WO2024070090A1 - 固体冷凍装置 - Google Patents

固体冷凍装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2024070090A1
WO2024070090A1 PCT/JP2023/023341 JP2023023341W WO2024070090A1 WO 2024070090 A1 WO2024070090 A1 WO 2024070090A1 JP 2023023341 W JP2023023341 W JP 2023023341W WO 2024070090 A1 WO2024070090 A1 WO 2024070090A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat
heat medium
solid
magnetic
flow path
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2023/023341
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
昭雄 吉本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daikin Industries Ltd
Original Assignee
Daikin Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daikin Industries Ltd filed Critical Daikin Industries Ltd
Priority to CN202380058575.6A priority Critical patent/CN119678002A/zh
Priority to EP23871335.8A priority patent/EP4549840A4/en
Publication of WO2024070090A1 publication Critical patent/WO2024070090A1/ja
Priority to US19/067,557 priority patent/US20250198667A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2321/00—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B2321/002—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects by using magneto-caloric effects
    • F25B2321/0022—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects by using magneto-caloric effects with a rotating or otherwise moving magnet
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2321/00—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B2321/002—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects by using magneto-caloric effects
    • F25B2321/0023—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects by using magneto-caloric effects with modulation, influencing or enhancing an existing magnetic field
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]

Definitions

  • This disclosure relates to solid-state refrigeration devices.
  • Patent Document 1 discloses a magnetic heat pump device that uses a magnetic working material that has a magnetocaloric effect.
  • the magnetic working material has the greatest magnetocaloric effect (amount of heat generated, amount of heat absorbed) near its Curie temperature.
  • the temperature of the magnetic working material may become the same as the ambient temperature (or the outside air temperature if the magnetic working material is outdoors), resulting in a state outside the Curie temperature.
  • the temperature of the magnetic working material may become outside the Curie temperature due to sudden load fluctuations, etc. In such a state, the magnetic refrigeration device cannot perform to its specified capacity because the magnetic working material is not near its Curie temperature. For this reason, a means of adjusting the temperature of the magnetic working material is required.
  • Patent Document 1 proposes using a separate heat source such as a Peltier element to control (regulate) the temperature of the magnetic working material when starting up the device, etc.
  • the purpose of this disclosure is to make it possible to freely adjust the temperature of a solid refrigerant material in a solid refrigeration device such as a magnetic refrigeration device.
  • a first aspect of the present disclosure is a solid refrigeration device comprising a storage section (11), a force field modulation section (15), and a heat medium transport section (21, 21A).
  • the storage section (11) has a solid refrigerant material (12) and an internal flow path (13) through which the heat medium flows and exchanges heat with the solid refrigerant material (12).
  • the force field modulation section (15) applies a force field fluctuation to the solid refrigerant material (12) in the storage section (11) to induce a calorific effect.
  • the heat medium transport section (21, 21A) transports the heat medium back and forth to the solid refrigerant material (12) in the storage section (11) in response to the force field fluctuation.
  • the solid refrigeration device performs a heat dissipation operation and a heat absorption operation.
  • a predetermined force field is applied to the solid refrigerant material (12) and the heat medium is moved in a first direction in the internal flow path (13), thereby carrying the hot heat generated in the solid refrigerant material (12) to the outside of the storage section (11) by the heat medium.
  • the solid refrigeration device further includes a heat exchange amount variable unit (30, 53, 54, 61, 62, 81, 82) that varies the amount of heat exchanged between the heat medium and the solid refrigerant material (12) in at least one of the heat dissipation operation and the heat absorption operation.
  • the heat exchange amount variable section (30, 53, 54, 61, 62, 81, 82) varies the amount of heat exchanged between the heat medium and the solid refrigerant material (12) in the heat dissipation or heat absorption operation. This allows the balance between the amount of warm heat stored in the heat dissipation operation and the amount of cold heat stored in the heat absorption operation to be changed, thereby controlling the solid refrigerant material (12) to a predetermined temperature.
  • the second aspect of the present disclosure is the first aspect, in which the heat exchange amount variable section (30, 53, 54, 61, 62, 81, 82) varies the flow rate per unit time of the heat medium in at least one of the heat dissipation operation and the heat absorption operation.
  • the amount of heat exchanged between the heat medium and the solid refrigerant material (12) can be varied by changing the flow rate per unit time of the heat medium in the heat dissipation or heat absorption operation.
  • a third aspect of the present disclosure is the first or second aspect, in which the heat exchange amount variable section (30, 53, 54, 61, 62, 81, 82) varies the transport time of the heat medium in at least one of the heat dissipation operation and the heat absorption operation.
  • the amount of heat exchange between the heat medium and the solid refrigerant material (12) can be varied by changing the transport time of the heat medium during the heat dissipation or heat absorption operation.
  • a fourth aspect of the present disclosure is any one of the first to third aspects, in which the heat exchange amount variable section (30, 53, 54, 61, 62, 81, 82) varies the timing of transporting the heat medium in at least one of the heat dissipation operation and the heat absorption operation.
  • the amount of heat exchange between the heat medium and the solid refrigerant material (12) can be varied by changing the timing of transport of the heat medium during the heat dissipation or heat absorption operation.
  • a fifth aspect of the present disclosure is any one of the first to fourth aspects, in which the solid refrigerant material (12) is a magnetic working material (12), and the force field modulation unit (15) is a magnetic field modulation unit (15) that imparts a magnetic field fluctuation to the magnetic working material (12).
  • the magnetic working material (12) can be controlled to a predetermined temperature in the magnetic refrigeration device.
  • FIG. 1 is a piping diagram of a magnetic refrigeration apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a schematic relationship between the temperature and magnetocaloric effect of a plurality of solid refrigerant materials arranged in a cascade shape in a single container in the magnetic refrigeration device according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing a schematic relationship between the temperature and magnetocaloric effect of a plurality of solid refrigerant materials arranged in a cascade shape in a plurality of partial accommodation portions in the magnetic refrigeration device according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a piping diagram for explaining the heat radiation operation and heat absorption operation performed by the magnetic refrigeration device according to the embodiment.
  • FIG. 1 is a piping diagram of a magnetic refrigeration apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a schematic relationship between the temperature and magnetocaloric effect of a plurality of solid refrigerant materials arranged in a cascade shape in a single container in the magnetic refrigeration device according to the
  • FIG. 5 is a diagram showing a mechanism for lowering the temperature of the magnetic working material by the heat exchange amount variable portion in the magnetic refrigeration device according to the embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing a mechanism for increasing the temperature of the magnetic working material by the heat exchange amount variable unit in the magnetic refrigeration device according to the embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing the time variations of the magnetic field and the heat medium flow rate during normal operation of the magnetic refrigeration device according to the embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing the time variations of the magnetic field and the heat medium flow rate when the flow rate per unit time of the heat medium is changed in the magnetic refrigeration device according to the embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram showing the time variations of the magnetic field and the heat medium flow rate when the heat medium transport time is changed in the magnetic refrigeration device according to the embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing changes over time in the magnetic field and the heat medium flow rate during normal operation of the rotating magnet type magnetic refrigeration device according to the first modification.
  • FIG. 11 is a diagram showing the time variations in the magnetic field and the heat medium flow rate when the transfer timing of the heat medium is changed in the rotating magnet type magnetic refrigeration device according to the first modification.
  • FIG. 12 is a piping diagram of the magnetic refrigeration device according to the second modification during heat dissipation operation.
  • FIG. 13 is a piping diagram of the magnetic refrigeration device according to the second modification during heat absorption operation.
  • FIG. 14 is a piping diagram of the magnetic refrigeration device according to the third modification during heat dissipation operation.
  • FIG. 15 is a piping diagram of the magnetic refrigeration device according to the third modification during heat absorption operation.
  • FIG. 16 is a piping diagram of a magnetic refrigeration apparatus according to the fourth modification.
  • the magnetic refrigeration device (1) of the present embodiment is a solid-state refrigeration device that adjusts the temperature of a heat medium by utilizing the magnetocaloric effect, and is applied to, for example, an air conditioner.
  • the magnetic refrigeration device (1) adjusts the temperature of air in a space to be air-conditioned.
  • the space to be air-conditioned is, for example, an indoor space.
  • the magnetic refrigeration device (1) switches between a cooling operation and a heating operation.
  • the magnetic refrigeration device (1) includes a heat medium circuit (C) filled with a heat medium.
  • the heat medium circuit (C) transports the filled heat medium.
  • the heat medium includes, for example, a refrigerant, water, brine, etc.
  • the magnetic refrigeration device (1) mainly comprises a storage section (11), a magnetic field modulation section (15) which is a force field modulation section, a first heat exchanger (16), a second heat exchanger (17), a reciprocating pump (21) which is a heat medium transport section, and a control section (30).
  • the storage section (11), the first heat exchanger (16), the second heat exchanger (17), and the reciprocating pump (21) are connected to each other via heat medium piping to form a heat medium circuit (C).
  • the storage section (11) has a magnetic working material (12) which is a solid refrigerant material, and an internal flow path (13) through which the heat transfer medium flows and exchanges heat with the solid refrigerant material (12).
  • the storage section (11) is a hollow case or column. The inside of the storage section (11) is filled with the magnetic working material (12).
  • the magnetic working material (12) generates heat when a magnetic field is applied or when the applied magnetic field becomes stronger.
  • the magnetic working material (12) absorbs heat when the magnetic field is removed or when the applied magnetic field becomes weaker.
  • Examples of the material of the magnetic working material ( 12) that can be used include Gd5(Ge0.5Si0.5 ) 4 , La (Fe1 - xSix ) 13 , La( Fe1- xCoxSiy ) 13 , La(Fe1 - xSix ) 13Hy , and Mn( As0.9Sb0.1 ).
  • the magnetic working material (12) may be composed of a plurality of materials having different Curie temperatures at which the calorific effect is maximized.
  • the plurality of materials are arranged along the internal flow path (13) in order of high to low Curie temperature (i.e., in a cascade).
  • the various magnetic working materials (12) have different Curie temperatures, i.e., the relationship between temperature and magnetocaloric effect.
  • the Curie temperature of the first material (12a) is Ta
  • the Curie temperature of the second material (12b) is Tb
  • the Curie temperature of the third material (12c) is Tc
  • the Curie temperature of the fourth material (12d) is Td
  • the Curie temperature of the fifth material (12e) is Te
  • the storage section (11) may be configured with a plurality of partial storage sections (11a to 11e) connected in series to each other in the heat medium circuit (C), and each of the plurality of partial storage sections (11a to 11e) may store a corresponding substance among the plurality of substances (12a to 12e).
  • the magnetic field modulation section (15) induces a calorific effect by applying a magnetic field fluctuation to the magnetic working material (12) in the container section (11).
  • the magnetic field modulation section (15) is composed of, for example, an electromagnet capable of modulating a magnetic field.
  • the magnetic field modulation section (15) performs a first modulation operation and a second modulation operation. In the first modulation operation, a predetermined magnetic field is applied to the magnetic working material (12). In the second modulation operation, a magnetic field smaller than the predetermined magnetic field is applied or the predetermined magnetic field is removed.
  • the first heat exchanger (16) may be an indoor heat exchanger that exchanges heat between the heat medium heated by the magnetic working material (12) and indoor air. Alternatively, the first heat exchanger (16) may exchange heat between the heat medium heated by the magnetic working material (12) and a secondary refrigerant flowing through a utilization unit (e.g., an air handling unit) not shown.
  • the second heat exchanger (17) may be an outdoor heat exchanger that exchanges heat between the heat medium cooled by the magnetic working material (12) and outdoor air. Alternatively, the second heat exchanger (17) may exchange heat between the heat medium cooled by the magnetic working material (12) and a secondary refrigerant flowing through a heat source unit (e.g., a cooling tower) not shown.
  • the first heat exchanger (16) and the second heat exchanger (17) are connected via the internal flow path (13) of the accommodation section (11).
  • the reciprocating pump (21) reciprocates the heat medium to the magnetic working material (12) in the storage section (11) in response to magnetic field fluctuations.
  • the reciprocating pump (21) is, for example, a piston pump.
  • the reciprocating pump (21) has a pump case (22), a piston (23), and a drive mechanism (not shown).
  • the piston (23) is disposed inside the pump case (22).
  • the piston (23) divides the inside of the pump case (22) into two chambers.
  • one chamber (hereinafter referred to as the first chamber) of the pump case (22) is connected to the first heat exchanger (16), and the other chamber (hereinafter referred to as the second chamber) of the pump case (22) is connected to the second heat exchanger (17).
  • the drive mechanism has a rod connected to the piston (23), a crank connected to the rod, and an electric motor that drives the crank. When the electric motor rotates the crank, the rod moves back and forth, causing the piston (23) to reciprocate within the pump case (22).
  • the first conveying operation and the second conveying operation are alternately and repeatedly performed.
  • the piston (23) moves in a direction that expands the first chamber and reduces the second chamber.
  • the heat medium is discharged from the second chamber, and in the heat medium circuit (C), the heat medium moves sequentially toward the second heat exchanger (17), the accommodation section (11) (internal flow path (13)), and the first heat exchanger (16), and is sucked into the first chamber.
  • the piston (23) moves in a direction that contracts the first chamber and expands the second chamber.
  • the heat medium is discharged from the first chamber, and in the heat medium circuit (C), the heat medium moves sequentially toward the first heat exchanger (16), the accommodation section (11) (internal flow path (13)), and the second heat exchanger (17), and is sucked into the second chamber.
  • the control unit (30) controls, for example, the operation of each of the magnetic field modulation unit (15) and the reciprocating pump (21).
  • the control unit (30) is configured, for example, using a microcomputer and a memory device (specifically, a semiconductor memory) that stores software for operating the microcomputer.
  • the control unit (30) is connected to each of the magnetic field modulation unit (15) and the reciprocating pump (21) via a communication line.
  • the magnetic refrigeration device (1) performs a heat dissipation operation (hot blow) and a heat absorption operation (cold blow).
  • a predetermined magnetic field is applied to the magnetic working material (12) and the heat medium is moved in a first direction in the internal flow path (13), so that the hot heat generated in the magnetic working material (12) is transported by the heat medium to the outside of the storage section (11), for example, to the first heat exchanger (16), and dissipated.
  • a magnetic field smaller than the predetermined magnetic field is applied to the magnetic working material (12) or the predetermined magnetic field is removed and the heat medium is moved in a second direction opposite to the first direction in the internal flow path (13), so that the cold heat generated in the magnetic working material (12) is transported by the heat medium to the outside of the storage section (11), for example, to the second heat exchanger (17), and absorbed.
  • the heat dissipation operation involves a first modulation operation (excitation) of the magnetic field modulation section (15) and a first conveying operation of the reciprocating pump (21).
  • the heat medium is heated in the internal flow path (13) of the storage section (11).
  • the heated heat medium dissipates heat in the first heat exchanger (16).
  • the second modulation operation (demagnetization) of the magnetic field modulation section (15) and the second conveying operation of the reciprocating pump (21) are performed.
  • the heat medium is cooled in the internal flow path (13) of the storage section (11).
  • the cooled heat medium absorbs heat in the second heat exchanger (17).
  • the magnetic refrigeration device (1) When the magnetic refrigeration device (1) performs a cycle (AMR (Active Magnetic Refrigerator) cycle) in which the heat dissipation and heat absorption operations described above are repeated, the magnetic working material (12) in the container (11) regenerates while generating heat and cold due to magnetic field fluctuations, creating a temperature gradient in the container (11) and resulting in a large temperature difference between the high-temperature end and low-temperature end of the container (11).
  • AMR Active Magnetic Refrigerator
  • the heat medium heated by the magnetic working material (12) releases heat to the indoor air in the first heat exchanger (16), heating the indoor air, while the heat medium cooled by the magnetic working material (12) absorbs heat from the outdoor air in the second heat exchanger (17). This enables heating operation.
  • the internal flow path (13) is arranged along the longitudinal direction of the storage section (11), in other words, the high-temperature side inlet/outlet port and the low-temperature side inlet/outlet port of the internal flow path (13) are arranged at both longitudinal ends of the storage section (11), respectively.
  • the arrangement of the internal flow path (13) is not limited to this.
  • the high-temperature side inlet/outlet port and the low-temperature side inlet/outlet port of the internal flow path (13) may be arranged on the same face of the storage section (11).
  • the direction in which the heat medium flows from the low-temperature side inlet/outlet port to the high-temperature side inlet/outlet port in the internal flow path (13) is the “first direction”
  • the direction in which the heat medium flows from the high-temperature side inlet/outlet port to the low-temperature side inlet/outlet port is the “second direction”.
  • the control unit (30) controls the reciprocating pump (21) to vary the amount of heat exchanged between the heat medium and the magnetic working material (12) in at least one of the heat dissipation and heat absorption operations. That is, in this embodiment, the control unit (30) and the reciprocating pump (21) form a heat exchange amount varying unit.
  • the control unit (30) may be provided separately from the reciprocating pump (21), or a part of the control unit (30) that performs the heat exchange amount varying function may be provided integrally with the reciprocating pump (21).
  • the heat exchange amount variable portion enables the temperature control of the magnetic working material (12).
  • the hot heat generated by the magnetic working material (12) due to the magnetocaloric effect is supplied from the high temperature end of the storage portion (11) to the outside (first heat exchanger (16)) by the heat medium flowing from the low temperature end to the high temperature end of the storage portion (11).
  • the heat medium flowing from the low temperature end to the high temperature end of the storage portion (11) At this time, not all of the hot heat generated by the magnetic working material (12) is transported to the high temperature end of the storage portion (11), and a part of the hot heat is stored in the magnetic working material (12) itself.
  • the temperature of the magnetic working material (12) is determined by the balance between the amount of heat stored in the heat dissipation operation and the amount of cold heat stored in the heat absorption operation.
  • the temperature of the magnetic working material (12) is determined by the balance between the amount of heat transferred to the high temperature end in the heat dissipation operation and the amount of cold heat transferred to the low temperature end in the heat absorption operation. Therefore, by changing the balance between the amount of heat stored in the heat dissipation operation and the amount of cold heat stored in the heat absorption operation using the heat exchange amount variable unit, it is possible to raise or lower the temperature of the magnetic working material (12).
  • the heat exchange amount variable section may vary the flow rate of the heat medium per unit time in at least one of the heat dissipation operation and the heat absorption operation, thereby varying the amount of heat exchanged between the heat medium and the solid refrigerant material (12).
  • Fig. 7 shows the time change of the magnetic field and the heat medium flow rate during normal operation of the magnetic refrigeration device (1).
  • the heat medium movement amount is set to be the same in the heat radiation operation and the heat absorption operation. Specifically, if the heat medium flow rate per unit time in the heat radiation operation and the heat medium transport time are respectively fH and tH , and the heat medium flow rate per unit time in the heat absorption operation and the heat medium transport time are respectively fC and tC , then fC ⁇ fH and tC ⁇ tH , and the heat medium movement amount fH x tH in the heat radiation operation is approximately equal to the heat medium movement amount fC x tC in the heat absorption operation.
  • FIG. 8 shows the time change of the magnetic field and the flow rate of the heat medium when the flow rate per unit time of the heat medium is changed in the magnetic refrigeration device (1).
  • the flow rate fH of the heat medium per unit time in the heat dissipation operation is set to be smaller than that in the normal operation
  • the flow rate fC of the heat medium per unit time in the heat absorption operation is set to be larger than that in the normal operation. That is, fH ⁇ fC is set.
  • the transport time of the heat medium is tC ⁇ tH, which is the same as that in the normal operation, and the magnetic field change is also the same as that in the normal operation.
  • the movement amount fC ⁇ tC of the heat medium in the heat absorption operation is larger than the movement amount fH ⁇ tH of the heat medium in the heat dissipation operation, so that the "amount of hot heat stored in the magnetic working material (12) in the heat dissipation operation" is larger than the "amount of cold heat stored in the magnetic working material (12) in the heat absorption operation", and the temperature of the magnetic working material (12) rises. Therefore, when the temperature of the magnetic working material (12) is lower than the Curie temperature when the magnetic refrigeration device (1) is started up, the flow rate of the heat medium is controlled as shown in Fig.
  • the heat exchange amount variable unit i.e., the control unit (30) and the reciprocating pump (21), so that the temperature of the magnetic working material (12) can be brought closer to the Curie temperature.
  • the control unit (30) and the reciprocating pump (21) allows the magnetic refrigeration device (1) to be started up quickly.
  • the temperature of the magnetic working material (12) can be brought closer to the Curie temperature quickly, so that the magnetic refrigeration device (1) can perform its designated capacity.
  • the transport time of the heat medium may be changed as shown in Fig. 9.
  • the transport time tH of the heat medium in the heat dissipation operation is set to be the same as that in normal operation
  • the transport time tC of the heat medium in the heat absorption operation is set to be shorter than that in normal operation. That is, tH > tC is set.
  • the flow rate of the heat medium per unit time is fC ⁇ fH , which is the same as that in normal operation, and the magnetic field change is also the same as that in normal operation.
  • the movement amount fH ⁇ tH of the heat medium in the heat dissipation operation is larger than the movement amount fC ⁇ tC of the heat medium in the heat absorption operation, so that the "amount of hot heat stored in the magnetic working material (12) in the heat dissipation operation" is smaller than the "amount of cold heat stored in the magnetic working material (12) in the heat absorption operation", and the temperature of the magnetic working material (12) drops. Therefore, when the temperature of the magnetic working material (12) is higher than the Curie temperature when the magnetic refrigeration device (1) is started up, the flow rate of the heat medium is controlled as shown in Fig.
  • the heat exchange amount variable unit i.e., the control unit (30) and the reciprocating pump (21), so that the temperature of the magnetic working material (12) can be brought closer to the Curie temperature.
  • the control unit (30) and the reciprocating pump (21) controls the temperature of the magnetic working material (12) to be brought closer to the Curie temperature.
  • the temperature of the magnetic working material (12) can be brought closer to the Curie temperature quickly, so that the magnetic refrigeration device (1) can perform its designated capacity.
  • the magnetic refrigeration device (1) includes a storage section (11), a magnetic field modulation section (15), and a heat medium transport section (21).
  • the storage section (11) includes a magnetic working material (12) and an internal flow path (13) through which the heat medium flows and exchanges heat with the magnetic working material (12).
  • the magnetic field modulation section (15) applies a magnetic field fluctuation to the magnetic working material (12) in the storage section (11) to induce a calorific effect.
  • the heat medium transport section (21) transports the heat medium back and forth to the magnetic working material (12) in the storage section (11) in response to the magnetic field fluctuation.
  • the magnetic refrigeration device (1) performs a heat dissipation operation and a heat absorption operation.
  • a predetermined magnetic field is applied to the magnetic working material (12) and the heat medium is moved in a first direction of the internal flow path (13), so that the heat generated in the magnetic working material (12) is transported to the outside of the storage section (11) by the heat medium.
  • a magnetic field smaller than a predetermined magnetic field is applied to the magnetic working material (12) or the predetermined magnetic field is removed, and the heat medium is moved in a second direction opposite to the first direction in the internal flow path (13), thereby transporting the cold generated in the magnetic working material (12) to the outside of the storage section (11) by the heat medium.
  • control section (30) and the reciprocating pump (21) constitute a heat exchange amount variable section that varies the amount of heat exchanged between the heat medium and the magnetic working material (12) in at least one of the heat dissipation operation and the heat absorption operation.
  • the heat exchange amount variable section varies the amount of heat exchanged between the heat medium and the magnetic working material (12) in the heat dissipation or heat absorption operation, so that it is possible to change the balance between the amount of warm heat stored in the magnetic working material (12) in the heat dissipation operation and the amount of cold heat stored in the magnetic working material (12) in the heat absorption operation.
  • This makes it possible to realize control that brings the temperature of the magnetic working material (12) close to a specified temperature (Curie temperature) while avoiding increased costs and reduced efficiency due to the addition of equipment and parts, and therefore allows the magnetic refrigeration device (1) to be started up quickly and to perform at a specified capacity.
  • the heat exchange amount variable section may vary the flow rate per unit time of the heat medium and/or the transport time of the heat medium in at least one of the heat dissipation operation and the heat absorption operation, thereby varying the amount of heat exchange between the heat medium and the magnetic working material (12).
  • a magnetic working material (12) is filled inside a storage section (11) formed of a hollow case or column, and a magnetic field modulation section (15) formed of an electromagnet capable of modulating a magnetic field is used to impart a magnetic field fluctuation to the magnetic working material (12) inside the storage section (11), thereby changing the magnetic field into a pulsed form as shown in Figures 7 to 9.
  • the magnetic refrigeration device (1) of this modified example is a magnetic heat pump device in which the magnetic circuit rotates.
  • the storage section (11) is, for example, an annular storage section in which a plurality of heat exchange blocks arranged in an annular shape are stored. Each heat exchange block may be, for example, an annular sector shape.
  • a magnetic field application mechanism is arranged to sandwich the heat exchange block in the axial direction of the annular storage section.
  • the magnetic field application mechanism has at least one magnetic field application section arranged in close proximity to the heat exchange block, and a yoke for supporting the magnetic field application section and forming a magnetic path.
  • the magnetic field application section is composed of a pair of magnets that sandwich the heat exchange block in the axial direction of the annular storage section.
  • the magnetic field application section overlaps a predetermined number of heat exchange blocks.
  • the number of magnetic field application sections is equal to the number of poles of the magnetic circuit.
  • a rotation mechanism is arranged to extend in the axial direction of the annular storage section through the central opening of the annular storage section.
  • the magnetic field application mechanism rotates in the circumferential direction of the annular storage section by the rotation mechanism.
  • the annular storage section i.e., the heat exchange block, may be fixed.
  • the magnetic field application section and the heat exchange block are evenly arranged in the circumferential direction of the same axis.
  • the excited heat exchange block changes from moment to moment as the magnetic field application mechanism rotates; in other words, a magnetic field fluctuation is applied to the magnetic working material in the heat exchange block, forming a magnet rotation type magnetic refrigeration device.
  • the magnetic field modulation unit (15) is composed of a magnetic field application mechanism and a rotation mechanism.
  • Fig. 10 shows the time variation of the magnetic field and the heat medium flow rate during normal operation of the magnetic refrigeration device (1) of this modified example. As shown in Fig. 10, during normal operation, the heat medium movement amount is set to be the same in the heat radiation operation and the heat absorption operation.
  • the heat medium flow rate per unit time in the heat radiation operation and the heat medium transport time are respectively fH and tH
  • the heat medium flow rate per unit time in the heat absorption operation and the heat medium transport time are respectively fC and tC
  • the heat medium movement amount fH x tH in the heat radiation operation is approximately equal to the heat medium movement amount fC x tC in the heat absorption operation.
  • the magnetic field application unit rotates at a predetermined rotational speed, so that, as shown in FIG. 10, a state exists in which an intermediate magnetic field between the excited state and the demagnetized state is applied to the magnetic working material (12) of each heat exchange block. If a heat medium is passed through the magnetic working material (12) at the timing when this intermediate magnetic field is applied to exchange heat with the magnetic working material (12), the magnetocaloric effect is not fully generated, and the amount of heat exchanged is smaller than in the excited or demagnetized states.
  • the heat exchange amount variable section i.e., the control section (30) and the reciprocating pump (21), varies the timing of transporting the heat medium during at least one of the heat dissipation and heat absorption operations, thereby varying the amount of heat exchanged between the heat medium and the solid refrigerant material (12).
  • Fig. 11 shows the time changes of the magnetic field and the heat medium flow rate when the timing of transport of the heat medium is changed in the magnetic refrigeration device (1) of this modified example.
  • the flow rate per unit time of the heat medium and the transport time of the heat medium are fH ⁇ fC and tC ⁇ tH , which are the same as those in normal operation, but the transport timing of the heat medium in the heat absorption operation is intentionally set to a timing at which the amount of heat exchange is small, thereby adjusting the amount of heat stored in the magnetic working material (12), i.e., the temperature.
  • the magnetic field changes are the same as those in normal operation.
  • the amount of heat exchanged during the heat dissipation operation is greater than the amount of heat exchanged during the heat absorption operation, and therefore the "amount of hot heat stored in the magnetic working material (12) during the heat dissipation operation" is smaller than the "amount of cold heat stored in the magnetic working material (12) during the heat absorption operation," and the temperature of the magnetic working material (12) drops. Therefore, if the temperature of the magnetic working material (12) is higher than the Curie temperature when the magnetic refrigeration device (1) is started up, the temperature of the magnetic working material (12) can be brought closer to the Curie temperature by controlling the flow rate of the heat medium as shown in FIG. 11 using the heat exchange amount variable unit, i.e., the control unit (30) and the reciprocating pump (21). This allows the magnetic refrigeration device (1) to be started up and to quickly demonstrate a specified capacity.
  • the heat exchange amount variable unit i.e., the control unit (30) and the reciprocating pump (21).
  • Figures 12 and 13 are piping diagrams of the magnetic refrigeration system (1) of this modified example during heat dissipation and heat absorption, respectively.
  • Figures 12 and 13 the same components as those in the magnetic refrigeration system (1) of the embodiment shown in Figure 1 are denoted by the same reference numerals.
  • the main points in which this modified example differs from the embodiment are as follows.
  • a first internal flow path (13A) and a second internal flow path (13B) are formed inside the storage section (11).
  • the heat medium flows in the first internal flow path (13A) from the low temperature end to the high temperature end.
  • Check valves (CV1) and (CV3) are provided upstream of the low temperature side inlet port and downstream of the high temperature side outlet port of the first internal flow path (13A), respectively.
  • the heat medium flows in the second internal flow path (13B) from the high temperature end to the low temperature end.
  • Check valves (CV2) and (CV4) are provided upstream of the high temperature side inlet port and downstream of the low temperature side outlet port of the second internal flow path (13B), respectively.
  • the low temperature side inlet port and the high temperature side outlet port of the first internal flow path (13A) are connected to the outlet portion of the second heat exchanger (17) and the inlet portion of the first heat exchanger (16), respectively.
  • the high-temperature side inlet port and the low-temperature side outlet port of the second internal flow path (13B) are connected to the outlet of the first heat exchanger (16) and the inlet of the second heat exchanger (17), respectively.
  • a one-way pump (21A) and a four-way switching valve (41) are provided as a heat medium transport unit.
  • the four-way switching valve (41) has a first port, a second port, a third port, and a fourth port.
  • the first port of the four-way switching valve (41) is represented by a symbol with a circle around 1
  • the second port of the four-way switching valve (41) is represented by a symbol with a circle around 2
  • the third port of the four-way switching valve (41) is represented by a symbol with a circle around 3
  • the fourth port of the four-way switching valve (41) is represented by a symbol with a circle around 4.
  • the first port of the four-way switching valve (41) is connected to the outlet of the pump (21A).
  • the second port of the four-way switching valve (41) is connected to the low-temperature side inlet port of the first internal flow path (13A) and the outlet of the second heat exchanger (17) via the branch (B1) of the heat medium circuit (C).
  • the third port of the four-way switching valve (41) is connected to the high-temperature side inlet port of the second internal flow path (13B) and the outlet of the first heat exchanger (16) via the branch (B2) of the heat medium circuit (C).
  • the fourth port of the four-way switching valve (41) is connected to the inlet of the pump (21A).
  • the operation of the pump (21A) and the four-way switching valve (41) is controlled by the control unit (30).
  • the pump (21A) and the four-way switching valve (41) are connected to the control unit (30) via a communication line.
  • a bypass circuit (50) is provided that connects a portion between the second port of the four-way switching valve (41) and the branch (B1) in the heat medium circuit (C) and a portion between the third port of the four-way switching valve (41) and the branch (B2) in the heat medium circuit (C).
  • the bypass circuit (50) has a first flow path (51) and a second flow path (52).
  • the heat medium flows through the first flow path (51) from a branch (B3) located between the second port of the four-way switching valve (41) in the heat medium circuit (C) and the branch (B1) to a branch (B4) located between the third port of the four-way switching valve (41) in the heat medium circuit (C) and the branch (B2).
  • a check valve (CV5) and a first control valve (53) are provided in the first flow path (51).
  • the first control valve (53) may be a flow rate adjustment valve whose opening degree can be finely adjusted.
  • the operation of the first control valve (53) is controlled by the control unit (30).
  • the first control valve (53) is connected to the control unit (30) via a communication line.
  • the heat medium flows through the second flow path (52) from a branch (B5) located between the third port of the four-way switching valve (41) in the heat medium circuit (C) and the branch (B2) to a branch (B6) located between the second port of the four-way switching valve (41) in the heat medium circuit (C) and the branch (B1).
  • a check valve (CV6) and a second control valve (54) are provided in the second flow path (52).
  • the second control valve (54) may be a flow rate adjustment valve whose opening can be finely adjusted.
  • the operation of the second control valve (54) is controlled by the control unit (30).
  • the second control valve (54) is connected to the control unit (30) via a communication line.
  • a predetermined magnetic field is applied to the magnetic working material (12) while the first port is connected to the second port and the third port is connected to the fourth port of the four-way switching valve (41).
  • the heat medium discharged from the pump (21A) passes through the four-way switching valve (41) and flows into the first internal flow path (13A) of the storage section (11), where the heat medium is heated.
  • the heated heat medium dissipates heat in the first heat exchanger (16), and then returns to the pump (21A) via the four-way switching valve (41).
  • the first port is connected to the third port, and the second port is connected to the fourth port, and a magnetic field smaller than a predetermined magnetic field is applied to the magnetic working material (12) or the predetermined magnetic field is removed.
  • the heat medium discharged from the pump (21A) flows into the second internal flow path (13B) of the storage section (11) via the four-way switching valve (41), and is cooled in the second internal flow path (13B).
  • the cooled heat medium absorbs heat in the second heat exchanger (17), and then returns to the pump (21A) via the four-way switching valve (41).
  • the pressure loss in the first flow path (51) of the bypass circuit (50) can be controlled by adjusting the opening of the first control valve (53), so that the flow rate per unit time of the heat medium flowing into the first internal flow path (13A) of the storage section (11) can be made variable.
  • the pressure loss in the second flow path (52) of the bypass circuit (50) can be controlled by adjusting the opening of the second control valve (54), so that the flow rate per unit time of the heat medium flowing into the second internal flow path (13B) of the storage section (11) can be varied.
  • the control unit (30) controls the first control valve (53) and the second control valve (54) to vary the amount of heat exchanged between the heat medium and the magnetic working material (12) in at least one of the heat dissipation operation and the heat absorption operation. That is, in this modified example, the control unit (30), the first control valve (53), and the second control valve (54) form a heat exchange amount variable unit.
  • the control unit (30) may be provided separately from the first control valve (53) and the second control valve (54), or the part of the control unit (30) that performs the heat exchange amount varying function may be provided integrally with the first control valve (53) and the second control valve (54).
  • the opening of the bypass circuit (50) (the first flow path (51) and the second flow path (52)) by the heat exchange amount variable part of this modified example to a short period of time that does not cause mixing of the high-temperature heat medium and the low-temperature heat medium.
  • Figures 14 and 15 are piping diagrams of the magnetic refrigeration system (1) of this modified example during heat dissipation and heat absorption, respectively.
  • Figures 14 and 15 the same components as those in the magnetic refrigeration system (1) of modified example 2 shown in Figures 12 and 13 are denoted by the same reference numerals.
  • the main points in which this modified example differs from modified example 2 are as follows.
  • shutoff valves (61, 62) are provided instead of the bypass circuit (50) of the magnetic refrigeration device (1) of the modification 2. Specifically, a first shutoff valve (61) is provided between the second port of the four-way switching valve (41) and the branch (B1) in the heat medium circuit (C), and a second shutoff valve (62) is provided between the third port of the four-way switching valve (41) and the branch (B2) in the heat medium circuit (C).
  • the first shutoff valve (61) and the second shutoff valve (62) are configured to be able to open and close at any timing.
  • the operation of the first shutoff valve (61) and the second shutoff valve (62) is controlled by the control unit (30).
  • the first shutoff valve (61) and the second shutoff valve (62) are connected to the control unit (30) via a communication line.
  • a predetermined magnetic field is applied to the magnetic working material (12) in a state where the first port is connected to the second port and the third port is connected to the fourth port of the four-way switching valve (41).
  • the heat medium discharged from the pump (21A) flows into the first internal flow path (13A) of the storage section (11) via the four-way switching valve (41) and the first cutoff valve (61), and the heat medium is heated in the first internal flow path (13A).
  • a part of the heated heat medium dissipates heat in the first heat exchanger (16), and then returns to the pump (21A) via the second cutoff valve (62) and the four-way switching valve (41).
  • the first port is connected to the third port, and the second port is connected to the fourth port, and a magnetic field smaller than a predetermined magnetic field is applied to the magnetic working material (12) or the predetermined magnetic field is removed.
  • the heat medium discharged from the pump (21A) flows through the four-way switching valve (41) and the second cutoff valve (62) into the second internal flow path (13B) of the storage section (11), where the heat medium is cooled.
  • the cooled heat medium absorbs heat in the second heat exchanger (17), and then returns to the pump (21A) through the first cutoff valve (61) and the four-way switching valve (41).
  • the control unit (30) controls the first cutoff valve (61) and the second cutoff valve (62) to vary the transport time and/or transport timing of the heat medium in at least one of the heat dissipation and heat absorption operations.
  • This makes it possible to vary the amount of heat exchanged between the heat medium and the magnetic working material (12) in at least one of the heat dissipation and heat absorption operations.
  • the control unit (30) and the first cutoff valve (61) and the second cutoff valve (62) form a heat exchange amount variable unit.
  • the first cutoff valve (61) and the second cutoff valve (62) can be used to shorten the transport time of the heat medium or intentionally shift the transport timing of the heat medium relative to magnetic field fluctuations, thereby reducing the amount of heat exchange.
  • the control unit (30) may be provided separately from the first shutoff valve (61) and the second shutoff valve (62), or the part of the control unit (30) that performs the heat exchange amount varying function may be provided integrally with the first shutoff valve (61) and the second shutoff valve (62).
  • the same effect can be obtained even if only one of the first shutoff valve (61) and the second shutoff valve (62) is provided.
  • the same effect can be obtained even if a four-way switching valve (41) having a shutoff valve function is provided instead of the first shutoff valve (61) and the second shutoff valve (62).
  • FIG. 16 is a piping diagram of a magnetic refrigeration system (1) of this modified example.
  • the same components as those in the magnetic refrigeration system (1) of the embodiment shown in Fig. 1 are denoted by the same reference numerals.
  • the main points in which this modified example differs from the embodiment are as follows.
  • the magnetic refrigeration device (1) of this modified example includes two magnetic refrigeration units (10), specifically, a first magnetic refrigeration unit (10A) and a second magnetic refrigeration unit (10B), each of which is composed of a storage section (11) and a magnetic field modulation section (15).
  • a first internal flow path (13A) and a second internal flow path (13B) are formed inside the storage section (11).
  • a check valve (CVA) is provided upstream of the low temperature side inlet port of the first internal flow path (13A).
  • a check valve (CVB) is provided downstream of the low temperature side outlet port of the second internal flow path (13B).
  • the low-temperature side inlet port of the first internal flow path (13A) of each magnetic refrigeration unit (10) is connected to the outlet of the second heat exchanger (17).
  • the high-temperature side outlet port of the first internal flow path (13A) of each magnetic refrigeration unit (10) is connected to the inlet of the first heat exchanger (16) via the first three-way valve (71) and the pump (21A).
  • the high-temperature side inlet port of the second internal flow path (13B) of each magnetic refrigeration unit (10) is connected to the inlet of the first heat exchanger (16) via the second three-way valve (72).
  • the low-temperature side outlet port of the second internal flow path (13B) of each magnetic refrigeration unit (10) is connected to the inlet of the second heat exchanger (17).
  • a one-way pump (21A), a first three-way valve (71), and a second three-way valve (72) are provided as a heat medium transport unit.
  • a first control valve (81) is provided between the high-temperature side inlet port of the second internal flow path (13B) of the first magnetic refrigeration unit (10A) and the second three-way valve (72), and a second control valve (82) is provided between the high-temperature side inlet port of the second internal flow path (13B) of the second magnetic refrigeration unit (10B) and the second three-way valve (72).
  • the first control valve (81) and the second control valve (82) may be flow rate adjustment valves whose opening degree can be finely adjusted.
  • the operation of the first control valve (81) and the second control valve (82) is controlled by the control unit (30).
  • the first control valve (81) and the second control valve (82) are connected to the control unit (30) via a communication line.
  • the second magnetic refrigeration unit (10B) when the first magnetic refrigeration unit (10A) performs a heat dissipation operation, the second magnetic refrigeration unit (10B) performs a heat absorption operation, and when the first magnetic refrigeration unit (10A) performs a heat absorption operation, the second magnetic refrigeration unit (10B) performs a heat dissipation operation.
  • the operation of the first magnetic refrigeration unit (10A) and the operation of the second magnetic refrigeration unit (10B) are in an anti-phase relationship.
  • the heat medium heated in the first internal flow path (13A) by applying a predetermined magnetic field to the magnetic working material (12) flows into the first heat exchanger (16) via the first three-way valve (71) and the pump (21A) to dissipate heat, and then passes through the second three-way valve (72), the first control valve (81), the second internal flow path (13B), and the second heat exchanger (17), and re-flows into the first internal flow path (13A).
  • the heat medium cooled in the second internal flow path (13B) by applying a magnetic field smaller than a predetermined magnetic field to the magnetic working material (12) or by removing the predetermined magnetic field flows into the second heat exchanger (17) to absorb heat, and then passes through the first internal flow path (13A), the first three-way valve (71), the pump (21A), the first heat exchanger (16), the second three-way valve (72), and the second control valve (82), and re-flows into the second internal flow path (13B).
  • the heat medium cooled in the second internal flow path (13B) by applying a magnetic field smaller than a predetermined magnetic field to the magnetic working material (12) or by removing the predetermined magnetic field flows into the second heat exchanger (17) to absorb heat, and then passes through the first internal flow path (13A), the first three-way valve (71), the pump (21A), the first heat exchanger (16), the second three-way valve (72), and the first control valve (81), and re-flows into the second internal flow path (13B).
  • the heat medium heated in the first internal flow path (13A) by applying a predetermined magnetic field to the magnetic working material (12) flows into the first heat exchanger (16) via the first three-way valve (71) and the pump (21A) to dissipate heat, and then passes through the second three-way valve (72), the second control valve (82), the second internal flow path (13B), and the second heat exchanger (17) to re-flow into the first internal flow path (13A).
  • the control unit (30) controls the first control valve (81) and the second control valve (82) to vary the flow rate per unit time of the heat medium in at least one of the heat radiation and heat absorption operations of each magnetic refrigeration unit (10).
  • This makes it possible to vary the amount of heat exchanged between the heat medium and the magnetic working material (12) in at least one of the heat radiation and heat absorption operations of each magnetic refrigeration unit (10). That is, in this modified example, the control unit (30), the first control valve (81), and the second control valve (82) form a heat exchange amount variable unit.
  • the control section (30) may be provided separately from the first control valve (81) and the second control valve (82), or the part of the control section (30) that performs the function of varying the amount of heat exchange may be provided integrally with the first control valve (81) and the second control valve (82).
  • the operation of the first magnetic refrigeration unit (10A) and the operation of the second magnetic refrigeration unit (10B) are in an opposite phase relationship. For this reason, for example, when the flow rate of the heat medium in the heat dissipation operation of the first magnetic refrigeration unit (10A) is reduced, the flow rate of the heat medium in the heat absorption operation of the second magnetic refrigeration unit (10B) is also reduced, and as a result, the material temperature of the first magnetic refrigeration unit (10A) increases, but the material temperature of the second magnetic refrigeration unit (10B) decreases. Therefore, the material temperatures of both magnetic refrigeration units (10) cannot be increased or decreased at the same time.
  • a magnetic refrigeration device which is a solid refrigeration device
  • the solid refrigeration device may use a method other than magnetic refrigeration that induces a magnetocaloric effect in the magnetic working material 12.
  • the solid refrigerant material also includes a material having properties intermediate between a liquid and a solid, such as a soft crystal.
  • solid refrigeration devices include, for example, 1) a type that induces an electrocaloric effect in a solid refrigerant material, 2) a type that induces a pressure caloric effect in a solid refrigerant material, and 3) a type that induces an elastic caloric effect in a solid refrigerant material.
  • the force field application unit (hereinafter also referred to as the inducing unit) applies an electric field fluctuation to the solid refrigerant material. This causes the solid refrigerant material to undergo a phase transition from ferroelectric to paraelectric, causing the solid refrigerant material to generate or absorb heat.
  • the inducing part applies pressure fluctuations to the solid refrigerant material, causing the solid refrigerant material to undergo a phase transition and generate or absorb heat.
  • the inducing part applies stress fluctuations to the solid refrigerant material, causing the solid refrigerant material to undergo a phase transition and generate or absorb heat.
  • the present disclosure is useful for solid-state refrigeration devices, particularly magnetic refrigeration devices.
  • Magnetic refrigeration device solid-state refrigeration device
  • storage section magnetic working material (solid refrigerant material)
  • Internal flow path 15
  • Magnetic field modulation section force field modulation section
  • Reciprocating pump (heat medium transport section)
  • 21A Pump (heat medium transport section)
  • Control unit heat exchange amount variable unit
  • Control valve variable heat exchanger
  • 81, 82 Control valve (variable heat exchanger)

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hard Magnetic Materials (AREA)

Abstract

固体冷凍装置は、放熱動作と吸熱動作とを行う。放熱動作では、収容部（11）の内部の固体冷媒物質（12）に所定の力場を印加すると共に熱媒体を収容部（11）の内部流路（13）の第１方向に移動させることにより、固体冷媒物質（12）で発生した温熱を熱媒体によって収容部（11）の外部へ運ぶ。吸熱動作では、固体冷媒物質（12）に所定の力場よりも小さい力場を印加し又は所定の力場を除去すると共に熱媒体を内部流路（13）における第１方向とは反対方向の第２方向に移動させることにより、固体冷媒物質（12）で発生した冷熱を熱媒体によって収容部（11）の外部へ運ぶ。固体冷凍装置は、放熱動作及び吸熱動作の少なくとも一方における熱媒体と固体冷媒物質（12）との間の熱交換量を可変とする熱交換量可変部（30,53,54,61,62,81,82）をさらに備える。

Description

固体冷凍装置
　本開示は、固体冷凍装置に関するものである。
　従来より、磁気熱量効果を利用して冷熱及び温熱を作り出す磁気冷凍装置が知られている。特許文献１には、磁気熱量効果を有する磁気作業物質を用いた磁気ヒートポンプ装置が開示されている。
特開２０１６－１１７９９号公報
　磁気作業物質は、そのキュリー温度付近で最も磁気熱量効果（発熱量、吸熱量）が大きくなる。ところが、磁気冷凍装置が長期間運転を停止していると、磁気作業物質の温度が周囲温度（磁気作業物質が室外にある場合は外気温）と同じになってしまい、キュリー温度から外れた状態となる場合がある。また、磁気冷凍装置の運転中であっても、急激な負荷の変動等により、磁気作業物質の温度がキュリー温度から外れた状態となる場合がある。このような状態では、磁気作業物質がキュリー温度付近から外れた状態であるために、磁気冷凍装置は所定の能力を発揮することができない。このため、磁気作業物質の温度を調整する手段が必要となる。
　それに対して、特許文献１には、装置の起動時等に磁気作業物質の温度を制御（温調）するためにペルチェ素子等の別熱源を用いることが提案されている。
　しかしながら、磁気作業物質の温調のために別熱源を利用すると、別熱源が消費するエネルギーにより起動時の効率が低下するという問題が生じる。また、磁気作業物質の温調のために蓄熱源などの補助装置を用いた場合、装置全体のサイズや製造コストが増大してしまうという問題が生じる。また、磁気作業物質の温調のために熱交換器内部や２次冷媒系統の流体の熱を利用した場合、当該流体の温度が磁気作業物質のキュリー温度付近の温度でなければ有効に動作しないという問題がある。
　本開示の目的は、磁気冷凍装置等の固体冷凍装置において固体冷媒物質の温度を自在に調整できるようにすることにある。
　本開示の第１の態様は、収容部（11）と、力場変調部（15）と、熱媒体搬送部（21,21A）とを備える固体冷凍装置である。前記収容部（11）は、固体冷媒物質（12）と、熱媒体が前記固体冷媒物質（12）と熱交換して流れる内部流路（13）とを有する。前記力場変調部（15）は、前記収容部（11）内の前記固体冷媒物質（12）に力場変動を付与して熱量効果を誘発させる。前記熱媒体搬送部（21,21A）は、前記力場変動に応じて前記熱媒体を前記収容部（11）内の前記固体冷媒物質（12）に対して往復的に搬送する。前記固体冷凍装置は、放熱動作と、吸熱動作とを行う。前記放熱動作では、前記固体冷媒物質（12）に所定の力場を印加すると共に前記熱媒体を前記内部流路（13）の第１方向に移動させることにより、前記固体冷媒物質（12）で発生した温熱を前記熱媒体によって前記収容部（11）の外部へ運ぶ。前記吸熱動作では、前記固体冷媒物質（12）に前記所定の力場よりも小さい力場を印加し又は前記所定の力場を除去すると共に前記熱媒体を前記内部流路（13）における前記第１方向とは反対方向の第２方向に移動させることにより、前記固体冷媒物質（12）で発生した冷熱を前記熱媒体によって前記収容部（11）の外部へ運ぶ。前記固体冷凍装置は、前記放熱動作及び前記吸熱動作の少なくとも一方における前記熱媒体と前記固体冷媒物質（12）との間の熱交換量を可変とする熱交換量可変部（30,53,54,61,62,81,82）をさらに備える。
　第１の態様では、熱交換量可変部（30,53,54,61,62,81,82）により、放熱動作又は吸熱動作における熱媒体と固体冷媒物質（12）との間の熱交換量を可変とする。このため、放熱動作での蓄温熱量と吸熱動作での蓄冷熱量とのバランスを変えて、固体冷媒物質（12）を所定の温度に制御することができる。
　本開示の第２の態様は、前記第１の態様において、前記熱交換量可変部（30,53,54,61,62,81,82）は、前記放熱動作及び前記吸熱動作の少なくとも一方における前記熱媒体の単位時間当たりの流量を可変とする。
　第２の態様では、放熱動作又は吸熱動作における熱媒体の単位時間当たりの流量を変えることにより、熱媒体と固体冷媒物質（12）との間の熱交換量を可変とできる。
　本開示の第３の態様は、前記第１又は第２の態様において、前記熱交換量可変部（30,53,54,61,62,81,82）は、前記放熱動作及び前記吸熱動作の少なくとも一方における前記熱媒体の搬送時間を可変とする。
　第３の態様では、放熱動作又は吸熱動作における熱媒体の搬送時間を変えることにより、熱媒体と固体冷媒物質（12）との間の熱交換量を可変とできる。
　本開示の第４の態様は、前記第１～第３の態様のいずれか１つにおいて、前記熱交換量可変部（30,53,54,61,62,81,82）は、前記放熱動作及び前記吸熱動作の少なくとも一方における前記熱媒体の搬送タイミングを可変とする。
　第４の態様では、放熱動作又は吸熱動作における熱媒体の搬送タイミングを変えることにより、熱媒体と固体冷媒物質（12）との間の熱交換量を可変とできる。
　本開示の第５の態様は、前記第１～第４の態様のいずれか１つにおいて、前記固体冷媒物質（12）は、磁気作業物質（12）であり、前記力場変調部（15）は、前記磁気作業物質（12）に磁場変動を付与する磁場変調部（15）である。
　第５の態様では、磁気冷凍装置において磁気作業物質（12）を所定の温度に制御することができる。
図１は、実施形態に係る磁気冷凍装置の配管系統図である。 図２は、実施形態に係る磁気冷凍装置において単一の収容部にカスケード状に配置された複数の固体冷媒物質の温度と磁気熱量効果との関係を模式的に表した図である。 図３は、実施形態に係る磁気冷凍装置において複数の部分収容部にカスケード状に配置された複数の固体冷媒物質の温度と磁気熱量効果との関係を模式的に表した図である。 図４は、実施形態に係る磁気冷凍装置が行う放熱動作及び吸熱動作を説明するための配管系統図である。 図５は、実施形態に係る磁気冷凍装置において熱交換量可変部により磁気作業物質の温度を下げるメカニズムを示す図である。 図６は、実施形態に係る磁気冷凍装置において熱交換量可変部により磁気作業物質の温度を上げるメカニズムを示す図である。 図７は、実施形態に係る磁気冷凍装置の通常運転時における磁場及び熱媒体流量の時間変化を示す図である。 図８は、実施形態に係る磁気冷凍装置において熱媒体の単位時間当たりの流量を変化させたときの磁場及び熱媒体流量の時間変化を示す図である。 図９は、実施形態に係る磁気冷凍装置において熱媒体の搬送時間を変化させたときの磁場及び熱媒体流量の時間変化を示す図である。 図１０は、変形例１に係る磁石回転型の磁気冷凍装置の通常運転時における磁場及び熱媒体流量の時間変化を示す図である。 図１１は、変形例１に係る磁石回転型の磁気冷凍装置において熱媒体の搬送タイミングを変化させたときの磁場及び熱媒体流量の時間変化を示す図である。 図１２は、変形例２に係る磁気冷凍装置の放熱動作時の配管系統図である。 図１３は、変形例２に係る磁気冷凍装置の吸熱動作時の配管系統図である。 図１４は、変形例３に係る磁気冷凍装置の放熱動作時の配管系統図である。 図１５は、変形例３に係る磁気冷凍装置の吸熱動作時の配管系統図である。 図１６は、変形例４に係る磁気冷凍装置の配管系統図である。
　以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
　（実施形態）
　実施形態について説明する。本実施形態の磁気冷凍装置（1）は、磁気熱量効果を利用して熱媒体の温度を調節する固体冷凍装置であって、例えば空気調和装置に適用される。この場合、磁気冷凍装置（1）は、空調対象の空間の空気の温度を調節する。空調対象の空間は、例えば室内空間である。磁気冷凍装置（1）は、冷房運転と暖房運転とを切り換えて行う。
　　＜磁気冷凍装置の構成＞
　図１に示すように、磁気冷凍装置（1）は、熱媒体が充填される熱媒体回路（C）を備える。熱媒体回路（C）では、充填された熱媒体が搬送される。熱媒体は、例えば冷媒、水、ブラインなどを含む。
　磁気冷凍装置（1）は、主として、収容部（11）と、力場変調部である磁場変調部（15）と、第１熱交換器（16）と、第２熱交換器（17）と、熱媒体搬送部である往復式ポンプ（21）と、制御部（30）とを備える。収容部（11）、第１熱交換器（16）、第２熱交換器（17）、及び往復式ポンプ（21）は、熱媒体配管を介して互いに接続されて熱媒体回路（C）を構成する。
　収容部（11）は、固体冷媒物質である磁気作業物質（12）と、熱媒体が固体冷媒物質（12）と熱交換して流れる内部流路（13）とを有する。収容部（11）は、中空状のケースないしカラムである。収容部（11）の内部には、磁気作業物質（12）が充填される。
　磁気作業物質（12）は、磁場が印加される、あるいは印加された磁場が強くなることにより、発熱する。磁気作業物質（12）は、磁場が除去される、あるいは印加された磁場が弱くなると吸熱する。磁気作業物質（12）の材料としては、例えば、Ｇｄ5（Ｇｅ0.5Ｓｉ0.5）4、Ｌａ（Ｆｅ1-xＳｉx）13、Ｌａ（Ｆｅ1-xＣｏxＳｉy）13、Ｌａ（Ｆｅ1-xＳｉx）13Ｈy、Ｍｎ（Ａｓ0.9Ｓｂ0.1）等を用いることができる。
　磁気作業物質（12）は、熱量効果が最大となるキュリー温度が異なる複数の物質から構成されてもよい。この場合、当該複数の物質は、内部流路（13）に沿ってキュリー温度の高低順（つまりカスケード状）に配置される。例えば図２に示すように、単一の収容部（11）において、５種類の磁気作業物質（12）である第１物質（12a）、第２物質（12b）、第３物質（12c）、第４物質（12d）、及び第５物質（12e）が、高温側から低温側に向かって順に配置されてもよい。各種の磁気作業物質（12）はキュリー温度、つまり温度と磁気熱量効果との関係が互いに異なる。本例では、第１物質（12a）のキュリー温度をＴa、第２物質（12b）のキュリー温度をＴb、第３物質（12c）のキュリー温度をＴc、第４物質（12d）のキュリー温度をＴd、第５物質（12e）をＴeとすると、Ｔa＞Ｔb＞Ｔc＞Ｔd＞Ｔeの関係を満たしている。
　図２に示すカスケード配置に代えて、例えば図３に示すように、収容部（11）を、熱媒体回路（C）において互いに直列接続された複数の部分収容部（11a～11e）から構成し、複数の部分収容部（11a～11e）のそれぞれが、複数の物質（12a～12e）のうちの対応する物質を収容するようにしてもよい。
　磁場変調部（15）は、収容部（11）内の磁気作業物質（12）に磁場変動を付与して熱量効果を誘発させる。磁場変調部（15）は、例えば磁場を変調可能な電磁石で構成される。磁場変調部（15）は、第１変調動作と第２変調動作とを行う。第１変調動作では、磁気作業物質（12）に所定の磁場を印加する。第２変調動作では、所定の磁場よりも小さい磁場を印加し又は所定の磁場を除去する。
　第１熱交換器（16）は、磁気作業物質（12）により加熱された熱媒体と室内空気とを熱交換させる室内熱交換器であってもよい。或いは、第１熱交換器（16）は、磁気作業物質（12）により加熱された熱媒体と、図示を省略する利用ユニット（例えば、エアハンドリングユニット）を流れる二次冷媒とを熱交換させてもよい。第２熱交換器（17）は、磁気作業物質（12）により冷却された熱媒体と室外空気とを熱交換させる室外熱交換器であってもよい。或いは、第２熱交換器（17）は、磁気作業物質（12）により冷却された熱媒体と、図示を省略する熱源ユニット（例えばクーリングタワー）を流れる二次冷媒とを熱交換させてもよい。熱媒体回路（C）において、第１熱交換器（16）と第２熱交換器（17）とは、収容部（11）の内部流路（13）を介して接続される。
　往復式ポンプ（21）は、磁場変動に応じて熱媒体を収容部（11）内の磁気作業物質（12）に対して往復的に搬送する。往復式ポンプ（21）は、例えばピストンポンプで構成される。往復式ポンプ（21）は、ポンプケース（22）と、ピストン（23）と、駆動機構（図示省略）とを有する。ピストン（23）は、ポンプケース（22）の内部に配置される。ピストン（23）は、ポンプケース（22）の内部を２つの室に区画する。熱媒体回路（C）において、ポンプケース（22）の一方の室（以下、第１室という）が第１熱交換器（16）と接続し、ポンプケース（22）の他方の室（以下、第２室という）が第２熱交換器（17）と接続する。前記の駆動機構は、ピストン（23）に連結するロッドと、該ロッドに連結するクランクと、該クランクを駆動する電動機とを有する。電動機がクランクを回転駆動すると、ロッドが進退する。これにより、ポンプケース（22）内でピストン（23）の往復運動が行われる。
　具体的には、往復式ポンプ（21）では、第１搬送動作と第２搬送動作とが交互に繰り返し行われる。第１搬送動作では、ピストン（23）が第１室を拡大させ且つ第２室を縮小させる方向に移動する。これにより、第２室から熱媒体が吐出され、熱媒体回路（C）において熱媒体が順次、第２熱交換器（17）、収容部（11）（内部流路（13））、第１熱交換器（16）の方へ移動し、第１室に吸入される。第２搬送動作では、ピストン（23）が第１室を縮小させ且つ第２室を拡大させる方向に移動する。これにより、第１室から熱媒体が吐出され、熱媒体回路（C）において熱媒体が順次、第１熱交換器（16）、収容部（11）（内部流路（13））、第２熱交換器（17）の向へ移動し、第２室に吸入される。
　制御部（30）は、例えば磁場変調部（15）及び往復式ポンプ（21）のそれぞれの動作を制御する。制御部（30）は、例えば、マイクロコンピュータと、マイクロコンピュータを動作させるためのソフトウエアを格納するメモリデバイス（具体的には半導体メモリ）とを用いて構成される。制御部（30）は、磁場変調部（15）及び往復式ポンプ（21）のそれぞれと通信回線を介して接続される。
　　＜磁気冷凍装置の運転動作＞
　磁気冷凍装置（1）は、放熱動作（ホットブロー）と、吸熱動作（コールドブロー）とを行う。放熱動作では、磁気作業物質（12）に所定の磁場を印加すると共に熱媒体を内部流路（13）の第１方向に移動させることにより、磁気作業物質（12）で発生した温熱を熱媒体によって収容部（11）の外部、例えば第１熱交換器（16）へ運び放熱させる。吸熱動作では、磁気作業物質（12）に所定の磁場よりも小さい磁場を印加し又は所定の磁場を除去すると共に熱媒体を内部流路（13）における第１方向とは反対方向の第２方向に移動させることにより、磁気作業物質（12）で発生した冷熱を熱媒体によって収容部（11）の外部、例えば第２熱交換器（17）へ運び吸熱させる。
　具体的には、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、放熱動作では、磁場変調部（15）の第１変調動作（励磁）と、往復式ポンプ（21）の第１搬送動作とが行われる。放熱動作では、収容部（11）の内部流路（13）で熱媒体が加熱される。加熱された熱媒体は、第１熱交換器（16）で放熱する。
　また、図４（ｃ）、（ｄ）に示すように、吸熱動作では、磁場変調部（15）の第２変調動作（消磁）と、往復式ポンプ（21）の第２搬送動作とが行われる。吸熱動作では、収容部（11）の内部流路（13）で熱媒体が冷却される。冷却された熱媒体は、第２熱交換器（17）で吸熱する。
　磁気冷凍装置（1）において、以上に説明した放熱動作と吸熱動作とを繰り返すサイクル（ＡＭＲ（Active Magnetic Refrigerator）サイクル）を行うと、収容部（11）内の磁気作業物質（12）が磁場変動により温熱、冷熱を発生しつつ再生するので、収容部（11）内に温度勾配が生成される結果、収容部（11）の高温端と低温端との間に大きな温度差が生成される。
　第１熱交換器（16）が室内熱交換器であり、第２熱交換器（17）が室外熱交換器である場合、磁気作業物質（12）により加熱された熱媒体は、第１熱交換器（16）で室内空気に放熱し、室内空気が加熱される一方、磁気作業物質（12）により冷却された熱媒体は、第２熱交換器（17）で室外空気から吸熱する。これにより、暖房運転が可能となる。
　尚、本実施形態では、収容部（11）の長手方向に沿って内部流路（13）が配置される場合、言い換えると、収容部（11）の長手方向の両端にそれぞれ内部流路（13）の高温側出入ポート及び低温側出入ポートが配置される場合を例として説明したが、内部流路（13）の配置構成は、これに限定されるものではない。例えば、収容部（11）の同じ面に、内部流路（13）の高温側出入ポート及び低温側出入ポートが配置されてもよい。この場合も、内部流路（13）において低温側出入ポートから高温側出入ポートへ熱媒体が流れる向きが「第１方向」であり、高温側出入ポートから低温側出入ポートへ熱媒体が流れる向きが「第２方向」である。
　　＜熱交換量可変部＞
　本実施形態の磁気冷凍装置（1）においては、制御部（30）が往復式ポンプ（21）を制御することにより、放熱動作及び吸熱動作の少なくとも一方における熱媒体と磁気作業物質（12）との間の熱交換量を可変とする。すなわち、本実施形態では、制御部（30）と往復式ポンプ（21）とによって熱交換量可変部が構成される。尚、制御部（30）は、往復式ポンプ（21）と別体に設けてもよいし、或いは、制御部（30）の機能のうち熱交換量可変機能を担う部分を往復式ポンプ（21）と一体に設けてもよい。
　以下に述べるように、熱交換量可変部によって、磁気作業物質（12）の温調が可能となる。ＡＭＲサイクルにおける放熱動作（ホットブロー）では、磁気熱量効果によって磁気作業物質（12）が生成した温熱が、収容部（11）の低温端から高温端の向きに流れる熱媒体によって、収容部（11）の高温端から外部（第１熱交換器（16））へ供給される。このとき、磁気作業物質（12）が生成した温熱の全てが収容部（11）の高温端に運ばれるわけではなく、当該温熱の一部が磁気作業物質（12）自身に蓄熱される。一方、吸熱動作（コールドブロー）においても同様に、磁気作業物質（12）が生成した冷熱の全てが収容部（11）の低温端に運ばれるわけではなく、当該冷熱の一部が磁気作業物質（12）自身に蓄熱される。このように、温熱及び冷熱を生成する磁気作業物質（12）自身が蓄熱を行うことにより、磁気作業物質（12）の再生が行われる。このため、磁気作業物質（12）の温度は、放熱動作での蓄温熱量と吸熱動作での蓄冷熱量とのバランスで決まる。言い換えると、放熱動作で高温端に運ぶ温熱量と、吸熱動作で低温端に運ぶ冷熱量とのバランスによって、磁気作業物質（12）の温度が決まる。従って、熱交換量可変部によって、放熱動作での蓄温熱量と吸熱動作での蓄冷熱量とのバランスを変えることにより、磁気作業物質（12）の温度を上昇させたり下降させたりすることが可能となる。
　例えば図５に示すように、「放熱動作で高温端へ運ぶ温熱量」が「吸熱動作で低温端へ運ぶ冷熱量」よりも大きくなると、「放熱動作で磁気作業物質（以下、単に材料と言うこともある）が蓄熱する温熱量」が「吸熱動作で材料が蓄熱する冷熱量」よりも小さくなり、材料温度（カスケード配置の場合は材料温度勾配）が低下する。
　また、図６に示すように、「放熱動作で高温端へ運ぶ温熱量」が「吸熱動作で低温端へ運ぶ冷熱量」よりも小さくなると、「放熱動作で材料が蓄熱する温熱量」が「吸熱動作で材料が蓄熱する冷熱量」よりも大きくなり、材料温度（カスケード配置の場合は材料温度勾配）が上昇する。
　熱交換量可変部は、放熱動作及び吸熱動作の少なくとも一方における熱媒体の単位時間当たりの流量を可変とすることによって、熱媒体と固体冷媒物質（12）との間の熱交換量を可変としてもよい。
　図７は、磁気冷凍装置（1）の通常運転時における磁場及び熱媒体流量の時間変化を示す。図７に示すように、通常運転では、放熱動作と吸熱動作とで熱媒体の移動量は同じに設定される。具体的には、放熱動作での熱媒体の単位時間当たりの流量、及び熱媒体の搬送時間をそれぞれｆH、ｔHとし、吸熱動作での熱媒体の単位時間当たりの流量、及び熱媒体の搬送時間をそれぞれｆC、ｔCとすると、ｆC≒ｆH、ｔC≒ｔHであり、放熱動作での熱媒体の移動量ｆH×ｔHと、吸熱動作での熱媒体の移動量ｆC×ｔCとはほぼ等しくなる。
　図８は、磁気冷凍装置（1）において熱媒体の単位時間当たりの流量を変化させたときの磁場及び熱媒体流量の時間変化を示す。詳しくは、図８では、放熱動作での熱媒体の単位時間当たりの流量ｆHを通常運転時よりも小さくし、吸熱動作での熱媒体の単位時間当たりの流量ｆCを通常運転時よりも大きくしている。すなわち、ｆH＜ｆCに設定している。尚、熱媒体の搬送時間については、通常運転時と同じｔC≒ｔHであり、磁場変化も通常運転時と同じである。この場合、放熱動作での熱媒体の移動量ｆH×ｔHよりも、吸熱動作での熱媒体の移動量ｆC×ｔCの方が大きくなるため、「放熱動作で磁気作業物質（12）が蓄熱する温熱量」が「吸熱動作で磁気作業物質（12）が蓄熱する冷熱量」よりも大きくなるので、磁気作業物質（12）の温度が上昇する。従って、磁気冷凍装置（1）の起動時に磁気作業物質（12）の温度がキュリー温度よりも低くなっている場合、熱交換量可変部つまり制御部（30）及び往復式ポンプ（21）により、図８に示すような熱媒体の流量制御を行うことによって、磁気作業物質（12）の温度をキュリー温度に近づけることができる。これにより、磁気冷凍装置（1）の起動を迅速に行うことができる。また、磁気冷凍装置（1）の運転中の急激な負荷変動等に起因して磁気作業物質（12）の温度がキュリー温度から外れ、磁気冷凍装置（1）が所定の能力を発揮できなくなった場合にも、磁気作業物質（12）の温度を迅速にキュリー温度に近づけることにより、磁気冷凍装置（1）に所定の能力を発揮させることができる。
　図８に示すような熱媒体の流量制御に代えて、図９に示すように、熱媒体の搬送時間を変化させてもよい。詳しくは、図９では、放熱動作での熱媒体の搬送時間ｔHを通常運転時と同じにし、吸熱動作での熱媒体の搬送時間ｔCを通常運転時よりも小さくしている。すなわち、tH＞tCに設定している。尚、熱媒体の単位時間当たりの流量については、通常運転時と同じｆC≒ｆHであり、磁場変化も通常運転時と同じである。この場合、放熱動作での熱媒体の移動量ｆH×ｔHの方が、吸熱動作での熱媒体の移動量ｆC×ｔCよりも大きくなるため、「放熱動作で磁気作業物質（12）が蓄熱する温熱量」が「吸熱動作で磁気作業物質（12）が蓄熱する冷熱量」よりも小さくなるので、磁気作業物質（12）の温度が低下する。従って、磁気冷凍装置（1）の起動時に磁気作業物質（12）の温度がキュリー温度よりも高くなっている場合、熱交換量可変部つまり制御部（30）及び往復式ポンプ（21）により、図９に示すような熱媒体の流量制御を行うことによって、磁気作業物質（12）の温度をキュリー温度に近づけることができる。これにより、磁気冷凍装置（1）の起動を迅速に行うことができる。また、磁気冷凍装置（1）の運転中の急激な負荷変動等に起因して磁気作業物質（12）の温度がキュリー温度から外れ、磁気冷凍装置（1）が所定の能力を発揮できなくなった場合にも、磁気作業物質（12）の温度を迅速にキュリー温度に近づけることにより、磁気冷凍装置（1）に所定の能力を発揮させることができる。
　尚、図８、図９では、熱媒体の単位時間当たりの流量、及び熱媒体の搬送時間のいずれか一方のみを可変としたが、これに代えて、熱媒体の単位時間当たりの流量、及び熱媒体の搬送時間の両方を可変としてもよい。
　　＜実施形態の特徴＞
　以上に説明したように、本実施形態において、磁気冷凍装置（1）は、収容部（11）と、磁場変調部（15）と、熱媒体搬送部（21）とを備える。収容部（11）は、磁気作業物質（12）と、熱媒体が磁気作業物質（12）と熱交換して流れる内部流路（13）とを有する。磁場変調部（15）は、収容部（11）内の磁気作業物質（12）に磁場変動を付与して熱量効果を誘発させる。熱媒体搬送部（21）は、磁場変動に応じて熱媒体を収容部（11）内の磁気作業物質（12）に対して往復的に搬送する。磁気冷凍装置（1）は、放熱動作と、吸熱動作とを行う。放熱動作では、磁気作業物質（12）に所定の磁場を印加すると共に熱媒体を内部流路（13）の第１方向に移動させることにより、磁気作業物質（12）で発生した温熱を熱媒体によって収容部（11）の外部へ運ぶ。吸熱動作では、磁気作業物質（12）に所定の磁場よりも小さい磁場を印加し又は所定の磁場を除去すると共に熱媒体を内部流路（13）における第１方向とは反対方向の第２方向に移動させることにより、磁気作業物質（12）で発生した冷熱を熱媒体によって収容部（11）の外部へ運ぶ。磁気冷凍装置（1）において、制御部（30）と往復式ポンプ（21）とは、放熱動作及び吸熱動作の少なくとも一方における熱媒体と磁気作業物質（12）との間の熱交換量を可変とする熱交換量可変部を構成する。
　本実施形態の磁気冷凍装置（1）によると、熱交換量可変部により、放熱動作又は吸熱動作における熱媒体と磁気作業物質（12）との間の熱交換量を可変とするため、放熱動作での磁気作業物質（12）の蓄温熱量と、吸熱動作での磁気作業物質（12）の蓄冷熱量とのバランスを変えることができる。従って、機器や部材の追加によるコストアップや効率低下を回避しつつ、磁気作業物質（12）の温度を所定の温度（キュリー温度）に近づける制御を実現できるので、磁気冷凍装置（1）の起動や所定の能力の発揮を迅速に行うことができる。
　本実施形態の磁気冷凍装置（1）において、熱交換量可変部は、放熱動作及び吸熱動作の少なくとも一方における熱媒体の単位時間当たりの流量及び／又は熱媒体の搬送時間を可変とすることにより、熱媒体と磁気作業物質（12）との間の熱交換量を可変としてもよい。
　（変形例１）
　前記実施形態の磁気冷凍装置（1）では、中空状のケースないしカラムで構成された収容部（11）の内部に磁気作業物質（12）を充填し、磁場を変調可能な電磁石で構成された磁場変調部（15）を用いて、収容部（11）内の磁気作業物質（12）に磁場変動を付与し、図７～図９に示すように、磁場をパルス状に変化させた。
　それに対して、本変形例の磁気冷凍装置（1）は、磁気回路が回転する方式の磁気ヒートポンプ装置である。本変形例では、収容部（11）は、例えば、環状に配列された複数の熱交換ブロックが収納される環状収容部である。各熱交換ブロックは、例えば環状扇形状であってもよい。環状収容部の軸方向において熱交換ブロックを挟むように磁場印加機構が配置される。磁場印加機構は、熱交換ブロックに近接して配置される少なくとも１つの磁場印加部と、磁場印加部を支持し且つ磁路を形成するためのヨークとを有する。磁場印加部は、環状収容部の軸方向に熱交換ブロックを挟む一対の磁石で構成される。磁場印加部は、所定数の熱交換ブロックとオーバーラップする。磁場印加部の配置数は、磁気回路の極数に等しい。環状収容部の中央部開口を通って環状収容部の軸方向に延びるように回転機構が配置される。磁場印加機構は、回転機構によって環状収容部の周方向に回転する。環状収容部つまり熱交換ブロックは固定されてもよい。磁場印加部と熱交換ブロックとは、同軸の周方向に均等配置される。これにより、磁場印加機構の回転に伴い、励磁される熱交換ブロックは時々刻々変化するので、言い換えると、熱交換ブロック内の磁気作業物質に磁場変動が付与されるので、磁石回転型の磁気冷凍装置が構成される。すなわち、本変形例では、磁場変調部（15）は、磁場印加機構と回転機構とから構成される。
　図１０は、本変形例の磁気冷凍装置（1）の通常運転時における磁場及び熱媒体流量の時間変化を示す。図１０に示すように、通常運転では、放熱動作と吸熱動作とで熱媒体の移動量は同じに設定される。具体的には、放熱動作での熱媒体の単位時間当たりの流量、及び熱媒体の搬送時間をそれぞれｆH、ｔHとし、吸熱動作での熱媒体の単位時間当たりの流量、及び熱媒体の搬送時間をそれぞれｆC、ｔCとすると、ｆC≒ｆH、ｔC≒ｔHであり、放熱動作での熱媒体の移動量ｆH×ｔHと、吸熱動作での熱媒体の移動量ｆC×ｔCとはほぼ等しくなる。
　本変形例では、磁場印加部（磁石）が所定の回転速度で回転移動するため、図１０に示すように、各熱交換ブロックの磁気作業物質（12）においては、励磁状態と消磁状態との間の中間的な磁場が付与される状態が存在する。この中間的な磁場が付与されるタイミングで熱媒体を流して磁気作業物質（12）と熱交換させると、磁気熱量効果が十分に発生していないため、励磁状態や消磁状態と比べて、熱交換量が小さくなる。
　この磁石回転型の磁気冷凍装置の特性を利用して、本変形例では、熱交換量可変部つまり制御部（30）及び往復式ポンプ（21）は、放熱動作及び吸熱動作の少なくとも一方における熱媒体の搬送タイミングを可変とすることによって、熱媒体と固体冷媒物質（12）との間の熱交換量を可変とする。
　図１１は、本変形例の磁気冷凍装置（1）において熱媒体の搬送タイミングを変化させたときの磁場及び熱媒体流量の時間変化を示す。詳しくは、図１１では、熱媒体の単位時間当たりの流量及び熱媒体の搬送時間については、通常運転時と同じｆH≒ｆC、ｔC≒ｔHであるが、吸熱動作での熱媒体の搬送タイミングを、意図的に熱交換量が小さくなるタイミングに設定し、それにより、磁気作業物質（12）の蓄熱量つまり温度を調整している。尚、磁場変化は通常運転時と同じである。
　本変形例では、放熱動作での熱交換量の方が、吸熱動作での熱交換量よりも大きくなるため、「放熱動作で磁気作業物質（12）が蓄熱する温熱量」が「吸熱動作で磁気作業物質（12）が蓄熱する冷熱量」よりも小さくなるので、磁気作業物質（12）の温度が低下する。従って、磁気冷凍装置（1）の起動時に磁気作業物質（12）の温度がキュリー温度よりも高くなっている場合、熱交換量可変部つまり制御部（30）及び往復式ポンプ（21）により、図１１に示すような熱媒体の流量制御を行うことによって、磁気作業物質（12）の温度をキュリー温度に近づけることができる。これにより、磁気冷凍装置（1）の起動や所定の能力の発揮を迅速に行うことができる。
　尚、図１１では、熱媒体の搬送タイミングのみを可変としたが、これに加えて、熱媒体の単位時間当たりの流量、及び／又は熱媒体の搬送時間を可変としてもよい。
　（変形例２）
　図１２及び図１３はそれぞれ、本変形例の磁気冷凍装置（1）の放熱動作時及び吸熱動作時の配管系統図である。図１２及び図１３において、図１に示す前記実施形態の磁気冷凍装置（1）と同じ構成要素には同じ符号を付している。本変形例が前記実施形態と異なっている主な点は以下の通りである。
　図１２及び図１３に示すように、本変形例では、収容部（11）の内部に、第１内部流路（13A）と第２内部流路（13B）とが形成される。第１内部流路（13A）には、低温端から高温端に向けて熱媒体が流れる。第１内部流路（13A）の低温側入口ポートの上流及び高温側出口ポートの下流にはそれぞれ逆止弁（CV1）、（CV3）が設けられる。第２内部流路（13B）には、高温端から低温端に向けて熱媒体が流れる。第２内部流路（13B）の高温側入口ポートの上流及び低温側出口ポートの下流にはそれぞれ逆止弁（CV2）、（CV4）が設けられる。第１内部流路（13A）の低温側入口ポート及び高温側出口ポートはそれぞれ、第２熱交換器（17）の流出部及び第１熱交換器（16）の流入部と接続される。第２内部流路（13B）の高温側入口ポート及び低温側出口ポートはそれぞれ、第１熱交換器（16）の流出部及び第２熱交換器（17）の流入部と接続される。
　本変形例では、前記実施形態の磁気冷凍装置（1）の往復式ポンプ（21）に代えて、熱媒体搬送部として、一方向式のポンプ（21A）及び四方切換弁（41）が設けられている。四方切換弁（41）は、第１ポート、第２ポート、第３ポート、及び第４ポートをそれぞれ有する。図１２、図１３において、四方切換弁（41）の第１ポートは１を丸で囲んだ記号とし、四方切換弁（41）の第２ポートは２を丸で囲んだ記号とし、四方切換弁（41）の第３ポートは３を丸で囲んだ記号とし、四方切換弁（41）の第４ポートは４を丸で囲んだ記号としている。四方切換弁（41）の第１ポートは、ポンプ（21A）の流出部と接続される。四方切換弁（41）の第２ポートは、熱媒体回路（C）の分岐（B1）を経由して、第１内部流路（13A）の低温側入口ポート及び第２熱交換器（17）の流出部にそれぞれ接続される。四方切換弁（41）の第３ポートは、熱媒体回路（C）の分岐（B2）を経由して、第２内部流路（13B）の高温側入口ポート及び第１熱交換器（16）の流出部にそれぞれ接続される。四方切換弁（41）の第４ポートは、ポンプ（21A）の流入部と接続される。ポンプ（21A）及び四方切換弁（41）の動作制御は制御部（30）によって行われる。ポンプ（21A）及び四方切換弁（41）は、通信回線を介して制御部（30）と接続される。
　本変形例では、熱媒体回路（C）における四方切換弁（41）の第２ポートと分岐（B1）との間の部分と、熱媒体回路（C）における四方切換弁（41）の第３ポートと分岐（B2）との間の部分とを接続するバイパス回路（50）が設けられている。バイパス回路（50）は、第１流路（51）と第２流路（52）とを有する。
　第１流路（51）には、熱媒体回路（C）における四方切換弁（41）の第２ポートと分岐（B1）との間に位置する分岐（B3）から、熱媒体回路（C）における四方切換弁（41）の第３ポートと分岐（B2）との間に位置する分岐（B4）まで熱媒体が流れる。第１流路（51）には、逆止弁（CV5）と、第１制御弁（53）とが設けられる。第１制御弁（53）は、その開度を細かく調節可能な流量調節弁であってもよい。第１制御弁（53）の動作制御は制御部（30）によって行われる。第１制御弁（53）は、通信回線を介して制御部（30）と接続される。
　第２流路（52）には、熱媒体回路（C）における四方切換弁（41）の第３ポートと分岐（B2）との間に位置する分岐（B5）から、熱媒体回路（C）における四方切換弁（41）の第２ポートと分岐（B1）との間に位置する分岐（B6）まで熱媒体が流れる。第２流路（52）には、逆止弁（CV6）と、第２制御弁（54）とが設けられる。第２制御弁（54）は、その開度を細かく調節可能な流量調節弁であってもよい。第２制御弁（54）の動作制御は制御部（30）によって行われる。第２制御弁（54）は、通信回線を介して制御部（30）と接続される。
　本変形例の磁気冷凍装置（1）の放熱動作では、図１２に示すように、四方切換弁（41）において、第１ポートと第２ポートとを連通させ、第３ポートと第４ポートとを連通させた状態で、磁気作業物質（12）に所定の磁場を印加する。ポンプ（21A）から送出された熱媒体は、四方切換弁（41）を経由して、収容部（11）の第１内部流路（13A）に流入し、第１内部流路（13A）で熱媒体が加熱される。加熱された熱媒体は、第１熱交換器（16）で放熱した後、四方切換弁（41）を経由してポンプ（21A）に戻る。
　本変形例の磁気冷凍装置（1）の吸熱動作では、図１３に示すように、四方切換弁（41）において、第１ポートと第３ポートとを連通させ、第２ポートと第４ポートとを連通させた状態で、磁気作業物質（12）に所定の磁場よりも小さい磁場を印加し又は所定の磁場を除去する。ポンプ（21A）から送出された熱媒体は、四方切換弁（41）を経由して、収容部（11）の第２内部流路（13B）に流入し、第２内部流路（13B）で熱媒体が冷却される。冷却された熱媒体は、第２熱交換器（17）で吸熱した後、四方切換弁（41）を経由してポンプ（21A）に戻る。
　図１２に示す放熱動作においては、第１制御弁（53）の開度調整によって、バイパス回路（50）の第１流路（51）による圧損を制御できるので、収容部（11）の第１内部流路（13A）に流入する熱媒体の単位時間当たりの流量を可変とすることができる。
　図１３に示す吸熱動作においては、第２制御弁（54）の開度調整によって、バイパス回路（50）の第２流路（52）による圧損を制御できるので、収容部（11）の第２内部流路（13B）に流入する熱媒体の単位時間当たりの流量を可変とすることができる。
　従って、本変形例の磁気冷凍装置（1）においては、制御部（30）が第１制御弁（53）及び第２制御弁（54）を制御することにより、放熱動作及び吸熱動作の少なくとも一方における熱媒体と磁気作業物質（12）との間の熱交換量を可変とすることができる。すなわち、本変形例では、制御部（30）と第１制御弁（53）及び第２制御弁（54）とによって熱交換量可変部が構成される。
　尚、制御部（30）は、第１制御弁（53）及び第２制御弁（54）と別体に設けてもよいし、或いは、制御部（30）の機能のうち熱交換量可変機能を担う部分を第１制御弁（53）及び第２制御弁（54）と一体に設けてもよい。
　また、本変形例の熱交換量可変部によるバイパス回路（50）（第１流路（51）及び第２流路（52））の開放は、高温の熱媒体と低温の熱媒体との混合が生じない程度の短時間に制限することが好ましい。
　（変形例３）
　図１４及び図１５はそれぞれ、本変形例の磁気冷凍装置（1）の放熱動作時及び吸熱動作時の配管系統図である。図１４及び図１５において、図１２、図１３に示す前記変形例２の磁気冷凍装置（1）と同じ構成要素には同じ符号を付している。本変形例が前記変形例２と異なっている主な点は以下の通りである。
　図１４及び図１５に示すように、本変形例では、前記変形例２の磁気冷凍装置（1）のバイパス回路（50）に代えて、締切弁（61,62）が設けられる。具体的には、熱媒体回路（C）における四方切換弁（41）の第２ポートと分岐（B1）との間に第１締切弁（61）が設けられ、熱媒体回路（C）における四方切換弁（41）の第３ポートと分岐（B2）との間に第２締切弁（62）が設けられている。第１締切弁（61）及び第２締切弁（62）は、任意のタイミングで開閉が可能に構成される。第１締切弁（61）及び第２締切弁（62）の動作制御は制御部（30）によって行われる。第１締切弁（61）及び第２締切弁（62）は、通信回線を介して制御部（30）と接続される。
　本変形例の磁気冷凍装置（1）の放熱動作では、図１４に示すように、四方切換弁（41）において、第１ポートと第２ポートとを連通させ、第３ポートと第４ポートとを連通させた状態で、磁気作業物質（12）に所定の磁場を印加する。ポンプ（21A）から送出された熱媒体は、四方切換弁（41）及び第１締切弁（61）を経由して、収容部（11）の第１内部流路（13A）に流入し、第１内部流路（13A）で熱媒体が加熱される。加熱された熱媒体の一部は、第１熱交換器（16）で放熱した後、第２締切弁（62）及び四方切換弁（41）を経由してポンプ（21A）に戻る。
　本変形例の磁気冷凍装置（1）の吸熱動作では、図１５に示すように、四方切換弁（41）において、第１ポートと第３ポートとを連通させ、第２ポートと第４ポートとを連通させた状態で、磁気作業物質（12）に所定の磁場よりも小さい磁場を印加し又は所定の磁場を除去する。ポンプ（21A）から送出された熱媒体は、四方切換弁（41）及び第２締切弁（62）を経由して、収容部（11）の第２内部流路（13B）に流入し、第２内部流路（13B）で熱媒体が冷却される。冷却された熱媒体は、第２熱交換器（17）で吸熱した後、第１締切弁（61）及び四方切換弁（41）を経由してポンプ（21A）に戻る。
　本変形例の磁気冷凍装置（1）においては、制御部（30）が第１締切弁（61）及び第２締切弁（62）を制御することによって、放熱動作及び吸熱動作の少なくとも一方における熱媒体の搬送時間及び／又は搬送タイミングを可変とすることができる。これにより、放熱動作及び吸熱動作の少なくとも一方における熱媒体と磁気作業物質（12）との間の熱交換量を可変とすることができる。すなわち、本変形例では、制御部（30）と第１締切弁（61）及び第２締切弁（62）とによって熱交換量可変部が構成される。例えば、第１締切弁（61）及び第２締切弁（62）を用いて、熱媒体の搬送時間を短くしたり、熱媒体の搬送タイミングを磁場変動に対して意図的にずらすことによって、熱交換量を減らすことができる。
　尚、制御部（30）は、第１締切弁（61）及び第２締切弁（62）と別体に設けてもよいし、或いは、制御部（30）の機能のうち熱交換量可変機能を担う部分を第１締切弁（61）及び第２締切弁（62）と一体に設けてもよい。
　また、本変形例において、第１締切弁（61）及び第２締切弁（62）のうちの一方のみを設けても、同様の効果を得ることができる。或いは、第１締切弁（61）及び第２締切弁（62）に代えて、締切弁機能を持つ四方切換弁（41）を設けても、同様の効果を得ることができる。
　（変形例４）
　図１６は、本変形例の磁気冷凍装置（1）の配管系統図である。図１６において、図１に示す前記実施形態の磁気冷凍装置（1）と同じ構成要素には同じ符号を付している。本変形例が前記実施形態と異なっている主な点は以下の通りである。
　図１６に示すように、本変形例の磁気冷凍装置（1）は、収容部（11）と磁場変調部（15）とからそれぞれ構成された２つの磁気冷凍ユニット（10）、具体的には、第１磁気冷凍ユニット（10A）及び第２磁気冷凍ユニット（10B）を備える。各磁気冷凍ユニット（10）において、収容部（11）の内部に、第１内部流路（13A）と第２内部流路（13B）とが形成される。第１内部流路（13A）には、低温端から高温端に向けて熱媒体が流れる。第１内部流路（13A）の低温側入口ポートの上流には逆止弁（CVA）が設けられる。第２内部流路（13B）には、高温端から低温端に向けて熱媒体が流れる。第２内部流路（13B）の低温側出口ポートの下流には逆止弁（CVB）が設けられる。
　各磁気冷凍ユニット（10）の第１内部流路（13A）の低温側入口ポートは、第２熱交換器（17）の流出部と接続される。各磁気冷凍ユニット（10）の第１内部流路（13A）の高温側出口ポートは、第１三方弁（71）及びポンプ（21A）を経由して第１熱交換器（16）の流入部と接続される。
　各磁気冷凍ユニット（10）の第２内部流路（13B）の高温側入口ポートは、第２三方弁（72）を経由して第１熱交換器（16）の流入部と接続される。各磁気冷凍ユニット（10）の第２内部流路（13B）の低温側出口ポートはそれぞれ、第２熱交換器（17）の流入部と接続される。
　本変形例では、前記実施形態の磁気冷凍装置（1）の往復式ポンプ（21）に代えて、熱媒体搬送部として、一方向式のポンプ（21A）並びに第１三方弁（71）及び第２三方弁（72）が設けられている。
　また、本変形例では、第１磁気冷凍ユニット（10A）の第２内部流路（13B）の高温側入口ポートと第２三方弁（72）との間に第１制御弁（81）が設けら、第２磁気冷凍ユニット（10B）の第２内部流路（13B）の高温側入口ポートと第２三方弁（72）との間に第２制御弁（82）が設けられる。第１制御弁（81）及び第２制御弁（82）は、その開度を細かく調節可能な流量調節弁であってもよい。第１制御弁（81）及び第２制御弁（82）の動作制御は制御部（30）によって行われる。第１制御弁（81）及び第２制御弁（82）は、通信回線を介して制御部（30）と接続される。
　本変形例の磁気冷凍装置（1）において、第１磁気冷凍ユニット（10A）が放熱動作を行うとき、第２磁気冷凍ユニット（10B）は吸熱動作を行い、第１磁気冷凍ユニット（10A）が吸熱動作を行うとき、第２磁気冷凍ユニット（10B）は放熱動作を行う。すなわち、第１磁気冷凍ユニット（10A）の動作と第２磁気冷凍ユニット（10B）の動作とは逆位相の関係にある。
　具体的には、第１磁気冷凍ユニット（10A）の放熱動作では、磁気作業物質（12）に所定の磁場を印加することにより第１内部流路（13A）で加熱された熱媒体は、第１三方弁（71）及びポンプ（21A）を経由して第１熱交換器（16）に流入して放熱した後、第２三方弁（72）、第１制御弁（81）、第２内部流路（13B）、及び第２熱交換器（17）を通過して、第１内部流路（13A）に再流入する。このとき、第２磁気冷凍ユニット（10B）の吸熱動作では、磁気作業物質（12）に所定の磁場よりも小さい磁場を印加し又は所定の磁場を除去することにより第２内部流路（13B）で冷却された熱媒体は、第２熱交換器（17）に流入して吸熱した後、第１内部流路（13A）、第１三方弁（71）、ポンプ（21A）、第１熱交換器（16）、第２三方弁（72）、及び第２制御弁（82）を通過して、第２内部流路（13B）に再流入する。
　一方、第１磁気冷凍ユニット（10A）の吸熱動作では、磁気作業物質（12）に所定の磁場よりも小さい磁場を印加し又は所定の磁場を除去することにより第２内部流路（13B）で冷却された熱媒体は、第２熱交換器（17）に流入して吸熱した後、第１内部流路（13A）、第１三方弁（71）、ポンプ（21A）、第１熱交換器（16）、第２三方弁（72）、及び第１制御弁（81）を通過して、第２内部流路（13B）に再流入する。このとき、第２磁気冷凍ユニット（10B）の放熱動作では、磁気作業物質（12）に所定の磁場を印加することにより第１内部流路（13A）で加熱された熱媒体は、第１三方弁（71）及びポンプ（21A）を経由して第１熱交換器（16）に流入して放熱した後、第２三方弁（72）、第２制御弁（82）、第２内部流路（13B）、及び第２熱交換器（17）を通過して、第１内部流路（13A）に再流入する。
　本変形例の磁気冷凍装置（1）においては、制御部（30）が第１制御弁（81）及び第２制御弁（82）を制御することにより、各磁気冷凍ユニット（10）の放熱動作及び吸熱動作の少なくとも一方における熱媒体の単位時間当たりの流量を可変とすることができる。これにより、各磁気冷凍ユニット（10）の放熱動作及び吸熱動作の少なくとも一方における熱媒体と磁気作業物質（12）との間の熱交換量を可変とすることができる。すなわち、本変形例では、制御部（30）と第１制御弁（81）及び第２制御弁（82）とによって熱交換量可変部が構成される。
　尚、制御部（30）は、第１制御弁（81）及び第２制御弁（82）と別体に設けてもよいし、或いは、制御部（30）の機能のうち熱交換量可変機能を担う部分を第１制御弁（81）及び第２制御弁（82）と一体に設けてもよい。
　本変形例の磁気冷凍装置（1）においては、前述のように、第１磁気冷凍ユニット（10A）の動作と第２磁気冷凍ユニット（10B）の動作とは逆位相の関係にある。このため、例えば、第１磁気冷凍ユニット（10A）の放熱動作での熱媒体の流量を下げると、第２磁気冷凍ユニット（10B）の吸熱動作での熱媒体の流量も下がる結果、第１磁気冷凍ユニット（10A）の材料温度は上がるが、第２磁気冷凍ユニット（10B）の材料温度は下がる。従って、両方の磁気冷凍ユニット（10）の材料温度を同時に上げたり下げたりすることはできない。しかし、第１磁気冷凍ユニット（10A）の材料温度ＴＡと、第２磁気冷凍ユニット（10B）の材料温度ＴＢとがずれている場合、例えば、ＴＡ＜ＴＢの場合やＴＡ＞ＴＢの場合、制御部（30）が第１制御弁（81）及び第２制御弁（82）を制御することにより、ＴＡ＝ＴＢの状態に調整することができる。
　（その他の実施形態）
　以上の実施形態及び変形例では、固体冷凍装置である磁気冷凍装置について例示してきたが、固体冷凍装置は、磁気作業物質（12）に磁気熱量効果を誘発する磁気冷凍以外の他の方式を用いたものであってもよい。尚、本開示において、固体冷媒物質には、柔軟結晶などの液体と固体の中間の性質を有するものも含む。
　他の方式の固体冷凍装置としては、例えば、１）固体冷媒物質に電気熱量効果を誘発する方式、２）固体冷媒物質に圧力熱量効果を誘発する方式、３）固体冷媒物質に弾性熱量効果を誘発する方式のものが挙げられる。
　１）の方式の固体冷凍装置では、力場印加部（以下、誘発部ともいう）が固体冷媒物質に電場変動を付与する。これにより、固体冷媒物質が強誘電体から常誘電体へ相転移するなどして、固体冷媒物質が発熱又は吸熱する。
　２）の方式の固体冷凍装置では、誘発部が固体冷媒物質に圧力変動を付与することによって、固体冷媒物質が相転移して発熱又は吸熱する。
　３）の方式の固体冷凍装置では、誘発部が固体冷媒物質に応力変動を付与することによって、固体冷媒物質が相転移して発熱又は吸熱する。
　以上、実施形態及び変形例を説明したが、特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。また、以上の実施形態及び変形例は、適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。また、以上に述べた「第１」、「第２」、・・・という記載は、これらの記載が付与された語句を区別するために用いられており、その語句の数や順序までも限定するものではない。
　以上に説明したように、本開示は、固体冷凍装置、特に磁気冷凍装置について有用である。
　　 1　磁気冷凍装置（固体冷凍装置）
　　11　収容部
　　12　磁気作業物質（固体冷媒物質）
　　13　内部流路
　　15　磁場変調部（力場変調部）
　　21　往復式ポンプ（熱媒体搬送部）
　　21A　ポンプ（熱媒体搬送部）
　　30　制御部（熱交換量可変部）
　　53,54　制御弁（熱交換量可変部）
　　61,62　締切弁（熱交換量可変部）
　　81,82　制御弁（熱交換量可変部）
 

Claims (5)

  1. 　固体冷媒物質（12）、及び熱媒体が前記固体冷媒物質（12）と熱交換して流れる内部流路（13）を有する収容部（11）と、
    　前記収容部（11）内の前記固体冷媒物質（12）に力場変動を付与して熱量効果を誘発させる力場変調部（15）と、
    　前記力場変動に応じて前記熱媒体を前記収容部（11）内の前記固体冷媒物質（12）に対して往復的に搬送する熱媒体搬送部（21,21A）とを備え、
    　前記固体冷媒物質（12）に所定の力場を印加すると共に前記熱媒体を前記内部流路（13）の第１方向に移動させることにより、前記固体冷媒物質（12）で発生した温熱を前記熱媒体によって前記収容部（11）の外部へ運ぶ放熱動作と、前記固体冷媒物質（12）に前記所定の力場よりも小さい力場を印加し又は前記所定の力場を除去すると共に前記熱媒体を前記内部流路（13）における前記第１方向とは反対方向の第２方向に移動させることにより、前記固体冷媒物質（12）で発生した冷熱を前記熱媒体によって前記収容部（11）の外部へ運ぶ吸熱動作とを行う固体冷凍装置であって、
    　前記放熱動作及び前記吸熱動作の少なくとも一方における前記熱媒体と前記固体冷媒物質（12）との間の熱交換量を可変とする熱交換量可変部（30,53,54,61,62,81,82）をさらに備える、
    固体冷凍装置。
  2. 　請求項１の固体冷凍装置において、
    　前記熱交換量可変部（30,53,54,61,62,81,82）は、前記放熱動作及び前記吸熱動作の少なくとも一方における前記熱媒体の単位時間当たりの流量を可変とする、
    固体冷凍装置。
  3. 　請求項１の固体冷凍装置において、
    　前記熱交換量可変部（30,53,54,61,62,81,82）は、前記放熱動作及び前記吸熱動作の少なくとも一方における前記熱媒体の搬送時間を可変とする、
    固体冷凍装置。
  4. 　請求項１の固体冷凍装置において、
    　前記熱交換量可変部（30,53,54,61,62,81,82）は、前記放熱動作及び前記吸熱動作の少なくとも一方における前記熱媒体の搬送タイミングを可変とする、
    固体冷凍装置。
  5. 　請求項１～４のいずれか１項の固体冷凍装置において、
    　前記固体冷媒物質（12）は、磁気作業物質（12）であり、
    　前記力場変調部（15）は、前記磁気作業物質（12）に磁場変動を付与する磁場変調部（15）である、
    固体冷凍装置。
PCT/JP2023/023341 2022-09-26 2023-06-23 固体冷凍装置 Ceased WO2024070090A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202380058575.6A CN119678002A (zh) 2022-09-26 2023-06-23 固态制冷装置
EP23871335.8A EP4549840A4 (en) 2022-09-26 2023-06-23 SOLID STATE REFRIGERATION DEVICE
US19/067,557 US20250198667A1 (en) 2022-09-26 2025-02-28 Solid-state refrigeration device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022152286 2022-09-26
JP2022-152286 2022-09-26

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US19/067,557 Continuation US20250198667A1 (en) 2022-09-26 2025-02-28 Solid-state refrigeration device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024070090A1 true WO2024070090A1 (ja) 2024-04-04

Family

ID=90476915

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2023/023341 Ceased WO2024070090A1 (ja) 2022-09-26 2023-06-23 固体冷凍装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20250198667A1 (ja)
EP (1) EP4549840A4 (ja)
JP (1) JP7564477B2 (ja)
CN (1) CN119678002A (ja)
WO (1) WO2024070090A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20260084309A (ko) * 2024-11-29 2026-06-05 삼성전자주식회사 능동 자기 재생기 및 그 제어 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005077032A (ja) * 2003-09-02 2005-03-24 Denso Corp 熱交換装置
JP2016011799A (ja) 2014-06-30 2016-01-21 株式会社フジクラ 磁気ヒートポンプ装置及び空気調和装置
WO2021065792A1 (ja) * 2019-09-30 2021-04-08 ダイキン工業株式会社 固体冷却モジュール
JP2022012535A (ja) * 2020-07-01 2022-01-17 株式会社デンソー 固体冷媒システム

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012056560A1 (ja) * 2010-10-29 2012-05-03 株式会社 東芝 磁気冷凍システム

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005077032A (ja) * 2003-09-02 2005-03-24 Denso Corp 熱交換装置
JP2016011799A (ja) 2014-06-30 2016-01-21 株式会社フジクラ 磁気ヒートポンプ装置及び空気調和装置
WO2021065792A1 (ja) * 2019-09-30 2021-04-08 ダイキン工業株式会社 固体冷却モジュール
JP2022012535A (ja) * 2020-07-01 2022-01-17 株式会社デンソー 固体冷媒システム

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4549840A4

Also Published As

Publication number Publication date
JP2024047536A (ja) 2024-04-05
EP4549840A4 (en) 2025-09-03
CN119678002A (zh) 2025-03-21
US20250198667A1 (en) 2025-06-19
JP7564477B2 (ja) 2024-10-09
EP4549840A1 (en) 2025-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101639544B1 (ko) 자기 냉각 시스템들의 단방향 흐름 모드들의 사용
JP7364932B2 (ja) 固体冷凍装置
US9927155B2 (en) Magnetic refrigeration system with unequal blows
KR102217279B1 (ko) 자기열 물질을 사용하는 가변 히트 펌프
JP5267689B2 (ja) 磁気ヒートポンプ装置
EP2813785B1 (en) Magnetic cooling apparatus and method of controlling the same
JP7477805B2 (ja) 固体冷凍装置
JP7436875B2 (ja) 固体冷凍装置
JP2015075292A (ja) 磁気熱量素子およびそれを備える熱磁気サイクル装置
CN110953760B (zh) 磁制冷系统
JP7564477B2 (ja) 固体冷凍装置
JP2016080206A (ja) 磁気熱量素子および熱磁気サイクル装置
CN119213266B (zh) 磁制冷装置
JP7688248B2 (ja) 固体冷凍装置
JP7777057B2 (ja) 固体冷凍装置
JP2023141836A (ja) 固体冷媒による冷凍装置
JP2023142130A (ja) 磁気冷凍装置
JPH09257326A (ja) ヴィルミエヒートポンプ及びその運転方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23871335

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2023871335

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202380058575.6

Country of ref document: CN

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2023871335

Country of ref document: EP

Effective date: 20250131

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 202380058575.6

Country of ref document: CN

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2023871335

Country of ref document: EP