熱を伝達させ、一方の磁性体ユニットの隣り合う磁性体ブロックの隣り合う磁性体との間並びに前記一方の磁性体ユニットの一端に位置する磁性体と前記低温側熱交換部との間および前記一方の磁性体ユニットの他端に位置する磁性体と前記高温側熱交換部との間で熱を伝達させる。
As described above, when the heat transfer portion of the
図17および図18に示す駆動部は、磁性体・熱伝達部配置板700と磁石配置板800を磁性体ユニットの配置方向に相対的に移動させるために、磁性体・熱伝達部配置板700または磁石配置板800のいずれか一方を回転させるものである。駆動部は、磁性体・熱伝達部配置板700、磁石配置板800を回転させることができるものであれば、あらゆる種類の電気モータを用いることができる。本実施形態では、磁石配置板800をその中心部を回転軸として回転させている。
17 and 18 has a magnetic body / heat transfer
低温側熱交換部40Aおよび高温側熱交換部40Bは、たとえば室内の空気などの外部環境との熱交換ができる機構を備えている。たとえば、外部から冷媒を供給し、その冷媒を介して外部環境との熱交換ができるようにした機構を採用しても良い。
The low temperature side
以上のように構成されている本実施形態に係る磁気冷暖房装置500は次のようにして磁気冷凍を行う。
The
まず、駆動部を作動させて磁石配置板800を時計または反時計方向に回転させると、30°回転するごとに、それぞれの磁性体ユニットにおいて、図1Aと図1Bの状態、すなわち図19Aと図19Bの状態を繰り返すことになる。つまり、状態1と状態2を繰り返す。この繰り返しによって、それぞれの磁気ユニットにおいて、低温側熱交換部40Aから高温側熱交換部40Bに熱が移動する。
First, when the drive unit is actuated to rotate the
このとき、本実施形態3においても、起動時温度を作動温度範囲とする磁気材料を、少なくとももっとも低温側および高温側の磁性体に混合しているので、起動時から一速く定常状態に達することができる。すなわち従来の磁性体を用いて同じ構成の磁気冷暖房装置と比較して磁石配置板800の回転回数が少ないうちに定常状態に達するのである。
At this time, also in the third embodiment, since the magnetic material having the starting temperature within the operating temperature range is mixed with at least the lowest temperature side and the higher temperature side magnetic body, the steady state is reached quickly from the starting time. Can do. That is, the steady state is reached while the number of rotations of the
そして、最終的定常状態に達すれば、低温側熱交換部40Aの温度を下げ、高温側熱交換部40Bの温度を上げることができ、低温側熱交換部40Aと高温側熱交換部40Bとの間に温度差を生じさせることができる。
When the final steady state is reached, the temperature of the low temperature side
なお、冷凍能力の大きな磁気冷暖房装置を構成する場合には、直列に配列する磁性体ブロックの数を増やして、低温側熱交換部40Aと高温側熱交換部40Bに接続する。直列に配列する磁性体ブロックの数を増やすことによって、低温側熱交換部40Aと高温側熱交換部40Bとの間の温度差をより大きくすることができる。そのような場合も起動時温度を作動温度範囲とする磁気材料を、少なくとももっとも低温側および高温側の磁性体に混合する。また冷凍能力の大きな磁気冷暖房装置の場合は、もっとも低温側および高温側の磁性体だけでなく、もっとも低温側および高温側の磁性体と起動時温度の磁性体との間に配置される磁性体においても、起動時温度の磁性体を混合することが好ましい。
In the case of configuring a magnetic air conditioner with a large refrigerating capacity, the number of magnetic blocks arranged in series is increased and connected to the low temperature side
本実施形態3の磁気冷暖房装置は、車両の冷凍装置(特に燃料電池や二次電池の冷却装置)のほか、室内の空調を行うエアコン、冷蔵庫、また車室内の空調を行うエアコンなどに適用させることができる。
The magnetic air conditioner of
本実施形態3では、磁石配置板800に永久磁石および磁気突起を配置した形態を例示した。このように永久磁石および磁気突起を一体的に形成すると、磁石配置板800を小型化、軽量化できる。
In the third embodiment, an example in which permanent magnets and magnetic protrusions are arranged on the
さらに、本実施形態3では、磁性体・熱伝達部配置板700と磁石配置板800を円盤状にして両板を相対的に回転させるものを例示したが、磁性体・熱伝達部配置板700と磁石配置板800を平板状にして両板を相対的に直線的に往復移動させるものであっても良い。
Furthermore, in the third embodiment, the magnetic body / heat transfer
以上のように磁気冷暖房装置を構成すると、磁性体・熱伝達部配置板700と磁石配置板800を磁性体ユニットの配置方向に相対的に移動させだけで、磁気冷凍を行うことができるので、磁気冷暖房装置の構成を単純化でき、小型化、軽量化、低コスト化が実現できる。
When the magnetic cooling / heating apparatus is configured as described above, magnetic refrigeration can be performed only by relatively moving the magnetic body / heat transfer
(実施形態4)
本実施形態4は、2個の熱伝達部における隙間を連通路によって接続した形態である。
(Embodiment 4)
図21は、本実施形態4に係る磁気冷暖房装置において2個の熱伝達部における隙間を連通路によって接続した形態を示した断面図である。なおこの断面図は、図5および図9と同様の断面位置を示している。 FIG. 21 is a cross-sectional view showing a configuration in which the gaps in the two heat transfer units are connected by a communication path in the magnetic air conditioning apparatus according to the fourth embodiment. This cross-sectional view shows the same cross-sectional position as in FIGS.
図示するように、本実施形態4は、2個の熱伝達部30aおよび30bにおけるそれぞれの隙間20を連通路50によって接続している。また、隙間20の開放端24は、これら開放端24を覆う蓋部55によって覆われて密閉空間56となっている。この蓋部55によって形成されている密閉空間56内部は不活性ガスを充てんしている。不活性ガスはたとえばヘリウムなどを用いることができる。
As shown in the figure, in the fourth embodiment, the
なお、本実施形態4は、熱伝達部30aおよび30bに連通路50および蓋部55が設けられている点を除いて、そのほかの構成は実施形態1~3のいずれかと同じであるので説明は省略する。
The fourth embodiment is the same as any one of the first to third embodiments except that the
連通路50は液体金属18が移動自在となるように、熱伝達部30aと熱伝達部30bのそれぞれの隙間20を接続している。なお、図においては、連通路50は液溜まりを設けることなく接続しているが、実施形態1のごとく、熱伝達部30aと熱伝達部30bにそれぞれ液溜まりを設けたうえで、液溜まり同士を連通路50によって接続するようにしてもよい。
The
熱伝達部30aの配線111aおよび112aと、熱伝達部30bの配線111bおよび112bは、それぞれ独立して上部基板100を構成している。このため、熱伝達部30aと30bの間に位置する配線111aおよび112aと、配線111bおよび112bの間には、絶縁材52が設けられている。なおこの絶縁材52は、絶縁層113と同じ部材であってもよいし、別途配線を絶縁するために設けられたものであってもよい。
The
このような配線とすることで、両者の熱伝達部30aおよび30bは、それぞれ独立して動作させることができる。ここでは一方がオフのとき他方はオンになるようにしている。すなわち、熱伝達部30a側がオフとなっているとき熱伝達部30a側の第1および第2電極12および14には電圧が印加されておらず、熱伝達部30b側の第1および第2電極12および14には電圧が印加されてオンとなっている。
By using such wiring, both the
このように熱伝達部30a側がオフで熱伝達部30b側がオンとなれば、図示したように、熱伝達部30a側の隙間20には液体金属はなくなる一方、熱伝達部30b側の隙間20には液体金属18が充填されることになる。これにより熱伝達部30a側は断熱状態、熱伝達部30b側が熱状態となっている。
Thus, if the
この状態から、熱伝達部30a側がオン、熱伝達部30b側がオフに切り替わると、液体金属18は連通路50を通じて流れ、熱伝達部30b側の隙間20から熱伝達部30a側の隙間20へ移動する。
From this state, when the
これはオンになった熱伝達部30a側の隙間20は、エレクトロウェッティングによって液体a金属17が上昇する一方、オフになった熱伝達部30b側の隙間20は電圧の印加がなくなったことにより隙間20内で液体金属18が下降することになるためである。なお、エレクトロウェッティングについては、実施形態1において説明したとおりである。
This is because the
このような液体金属18の移動により、実施形態4においては、オンとなっている熱伝達部側の隙間20が、オフとなっている熱伝達部側の隙間20に対する液収容部として機能することになる。
By such movement of the
連通路50は、液体金属18が移動しやすいように、その内部壁面が液体金属18に対して撥液性を有するようにすることが好ましい。たとえば隙間20と同様に撥液コート層(不図示)を設けてもよいし、内部壁面自体を撥液加工してもよい。
It is preferable that the internal wall surface of the
蓋部55は、少なくとも連通路50によって接続されている熱伝達部30aおよび30bのそれぞれの隙間20の開放端24を覆う一つの密閉空間56を形成している。そして、蓋部55によって形成されている密閉空間56を不活性ガスで満たすことにより液体金属18の酸化を防止している。
The
液体金属18は、金属であることに変わりはない。このため長時間空気に暴露されていると酸化される。酸化の度合いは、液体金属の組成により異なるが、密閉空間56を設けてその内部を不活性ガスで満たすことにより液体金属18の酸化を防止してすることができ、装置の寿命を延ばすことができる。特に、液体金属の例として挙げたガリンスタンを用いた場合には、ガリンスタンの酸化を防止できる。
The
図示した例では、連通路50によって接続されている熱伝達部30aおよび30bのそれぞれの隙間20の開放端24を蓋部55により覆うこととしたが、これに代えて、磁気冷暖房装置全体(少なくとも複数の熱伝達部)を密閉する筐体に入れて、筐体内部全体を密閉空間としてその内部に不活性ガスを入れておくようにしてもよい。
In the illustrated example, the open ends 24 of the
このような装置全体を覆う筐体によって密閉空間56を設けて、その内部を不活性ガスで満たして液体金属18の酸化を防止することは実施形態1でも適用することができる。特に、実施形態1では、各熱伝達部30が独立した開放端24だけでなく、液溜まり17側にも穴25が設けられていて、気体が出入りできるようになっている。このため、装置全体を筐体に入れて内部を不活性ガスで満たすことにより、隙間20の開放端24だけなく、穴25からの酸化を防止することができる。
It is also possible to apply the first embodiment by providing the sealed
なお、不活性ガスを充てんする代わりに、密閉空間56内部を真空(減圧状態)として、空気(主に酸素および水分)が入らないようにしてもよい。その場合、密閉空間56内部を不活性ガスによりパージしてから減圧状態にして密封することが好ましい。パージ後に減圧することで密閉空間内部はわずかな不活性ガスによって満たされていることになるため、液体金属の酸化を防止できる。
In addition, instead of filling with an inert gas, the inside of the sealed
連通路52によって接続する熱伝達部30aと30bは、互いに一方がオンのとき他方はオフになる熱伝達部同士が接続されていれば、どのように接続されていてもよい。図21に示した例では、熱が伝達される方向に隣り合う熱伝達部30aと30bの断面であるが、これに限定されるものではない。
The
たとえば、実施形態3のごとく、磁性体・熱伝達部が同心状に配置されている装置においては、円周方向の熱伝達部同士を接続してもよい。具体的には、図16Aを参照すれば、熱伝達部30Aaと30Baを接続し、30Bbと30Abを接続し、30Acと30Bcを接続し、30Bdと30Adを接続し、30Aeと30Beを接続し、30Bfと30Afを接続し、30Agと30Bgを接続する。このように磁性体・熱伝達部が同心状に配置されている装置においては、円周方向に接続することで、互いに隙間20の容量を同じにすることができる。
For example, as in the third embodiment, in a device in which magnetic bodies and heat transfer units are concentrically arranged, circumferential heat transfer units may be connected to each other. Specifically, referring to FIG. 16A, heat transfer units 30Aa and 30Ba are connected, 30Bb and 30Ab are connected, 30Ac and 30Bc are connected, 30Bd and 30Ad are connected, 30Ae and 30Be are connected, 30Bf and 30Af are connected, and 30Ag and 30Bg are connected. As described above, in the apparatus in which the magnetic body and the heat transfer section are concentrically arranged, the capacities of the
また、たとえば、一部を円周方向、他の一部を熱伝達方向としてもよい。具体的には、図16Aを参照すれば、熱伝達部30Aaと30Baを接続する。そして、30Bbと30Acを接続し、30Bdと30Aeを接続し、30Bfと30Agを接続する。同様に30Abと30Bcを接続し、30Adと30Beを接続し、30Afと30Bgを接続する。 Further, for example, a part may be a circumferential direction and another part may be a heat transfer direction. Specifically, referring to FIG. 16A, the heat transfer units 30Aa and 30Ba are connected. Then, 30Bb and 30Ac are connected, 30Bd and 30Ae are connected, and 30Bf and 30Ag are connected. Similarly, 30Ab and 30Bc are connected, 30Ad and 30Be are connected, and 30Af and 30Bg are connected.
このようにした場合、磁性体・熱伝達部が同心状に配置されているため、熱伝達方向に接続した熱伝達部同士では、隙間20の容量が異なることになる。そこで、このような隙間の容量が異なる場合には、いずれか一方の隙間の間隔を変えることで両者の容量を揃えるとよい。
In this case, since the magnetic body and the heat transfer portion are arranged concentrically, the capacities of the
さらには、3個以上複数の熱伝達部を連通路によって接続してもよい。この場合、接続した3個以上複数の熱伝達部のうち少なくとも一つの熱伝達部がオンのとき、他の熱伝達部のうち少なくとも一つは必ずオフとなる、熱伝達部を接続することになる。このようにした場合、少なくとも一つの熱伝達部がオフの時、オンとなっている熱伝達部の隙間に液体金属が収容される形態となる。このためオンとオフの関係として液体金属が互いに収容できる容量を設定することになる。また、オンとなった一つの熱伝達部だけでは、オフとなって熱伝達部からの液体金属を収容できない場合には、連通路の途中に液溜まりを設けて、これにより調整するようにしてもよい。 Furthermore, three or more heat transfer units may be connected by a communication path. In this case, when at least one of the three or more connected heat transfer units is turned on, at least one of the other heat transfer units is always turned off. Become. In this case, when at least one heat transfer unit is off, the liquid metal is accommodated in the gap between the heat transfer units that are on. For this reason, the capacity | capacitance which a liquid metal can mutually accommodate is set as the relationship of ON and OFF. If only one heat transfer section turned on is turned off and the liquid metal from the heat transfer section cannot be accommodated, a liquid reservoir is provided in the middle of the communication path and adjusted accordingly. Also good.
このような3個以上複数の熱伝達部を接続する形態の一つとしては、たとえば、実施形態3の場合に、すべての熱伝達部を連通路によって接続する形態であってもよい。 As one form of connecting the three or more heat transfer units, for example, in the case of the third embodiment, a form in which all the heat transfer units are connected by a communication path may be used.
ただし、3個以上複数の熱伝達部を接続した場合、どうしても連通路が長くなり、その分連通路に滞留する液体金属の量が多くなるため、液体金属の利用効率を考慮した場合には、2個の熱伝達部を接続する形態が最も好ましいものとなる。 However, when three or more heat transfer parts are connected, the communication path is inevitably long, and the amount of liquid metal that stays in the communication path increases accordingly. A configuration in which two heat transfer units are connected is most preferable.
ここで2個の熱伝達部を接続する形態を例に、本実施形態4の作用を説明する。 Here, the operation of the fourth embodiment will be described by taking an example of connecting two heat transfer units.
ここでは、本実施形態4の磁気冷暖房装置を用いた熱交換器モデルを作成して熱交換される状態をシミュレーションした。
Here, a heat exchanger model using the magnetic air conditioner of
図22は、実施形態4に係る磁気冷暖房装置を用いた冷暖房循環系統を示す図である。図22に示した熱交換器モデルにおいては、磁気冷暖房装置500の全体構成は実施形態3と同じであるが、そのうち熱伝達部の構成のみが本実施形態4となるようにモデル化した。すなわち、円周方向の熱伝達部同士を2個ずつ接続したものである。具体的にはすでに説明した通り、図16Aを参照して、熱伝達部30Aaと30Baを接続し、30Bbと30Abを接続し、30Acと30Bcを接続し、30Bdと30Adを接続し、30Aeと30Beを接続し、30Bfと30Afを接続し、30Agと30Bgを接続したものとなっている。
FIG. 22 is a diagram showing an air conditioning circulation system using the magnetic air conditioning apparatus according to the fourth embodiment. In the heat exchanger model shown in FIG. 22, the overall configuration of the magnetic cooling and
熱交換器モデルは、図に示すように、磁気冷暖房装置500の低温側熱交換部40A(実施形態3参照)には低温側放熱器630が接続されていて、高温側熱交換部40B(実施形態3参照)には高温側放熱器730が接続されている。そして低温側放熱器630は内周冷媒通路用ポンプ780を介して内周冷媒通路600の空気の流入口と流出口に接続する。高温側放熱器730は外周冷媒通路用ポンプ790を介して外周冷媒通路720の空気の流入口と流出口に接続する。
As shown in the figure, in the heat exchanger model, a low temperature
内周冷媒通路用ポンプ780は内周冷媒通路600A-600Fを流れる冷媒の流量を制御する。外周冷媒通路用ポンプ790は外周冷媒通路720を流れる冷媒の流量を制御する。
The inner peripheral
内周冷媒通路600で生成された冷風は低温側放熱器630に供給され、低温側放熱器用ファン630Fによって強制的に送風された外部の空気と熱交換される。熱交換された後の空気は再び内周冷媒通路600に戻って冷却される。また、外周冷媒通路720で生成された温風は高温側放熱器730に供給され、高温側放熱器用ファン730Fによって強制的に送風された外部の空気と熱交換される。熱交換された後の空気は再び外周冷媒通路720に戻って加熱される。低温側放熱器630は外部の空気を冷却し高温側放熱器730は外部の空気を加熱する。 このような熱交換器モデルにおいて、熱の移動速度に密接に関験する熱伝達部の熱スイッチング周波数を算出する。図23は熱スイッチング周波数を算出する手順を示すフローチャートである。
The cold air generated in the inner peripheral
まず、図22に示した熱交換器モデルにおいて所定空間(たとえば車室内などを想定する)の温度として所望の温度を設定温度として設定し、この温度に対応した要求熱量と要求温度差を入力する(S10)。 First, in the heat exchanger model shown in FIG. 22, a desired temperature is set as a set temperature as a temperature of a predetermined space (for example, assuming a vehicle interior), and a required heat amount and a required temperature difference corresponding to this temperature are input. (S10).
所定空間の容量、現在の所定空間内の温度、所定空間内の設定温度を参照して、所定空間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、外周冷媒通路から流出する空気の温度と内周冷媒通路から流出する空気の温度との差を求める。この求めた値を、要求熱量、要求温度差として入力する。 Referring to the capacity of the predetermined space, the current temperature in the predetermined space, and the set temperature in the predetermined space, the required amount of heat required for setting the predetermined space in the predetermined space is obtained. Further, the difference between the temperature of the air flowing out from the outer peripheral refrigerant passage and the temperature of the air flowing out from the inner peripheral refrigerant passage is obtained. The obtained values are input as the required heat amount and the required temperature difference.
次に、入力した要求熱量と要求温度差をあらかじめ設定している熱伝達部のスイッチング動作周波数fを入力する。ここでスイッチング動作周波数fはオンからオフとなって再びオンになるまでを1サイクルとしている。また、磁気熱量材料周囲温度から外周冷媒通路に流入する空気の温度の基準となる空気温度、磁気熱量材料周囲温度と要求温度差の半分の温度から外周冷媒通路から流出する空気の温度、磁気熱量材料周囲温度から内周冷媒通路に流入する空気の温度の基準となる空気温度、磁気熱量材料周囲温度と要求温度差の半分の温度から内周冷媒通路から流出する空気の温度を入力する。また、外周冷媒通路に対して冷媒を供給する外周冷媒通路用ポンプ780の空気流量と、内周冷媒通路に対して冷媒を供給する内周冷媒通路用ポンプ790の空気流量も入力する。さらに、低温側放熱器用ファン630Fの風量と高温側放熱器用ファン730Fの風量も入力する(S20)。
Next, the switching operation frequency f of the heat transfer unit in which the input required heat amount and the required temperature difference are set in advance is input. Here, the switching operation frequency f is one cycle from on to off until it is turned on again. Also, the air temperature that serves as a reference for the temperature of the air flowing into the outer refrigerant passage from the magnetic calorific material ambient temperature, the temperature of the air that flows out of the outer refrigerant passage from the temperature that is half the required temperature difference from the magnetic calorific material ambient temperature, and the magnetic calorific value The air temperature serving as a reference for the temperature of the air flowing into the inner peripheral refrigerant passage from the material ambient temperature, and the temperature of the air flowing out from the inner peripheral refrigerant passage from a temperature half the required temperature difference from the ambient temperature of the magnetic calorific value material are input. Further, the air flow rate of the outer periphery
この状態で磁気冷暖房装置500を運転する。具体的には、入力した動作周波数fを実現するために、熱伝達部を実施形態3で説明したごとくスイッチングする。
In this state, the
続いて、磁気熱量材料の周囲温度、低温側熱交換部450Aと高温側熱交換部450Bの温度、動作周波数fの情報に基づき見積もられる磁気冷暖房装置500が生成した熱量が要求熱量に対して誤差範囲にあるか否かを判断する(S30)。誤差範囲はあらかじめ設定しておく。生成した熱量が誤差範囲になければ(S30:NO)、誤差範囲内に収まるように、動作周波数fを変更する(S40)。具体的には、磁気冷暖房装置500が生成した熱量が要求熱量よりもかなり小さければ、生成する熱量を増加させるために、熱伝達部のスイッチング周波数を増大させる。逆に、磁気冷暖房装置500が生成した熱量が要求熱量よりも大きすぎれば、生成する熱量を減少させるために、熱伝達部のスイッチング周波数を減少させる。
Subsequently, the amount of heat generated by the
生成した熱量が誤差範囲内であれば(S30:YES)、外周冷媒通路の流入口の空気の温度、および内周冷媒通路の流入口の空気の温度が、各々、外周冷媒通路および内周冷媒通路へ流入する空気の温度の基準となる空気温度と誤差内にありかつ外周冷媒通路の流出口の空気の温度、および内周冷媒通路の流出口の空気の温度が、各々、設定した外周冷媒通路および内周冷媒通路から流出する空気の温度と誤差内にあるか否かを判断する(S50)。誤差範囲はあらかじめ設定しておく。 If the amount of generated heat is within the error range (S30: YES), the temperature of the air at the inlet of the outer refrigerant passage and the temperature of the air at the inlet of the inner refrigerant passage are respectively the outer refrigerant passage and the inner refrigerant. The temperature of the air flowing into the passage serves as a standard for the temperature of the air, and the temperature of the air at the outlet of the outer refrigerant passage and the temperature of the air at the outlet of the inner refrigerant passage are respectively set to the outer peripheral refrigerant. It is determined whether the temperature of the air flowing out of the passage and the inner refrigerant passage is within an error (S50). The error range is set in advance.
外周冷媒通路および内周冷媒通路の流入口および流出口の空気の温度が誤差内になければ(S50:NO)、誤差囲内に収まるように、外周冷媒通路に対して空気を流す外周冷媒通路用ポンプ780と内周冷媒通路に対して空気を流す内周冷媒通路用ポンプ790の空気流量を変更するとともに、低温側放熱器用ファン630Fと高温側放熱器用ファン730Fの風量を変更する(S60)。
If the temperature of the air at the inlet and outlet of the outer refrigerant passage and the inner refrigerant passage is not within the error (S50: NO), the outer refrigerant passage for flowing air to the outer refrigerant passage so as to be within the error range While changing the air flow rate of the inner peripheral
外周冷媒通路および内周冷媒通路へ流入する空気の温度、および外周冷媒通路および内周冷媒通路から流出する空気の温度が誤差内であれば(S50:YES)処理を終了する。 If the temperature of the air flowing into the outer peripheral refrigerant passage and the inner peripheral refrigerant passage and the temperature of the air flowing out from the outer peripheral refrigerant passage and the inner peripheral refrigerant passage are within the error (S50: YES), the process is terminated.
このようにして、熱交換器によって交換される熱量が所定の範囲内となるために必要な熱伝達部の動作周波数f(S40によって変更された最後の周波数の値)を得ることができる。 Thus, it is possible to obtain the operating frequency f of the heat transfer unit necessary for the amount of heat exchanged by the heat exchanger to be within a predetermined range (the value of the last frequency changed by S40).
次に、2個の熱伝達部が連通したモデル(連通モデルという)において、応答特性を試算した。図24は、2個の熱伝達部が連通した場合の応答特性を試算する際の熱伝達部形状モデル(連通モデル)を示す斜視図である。 Next, the response characteristics were estimated in a model in which two heat transfer units communicated (referred to as a communication model). FIG. 24 is a perspective view showing a heat transfer portion shape model (communication model) when trial calculation of response characteristics when two heat transfer portions communicate with each other.
この試算では、図10と比較して、液体金属18に作用する表面張力Tおよびせん断応力(壁面)τの方向が異なることと、隙間壁面が液体金属18に対して親液性となったときに液体金属18が上昇する高さがそれぞれの熱伝達部ごとにh1とh2にしたことである。これら以外は図10を用いて説明したものと同じである。
In this trial calculation, the direction of the surface tension T and the shear stress (wall surface) τ acting on the
この連通モデルにおいては、連通路50によって液体金属18が行き来するためh1とh2の合計値は常に1mmになることとした。すなわち、h1+h2=1mmである。
In this communication model, since the
そして、図20で説明した手順を用いて応答特性を試算した。この試算おいては、初期状態としてh1=1mm、h2=0mmの状態とし、h1=0、h2=1mmの状態となるまでの時間である。同様に、図5に示した液溜まりにより独立して動作する2個の熱伝達部のモデル(独立モデルという)による応答特性も試算した。すなわち2個の独立した熱伝達部の一方がオンからオフになって液体金属が隙間からなくなり(h=1mmがh=0mmとなる)、他方がオフからオンになって液体金属が隙間に充填される(h=0mmがh=1mmとなる)までである。 Then, the response characteristics were estimated using the procedure described in FIG. In this trial calculation, it is the time until the state of h1 = 1 mm and h2 = 0 mm as the initial state and the state of h1 = 0 and h2 = 1 mm. Similarly, the response characteristics based on the model (referred to as an independent model) of two heat transfer units that operate independently by the liquid pool shown in FIG. 5 were also estimated. That is, one of the two independent heat transfer parts is turned off to turn off the liquid metal from the gap (h = 1 mm becomes h = 0 mm), and the other is turned off to turn on to fill the gap with the liquid metal. (H = 0 mm becomes h = 1 mm).
また、接触角度=60°のみとして隙間20の間隔dgを変化させて試算した。
Also, the calculation was made by changing the distance dg of the
結果を図25に示す。図25は、接触角度=60°として隙間の間隔を変えて、2個の熱伝達部において一方の液体金属が1mm上昇すると同時に他方の液体金属が0mmとなるためにかかる時間を算出した結果を示すグラフである。 Results are shown in FIG. FIG. 25 shows the result of calculating the time required for one liquid metal to rise by 1 mm and the other liquid metal to become 0 mm at the same time in two heat transfer sections by changing the gap interval with the contact angle = 60 °. It is a graph to show.
図25からわかるように、動作周波数が50Hz~100Hzの間となる隙間間隔dgにおいては、同じ隙間間隔で比較すると、連通モデルの方が独立モデルよりも約30%ほど動作周波数が高くなっている。これは、すなわち、2個の熱伝達部を連通路によって連通させた方が速く動作させることができることを示している。 As can be seen from FIG. 25, in the gap interval dg where the operating frequency is between 50 Hz and 100 Hz, when compared with the same gap interval, the communication model has a higher operating frequency by about 30% than the independent model. . This indicates that the two heat transfer portions can be operated faster by communicating with each other through the communication path.
(実施形態5)
実施形態5では、熱伝達部の構成が他の実施形態と異なるのみで、熱伝達部以外の構成は、実施形態3と同様であるので、それらの説明は省略する。また、同様の機能を有する部材は同じ符号を付し、同一符号の部材については説明の一部または全部を省略した。
(Embodiment 5)
In the fifth embodiment, only the configuration of the heat transfer unit is different from that of the other embodiments, and the configuration other than the heat transfer unit is the same as that of the third embodiment. Moreover, the member which has the same function attached | subjected the same code | symbol, and a part or all of description was abbreviate | omitted about the member of the same code | symbol.
図26は、本実施形態5の磁性体・熱伝達部配置板部分の上面図である。 FIG. 26 is a top view of the magnetic material / heat transfer portion arrangement plate portion of the fifth embodiment.
本実施形態5は、その基本形は、実施形態3と同様である。すなわち、それぞれの磁性体ユニット200A、200B、200C、…、200G、…、200Lを有する。磁性体ユニット200A、200B、200C、…、200G、…、200Lは、磁性体・熱伝達部配置板700の中心部から外周部に向けて6つの磁性体を配置している。たとえば、磁性体ユニット200Aは、磁性体10Aa、10Ab、10Ac、10Ad、10Ae、10Afを、磁性体ユニット200Bは、磁性体10Ba、10Bb、10Bc、10Bd、10Be、10Bfをそれぞれ配置する。各磁性体は、すべて磁気を印加すると温度が上昇する正の磁性体を用いている。それぞれの作動温度範囲に適した磁気材料により構成してある。
The basic form of the fifth embodiment is the same as that of the third embodiment. That is, it has each
また、既に実施形態3として説明したように、各磁性体への磁気の印加は、磁石配置板(図16B参照)によって行われる。したがって、一つの磁性体ユニットと見れば、磁性体が隙間を空けて並ぶ方向に対して、磁石が回転する方向が交差する方向となっている。そして磁石は、永久磁石であり、円周方向に回転移動するものとなっている。 Also, as already described in the third embodiment, the application of magnetism to each magnetic body is performed by a magnet arrangement plate (see FIG. 16B). Accordingly, when viewed as a single magnetic body unit, the direction in which the magnet rotates intersects the direction in which the magnetic bodies are arranged with a gap therebetween. The magnet is a permanent magnet that rotates in the circumferential direction.
本実施形態5では、磁性体ユニット200Aに着目すれば、各磁性体10Aa~Afのそれぞれの間、低温側熱交換部40Aと磁性体10Aaとの間、磁性体10Afと高温側熱交換部40Bとの間に、それぞれ磁性体が並ぶ列方向に対して交差する方向、すなわち円周方向に隙間300が設けられている。そしてこの隙間300の中を液体金属18が移動するようになっている。隙間300は、各磁性体10Aa~Afのそれぞれの間、低温側熱交換部40Aと磁性体10Aaとの間、磁性体10Afと高温側熱交換部40Bとの間では独立しており、磁性体ユニット200A、200B、200C、…、200G、…、200Lを貫通するように円形状をなしている。
In the fifth embodiment, focusing on the
液体金属18は円周方向、磁性体の列方向共に、磁性体1個分離れて、常に同期して移動するように配置されている。すなわち、図示した状態では、磁性体ユニット200Aの磁性体の列において熱伝達部30Ba、30Bc、30Be、30Bgの位置にあるとき、磁性体ユニット200Bの磁性体の列において熱伝達部30Bb、30Bd、30Bfの位置にあるように移動させている。そして、これらの位置において液体金属10が熱伝達を行うようになっている。
The
図27は隙間部分の拡大模式図である。この図では、2つの磁性体ユニットにまたがる隙間部分を示している。 FIG. 27 is an enlarged schematic diagram of the gap portion. In this figure, a gap portion extending over two magnetic body units is shown.
列方向に並んだ磁性体10および10’の間に隙間300が形成されている。隙間300内には、隙間の一方の壁面に隙間側から誘電体13、第1電極12の順に形成されている。また、第1電極12とは別に電気的に絶縁された状態で(ここでは物理的にも離れて)、同じ壁面に第2電極14を並べて形成している。隙間300の一方の壁面には誘電体13と第2電極が露出している。そしてこの隙間300内を移動するように液体金属18が配置されている。このため、液体金属18は、第2電極14とは電気的に接続され、第1電極12とは誘電体13により絶縁されている。
A
第1電極12と第2電極14は電気回路301に接続されている。一つの電気回路301は、一つの第1電極12と一つの第2電極14が1ペアとなって接続されている。第1電極12と第2電極14は、円周方向における1つの磁性体の長さの中に2ペアを設けていて、それぞれが電気回路301により独立にスイッチングできるようになっている。
The
なお、図示する場合には一つの電気回路301に第1電極12と第2電極14が1つずつ接続されているように示したが実際の回路構成にあっては、それぞれの第1電極12と第2電極14が、個別にスイッチングできればどのような回路構成であってもよい。
In the figure, the
さらに、隙間300内の壁面には液体金属18の位置を検出するためのポジションセンサー(位置検出器)302が設けられている。ポジションセンサー302は、たとえば液体金属18おつかによって抵抗値が変化する抵抗センサーなどが使用できる。より具体的には、たとえば、壁面に露出していて、互いに絶縁されている2つの電極を設け、この2つの電極間に液体金属が同時に触れることで、2つの電極間の抵抗値が変化するようなごく簡単なセンサーでもよい。もちろんそのほか液体金属18の位置を検出できればどのようなものであってもよい。
Furthermore, a position sensor (position detector) 302 for detecting the position of the
本実施形態5では、ポジションセンサー302を第2電極14が露出した壁面と対向する壁面に配置した。これにより液体金属18が円周方向に並ぶ第1電極12同士の間を通過したことを検知できる。
In the fifth embodiment, the
また、隙間300は密閉空間として、その内部を真空(減圧状態)または不活性ガスを充填している。これにより液体金属の酸化を防止している。なお、液体金属18が酸化に強い場合には、真空や不活性ガスの充填は不要である。ただし、液体金属18が漏れないように密封することが好ましい。
Further, the
液体金属18の円周方向の長さ(図示ML)は、一つの液体金属18の塊で、熱伝達と断熱を行う必要から、少なくとも磁性体10および10’の円周方向1個分の長さが必要である。
The length of the
そして、ポジションセンサー302によって一つの液体金属18の塊が検出されれば、そのポジションセンサー302直後の第1電極12および第2電極14に通電されて、液体金属18と第1電極12との間にキャパシターが形成される。このようなキャパシターが形成されている端側(図においては矢印の方向)において、液体金属18表面の壁面との接触角度θが90°以下になる。これにより、液体金属18が図示矢印方向に進行してゆくことになる。
If one lump of
なお、図示していないが、第2電極14の表面以外の壁面(誘電体13の露出面を含む)には、他の実施形態同様に撥液コート層を設けてもよい。また第2電極14の表面にも、液体金属18との伝導性を妨げないようにした(または伝導性の有る状態となるようにした)、撥液コート層を設けてもよい。
Although not shown, a liquid repellent coating layer may be provided on the wall surface (including the exposed surface of the dielectric 13) other than the surface of the
なお、本実施形態5では、実施形態1における液溜まり(図9参照)、または実施形態4における通路(図21参照)は不要となっている。これは、本実施形態5においては、液体金属18を円周方向に移動させることで、熱スイッチとして機能させているため、液体金属18を収容しておくための液溜まりや通路が不要となるためである。
In the fifth embodiment, the liquid pool in the first embodiment (see FIG. 9) or the passage in the fourth embodiment (see FIG. 21) is unnecessary. In the fifth embodiment, since the
図28は、液体金属が進行してゆく状態を説明するための説明図である。この図においては、電気回路には説明のために、図示左から301a、301b、301c、301dとした。また、ポジションセンサーには説明のために、図示左から302a、302b、302c、302dとした
まず、ステップ1は、液体金属18がポジションセンサー302bを通過して、電気回路301aおよび301bがオンであり、その他はオフとなっている状態を示している。
FIG. 28 is an explanatory diagram for explaining a state in which the liquid metal advances. In this figure, the electric circuits are denoted by 301a, 301b, 301c, and 301d from the left in the figure for explanation. For the sake of explanation, the position sensors are denoted by 302a, 302b, 302c, and 302d from the left in the drawing. First, in
ステップ1の状態からステップ2の状態に液体金属18が移動すると、電気回路301c手前のポジションセンサー302cにより液体金属18が来たことが検出される。これにより電気回路301cをオンにする。このとき液体金属18が到達している第1電極12部分では液体金属先端は、壁面との接触角度θが90°以下になる。このため液体金属18は図示矢印方向に駆動力が生じて進行してゆくことになる。一方、ポジションセンサー302aは液体金属18を検知しなくなるので、それに合わせて電気回路301aをオフにする。そうすると液体金属18の後端側は第1電極12との間でキャパシター成分が生じていないため、壁面との接触角度θが90°以上になる。このため液体金属18には後方(矢印と反対方向)への駆動力が生じることはない。このようにして液体金属18にはさらに矢印方向の駆動力が働くことになる。
When the
同様にしてステップ3の状態にまで液体金属18が移動すると、ポジションセンサー302dにより検出される。これにより電気回路301dをオンにする。一方、ポジションセンサー302bにより検出されなくなったら電気回路301bをオフにする。このようにして液体金属18には矢印方向の駆動力が働いてさらに移動が続くことになる。
Similarly, when the
このようにポジションセンサー302により液体金属18が検出された順に、順次ペアとなっている第1電極12および第2電極14の間に電圧を印加してゆくことで、液体金属18を一方向に移動させることができる。
Thus, by sequentially applying a voltage between the paired
図29は、ポジションセンサーと液体金属の位置関係を説明するためのグラフである。このグラフは、x軸方向を時間経過、y軸方向をポジションセンサーのオン(ON)、オフ(OFF)の状態、z軸方向を液体金属の位置とした3次元グラフである。 FIG. 29 is a graph for explaining the positional relationship between the position sensor and the liquid metal. This graph is a three-dimensional graph in which the x-axis direction is time elapsed, the y-axis direction is the position sensor on (ON) and off (OFF) state, and the z-axis direction is the position of the liquid metal.
図示するように、ポジションセンサー302bは、液体金属18が移動して、ポジションセンサー302bに到達した時点でオンになる(図28のステップ1の状態)。その後、ポジションセンサー302bは液体金属18を検出している間、オン状態が継続する。そして液体金属18を検出しなくなった時点でオフとなる。
As shown in the figure, the
さらに液体金属18が移動して、ポジションセンサー302cに到達した時点で、ポジションセンサー302cはオンになる(図28のステップ2の状態)。その後、ポジションセンサー302cは液体金属18を検出している間、オン状態が継続する。そして液体金属18を検出しなくなった時点でオフとなる。
When the
さらに液体金属18が移動して、ポジションセンサー302dに到達した時点で、ポジションセンサー302dはオンになる(図28のステップ3の状態)。その後、ポジションセンサー302dは液体金属18を検出している間、オン状態が継続する。そして液体金属18を検出しなくなった時点でオフとなる。
When the
図30は、液体金属の位置と、電気回路による第1電極-第2電極間電圧の印加状態を説明するためのグラフである。このグラフは、x軸方向を時間経過、y軸方向を第1電極-第2電極間電圧の印加状態(印加時をeV、0Vを非印加時とした)、z軸方向を液体金属の位置とした3次元グラフである。 FIG. 30 is a graph for explaining the position of the liquid metal and the application state of the voltage between the first electrode and the second electrode by the electric circuit. In this graph, the x-axis direction is time elapsed, the y-axis direction is the application state of the voltage between the first electrode and the second electrode (eV is applied and 0V is not applied), and the z-axis direction is the position of the liquid metal. It is a three-dimensional graph.
図示するように、液体金属18が移動して、ポジションセンサー302bに到達した時点で電気回路301bにeVの電圧が印加される。その後、ポジションセンサー302bが液体金属18を検出している間、電気回路301bによる電圧印加が継続する。そして液体金属18を検出しなくなった時点で電気回路301bによる電圧印加は行われなくなる(つまり0Vとなる)。
As shown in the drawing, when the
さらに液体金属18が移動して、ポジションセンサー302cに到達した時点で電気回路301cにeVの電圧が印加される。その後、ポジションセンサー302bが液体金属18を検出している間、電気回路301cによる電圧印加が継続する。そして液体金属18を検出しなくなった時点で電気回路301cによる電圧印加は行われなくなる(つまり0Vとなる)。
Further, when the
さらに液体金属18が移動して、ポジションセンサー302dに到達した時点で電気回路301dにeVの電圧が印加される。その後、ポジションセンサー302dが液体金属18を検出している間、電気回路301dによる電圧印加が継続する。そして液体金属18を検出しなくなった時点で電気回路301dによる電圧印加は行われなくなる(つまり0Vとなる)。
Further, when the
図31は、液体金属と、磁性体に磁気を印加する磁石の位置とを同期をとるための制御手順を示すフローチャートである。 FIG. 31 is a flowchart showing a control procedure for synchronizing the liquid metal and the position of the magnet that applies magnetism to the magnetic material.
まず、磁石配置板の角速度vmと位相を入力する(S1)。ここで、磁石配置板の角速度vmは、磁石配置板800が、磁性体の円周方向の長さ分移動した時の角度(図26のMθ)を時間tで割った値である。本実施形態では磁性体ブロック200A~200Lを円周方向に12個としているので30度を移動する時間で割った値であり、これは冷暖房能力によりあらかじめ決められている。位相は、磁石配置板800において最も内側の磁石が存在している位置が磁性体ブロック200A~200Lのどこにあるかなどである。
First, the angular velocity vm and phase of the magnet arrangement plate are input (S1). Here, the angular velocity vm of the magnet arrangement plate is a value obtained by dividing the angle (Mθ in FIG. 26) when the
続いて、液体金属の移動角速度vLと位相を算出する。液体金属の移動角速度vLは、液体金属が磁性体の円周方向の長さ1個分を移動したときの角速度であって、本実施形態では磁性体ブロック200A~200Lを円周方向に12個としているので、角度は30度になる、そしてこれをポジションセンサー(たとえば302b)がオンになってから次のポジションセンサー(たとえば302c)がオンになるまでの時間で割った値となる。位相は、液体金属が現在存在している磁性体に対応した位置である。 Subsequently, the moving angular velocity vL and phase of the liquid metal are calculated. The movement angular velocity vL of the liquid metal is an angular velocity when the liquid metal moves by one circumferential length of the magnetic body. In this embodiment, 12 magnetic body blocks 200A to 200L are arranged in the circumferential direction. Therefore, the angle is 30 degrees, and this is a value divided by the time from when the position sensor (for example, 302b) is turned on until the next position sensor (for example, 302c) is turned on. The phase is a position corresponding to the magnetic material in which the liquid metal currently exists.
続いて、磁石配置板800と液体金属18の位相が同じか否かを判断する(S3)。ここで、位相が同じとは、たとえば、最も内周側の磁性体の上に磁石があるとき、液体金属はその磁性体の内側にあって、この部分の熱スイッチがオンとなり状態である。タオ磁性体上の磁石位置とその内側の液体金属との関係でも同様である。ここで、位相が同じであれば(S3:YES)、そのままS4に進む。一方、位相が違う場合は(S3:NO)、第1-第2電極間電圧および印加時間を共に上昇させる(S5)。これにより、液体金属の移動速度を加速して、位相が合うようにする。その後処理は、S2へ戻る。
Subsequently, it is determined whether the phases of the
S3において、位相が同じ場合は、続いて、S1の角速度vmとS2の角速度vLの差の絶対値が所定値以下か否かを判断する(S4)。ここで、所定値は、磁石の位置と液体金属の位置が一緒に動くための許容範囲であり、たとえば、磁性体ブロック200A~200Lのそれぞれの円周方向の間隔(円周方向に並ぶ磁性体同士を隔てる隙間)程度の差であれば許容できるので、その程度の差で収まる速度差を所定値として設定すれば良い。
In S3, when the phases are the same, it is subsequently determined whether or not the absolute value of the difference between the angular velocity vm of S1 and the angular velocity vL of S2 is equal to or less than a predetermined value (S4). Here, the predetermined value is an allowable range for the position of the magnet and the position of the liquid metal to move together. For example, the circumferential interval between the
ここで、所定値未満でなければ(S4:NO)、第1-第2電極間電圧および印加時間を共に上昇させる(S5)。これにより、液体金属の移動速度を加速する。その後処理は、S2へ戻る。 Here, if it is not less than the predetermined value (S4: NO), both the voltage between the first and second electrodes and the application time are increased (S5). Thereby, the moving speed of the liquid metal is accelerated. Thereafter, the process returns to S2.
一方、所定値未満であれば(S4:YES)、S1へ戻り、装置全体が停止されるまで以降の処理を継続してゆくことになる。 On the other hand, if it is less than the predetermined value (S4: YES), the process returns to S1, and the subsequent processing is continued until the entire apparatus is stopped.
以上により、磁石配置板上の磁石位置と、液体金属18による熱伝達部(熱スイッチ)のオン、オフが同期するようになる。
As described above, the magnet position on the magnet arrangement plate and the on / off of the heat transfer unit (thermal switch) by the
以上説明したように、本実施形態5では、液体金属18を一方向へ移動させることにした。このため、前述した実施形態1や4などの液体金属を往復運動させる場合と比較して、よりスムーズな液体の移動が可能となる。また、一方向への移動だけであるため、一度液体金属が動き出せば、より小さい駆動力(すなわち低い印加電圧)で高速な移動が可能となる(ここで、駆動力=表面張力-摩擦力-体積力 である)。
As described above, in the fifth embodiment, the
なお本実施形態5においては、第1電極12と第2電極14とのペアを、円周方向の磁性体1個分の長さの中に2ペア配置しているが、これに限定されない。たとえば、円周方向の磁性体1個分の長さの中に3ペア、4ペアなどと多く配置したり、逆に1ペアとしたりしてもよい。
In the fifth embodiment, two pairs of the
また、磁性体配置板の回転速度(角速度)と、液体金属の移動速度(角速度)が同じ速度になるようにできれば、ポジションセンサー(位置検出器)はなくてもよい。たとえば、あらかじめ磁性体配置板の回転速度(角速度)に合うように液体金属の移動速度(角速度)を調整し、その後は、その速度を保つように、順次、第1および第2電極間に通電するなどとしても、ある程度同期させることができる。特に磁性体配置板の回転速度が遅い場合には、このような制御でも可能であるが、磁性体配置板の回転速度が速い場合には、本実施形態5として説明した構成および制御とすることが好ましい。 Also, as long as the rotational speed (angular speed) of the magnetic material arranging plate and the moving speed (angular speed) of the liquid metal can be the same speed, the position sensor (position detector) may be omitted. For example, the moving speed (angular speed) of the liquid metal is adjusted in advance so as to match the rotational speed (angular speed) of the magnetic material arranging plate, and thereafter, the current is sequentially applied between the first and second electrodes so as to maintain the speed. Even if it does, it can synchronize to some extent. In particular, when the rotation speed of the magnetic material arranging plate is slow, such control is possible. However, when the rotating speed of the magnetic material arranging plate is high, the configuration and control described in the fifth embodiment are used. Is preferred.
また、第1電極12および誘電体13と、第2電極14は、隙間300内の一方壁面に配置したが、これに限らず隙間300内の相対向する壁面に配置してもよい。
Further, the
以上説明した本実施形態1~5によれば以下の効果を奏する。 According to the first to fifth embodiments described above, the following effects are obtained.
(1)本実施形態1~5においては、列状に並んだ複数の磁性体同士の間、磁性体と低温熱交換部の間、磁性体と高温熱交換部の間に熱伝達部を有する。この熱伝達部において、隙間を設け、その隙間にエレクトロウェッティングによって液体金属を出し入れ(移動)する構成とした。すなわち隙間の中に液体金属が入った状態で熱伝達を行い、隙間から液体金属を出した状態で断熱するように切り替えている。したがって、熱伝達と断熱を切り替える際には液体金属が隙間の中を移動するだけであるので摩擦熱は発生しないため、熱伝達と断熱の切り替えを高速で行うことが可能となる。このため、同期させる磁気回路による磁気の印加、除去も高速化することができる。 (1) In the first to fifth embodiments, a heat transfer section is provided between a plurality of magnetic bodies arranged in a row, between the magnetic body and the low temperature heat exchange section, and between the magnetic body and the high temperature heat exchange section. . In this heat transfer portion, a gap is provided, and liquid metal is taken in and out (moved) by electrowetting in the gap. In other words, heat transfer is performed in a state where the liquid metal enters the gap, and switching is performed so as to insulate the liquid metal from the gap. Therefore, when the heat transfer and the heat insulation are switched, the liquid metal only moves in the gap and therefore no frictional heat is generated, so that the heat transfer and the heat insulation can be switched at a high speed. For this reason, the application and removal of magnetism by the magnetic circuit to be synchronized can be accelerated.
特に、エレクトロウェッティングによる液体金属の移動は、電圧印加時には、液体金属と隙間の表面との接触角度が90°以下となることで、液体金属は、隙間表面との濡れ性がよくなって表面張力の働きにより、隙間内を移動する。一方、電圧を切った時には接触角度が90°を超えることとなって表面での濡れ性がなくなり、液体金属は移動する力を失うのである。 In particular, the movement of the liquid metal by electrowetting is such that when the voltage is applied, the contact angle between the liquid metal and the surface of the gap becomes 90 ° or less, so that the liquid metal has improved wettability with the surface of the gap and the surface. It moves in the gap by the action of tension. On the other hand, when the voltage is turned off, the contact angle exceeds 90 ° and the wettability on the surface is lost, and the liquid metal loses the moving force.
(2)特に、本実施形態5においては、熱伝達を行う磁性体同士の間、および熱交換器と磁性体の間に隙間を円周形状に設けている。そしてこの隙間内に第1電極と第2金属を円周方向に交互に並べて設けている。このうち第1電極は誘電体によって絶縁され、第2電極および誘電体は隙間を構成する壁面に露出している。そして第1電極と第2電極との通電を隙間の一方向に順次行うことで液体金属を一方向に移動させることとした。このため液体金属を往復運動させる場合と比較して、よりスムーズな液体の移動が可能となる。また、一方向への移動だけであるため、一度液体金属が動き出せば、より小さい駆動力(すなわち低い印加電圧)で高速な移動が可能となる。
(2) In particular, in
(3)また実施形態5においては、液体金属の位置を検出するための位置検出器を設けたので、この位置検出器が検出した液体金属の位置に合わせて、第1および第2電極間の電圧を印加して通電すればよい。 (3) In the fifth embodiment, since the position detector for detecting the position of the liquid metal is provided, the position between the first and second electrodes is adjusted according to the position of the liquid metal detected by the position detector. What is necessary is just to apply a voltage and to energize.
(4)また実施形態5においては、磁石の移動速度(角速度)と位置検出器が検出した液体金属の位置に求めた液体金属の移動速度(角速度)から、同期をとることができる。 (4) In the fifth embodiment, synchronization can be obtained from the moving speed (angular speed) of the magnet and the moving speed (angular speed) of the liquid metal obtained from the position of the liquid metal detected by the position detector.
(5)また実施形態5においては、隙間を密閉空間として、その内部を真空(減圧状態)または不活性ガスを充填している。これにより液体金属の酸化を防止している。 (5) In the fifth embodiment, the gap is a sealed space, and the inside is filled with a vacuum (depressurized state) or an inert gas. This prevents the liquid metal from being oxidized.
(6)実施形態1~4においては、隙間を介して同じ構造の第1電極構造体と第2電極構造体とを設けた。第1電極構造体と第2電極構造体は、それぞれ隙間側から順に撥液コート層、第2電極、誘電体、第1電極となっている。第1電極は液体金属と絶縁されていて、第2電極は液体金属と電気的に接続されている。この構造によってエレクトロウェッティングによって液体金属が移動しても、第1電極、誘電体、第2電極によって形成されるキャパシターの静電エネルギーが変化せず、液体金属の移動速度を安定化することができる。 (6) In the first to fourth embodiments, the first electrode structure and the second electrode structure having the same structure are provided via a gap. The first electrode structure and the second electrode structure are a liquid repellent coating layer, a second electrode, a dielectric, and a first electrode, respectively, in order from the gap side. The first electrode is insulated from the liquid metal, and the second electrode is electrically connected to the liquid metal. With this structure, even if the liquid metal moves by electrowetting, the electrostatic energy of the capacitor formed by the first electrode, the dielectric, and the second electrode does not change, and the moving speed of the liquid metal can be stabilized. it can.
(7)実施形態1~4においては、液体金属が接する隙間の表面に撥液コート層を設けることで、液体金属の移動がスムーズになる。実施形態5においても撥液コート層を設けてもよく、同様に液体金属の移動をスムーズにできる。
(7) In
(8)実施形態1~4においては、液体金属と隙間の表面との接触角度が90°以下となることで、液体金属と隙間表面との濡れ性がよくなって表面張力の働きにより、隙間内に入る。一方、電圧を切った時には接触角度が90°を超えることとなって表面での濡れ性がなくなり、液体金属は隙間から脱出するようになる。 (8) In the first to fourth embodiments, when the contact angle between the liquid metal and the surface of the gap is 90 ° or less, the wettability between the liquid metal and the surface of the gap is improved and the surface tension acts to Get inside. On the other hand, when the voltage is turned off, the contact angle exceeds 90 ° and the wettability on the surface is lost, and the liquid metal escapes from the gap.
(9)実施形態4は、少なくとも2つの熱伝達部を連通路によって接続して液体金属がこれら少なくとも2つの熱伝達部同士を行き来できるようにした。これにより一方の熱伝達部がオンで他方がオフとなったときには、当該一方の熱伝達部では液体金属が隙間に入り込む方向の力が働き、当該他方では液体金属が隙間から出て行く方向の力が働くことになる。このため連通路によって行き来する液体金属には、孤立した液溜めの場合(実施形態1)に比べて、2倍の力が働くことになる。より高速に熱スイッチとしての動作が可能となる。 (9) In the fourth embodiment, at least two heat transfer portions are connected by a communication path so that the liquid metal can move between these at least two heat transfer portions. As a result, when one heat transfer section is turned on and the other is turned off, a force in the direction in which the liquid metal enters the gap works in the one heat transfer section, and the liquid metal in the direction in which the liquid metal leaves the gap in the other. Power will work. For this reason, a force twice as large as that of the isolated liquid reservoir (Embodiment 1) is applied to the liquid metal that moves back and forth through the communication path. Operation as a thermal switch becomes possible at higher speed.
(10)実施形態1~3においては、液溜まり内壁面を、液体金属に対して親液性を有することとした。これにより、液体金属を液溜まり内に収納しやすくなる。
(10) In
(11)実施形態1~3においては、隙間に開放端を有することで、液体金属は隙間と液溜まりの間をスムーズに行き来することができる。 (11) In the first to third embodiments, the liquid metal can smoothly move between the gap and the liquid reservoir by having the open end in the gap.
(12)実施形態1~3においては、開放端近傍に誘電体よりも誘電率の低い絶縁体を配置した。これによりこの部分でのエレクトロウェッティングの作用をなくして(または減少させて)、開放端から液体金属が吐出するのを防止することができる。 (12) In the first to third embodiments, an insulator having a dielectric constant lower than that of the dielectric is disposed near the open end. This eliminates (or reduces) the action of electrowetting at this portion and prevents the liquid metal from being discharged from the open end.
(13)実施形態1~3においては、隙間に設けた開放端は不活性ガスが満たされた密閉空間内に開放されているようにした。これにより液体金属を空気に触れないようにして液体金属の酸化を防止することができ、磁気冷暖房装置の寿命も延ばすことができる。
(13) In
(14)実施形態1~3においては、熱伝達および断熱の切り替えサイクルの周波数が高いほど電圧を高くすることとした。これにより熱伝達および断熱の切り替えサイクルの周波数を高くすることができる。
(14) In
(15)実施形態1~3においては、隙間には、対向する撥液コート層の表面に垂直で、かつ互いに対向する表面にまで至らない幅を有し、液溜まりから、液溜まりが連通している隙間の一端の反対側の端部まで延びた複数のブレードを設けた。これにより、隙間がさらに細分化されて、電圧印加時に、液体金属と接する表面の面積が大きくなって、液体金属が表面を上って行く力が作用しやすくなる。このため、より高速で熱伝達および断熱の切り替えを行うことができる。 (15) In the first to third embodiments, the gap has a width that is perpendicular to the surface of the opposing liquid repellent coating layer and does not reach the surfaces facing each other, and the liquid reservoir communicates from the liquid reservoir. A plurality of blades extending to the end opposite to one end of the gap is provided. As a result, the gap is further subdivided, and the area of the surface in contact with the liquid metal is increased when a voltage is applied, and the force of the liquid metal going up the surface is likely to act. For this reason, heat transfer and heat insulation can be switched at higher speed.
以上本発明を適用した実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限らず、様々な変形が可能である。 Although the embodiment to which the present invention is applied has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible.
たとえば、第1電極と第2電極との間に印可する電圧を切ったときに、第1電極と第2電極を短絡するようにしても良い。これにより、電圧を切って短絡させることで、第1電極と第2電極の間の誘電体に蓄えられた静電エネルギーを一気に開放して、より速く隙間を上っていた液体金属を液溜まり内に下げて収容することができるようになる。 For example, when the voltage applied between the first electrode and the second electrode is cut, the first electrode and the second electrode may be short-circuited. Thereby, by cutting off the voltage and short-circuiting, the electrostatic energy stored in the dielectric between the first electrode and the second electrode is released at once, and the liquid metal that has gone up the gap more quickly is stored in the liquid. It can be lowered and housed inside.
また、たとえば隙間の開放端と液溜まりの穴を、隙間とは別の気体連通路を介して接続しても良い。つまり、この気体連通路によって隙間と液溜まりの間を密閉空間構造とするのである。そしてこの気体連通路は不活性ガスによって満たすことが好ましい。この場合、電圧印加時、液体金属が隙間に入って行くときには隙間から押し出される気体は、液溜まりの穴から液溜まり内に入り、逆に電圧切り時には、液体金属が液溜まり内に収容されることで隙間に気体が戻って行く。したがって、熱伝達部を単独で用いた場合でも、液体金属が空気に触れることのないようにすることができる。 Further, for example, the open end of the gap and the hole of the liquid reservoir may be connected via a gas communication path different from the gap. That is, this gas communication path forms a sealed space structure between the gap and the liquid reservoir. The gas communication path is preferably filled with an inert gas. In this case, when the voltage is applied, when the liquid metal enters the gap, the gas pushed out of the gap enters the liquid pool through the hole of the liquid pool. Conversely, when the voltage is turned off, the liquid metal is accommodated in the liquid pool. The gas goes back into the gap. Therefore, even when the heat transfer unit is used alone, the liquid metal can be prevented from coming into contact with air.
さらに上述した実施形態では、起動時の温度として常温(20℃)を想定したが、起動時温度が必ずしも常温ではない場合であって適用可能である。 Further, in the above-described embodiment, the normal temperature (20 ° C.) is assumed as the temperature at the start, but the present invention is applicable when the start temperature is not necessarily the normal temperature.
そのほか、本発明は、特許請求の範囲により規定した事項によって定められる様々な変形形態が可能であることは云うまでもない。 In addition, it goes without saying that the present invention can be modified in various ways defined by the matters defined by the claims.
さらに、本出願は、2013年7月17日に出願された日本特許出願番号2012-158830号に基づいており、それらの開示内容は、参照され、全体として、組み入れられている。 Furthermore, this application is based on Japanese Patent Application No. 2012-158830 filed on July 17, 2013, the disclosures of which are referenced and incorporated as a whole.
10、10’ 磁性体、
11 第1電極構造体、
12 第1電極、
13 誘電体、
14 第2電極、
15 撥液コート層、
16 下部基板、
17 液溜まり、
18 液体金属、
18 上部基板、
20 隙間、
20A-20F 磁気回路、
21 第2電極構造体、
25 穴、
30 熱伝達部、
31 ブレード、
50 連通路、
55 蓋部、
56 密閉空間、
300 隙間、
301 電気回路、
302 ポジションセンサー(位置検出器)。
10, 10 'magnetic material,
11 First electrode structure,
12 first electrode,
13 dielectric,
14 second electrode,
15 liquid repellent coating layer,
16 Lower substrate,
17 Liquid pool,
18 Liquid metal,
18 Upper substrate,
20 gap,
20A-20F magnetic circuit,
21 2nd electrode structure,
25 holes,
30 heat transfer section,
31 blades,
50 passages,
55 lid,
56 sealed space,
300 gap,
301 electrical circuit,
302 Position sensor (position detector).
Claims (15)
前記複数の磁性体のそれぞれに磁気を印加および除去する磁気回路と、
前記複数の磁性体の前記列の一端部に磁性体から間隔をあけて配置された低温側熱交換部と、
前記複数の磁性体の前記列の他端部に磁性体から間隔をあけて配置された高温側熱交換部と、
前記磁性体同士の間、前記磁性体と前記低温側熱交換部の間、および前記磁性体と前記高温側熱交換部の間にそれぞれ配置され、これらの間の熱伝達および断熱を行う熱伝達部と、
を有し、
前記熱伝達部は、
隙間に設けられた誘電体および第1電極と、
前記隙間内を移動する液体金属と、
前記液体金属と電気的に接続される第2電極と、を有し、
前記第1電極は前記液体金属と前記誘電体により電気的に絶縁されていて、前記第1電極と前記液体金属の間に電圧を印加することで、エレクトロウェッティング作用により前記液体金属が前記隙間を移動して前記熱伝達と前記断熱を切り替えることを特徴とする磁気冷暖房装置。 A plurality of magnetic bodies arranged in rows at intervals and changing in temperature by applying and removing magnetism;
A magnetic circuit for applying and removing magnetism to each of the plurality of magnetic bodies;
A low temperature side heat exchanging portion disposed at one end of the row of the plurality of magnetic bodies and spaced from the magnetic body;
A high temperature side heat exchanging portion disposed at a distance from the magnetic body at the other end of the row of the plurality of magnetic bodies;
Heat transfer between the magnetic bodies, between the magnetic body and the low temperature side heat exchange unit, and between the magnetic body and the high temperature side heat exchange unit, and performing heat transfer and heat insulation between them. And
Have
The heat transfer unit is
A dielectric and a first electrode provided in the gap;
A liquid metal moving in the gap;
A second electrode electrically connected to the liquid metal,
The first electrode is electrically insulated from the liquid metal and the dielectric, and by applying a voltage between the first electrode and the liquid metal, the liquid metal is separated by the electrowetting action. A magnetic air-conditioning apparatus, wherein the heat transfer and the heat insulation are switched by moving an object.
前記第1電極と前記第2電極との通電を前記隙間の一方向に順次行うことで前記液体金属を一方向に移動させることを特徴とする請求項1に記載の磁気冷暖房装置。 The gap has a circumferential shape, and a plurality of the first electrodes and the second electrodes are alternately arranged in the circumferential direction, the dielectric is formed on the first electrode, and the gap is formed on the inner surface of the gap. The second electrode and the dielectric are exposed;
The magnetic cooling / heating apparatus according to claim 1, wherein the liquid metal is moved in one direction by sequentially energizing the first electrode and the second electrode in one direction of the gap.
前記第1電極と前記第2電極に印加する電圧値および電圧印加時間を制御することで、前記回転する永久磁石の角速度および位相と、前記液体金属の角速度および位相とを同期させることを特徴とする請求項2または3に記載の磁気冷暖房装置。 The row of the plurality of magnetic bodies is a direction intersecting the circumferential direction, and the magnetic circuit has a permanent magnet that rotates in the circumferential direction,
By controlling the voltage value and voltage application time applied to the first electrode and the second electrode, the angular velocity and phase of the rotating permanent magnet are synchronized with the angular velocity and phase of the liquid metal, The magnetic air conditioner according to claim 2 or 3.
前記第1電極および前記誘電体はそれぞれ少なくとも一対を有し、前記隙間側から順に、前記誘電体、前記第1電極となるように前記隙間の両側に同じ構造で配置されていて、
前記第1電極と前記液体金属の間に電圧を印加することで、エレクトロウェッティング作用により前記液体金属が前記隙間の中に入ることで前記熱伝達を行い、前記電圧を印加しないことで前記液体金属が前記液収容部に収容されて前記隙間が空になって前記断熱を行うことを特徴とする請求項1に記載の磁気冷暖房装置。 The heat transfer unit further includes a liquid storage unit that is connected to one end of the gap and from which the liquid metal goes back and forth.
The first electrode and the dielectric each have at least a pair, and are arranged in the same structure on both sides of the gap so as to be the dielectric and the first electrode in order from the gap side,
By applying a voltage between the first electrode and the liquid metal, the liquid metal enters the gap by an electrowetting action, thereby performing the heat transfer, and not applying the voltage to the liquid. The magnetic cooling / heating device according to claim 1, wherein metal is accommodated in the liquid accommodating portion and the gap is emptied to perform the heat insulation.
前記電圧が切られることで前記接触角度が90°を超えることになって、前記液体金属が前記隙間から出て前記液収容部に収容されることを特徴とする請求項6または7に記載の磁気冷暖房装置。 By applying the voltage, the contact angle of the surface of the liquid metal that is in contact with the opposing surface in the gap becomes 90 ° or less, and the liquid metal moves through the gap and moves in the gap. To enter the,
The said contact angle exceeds 90 degrees because the said voltage is cut | disconnected, The said liquid metal comes out of the said clearance gap, and is accommodated in the said liquid accommodating part, The Claim 6 or 7 characterized by the above-mentioned. Magnetic air conditioning unit.
当該接続されている前記熱伝達部のうち、少なくとも1個の前記熱伝達部の前記第1電極と前記液体金属の間に電圧が印加されているとき、他の少なくとも1個の前記熱伝達部の前記第1電極と前記液体金属の間には電圧が印加されていないことを特徴とする請求項6~8のいずれか一つに記載の磁気冷暖房装置。 At least two of the heat transfer parts are connected by a communication path, and the liquid metal is movable between at least two of the heat transfer parts connected by the communication path,
Among the connected heat transfer units, when a voltage is applied between the first electrode of the at least one heat transfer unit and the liquid metal, at least one other heat transfer unit The magnetic air conditioner according to any one of claims 6 to 8, wherein no voltage is applied between the first electrode and the liquid metal.
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112789455A (en) * | 2018-09-27 | 2021-05-11 | 大金工业株式会社 | Magnetic refrigeration system |
| US20220268494A1 (en) * | 2019-07-25 | 2022-08-25 | National Institute For Materials Science | Magnetic refrigeration module, magnetic refrigeration system, and cooling method |
| JP2022186417A (en) * | 2021-06-04 | 2022-12-15 | 日産自動車株式会社 | Heat generating system and heat generating method |
| JP7362010B1 (en) * | 2023-03-20 | 2023-10-16 | 三菱電機株式会社 | magnetic refrigeration device |
| JP2024051035A (en) * | 2019-07-15 | 2024-04-10 | キウトラ ゲーエムベーハー | Cryostat, method for controlling adiabatic degaussing device thereof, and machine-readable medium |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007147209A (en) * | 2005-11-30 | 2007-06-14 | Toshiba Corp | Magnetic refrigerator |
| JP2007147136A (en) * | 2005-11-25 | 2007-06-14 | Toshiba Corp | Magnetic refrigerator |
| US20110154833A1 (en) * | 2009-12-29 | 2011-06-30 | Foxconn Technology Co., Ltd. | Miniaturized liquid cooling device |
| JP2013057409A (en) * | 2011-09-06 | 2013-03-28 | Nissan Motor Co Ltd | Magnetic air conditioner |
-
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007147136A (en) * | 2005-11-25 | 2007-06-14 | Toshiba Corp | Magnetic refrigerator |
| JP2007147209A (en) * | 2005-11-30 | 2007-06-14 | Toshiba Corp | Magnetic refrigerator |
| US20110154833A1 (en) * | 2009-12-29 | 2011-06-30 | Foxconn Technology Co., Ltd. | Miniaturized liquid cooling device |
| JP2013057409A (en) * | 2011-09-06 | 2013-03-28 | Nissan Motor Co Ltd | Magnetic air conditioner |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112789455A (en) * | 2018-09-27 | 2021-05-11 | 大金工业株式会社 | Magnetic refrigeration system |
| JP2024051035A (en) * | 2019-07-15 | 2024-04-10 | キウトラ ゲーエムベーハー | Cryostat, method for controlling adiabatic degaussing device thereof, and machine-readable medium |
| US20220268494A1 (en) * | 2019-07-25 | 2022-08-25 | National Institute For Materials Science | Magnetic refrigeration module, magnetic refrigeration system, and cooling method |
| JP2022186417A (en) * | 2021-06-04 | 2022-12-15 | 日産自動車株式会社 | Heat generating system and heat generating method |
| JP7782152B2 (en) | 2021-06-04 | 2025-12-09 | 日産自動車株式会社 | Heat generation system and heat generation method |
| JP7362010B1 (en) * | 2023-03-20 | 2023-10-16 | 三菱電機株式会社 | magnetic refrigeration device |
| WO2024194996A1 (en) * | 2023-03-20 | 2024-09-26 | 三菱電機株式会社 | Magnetic refrigeration device |
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