(57)【要約】【課題】熱輸送能力及び熱輸送効率を向上し、小型化、軽量化、低コスト化を実現する。【解決手段】  磁性体配置板７００は、同一材料の磁性体１０Ａａ、…を複数列状に間隔を設けて配置した磁性体ユニット２００Ａ、…を、磁性体１０Ａａ、…の配置方向と交差する方向に間隔を設けて複数隣り合わせて配置している。磁性体配置板７００の各磁性体ユニット２００Ａ、…の一端に低温側熱交換部が他端に高温側熱交換部がそれぞれ配置される。磁石／熱伝導部材配置板に、磁性体配置板７００と対峙する、複数の永久磁石と複数の熱伝導部材が配置される。駆動部によって磁性体配置板７００と磁石／熱伝導部材配置板を磁性体ユニット２００Ａ、…の配置方向に相対的に移動すると、複数の永久磁石は、各磁性体ユニット２００Ａ、…の磁性体１０Ａａ、…に対して個別に磁気を印加する。磁石／熱伝導部材配置板は、各磁性体ユニット２００Ａ、…の磁性体間、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との間、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との間で一方向に熱を伝導させて温度差を作る。【選択図】図５Ａ
2012150681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一材料の磁性体を複数列状に間隔を設けて配置した磁性体ユニットを前記磁性体の配置方向と交差する方向に間隔を設けて複数隣り合わせて配置した磁性体配置板と、
前記磁性体配置板の各磁性体ユニットの一端に位置する磁性体と間隔を設けて隣り合う低温側熱交換部と、
前記磁性体配置板の各磁性体ユニットの他端に位置する磁性体と間隔を設けて隣り合う高温側熱交換部と、
前記磁性体配置板と対峙し、前記磁性体配置板に配置した各磁性体ユニットの磁性体に対し個別に磁気を印加する磁気印加部、および、前記各磁性体ユニットに発生する熱を前記低温側熱交換部から高温側熱交換部側に伝導させる熱伝導部材、を配置した磁石／熱伝導部材配置板と、
前記磁性体配置板と前記磁石／熱伝導部材配置板を前記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前記磁性体配置板または前記磁石／熱伝導部材配置板の少なくともいずれか一方を駆動する駆動部と、
を有することを特徴とする磁気冷凍機。
【請求項２】
前記同一材料の磁性体は、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、又は、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、のいずれか一方の磁性体であることを特徴とする請求項１に記載の磁気冷凍機。
【請求項３】
前記磁石／熱伝導部材配置板に配置されている複数の磁気印加部は、前記磁石／熱伝導部材配置板と前記磁性体配置板との相対移動によって、前記磁性体配置板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、前記磁石／熱伝導部材配置板に配置されている複数の熱伝導部材は、前記磁石／熱伝導部材配置板と前記磁性体配置板との相対移動によって、前記磁性体配置板に配置されている磁性体と磁性体との間、前記低温側熱交換部と磁性体との間、前記高温側熱交換部と磁性体との間を挿脱されて、前記磁気熱量効果により発生した熱を伝導させることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気冷凍機。
【請求項４】
前記磁石／熱伝導部材配置板は隙間を設けて前記磁性体配置板を挟む磁気的に接続された２枚の平板で構成され、
前記磁気印加部は、前記２枚の平板と、前記２枚の平板のうちの一方の平板に取り付けた永久磁石と、前記２枚の平板のうちの他方の平板に形成した磁気突起と、によって形成される磁気回路を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の磁気冷凍機。
【請求項５】
前記磁性体配置板及び前記磁石／熱伝導部材配置板は中心部が開口した中空円板であり、
前記低温側熱交換部または前記高温側熱交換部は前記磁性体配置板及び前記磁石／熱伝導部材配置板の中心部に配置され、
前記高温側熱交換部または前記低温側熱交換部は前記磁性体配置板及び前記磁石／熱伝導部材配置板の外周部に配置され、
前記駆動部は、前記磁石／熱伝導部材配置板をその中心部を回転軸として回転させることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の磁気冷凍機。
【請求項６】
前記磁性体配置板及び前記磁石／熱伝導部材配置板は中心部が開口した中空円板であり、
前記低温側熱交換部または前記高温側熱交換部は前記磁性体配置板及び前記磁石／熱伝導部材配置板の中心部に配置され、
前記高温側熱交換部または前記低温側熱交換部は前記磁性体配置板及び前記磁石／熱伝導部材配置板の外周部に配置され、
前記駆動部は、前記磁性体配置板をその中心部を回転軸として回転させることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の磁気冷凍機。
【請求項７】
前記磁性体配置板に配置する複数の磁性体は、前記磁性体配置板の内周から外周に向かって、同一体積または順次体積が小さいことを特徴とする請求項５または６に記載の磁気冷凍機。
【請求項８】
前記磁性体配置板に配置する複数の磁性体は、前記磁性体配置板の内周から外周に向かって、径方向の厚みを順次薄くし、周方向の長さを順次長くすることを特徴とする請求項７に記載の磁気冷凍機。
【請求項９】
前記磁石／熱伝導部材配置板に配置する複数の熱伝導部材は、前記磁石／熱伝導部材配置板の内周から外周に向かって、径方向の厚みを順次厚くし、周方向の長さを順次長くすることを特徴とする請求項８に記載の磁気冷凍機。
【請求項１０】
前記磁石／熱伝導部材配置板に配置する複数の永久磁石は、前記磁石／熱伝導部材配置板の内周から外周に向かって、径方向の厚みを順次薄くし、周方向の長さを順次長くすることを特徴とする請求項請求項７から９のいずれかに記載の磁気冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気冷凍機に係り、特に、同一材料の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導を利用して輸送する磁気冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来用いられている室温域の冷凍機、例えば、冷蔵庫、冷凍庫、エアコンなどの冷凍機の大半は、フロンガスや代替フロンガスなどの気体冷媒の熱伝導を利用している。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機に代わる、クリーンでかつ熱輸送能力の高い、革新的な冷凍機の開発が強く望まれている。【０００３】
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。【０００４】
磁気冷凍技術を応用したものとしては、例えば、下記特許文献１に記載されているような、固体物質の熱伝導を利用して熱を輸送する磁気冷凍機がある。この磁気冷凍機は以下のような構成によって熱を伝導させる。【０００５】
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導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導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、熱伝導部材を介して磁性体が配置される一方向に輸送する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１４７２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、引用文献１の発明の場合、磁気熱量効果を発現する磁性体として、正負２つの異なる磁性体を用いる必要がある。【０００８】
一般的に、正の磁性体と負の磁性体の磁気熱量効果の大きさは相違する。具体的には、正の磁性体の磁気熱量効果に比較して負の磁性体の磁気熱量効果の方が小さい。このため、正負２つの異なる磁性体を用いた磁気冷凍機の場合、均一な磁気熱量効果が得られないことから、磁気冷凍機全体としての熱輸送効率が劣ることになる。均一な磁気熱量効果を得ることができれば熱輸送効率を上げることができるので、この点の改良の余地がある。また、負の磁性体の材料は正の磁性体の材料に比較して希少な材料を用いることになるので、磁気冷凍機は割高なものとなる。【０００９】
さらに、正負２つの磁性体に対して同時に磁気を印加、除去する磁気回路は、大型になってしまうので、重量の重い、大きな磁気冷凍機となってしまう。磁気回路の重量を軽くできれば磁気冷凍機を小型化、軽量化及び低コスト化することができるので、この点の改良の余地がある。【００１０】
本発明は、上記のさまざまな問題を解決するために成されたものであり、熱輸送能力及び熱輸送効率が向上され、小型化、軽量化、低コスト化が実現できる磁気冷凍機の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するための本発明に係る磁気冷凍機は、磁性体配置板、低温側熱交換部、高温側熱交換部、磁石／熱伝導部材配置板及び駆動部を有する。【００１２】
磁性体配置板は、同一材料の磁性体を複数列状に間隔を設けて配置した磁性体ユニットを前記磁性体の配置方向と交差する方向に間隔を設けて複数隣り合わせて配置している。【００１３】
磁性体配置板の各磁性体ユニットの一端に低温側熱交換部を他端に高温側熱交換部をそれぞれ配置する。【００１４】
磁石／熱伝導部材配置板に、磁性体配置板と対峙する複数の磁気印加部と複数の熱伝導部材を配置する。【００１５】
磁石／熱伝導部材配置板に、磁性体配置板に配置した各磁性体ユニットの磁性体に対し個別に磁気を印加する磁気印加部を配置する。また、磁石／熱伝導部材配置板に、各磁性体ユニットに発生する熱を低温側熱交換部から高温側熱交換部側に伝導させる熱伝導部材を配置する。【００１６】
駆動部は、磁性体配置板と磁石／熱伝導部材配置板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配置板または磁石／熱伝導部材配置板の少なくともいずれか一方を駆動する。【００１７】
駆動部によって、磁性体配置板と磁石／熱伝導部材配置板を磁性体ユニットの配置方向に相対的に移動させると、各磁性体ユニットに発生する熱が、低温側熱交換部から高温側熱交換部側に輸送される。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように構成された本発明にかかる磁気冷凍機によれば、同一材料の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導を利用して輸送するため、熱輸送能力及び熱輸送効率が向上され、小型化、軽量化、低コスト化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に適用する磁気冷凍の原理図である。
【図２】本発明の磁気冷凍の効果を示すグラフである。
【図３】図１の原理図において熱が移動していく様子を説明するための図である。
【図４】実施形態１に係る磁気冷凍機の概略構成を示す上面図である。
【図５Ａ】図４に示した磁気冷凍機を構成する熱交換部支持盤の上面図である。
【図５Ｂ】図４に示した磁気冷凍機を構成する磁性体配置板の上面図である。
【図５Ｃ】図４に示した磁気冷凍機を構成する磁石／熱伝導部配置板の上面図である。
【図６】図４に示した磁気冷凍機の分解断面図である。
【図７】実施形態１に係る磁気冷凍機の磁石／熱伝導部配置板を回転させたときに熱が移動していく様子を説明するための模式図である。
【図８】実施形態１に係る磁気冷凍機の動作説明に供する図である。
【図９】実施形態２に係る磁気冷凍機の分解断面図である。
【図１０】実施形態２に係る磁気冷凍機の動作説明に供する図である。
【図１１】実施形態３に係る磁気冷凍機の分解断面図である。
【図１２】実施形態４に係る磁気冷凍機の分解断面図である。
【図１３】実施形態４に係る磁気冷凍機の環状磁性体配置板を回転させたときに熱が移動していく様子を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明に係る磁気冷凍機の実施形態を説明する。まず、本発明に適用する磁気冷凍の原理を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
（磁気冷凍の原理）
図１は、本発明に適用する磁気冷凍の原理図である。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
熱伝導部材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に向けて伝導する。熱伝導部材３０Ａは、低温側熱交換部４０Ａとこれと隣り合う磁性体１０Ａとの間で挿脱されて両者を機械的に接続する。熱伝導部材３０Ｂは、磁性体１０Ａと１０Ｂとの間で挿脱されて両者を機械的に接続する。同様に、熱伝導部材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との間で挿脱されて両者を機械的に接続する。熱伝導部材３０Ｇは、磁性体１０Ｆと高温側熱交換部４０Ｂとの間で挿脱されて両者を機械的に接続する。熱伝導部材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との間で挿脱されて両者を機械的に接続する。また、熱伝導部材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との間で挿脱されて両者を機械的に接続する。熱伝導部材３０Ｂ、３０Ｄ、３０Ｆと熱伝導部材３０Ａ、３０Ｃ、３０Ｅ、３０Ｇは交互に挿脱が繰り返される。
【００２７】
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、熱伝導部材３０Ｂが磁性体１０Ａと１０Ｂとの間に、熱伝導部材３０Ｄが磁性体１０Ｃと１０Ｄとの間に、熱伝導部材３０Ｆが磁性体１０Ｅと１０Ｆとの間に、それぞれ挿入される。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導が行われる。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。また、このときには、熱伝導部材３０Ａと３０Ｇは低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ａとの間及び高温側熱交換部４０Ｂと磁性体１０Ｆとの間には挿入されない。また、磁性体ブロック間の熱伝導を行う熱伝導部材３０Ｃ、３０Ｅも磁性体１０Ｂ、１０Ｃとの間及び磁性体１０Ｄ、１０Ｅとの間には挿入されない。
【００２８】
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、熱伝導部材３０Ａが低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ａとの間に、熱伝導部材３０Ｃが磁性体１０Ｂと１０Ｃとの間に、熱伝導部材３０Ｅが磁性体１０Ｄと１０Ｅとの間に、熱伝導部材３０Ｇが磁性体１０Ｆと高温側熱交換部４０Ｂとの間に、それぞれ挿入される。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、及び、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導が行われる。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、このときには、磁性体ブロック内の熱伝導を行う熱伝導部材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との間には挿入されない。
【００２９】
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、熱伝導部材３０Ａ−３０Ｇの低温側熱交換部４０Ａ、磁性体１０Ａ−１０Ｆ、高温側熱交換部４０Ｂそれぞれの間への挿脱を繰り返す。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。
【００３０】
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、磁気冷凍機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。
【００３１】
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いく様子を図３の模式図に基づいて説明する。
【００３２】
まず前提として、磁性体ユニット２００を形成する全ての磁性体は同一材料で形成されており、全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、全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。
【００３３】
まず、図３の（１）に示すように、初期の状態では全ての磁性体が室温の２０℃になっている。
【００３４】
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との間及び磁性体ユニット２００の他端に位置する磁性体と高温側熱交換部４０Ｂとの間の熱伝導が可能となるように熱伝導部材を挿入する。
【００３５】
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、熱伝導部材を介して温度の高い方から温度の低いほうに熱が移動する。
【００３６】
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。
【００３７】
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導が可能となるように熱伝導部材を挿入する。
【００３８】
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で熱伝導部材を介して温度の高い方から温度の低いほうに熱が移動する。
【００３９】
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。
【００４０】
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導部材の挿脱を行うことによって、低温側熱交換部４０Ａから高温側熱交換部４０Ｂに熱が移動していく。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いく。最終的には、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間の温度差が一定になる。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。
【００４１】
なお、図１及び図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及び図３とは逆になる。
【００４２】
以上が、本発明に適用する磁気冷凍の原理である。以上では、２つの磁性体で磁性体ブロックを形成し、この磁性体ブロックをさらに３つ配列して磁性体ユニットを形成する形態について述べた。しかし、本発明は、これらの形態には限られず、さらに多くの磁性体を配列して磁性体ブロックを形成し、さらに多くの磁性体ブロックを配列して磁性体ユニットを形成するものにも適用することができる。
【００４３】
次に、上記のような原理を利用した磁気冷凍機の実施形態を、[実施形態１]から[実施形態３]に分けて説明する。［実施形態１］に係る磁気冷凍機は、磁性体、磁気回路、熱伝導部材を環状かつ放射状に配置し、磁性体を固定して磁気回路及び熱伝導部材を回転させている。［実施形態２］に係る磁気冷凍機は、実施形態１に係る磁気冷凍機の磁性体、磁気回路、熱伝導部材の寸法を回転中心側から外側に向けて異ならせている。［実施形態３］に係る磁気冷凍機は、実施形態２に係る磁気冷凍機の磁気回路及び熱伝導部材を固定して磁性体を回転させている。
【００４４】
［実施形態１］
上記のような原理を利用した実施形態１に係る磁気冷凍機の具体的な構成と作用を、図４から図８を参照しながら説明する。
【００４５】
（磁気冷凍機の構成、動作）
図４は、実施形態１に係る磁気冷凍機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及び熱伝導部材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５Ａ−図５Ｃは、図４に示した磁気冷凍機を構成する、熱交換部支持盤、磁性体配置板、磁石／熱伝導部配置板の上面図である。図６は、図４に示した磁気冷凍機の分解断面図である。図７は、本実施形態に係る磁気冷凍機の磁石／熱伝導部配置板を回転させたときに熱が移動していく様子を説明するための模式図である。図８は、本実施形態に係る磁気冷凍機の動作説明に供する図である。なお、図７は発明の理解を容易にするために図６に示した駆動部の記載を省略した。
【００４６】
本実施形態に係る磁気冷凍機は、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。
【００４７】
図４から図７に示すように、本実施形態に係る磁気冷凍機５００は、円形の熱交換部支持盤６００（特に図５Ａ参照）、中心部が開口した中空円板状の磁性体配置板７００（特に図５Ｂ参照）、中心部が開口した中空円板状の磁石／熱伝導部配置板８００（特に図５Ｃ参照）を有する。熱交換部支持盤６００はその中心部に低温側熱交換部４０Ａを有し、その外周部に高温側熱交換部４０Ｂを有する。磁石／熱伝導部配置板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６参照）。磁気冷凍機５００は、熱交換部支持盤６００、磁性体配置板７００、磁石／熱伝導部配置板８００を同心状に配置している（特に図４、図６、図７参照）。磁性体配置板７００は、磁石／熱伝導部配置板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６、図７参照）。低温側熱交換部４０Ａは、磁性体配置板７００と磁石／熱伝導部配置板８００の中心部の中空部内に配置される。高温側熱交換部４０Ｂは、磁性体配置板７００と磁石／熱伝導部配置板８００の外周部に配置される（特に図４、図６、図７参照）。なお、本実施形態では、磁性体配置板７００に正の磁性体を配置することを想定しているので、熱交換部支持盤６００には、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。磁性体配置板７００に負の磁性体を配置した場合には、熱交換部支持盤６００の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。
【００４８】
図５Ａに示すように、磁気冷凍機５００の熱交換部支持盤６００の中心部には、磁石／熱伝導部配置板８００の固定軸ともなる円柱状の低温側熱交換部４０Ａが立設してある。また、熱交換部支持盤６００の外周部には、磁性体配置板７００を固定する円筒状の高温側熱交換部４０Ｂが熱交換部支持盤６００の外周に沿って立設してある。
【００４９】
図５Ｂに示すように、磁性体配置板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。図６及び図７に示すように、磁性体配置板７００は断熱材５２５Ｂを介して高温側熱交換部４０Ｂに固定してある。磁性体配置板７００と高温側熱交換部４０Ｂとの間には、磁性体配置板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。
【００５０】
磁性体配置板７００の片面（円板８００Ａの対向面）には、図５Ｂ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。本実施形態では、中心角を３０°として分割した磁性体配置板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。それぞれの磁性体ユニット２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、…、２００Ｇ、…、２００Ｌは、磁性体配置板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。例えば、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。例えば、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。
【００５１】
したがって、本実施形態の磁性体配置板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。本実施形態の磁性体配置板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、本実施形態の磁性体配置板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。
【００５２】
本実施形態で用いる磁性体１０Ａａ、…は、磁性体配置板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。
【００５３】
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、これを磁性体配置板７００上で配列するようにしても良い。
【００５４】
磁性体１０Ａａ、…は、本実施形態では同一材料で形成しており、同一材料として正の磁性体を用いる。正の磁性体は、磁気を印加していないときには常磁性状態（磁気スピンが無秩序の状態）となり、磁気を印加すると強磁性状態（磁気スピンが一方向に揃う状態）となる、常磁性状態と強磁性状態が可逆的に生じる材料を用いて製造する。
【００５５】
正の磁性体の材料としては、ＧｄやＧｄをベースとした合金である、Ｇｄ−Ｙ系、Ｇｄ−Ｄｙ系、Ｇｄ−Ｅｒ系、Ｇｄ−Ｈｏ系、Ｌａ（Ｆｅ，Ｓｉ）１３やＬａ（Ｆｅ，Ａｌ）１３などの磁性材料を用いることができる。
【００５６】
一方、本実施形態では用いていないが、磁性体１０Ａａ、…に同一材料として負の磁性材料を用いることもできる。負の磁気材料は、磁気を印加していないときと磁気を印加したときとでそれぞれが別の秩序状態となる。かつ、負の磁気材料は、磁気を印加していないときの方が磁気を印加したときよりも秩序度が高い状態となる。負の磁気材料は、このような２つの秩序状態の間で、磁気の印加／除去に伴って秩序−秩序転移を生じるような物質を用いる。また、負の磁性体は、磁気を印加していないときには反強磁性状態（隣り合うスピンがそれぞれ反対方向を向いて整列する状態）となり、磁気を印加すると強磁性状態（隣り合うスピンが一方向に揃う状態）となる。負の磁性体は、材料の磁気モーメント自体が大きく変化すると反強磁性状態と強磁性状態が可逆的に生じる材料を用いても製造される。
【００５７】
負の磁性体の材料としては、ＦｅＲｈ合金、ＣｏＭｎＳｉＧｅ系、ＮｉＭｎＳｎ系などの磁性材料を用いることができる。
【００５８】
一般的に、正の磁性体と負の磁性体は、磁気の印加に対して、熱発生が、発熱するか、吸熱するか反対なので、正の磁性体と負の磁性体の磁気熱量効果による温度変化の大きさは相違する。したがって、本実施形態のように、正か負のどちらか一方の磁性体を用いた場合には、全ての磁性体の磁気熱量効果による温度変化の大きさが同一になる。したがって、磁気冷凍機全体として安定した熱伝達特性が得られ熱輸送効率が向上する。また、正の磁性体の磁気熱量効果に比較して負の磁性体の磁気熱量効果の方が小さいので、熱輸送効率を考慮すると、正の磁性体を用いて磁性体配置板７００を構成することが好ましい。さらに、負の磁性体の材料は正の磁性体の材料に比較して希少な材料を用いることになるので、コストの面でも正の磁性体を用いて磁性体配置板７００を構成することが好ましい。
【００５９】
本実施形態では、磁性体１０Ａａ、…の形状を、図４、図５Ｂ、図８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、例えば、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。
【００６０】
以上のように、磁性体配置板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。
【００６１】
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。
【００６２】
磁性体配置板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。
【００６３】
図５Ｃに示すように、磁石／熱伝導部配置板８００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熱交換部支持盤６００が有する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／熱伝導部配置板８００の直径は熱交換部支持盤６００が有する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／熱伝導部配置板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／熱伝導部配置板８００は、図６及び図７に示すように、隙間を設けて磁性体配置板７００を挟む磁気的に接続された、上側及び下側の２枚の円板８００Ａ、８００Ｂで構成される。
【００６４】
なお、低温側熱交換部４０Ａと上側の円板８００Ａとの間及び低温側熱交換部４０Ａと下側の円板８００Ｂとの間に、低温側熱交換部４０Ａ、上側の円板８００Ａ、下側の円板８００Ｂ相互間の熱の移動を阻止する断熱材５２５Ａを介在させる。さらに、軸受け５２０Ａｂ及び軸受け５２０Ｂｂは高温側熱交換部４０Ｂ、上側の円板８００Ａ、下側の円板８００Ｂ相互間の熱の移動を阻止するために断熱性を有することが好ましく、たとえば、軸受け５２０Ａｂ及び軸受け５２０Ｂｂ自体が断熱材で形成されても良いし、軸受け５２０Ａｂ及び軸受け５２０Ｂｂの表面に断熱性被膜を有しても良い。
【００６５】
上側及び下側の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、上側及び下側の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６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。
【００６６】
磁石／熱伝導部配置板８００を取り囲むように支持盤５３０が配置される。支持盤５３０は、上側及び下側の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及びリングギア５６０Ａ、５６０Ｂによって駆動部を構成する。
【００６７】
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、上側及び下側の２枚の円板８００Ａ、８００Ｂが一体となって回転する。
【００６８】
本実施形態では、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／熱伝導部配置板８００は低温側熱交換部４０Ａを中心に、上側及び下側の２枚の円板８００Ａ、８００Ｂで磁性体配置板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。
【００６９】
磁石／熱伝導部配置板８００を形成する上側の円板８００Ａの片面（図６及び図７に示す円板８００Ａの図示下側）には図５Ｃに示すように、環状かつ放射状に複数の永久磁石と複数の熱伝導部材を配置してある。永久磁石は、図５Ｂに示した磁性体配置板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／熱伝導部配置板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。
【００７０】
例えば、図４、図５Ｂ、図５Ｃ、図７に示すように、図面上、磁石／熱伝導部配置板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／熱伝導部配置板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／熱伝導部配置板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／熱伝導部配置板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。
【００７１】
したがって、磁石／熱伝導部配置板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。
【００７２】
まず、図４、図７Ａ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。また、図４、図７Ｂ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。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。
【００７３】
次に、磁石／熱伝導部配置板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７Ｂに示す永久磁石２０Ｂａ、２０Ｂｃ、２０Ｂｅが、左側の磁性体磁性体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７Ａ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。
【００７４】
このように、磁石／熱伝導部配置板８００が３０°回転する度に、全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。
【００７５】
磁石／熱伝導部配置板８００を形成する下側の円板８００Ｂの片面（図６及び図７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。例えば、図６及び図７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。
【００７６】
熱伝導部材配置板８００は隙間を設けて磁性体配置板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。本実施形態では、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。
【００７７】
なお、本実施形態では、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。
【００７８】
磁石／熱伝導部配置板８００が備える全ての永久磁石には、図４、図５Ｃ、図６、図７に示すように、それぞれの外周側に熱伝導部材が取り付けられる。熱伝導部材は、各磁性体ユニットに発生する熱を低温側熱交換部から高温側熱交換部側に伝導させる。熱伝導部材は、磁性体と磁性体との間、磁性体と低温側熱交換部との間、磁性体と高温側熱交換部との間で、磁石／熱伝導部配置板８００の回転方向に挿脱される。熱伝導部材が磁性体と磁性体との間に挿入されると磁性体間で熱が伝導する。また、熱伝導部材が磁性体と低温側熱交換部との間に挿入されると磁性体と低温側熱交換部との間で熱が伝導する。さらに、熱伝導部材が磁性体と高温側熱交換部との間に挿入されると磁性体と高温側熱交換部との間で熱が伝導する。
【００７９】
図５Ｃに示すように、熱伝導部材は、磁石／熱伝導部配置板８００を形成する上側の円板８００Ａの片面（図６及び図７に示す円板８００Ａの図示下側）に、磁性体ユニット２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、…、２００Ｇ、…、２００Ｌのそれぞれに対し４箇所または３箇所に設けられる。図５Ｃに示すように、磁性体ユニット２００Ａの対応位置には、３つの熱伝達部材３０Ａｂ、３０Ａｄ、３０Ａｆが永久磁石２０Ａａ、２０Ａｃ、２０Ａｅの外周側に設けられる。磁性体ユニット２００Ｂの対応位置には、４つの熱伝達部材３０Ｂａ、３０Ｂｃ、３０Ｂｅ、３０Ｂｇが設けられる。熱伝達部材３０Ｂａは低温側熱交換部４０Ａに接する位置に設けられる。また、熱伝達部材３０Ｂｃ、３０Ｂｅ、３０Ｂｇは永久磁石２０Ｂａ、２０Ｂｃ、２０Ｂｅの外周側に設けられる。
【００８０】
全ての熱伝導部材３０Ａｂ、３０Ａｄ、３０Ａｆ、３０Ｂａ、３０Ｂｃ、３０Ｂｅ、３０Ｂｇ、…は熱を伝導させやすい固体の高熱伝導材料で構成する。高熱伝導材料としては、Ｃｕ、Ａｌが望ましい。
【００８１】
熱伝導部材の径方向の厚みは、磁性体と磁性体との間、磁性体と低温側熱交換部４０Ａとの間、磁性体と高温側熱交換部４０Ｂとの間の隙間にぴったりと収まる寸法か若干大きめに形成する。例えば、熱伝導部材３０Ａｂ、３０Ａｄ、３０Ａｆ、３０Ｂａ、３０Ｂｃ、３０Ｂｅ、３０Ｂｇ、…の径方向の厚みは、磁性体１０Ａａ−１０Ａｂ、１０Ａｃ−１０Ａｄ、１０Ａｅ−１０Ａｆ、低温側熱交換部４０Ａ−磁性体１０Ｂａ、磁性体１０Ｂｂ−１０Ｂｃ、１０Ｂｄ−１０Ｂｅ、磁性体１０Ｂｆ−高温側熱交換部４０Ｂ間のそれぞれの隙間に挿入されつつこれらの間で熱の伝導が可能な寸法である。また、熱伝導部材３０Ａｂ、３０Ａｄ、３０Ａｆ、３０Ｂａ、３０Ｂｃ、３０Ｂｅ、３０Ｂｇ、…の形状は、磁性体１０Ａａ−１０Ａｂ、１０Ａｃ−１０Ａｄ、１０Ａｅ−１０Ａｆ、低温側熱交換部４０Ａ−磁性体１０Ｂａ、磁性体１０Ｂｂ−１０Ｂｃ、１０Ｂｄ−１０Ｂｅ、磁性体１０Ｂｆ−高温側熱交換部４０Ｂ間のそれぞれの間の隙間の形状と一致した形状とすることが望ましい。
【００８２】
熱伝導部材３０Ａｂ、…が磁性体１０Ａａ、…、低温側熱交換部４０Ａ、高温側熱交換部４０Ｂと接触して摺動する部分は、高熱伝導性を有するとともに熱磨耗性の高いコート層を形成しても良いし、高熱伝導性を有する潤滑材を介しても良い。例えば、カーボンナノチューブを熱伝導部材３０Ａｂ、…の表面に取り付けることによって、耐摩耗性と熱伝導性を向上させることが望ましい。また、例えば、磁性体１０Ｂａと低温側熱交換部４０Ａとの間に挿入される熱伝導部材３０Ｂａ及び磁性体１０Ｂｆと高温側熱交換部４０Ｂとの間に挿入される熱伝導部材３０Ｂｇは、磁性体１０Ｂａ−１０Ｂｆに対して熱伝導を行う熱伝導部材３０Ｂｃ、３０Ｂｅとは異なる材質、構造のものを用いても良い。
【００８３】
なお、磁石／熱伝導部配置板８００は、磁性体１０Ａａ、…で発生した熱及び熱伝導部材３０Ａａ、…で伝導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導材料を用いることが好ましい。
【００８４】
以上のような構成を有する磁石／熱伝導部配置板８００が磁性体配置板７００に対して回転すると、熱伝導部材３０Ａｂ、…は次のようにして熱を伝達させる。
【００８５】
まず、永久磁石と磁性体との位置関係が、図４及び図８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、熱伝導部材と磁性体との位置関係は図７Ａに示すようになっている。
【００８６】
状態１の場合、図７Ａに示すように、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。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、熱伝導部材３０Ａｂが磁性体１０Ａａと１０Ａｂとの間に、熱伝導部材３０Ａｄが磁性体１０Ａｃと１０Ａｄとの間に、熱伝導部材３０Ａｆが磁性体１０Ａｅと１０Ａｆとの間に、それぞれ挿入される。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導が行われる。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との間及び高温側熱交換部４０Ｂと磁性体１０Ａｆとの間の熱の伝導は行わない。また、磁性体ブロック間の熱の伝導も行わない。
【００８７】
また、磁性体ユニット２００Ｂの対応位置では、熱伝導部材と磁性体との位置関係は図７Ｂに示すようになっている。
【００８８】
図７Ｂに示すように、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。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、熱伝導部材３０Ｂａが低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ｂａとの間に、熱伝導部材３０Ｂｃが磁性体１０Ｂｂと１０Ｂｃとの間に、熱伝導部材３０Ｂｅが磁性体１０Ｂｄと１０Ｂｅとの間に、熱伝導部材３０Ｂｇが磁性体１０Ｂｆと高温側熱交換部４０Ｂとの間に、それぞれ挿入される。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間の熱伝導が行われる。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との間及び磁性体ユニット２００Ｂの他端に位置する磁性体１０Ｂｆと高温側熱交換部４０Ｂとの間で熱伝導が行われる。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。
【００８９】
以上のように、磁石／熱伝導部材配置板８００に配置されている複数の磁気印加部は、磁石／熱伝導部材配置板８００と磁性体配置板７００との相対移動によって、磁性体配置板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、磁石／熱伝導部材配置板８００に配置されている複数の熱伝導部材は、磁石／熱伝導部材配置板８００と磁性体配置板７００との相対移動によって、磁性体配置板７００に配置されている磁性体と磁性体との間、低温側熱交換部４０Ａと磁性体との間、高温側熱交換部４０Ｂと磁性体との間を挿脱されて、磁気熱量効果により発生した熱を伝導させる。
【００９０】
上記の状態１は図８Ａに示す通りである。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導させ、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並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との間及び磁性体ユニット２００Ｂの他端に位置する磁性体と高温側熱交換部４０Ｂとの間で熱を伝導させる。
【００９１】
永久磁石と磁性体との位置関係が、図８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、熱伝導部材と磁性体との位置関係は図７Ａ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、熱伝導部材と磁性体との位置関係は図７Ｂに示すものと等価になっている。
【００９２】
次に、磁石／熱伝導部配置板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８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、熱伝導部材と磁性体との位置関係は図７Ｂ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、熱伝導部材と磁性体との位置関係は図７Ａ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。
【００９３】
上記の状態２は図８Ｂに示す通りである。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並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との間及び磁性体ユニット２００Ａの他端に位置する磁性体と高温側熱交換部４０Ｂとの間で熱を伝導させ、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導させる。
【００９４】
以上のように、磁石／熱伝導部材配置板８００の熱伝導部材は、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導させ、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並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及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導させる。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導させ、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及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導させる。
【００９５】
図６及び図７に示す駆動部は、磁性体配置板７００と磁石／熱伝導部材配置板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、磁性体配置板７００または磁石／熱伝導部材配置板８００のいずれか一方を回転させるものである。駆動部は、磁性体配置板７００、磁石／熱伝導部材配置板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／熱伝導部材配置板８００をその中心部を回転軸として回転させている。
【００９６】
低温側熱交換部４０Ａ及び高温側熱交換部４０Ｂは、例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。例えば、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。
【００９７】
以上のように構成されている本実施形態に係る磁気冷凍機５００は次のようにして磁気冷凍を行う。
【００９８】
まず、駆動部を作動させて磁石／熱伝導部材配置板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７Ａと図７Ｂ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。最終的には、図２に示すグラフのように、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。なお、以上の状態１と状態２を繰り返す動作によって、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間の温度差が拡大していく原理は、図３に基づいて説明した原理と同一である。
【００９９】
実際に冷凍能力の大きな磁気冷凍機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。
【０１００】
本実施形態の磁気冷凍機は、室内の空調を行うエアコン、冷蔵庫、車室内の空調を行うエアコン、車両の冷凍装置などに適用させることができる。
【０１０１】
本実施形態では、磁石／熱伝導部材配置板８００に永久磁石、熱伝導部材及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、熱伝導部材及び磁気突起を一体的に形成すると、磁石／熱伝導部材配置板８００を小型化、軽量化できる。
【０１０２】
さらに、本実施形態では、磁性体配置板７００と磁石／熱伝導部材配置板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、磁性体配置板７００と磁石／熱伝導部材配置板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。
【０１０３】
以上のように磁気冷凍機を構成すると、磁性体配置板７００と磁石／熱伝導部材配置板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、磁気冷凍機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。
【０１０４】
［実施形態２］
次に、実施形態２に係る磁気冷凍機の具体的な構成について、図５Ａ−図５Ｃおよび図９を参照しながら説明する。実施形態２に係る磁気冷凍機は、実施形態１に係る磁気冷凍機の磁性体、磁気回路、熱伝導部材の寸法を回転中心側から外側に向けて異ならせ、より熱伝達の特性を良好にするものである。
【０１０５】
本実施形態では、図５Ｂ及び図９Ａに示すように、磁性体配置板７００において磁気ユニット２００Ａを形成する磁性体１０Ａａ、１０Ａｂ、１０Ａｃ、１０Ａｄ、１０Ａｅ、１０Ａｆはそれぞれ同一体積となっている。磁性体配置板７００の内周から外周に向かって、径方向に隣り合う磁性体の熱容量を同じくするためである。磁性体１０Ａａ、１０Ａｂ、１０Ａｃ、１０Ａｄ、１０Ａｅ、１０Ａｆは、図５Ｂに示すように、扇を径方向に一定の幅で切り取ったような形状を有する。この形状の場合、全ての磁性体１０Ａａ、１０Ａｂ、１０Ａｃ、１０Ａｄ、１０Ａｅ、１０Ａｆの径方向の厚みを同一とすると、それぞれの磁性体の体積が異なる。このため、磁気熱量効果によって得られる熱量が異なり、隣接する磁性体間で均一に熱を伝導できない。したがって、熱の輸送効率が低下する。例えば、隣り合う一方の磁性体の熱容量が他方の磁性体の熱容量よりも大きい場合には、熱容量が大きい磁性体から小さい磁性体へは熱が渡しきれない。この逆の場合には、熱容量が小さい磁性体から大きい磁性体へは熱がうまく渡せるものの、熱容量が異なっているので、熱を受け取った側の温度変化が不十分である。したがって、最も効率的に熱の受け渡しができるのは、隣接する磁性体間の熱容量が同一の場合、つまり体積が同一の場合である。本実施形態では、全ての磁性体の体積を同一にしているので、磁気冷凍機の熱伝達効率が向上し、磁気冷凍機の熱輸送能力及び熱輸送効率が向上する。
【０１０６】
このような事情から、本実施形態では、図９Ａに示してあるように、磁性体１０Ａａ、１０Ａｂ、１０Ａｃ、１０Ａｄ、１０Ａｅ、１０Ａｆの径方向の厚みＬＭ１、ＬＭ２、ＬＭ３、ＬＭ４、ＬＭ５、ＬＭ６はＬＭ１＞ＬＭ２＞ＬＭ３＞ＬＭ４＞ＬＭ５＞ＬＭ６の関係が成立する厚みとする。なおかつ、これらの厚みは、全ての磁性体１０Ａａ、１０Ａｂ、１０Ａｃ、１０Ａｄ、１０Ａｅ、１０Ａｆの熱容量が同一となる寸法とする。磁性体１０Ａａ、１０Ａｂ、１０Ａｃ、１０Ａｄ、１０Ａｅ、１０Ａｆは扇を径方向に切り取ったような形状となっているので、内周から外周に向けて、各磁性体の周方向の長さが長くなる。同一の体積にするためには、内周から外周に向けて、その径方向の厚みを薄くする。
【０１０７】
以上は、図５Ｂに示した磁気ユニット２００Ｂ、２００Ｃ、…、２００Ｇ、…、２００Ｌにおいても同一である。
【０１０８】
また、図９Ａに示すように、磁石／熱伝導部材配置板８００の上側の円板８００Ａに配置されている永久磁石２０Ａａ、２０Ａｃ、２０Ａｅの径方向の厚みは、円板８００Ａの内周から外周に向かって薄くし、磁性体１０Ａａ、１０Ａｃ、１０Ａｅの径方向の厚みと合わせている。また、下側の円板８００Ｂに配置されている磁気突起２０Ａｂ、２０Ａｄ、２０Ａｆの径方向の厚みも、円板８００Ｂの内周から外周に向かって薄くし、対峙する永久磁石２０Ａａ、２０Ａｃ、２０Ａｅの径方向の厚みと合わせている。なお、永久磁石とこれに対峙する磁気突起は、上記の通り磁気回路の一部を構成する。
【０１０９】
さらに、図９Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃに示すように、永久磁石２０Ａａ、２０Ａｃ、２０Ａｅは、これらの永久磁石が向かい合う磁性体１０Ａａ、１０Ａｃ、１０Ａｅの対面方向の形状と同一の形状になっている。つまり、永久磁石２０Ａａと磁性体１０Ａａの向き合う方向の形状と寸法が同一になっている。永久磁石２０Ａｃと磁性体１０Ａｃ、永久磁石２０Ａｅと磁性体１０Ａｅもそれぞれの向き合う方向の形状と寸法が同一になっている。
【０１１０】
また、磁石／熱伝導部材配置板８００の上側の円板８００Ａに配置されている熱伝導部材３０Ａｂ、３０Ａｄ、３０Ａｆの径方向の厚みＬＴＨ２、ＬＴＨ４、ＬＴＨ６は円板８００Ａの内周から外周に向かって順次厚くする。これは、熱伝導部材３０Ａｂ、３０Ａｄ、３０Ａｆの機械的な強度を保つためである。円板８００Ａは内周側よりも外周側の方の速度が速いので、熱伝導部材の受ける遠心力は外周側の方が大きい。したがって、熱伝導部材３０Ａｂ、３０Ａｄ、３０Ａｆの径方向の厚みを厚くすることは機械的な強度を保つ上で好都合である。また、熱伝導部材３０Ａｂ、３０Ａｄ、３０Ａｆの周方向の長さは、円板８００Ａの内周から外周に向かって順次長くしている。これは、熱伝導部材３０Ａｂ、３０Ａｄ、３０Ａｆの径方向の熱抵抗を下げるためである。したがって、磁性体１０Ａａ、１０Ａｂ、１０Ａｃ、１０Ａｄ、１０Ａｅ、１０Ａｆの配置間隔は熱伝導部材３０Ａｂ、３０Ａｄ、３０Ａｆの厚みによって決める。熱伝導部材３０Ａｂ、３０Ａｄ、３０Ａｆの形状は、磁性体１０Ａａ−１０Ａｂ、１０Ａｃ−１０Ａｄ、１０Ａｅ−１０Ａｆのそれぞれの磁性体の隙間の形状に合わせる。
【０１１１】
なお、熱伝導部材３０Ａｂ、３０Ａｄ、３０Ａｆの径方向の厚みが厚くなると、熱伝導部材としての径方向の熱抵抗が増えることになる。しかし、磁性体１０Ａａ、１０Ａｂ、１０Ａｃ、１０Ａｄ、１０Ａｅ、１０Ａｆの周方向の寸法を内周から外周に向かって長くしてあるので、熱伝導部材３０Ａｂ、３０Ａｄ、３０Ａｆの径方向から見た断面積Ａが大きくなり、熱伝導部材３０Ａｂ、３０Ａｄ、３０Ａｆそれぞれの熱抵抗をほぼ同一にすることができる。
【０１１２】
このような事情から、本実施形態では、図９Ａに示してあるように、熱伝導部材３０Ａｂ、３０Ａｄ、３０Ａｆの径方向の厚みＬＴＨ２、ＬＴＨ４、ＬＴＨ６はＬＴＨ２＜ＬＴＨ４＜ＬＴＨ６、の関係が成立する厚みとする。また、熱伝導部材３０Ａｂ、３０Ａｄ、３０Ａｆの周方向の長さを磁性体１０Ａａ−１０Ａｂ、１０Ａｃ−１０Ａｄ、１０Ａｅ−１０Ａｆのそれぞれの磁性体の隙間の形状に合わせて円板８００Ａの内周から外周に向かって順次長くする。
【０１１３】
以上のように、磁性体、磁気回路、熱伝達部材の寸法を回転中心側から外側に向けて異ならせると、図１０に示すような形態の磁気冷凍機５００となる。すなわち、磁性体１０は内周から外周に向けて径方向の厚みが薄くなっており、全ての磁性体１０が同一の熱容量すなわち体積を持つ。また、磁気回路を形成する永久磁石２０と磁気突起（図示されていない）は、磁性体１０と同様に内周から外周に向けて径方向の厚みが薄くなっており、全ての磁性体１０に対して同一の発熱をさせるようにしている。さらに、熱伝達部材３０は内周から外周に向けて径方向の厚みが厚くなっており、全ての磁性体１０間、磁性体１０と低温熱交換部４０Ａとの間、磁性体１０と高温熱交換部４０Ｂとの間で熱伝達が効率的に行われる。
【０１１４】
以上のように構成されている本実施形態に係る磁気冷凍機５００が磁気冷凍を行うことができる原理は、図３に基づいて説明した原理と同一である。
【０１１５】
以上、本実施形態に係る磁気冷凍機によれば、各磁性体の熱容量を等しくし、各熱伝導部材の熱抵抗を下げたことによって、熱輸送能力を向上させることができ、冷凍能力が向上する（前述の従来技術に対して１００％向上）。また、永久磁石の形状は各磁性体の形状に対応させているので、永久磁石に無駄な部分が生じず、磁気冷凍機の軽量化に役立てることができる。
【０１１６】
また、熱伝導部材の径方向の厚みを外周側ほど厚くしているので、熱伝導部材の強度を向上させることができ、磁気冷凍機の信頼性が向上する。
【０１１７】
さらに、負の磁性体に比較して磁気熱量効果が大きく安価な正の磁性体のみを用いているので、冷凍能力を向上させることができ、コストダウンにも寄与することができる。
【０１１８】
［実施形態３］
次に、実施形態３に係る磁気冷凍機の具体的な構成について、図１１を参照しながら説明する。実施形態３に係る磁気冷凍機は、磁性体の体積を実施形態２のように同一体積とするのではなく、磁性体の体積を回転中心側から外側に向けて小さくし、熱伝達ロスを小さくするものである。
【０１１９】
本実施形態では、図１１に示すように、磁性体配置板７００において磁性体１０Ａａ、１０Ａｂ、１０Ａｃ、１０Ａｄ、１０Ａｅ、１０Ａｆの体積が、磁性体配置板７００の内周から外周に向かって、小さくなるようにしている。磁性体の体積を内周から外周に向かって小さくするのは、磁性体の熱容量を内周から外周に向かって順次小さくし、熱伝達ロスを小さくするためである。
【０１２０】
熱伝達ロスを小さくするため、本実施形態では、図１１に示してあるように、磁性体１０Ａａ、１０Ａｂ、１０Ａｃ、１０Ａｄ、１０Ａｅ、１０Ａｆの径方向の厚みＬＭ１、ＬＭ２、ＬＭ３、ＬＭ４、ＬＭ５、ＬＭ６はＬＭ１＞ＬＭ２＞ＬＭ３＞ＬＭ４＞ＬＭ５＞ＬＭ６の関係が成立する厚みとする。なおかつ、これらの厚みは、全ての磁性体１０Ａａ、１０Ａｂ、１０Ａｃ、１０Ａｄ、１０Ａｅ、１０Ａｆの熱容量ＱＭ１、ＱＭ２、ＱＭ３、ＱＭ４、ＱＭ５、ＱＭ６がＱＭ１＞ＱＭ２＞ＱＭ３＞ＱＭ４＞ＱＭ５＞ＱＭ６の関係が成立する厚みとする。したがって、本実施形態における磁性体１０Ａａ、１０Ａｂ、１０Ａｃ、１０Ａｄ、１０Ａｅ、１０Ａｆの径方向の厚みＬＭ１、ＬＭ２、ＬＭ３、ＬＭ４、ＬＭ５、ＬＭ６は、実施形態２における１０Ａａ、１０Ａｂ、１０Ａｃ、１０Ａｄ、１０Ａｅ、１０Ａｆの径方向の厚みＬＭ１、ＬＭ２、ＬＭ３、ＬＭ４、ＬＭ５、ＬＭ６よりも、径方向に向けて順次、さらに薄くなる。
【０１２１】
以上は、図５Ｂに示した磁気ユニット２００Ｂ、２００Ｃ、…、２００Ｇ、…、２００Ｌにおいても同一である。
【０１２２】
また、図１１に示すように、磁石／熱伝導部材配置板８００の上側の円板８００Ａに配置されている永久磁石２０Ａａ、２０Ａｃ、２０Ａｅの径方向の厚みは、円板８００Ａの内周から外周に向かって薄くし、磁性体１０Ａａ、１０Ａｃ、１０Ａｅの径方向の厚みと合わせている。また、下側の円板８００Ｂに配置されている磁気突起２０Ａｂ、２０Ａｄ、２０Ａｆの径方向の厚みも、円板８００Ｂの内周から外周に向かって薄くし、対峙する永久磁石２０Ａａ、２０Ａｃ、２０Ａｅの径方向の厚みと合わせている。なお、永久磁石とこれに対峙する磁気突起は、上記の通り磁気回路の一部を構成する。
【０１２３】
さらに、図１１、図５Ｂ及び図５Ｃに示すように、永久磁石２０Ａａ、２０Ａｃ、２０Ａｅは、これらの永久磁石が向かい合う磁性体１０Ａａ、１０Ａｃ、１０Ａｅの対面方向の形状と同一の形状になっている。つまり、永久磁石２０Ａａと磁性体１０Ａａの向き合う方向の形状と寸法が同一になっている。永久磁石２０Ａｃと磁性体１０Ａｃ、永久磁石２０Ａｅと磁性体１０Ａｅもそれぞれの向き合う方向の形状と寸法が同一になっている。
【０１２４】
また、磁石／熱伝導部材配置板８００の上側の円板８００Ａに配置されている熱伝導部材３０Ａｂ、３０Ａｄ、３０Ａｆの径方向の厚みＬＴＨ２、ＬＴＨ４、ＬＴＨ６は円板８００Ａの内周から外周に向かって順次厚くする。これは、熱伝導部材３０Ａｂ、３０Ａｄ、３０Ａｆの機械的な強度を保つためである。円板８００Ａは内周側よりも外周側の方の速度が速いので、熱伝導部材の受ける遠心力は外周側の方が大きい。したがって、熱伝導部材３０Ａｂ、３０Ａｄ、３０Ａｆの径方向の厚みを厚くすることは機械的な強度を保つ上で好都合である。また、熱伝導部材３０Ａｂ、３０Ａｄ、３０Ａｆの周方向の長さは、円板８００Ａの内周から外周に向かって順次長くしている。これは、熱伝導部材３０Ａｂ、３０Ａｄ、３０Ａｆの径方向の熱抵抗を下げるためである。したがって、磁性体１０Ａａ、１０Ａｂ、１０Ａｃ、１０Ａｄ、１０Ａｅ、１０Ａｆの配置間隔は熱伝導部材３０Ａｂ、３０Ａｄ、３０Ａｆの厚みによって決める。熱伝導部材３０Ａｂ、３０Ａｄ、３０Ａｆの形状は、磁性体１０Ａａ−１０Ａｂ、１０Ａｃ−１０Ａｄ、１０Ａｅ−１０Ａｆのそれぞれの磁性体の隙間の形状に合わせる。
【０１２５】
なお、熱伝導部材３０Ａｂ、３０Ａｄ、３０Ａｆの径方向の厚みが厚くなると、熱伝導部材としての径方向の熱抵抗が増えることになる。しかし、磁性体１０Ａａ、１０Ａｂ、１０Ａｃ、１０Ａｄ、１０Ａｅ、１０Ａｆの周方向の寸法を内周から外周に向かって長くしてあるので、熱伝導部材３０Ａｂ、３０Ａｄ、３０Ａｆの径方向から見た断面積Ａが大きくなり、熱伝導部材３０Ａｂ、３０Ａｄ、３０Ａｆそれぞれの熱抵抗をほぼ同一にすることができる。
【０１２６】
このような事情から、本実施形態では、実施形態２と同じく、図１１に示してあるように、熱伝導部材３０Ａｂ、３０Ａｄ、３０Ａｆの径方向の厚みＬＴＨ２、ＬＴＨ４、ＬＴＨ６はＬＴＨ２＜ＬＴＨ４＜ＬＴＨ６、の関係が成立する厚みとする。また、熱伝導部材３０Ａｂ、３０Ａｄ、３０Ａｆの周方向の長さを磁性体１０Ａａ−１０Ａｂ、１０Ａｃ−１０Ａｄ、１０Ａｅ−１０Ａｆのそれぞれの磁性体の隙間の形状に合わせて円板８００Ａの内周から外周に向かって順次長くする。
【０１２７】
以上のように構成されている本実施形態に係る磁気冷凍機５００が磁気冷凍を行うことができる原理は、図３に基づいて説明した原理と同一である。
【０１２８】
以上、本実施形態に係る磁気冷凍機によれば、各磁性体の熱容量を、内周側から外周側に向けて径方向に順次小さくなるようにしたので、熱伝達ロスを小さくすることができる。
【０１２９】
［実施形態４］
次に、実施形態４に係る磁気冷凍機の具体的な構成について、図１２及び図１３を参照しながら説明する。本実施形態に係る磁気冷凍機は、実施形態２、３に係る磁気冷凍機とは逆に、磁気冷凍機の磁気回路及び熱伝導部材を固定して磁性体を回転させている。
図１２に示すように、本実施形態では、磁性体配置板７００がその中心部を回転軸として低温側熱交換器４０Ａの周りを回転可能に支持される。磁性体配置板７００は駆動部によって回転される。一方、磁石／熱伝導部材配置板８００は高温側熱交換器４０Ｂに固定されている。磁石／熱伝導部材配置板８００（８００Ａ、８００Ｂ）と高温側熱交換器４０Ｂとの間には磁石／熱伝導部材配置板８００、高温側熱交換器４０Ｂ相互間の熱の移動を阻止する断熱材５２５Ｂを介在させる。なお、磁性体、磁気回路、熱伝達部材の形状などは実施形態２、３と同一である
以上のように構成されている磁気冷凍機５００の磁性体配置板７００が回転すると、図８のＡ−Ａ断面である図１３に示すように、磁性体１０Ａａから磁性体１０Ａｂに、磁性体１０Ａｃから磁性体１０Ａｄに、磁性体１０Ａｅから磁性体１０Ａｆに、熱伝導部材３０Ａｂ、３０Ａｄ、３０Ａｆを介して熱が移動する。なお、各磁気ユニットにおける熱の移動状態は図１１に示したものと同一である。
【０１３０】
このように、本実施形態に係る磁気冷凍機によれば、磁気回路を構成する永久磁石と磁気突起、及び熱伝達部材を有する磁石／熱伝導部材配置板８００を固定し、磁性体のみが形成されている磁性体配置板７００を回転させるので、磁気冷凍機の起動時間が速くなる。磁性体配置板７００の重量は磁石／熱伝導部材配置板８００の重量に比較して軽いからである。
【符号の説明】
【０１３１】
１０Ａａ−１０Ａｆ、１０Ｂａ−１０Ｂｆ  磁性体、
２０Ａａ−２０Ａｅ、２０Ｂａ−２０Ｂｅ  永久磁石、
２０Ａｂ−２０Ａｆ  磁気突起、
３０Ａｂ−３０Ａｆ、３０Ｂａ−３０Ｂｇ  熱伝導部材、
４０Ａ  低温側熱交換部、
４０Ｂ  高温側熱交換部、
５００  磁気冷凍機、
６００  熱交換部支持盤、
７００  磁性体配置板、
８００  磁石／熱伝導部材配置板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図４】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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