(57)【要約】【課題】高温の冷媒の流路と低温の冷媒との流路を隔離板により分離することで、冷却効率の低下を抑制する。【解決手段】磁気冷凍機（１００）は、吸熱器（２）から排熱器（３）へと高温の冷媒が流れる第１流路（１１）と、排熱器（３）から吸熱器（２）へと低温の冷媒が流れる第２流路（１２）と、第１流路（１１）と第２流路（１２）とを接続するバイパス部（１３）と、バイパス部（１３）において移動可能に構成される吸発熱体（２１）であって、隔離板（２６）と磁性体（２４）とを備る吸発熱体（２１）と、吸発熱体（２１）を、第１流路（１１）及び第２流路（１２）の冷媒の流速の速い部分と、バイパス部（１３）の冷媒の流速の遅い部分との間において移動させるとともに、吸発熱体（２１）と磁気発生手段（２２）との距離を変化させて吸発熱体（２１）を吸熱又は発熱させる移動手段と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却対象物から熱を吸収する吸熱器から、外部へ熱を排出する排熱器へと、高温の冷媒が流れる第１流路と、
前記排熱器から前記吸熱器へと低温の冷媒が流れる第２流路と、
前記第１流路と前記第２流路とを接続するバイパス部と、
前記バイパス部において移動可能に構成される吸発熱体であって、前記第１流路の側と前記第２流路の側とを隔離する隔離板と、磁気に応じて吸熱又は発熱する磁性体と、を備る吸発熱体と、
前記吸発熱体を、前記第１流路及び前記第２流路の冷媒の流速の速い部分と、前記バイパス部の冷媒の流速の遅い部分との間において移動させるとともに、前記吸発熱体と磁気発生手段との距離を変化させて前記吸発熱体を吸熱又は発熱させる移動手段と、を有する磁気冷凍機。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気冷凍機であって、
前記吸発熱体は、前記移動手段によって前記バイパス部において移動されて、前記第１流路の側の端部が前記流速の速い部分である前記第１流路に突出するとともに、前記第２流路の側の端部が前記流速の遅い部分である前記バイパス部に収容されると、前記磁気発生手段に近接することで励磁されて発熱し、
前記吸発熱体は、前記第１流路の側の端部が前記バイパス部に収容され、前記第２流路の側の端部が前記流速の速い部分である前記第２流路に突出すると、前記磁気発生手段から遠ざかることで消磁されて吸熱する、磁気冷凍機。
【請求項３】
請求項１または２に記載の磁気冷凍機であって、
前記吸発熱体は、前記隔離板に対して前記第１流路または前記第２流路の側に設けられる金属体を、さらに備え、
前記磁性体は、前記隔離板に対して前記金属体の反対側に設けられる、磁気冷凍機。
【請求項４】
請求項３に記載の磁気冷凍機であって、
前記磁性体及び前記金属体は、
前記隔離板と離間して設けられる端面と、
前記端面と前記隔離板との間を接続する複数の壁部と、を有し、
複数の前記壁部の間を冷媒が流れることが可能な構造である、磁気冷凍機。
【請求項５】
請求項４に記載の磁気冷凍機であって、
前記バイパス部は、前記第１流路と前記第２流路との間において折り畳まれた蛇腹構造に構成され、
前記隔離板は、蛇腹構造の前記バイパス部に固定される、磁気冷凍機。
【請求項６】
請求項４または５に記載の磁気冷凍機であって、
前記移動手段は、
円板状で回転可能に構成される回転部と、
前記回転部の側面と、前記隔離板との間を連結する棒部と、を備え、
前記回転部の回転運動に伴って前記連結の方向に動作する前記棒部によって、前記隔離板を前記バイパス部において移動させる、磁気冷凍機。
【請求項７】
請求項４または５に記載の磁気冷凍機であって、
前記移動手段は、発生する磁気により前記磁性体を引き寄せる電磁コイルであって、
前記隔離板と前記第１流路又は前記第２流路との間に設けられる弾性体を、さらに備える、磁気冷凍機。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の磁気冷凍機であって、
前記バイパス部は、複数設けられ、
前記吸発熱体は、それぞれの前記バイパス部に設けられる、磁気冷凍機。
【請求項９】
請求項８に記載の磁気冷凍機であって、
前記第１流路と前記第２流路とは、前記第１流路の冷媒の流れ方向と、前記第２流路の冷媒の流れ方向とは逆向きに構成される、磁気冷凍機。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の磁気冷凍機であって、
複数の前記吸発熱体において磁気に応じてエントロピーが変化して吸熱又は発熱する温度であるキュリー温度は、前記第１流路の流れ方向に沿って高い、磁気冷凍機。
【請求項１１】
請求項８から１０のいずれか１項に記載の磁気冷凍機であって、
隣接する前記吸発熱体のうち、一方の前記吸発熱体が前記第１流路の側に突出する場合には、他方の前記吸発熱体が前記第２流路の側に突出するように制御される、磁気冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気冷凍機においては、磁性体の有する性質であって、外部から磁場を加えて励磁されると磁気モーメントが整列して発熱し、消磁されると磁気モーメントの整列が解かれて吸熱する性質が利用されている。
【０００３】
特許文献１に開示されている磁気冷凍機によれば、リボルバー部に固定された磁性体が磁場に対して回転移動することで、当該磁性体の発熱と吸熱とが繰り返される。また、この磁気冷凍機によれば、冷媒の流路において、外部の熱を吸収する吸熱器と、外部へ熱を排出する排熱器とが設けられている。そして、リボルバー部の回転移動により、吸熱器から排熱器へと高温の冷媒が流れる第１流路と、排熱器から吸熱器へと低温の冷媒が流れる第２流路との切り替えが行われる。このように第１流路への排熱と第２流路での吸熱とが繰り返されることで、第２流路から第１流路への熱輸送が行われるので、吸熱器によって冷却対象を冷却することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１８７３６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示される磁気冷凍機においては、リボルバー部の回転移動に応じて高温の冷媒が流れる第１流路と低温の冷媒が流れる第２流路との切り替えが行われる。そのため、リボルバー部が回転運動する際に、磁性体の発熱により昇温した高温の冷媒と、磁性体の吸熱により降温した低温の冷媒とが混合してしまい、冷却効率が低下してしまうおそれがある。
【０００６】
本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、高温の冷媒が流れる第１流路と低温の冷媒が流れる第２流路とを分離することで、冷却効率の低下を抑制する磁気冷凍機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の磁気冷凍機は、冷却対象物から熱を吸収する吸熱器から、外部へ熱を排出する排熱器へと、高温の冷媒が流れる第１流路と、排熱器から吸熱器へと低温の冷媒が流れる第２流路と、第１流路と第２流路とを接続するバイパス部と、バイパス部において移動可能に構成される吸発熱体であって、第１流路の側と第２流路の側とを隔離する隔離板と、磁気に応じて吸熱又は発熱する磁性体と、を備る吸発熱体と、吸発熱体を、第１流路及び第２流路の冷媒の流速の速い部分と、バイパス部の冷媒の流速の遅い部分との間において移動させるとともに、吸発熱体と磁気発生手段との距離を変化させて吸発熱体を吸熱又は発熱させる移動手段と、を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、高温の冷媒の流路と低温の冷媒との流路を隔離板により分離することで、冷却効率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１実施形態の磁気冷凍機の概略構成図である。
【図２】図２は、状態Ａにおける磁気冷凍機の上面図である。
【図３】図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図４は、状態Ｂにおける磁気冷凍機の上面図である。
【図５】図５は、図４のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】図６は、第２実施形態の磁気冷凍機の概略構成図である。
【図７】図７は、第３実施形態の磁気冷凍機の概略構成図である。
【図８】図８は、磁気冷凍機における温度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の磁気冷凍機の概略構成図である。
【００１２】
磁気冷凍機１００においては、熱交換物質としての磁性体を有する吸発熱体２１が用いられる。吸発熱体２１は、励磁されると、磁気熱量効果によりエントロピーが小さくなり発熱する。一方で、吸発熱体２１は、消磁されるとエントロピーが大きくなり吸熱する。このような吸発熱体２１を発熱及び吸熱させて冷媒と熱交換することで、磁気冷凍機１００において冷媒を用いた対象物の冷却を実現することができる。
【００１３】
磁気冷凍機１００においては、ポンプ１によって、冷媒が、吸熱器２、排熱器３の順に循環される。吸熱器２は、接触する不図示の冷却対象物から熱を吸収して冷却する。排熱器３は、例えば、ラジエータなどであり大気などの外部に熱を排出する。冷媒が流れる環状流路において、吸熱器２から排熱器３までの高温の冷媒が通る流路を第１流路１１と称し、排熱器３から吸熱器２までの低温の冷媒が通る流路を第２流路１２と称する。
【００１４】
さらに、磁気冷凍機１００の冷媒の流路においては、第１流路１１及び第２流路１２の両中間部を接続するバイパス部１３が設けられている。バイパス部１３の近傍における第１流路１１の一部を排熱部１４と称し、バイパス部１３の近傍における第２流路１２の一部を吸熱部１５と称する。排熱部１４、及び、吸熱部１５は、環状流路の一部であるが、図中では可読性のために拡大して示されている。排熱部１４、及び、吸熱部１５は、環状流路の一部として構成され、排熱部１４及び吸熱部１５における冷媒の流速が比較的速いので、熱交換器２０による熱交換効率が高い。一方で、バイパス部１３は、第１流路１１と第２流路１２とから分離されて形成される流路であるとともに、後述の隔離板２６によって第１流路１１側の流路と第２流路１２側の流路とが隔離されておりバイパス部１３を介して第１流路１１と第２流路１２との間で冷媒が通過しないので、冷媒の流速が比較的遅く、熱交換器２０による熱交換効率が低い。
【００１５】
そして、バイパス部１３、排熱部１４、及び、吸熱部１５には、熱交換器２０が配置される。
【００１６】
熱交換器２０は、磁気に応じて吸発熱する吸発熱体２１と、永久磁石などの磁気発生手段２２と、吸発熱体２１をバイパス部１３内で移動させる移動手段２３とにより構成される。
【００１７】
吸発熱体２１は、磁性体からなる磁気作業物質２４と、金属体であり磁気作業物質２４よりも熱伝導性の高い冷却フィン２５と、磁気作業物質２４と冷却フィン２５との間に設けられる隔離板２６とを備える。隔離板２６は、例えば、バイパス部１３の内週面に対して摺動可能に構成される。バイパス部１３内の空間は、隔離板２６によって第１流路１１の側と第２流路１２の側とに隔離される。なお、このような磁気作業物質２４の磁性体には、ガトリウムなどが用いられる。
【００１８】
磁気作業物質２４と、冷却フィン２５とは、冷媒と熱交換する表面積が大きくなるように多結管構造で構成されている。具体的には、隔離板２６と、隔離板２６との間に平行に設けられる端面２４Ａ、２５Ａとの間を連結し、隔離板２６及び端面２４Ａ、２５Ａの両者に対して垂直になるように複数の管部（壁部）２４Ｂ、２５Ｂが設けられている。管部２４Ｂ、２５Ｂのそれぞれにおいては、複数の管部２４Ｂ、２５Ｂの間に冷媒が通過するための通路が形成されている。なお、端面２４Ａ、２５Ａは、断熱材により構成されて、管部２４Ｂ、２５Ｂが、それぞれ、磁性体、金属で構成される。なお、端面２４Ａ、２５Ａは、それぞれ、磁性体、金属で構成されてもよい。
【００１９】
このような多結管構造となることで、磁気作業物質２４が第１流路１１の排熱部１４に突出する場合や、冷却フィン２５が第２流路１２の吸熱部１５に突出する場合には、冷媒との熱交換が行われる表面積が大きくなり、熱交換効率を向上させることができる。さらに、バイパス部１３に収容された場合には、端面２４Ａ、２５Ａによって、第１流路１１又は第２流路１２からバイパス部１３の内部への冷媒の流入が抑制されるとともに、断熱材である端面２４Ａ、２５Ａによって熱伝導が抑制されるので、熱交換効率を低下させることができる。
【００２０】
磁気発生手段２２は、排熱部１４の近傍であってバイパス部１３の反対側に配置される。磁気発生手段２２は、例えば、永久磁石である。移動手段２３は、隔離板２６をバイパス部１３において移動可能に構成されている。詳細には、移動手段２３は、隔離板２６と接続される棒部２３Ａと、棒部２３Ａをその外縁側の側面に備える円板状の回転部２３Ｂとにより構成される。回転部２３Ｂの回転運動が棒部２３Ａのピストン運動に変換されることで、隔離板２６はバイパス部１３内を移動する。磁気冷凍機１００は、磁気作業物質２４が磁気発生手段２２に近づき発熱する状態Ａと、磁気作業物質２４が磁気発生手段２２から遠ざかり吸熱する状態Ｂとを繰り返し、吸熱器２において対象物を冷却する。
【００２１】
図２は、状態Ａにおける磁気冷凍機１００の上面図である。図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。状態Ａにおいては、磁気作業物質２４が排熱部１４に突出し、冷却フィン２５はバイパス部１３に収容される。このような状態では、磁気発生手段２２と磁気作業物質２４との距離が短くなる。
【００２２】
図３に示されるように、バイパス部１３において、隔離板２６が図左右方向に移動可能に構成されている。そして、移動手段２３の棒部２３Ａは、バイパス部１３の筐体の外部に露出しており、棒部２３Ａの露出部分は柔らかく密閉性の高い材料からなるカバー２７により覆われている。カバー２７は、一端がバイパス部１３の筐体に固定され、他端が回転部２３Ｂと接続されている。このようにカバー２７を設けることで、バイパス部１３から摺動部を介して冷媒が漏洩することが抑制される。
【００２３】
このような状態Ａでは、磁気作業物質２４が第１流路１１の排熱部１４に突出して磁気発生手段２２に近づくので、磁気作業物質２４は励磁されて磁気熱量効果によりエントロピーが小さくなり発熱する。排熱部１４においては、突出した多結管構造の吸発熱体２１の内部を冷媒が通過するため、熱交換効率が高い。そして、磁気作業物質２４の発熱は排熱部１４の冷媒へと排熱されるので、吸発熱体２１は温度が上昇することなくエントロピーが高められるとともに、排熱部１４における排熱によって第１流路１１の冷媒の温度は上昇する。
【００２４】
一方、冷却フィン２５はバイパス部１３に収容され、第２流路１２の吸熱部１５に突出しない。多結管構造の冷却フィン２５においては、断熱材である端面２５Ａによって、内部への冷媒の流入が抑制されるので、冷却フィン２５の熱交換効率は低くなる。そのため、磁気作業物質２４の発熱が、隔離板２６、冷却フィン２５を経由して、吸熱部１５側の冷媒へと移動することが抑制される。したがって、第２流路１２の冷媒の温度上昇が抑制される。
【００２５】
なお、隔離板２６は、バイパス部１３の内部をシーリングしながら移動可能であるため、バイパス部１３において第１流路１１の一部である排熱部１４と、第２流路１２の一部である吸熱部１５との間で冷媒が混合することが抑制される。
【００２６】
図４は、状態Ｂにおける磁気冷凍機１００の上面図である。図５は、図４のＢ−Ｂ断面図である。状態Ｂにおいては、冷却フィン２５が第２流路１２の吸熱部１５に突出し、吸発熱体２１はバイパス部１３に収容される。このように、移動手段２３によって隔離板２６を移動させて吸発熱体２１がバイパス部１３に収容されると、磁気作業物質２４と磁気発生手段２２との距離が長くなる。
【００２７】
このような状態Ｂでは、冷却フィン２５は吸熱部１５に突出する。吸熱部１５においては、突出した多結管構造の冷却フィン２５の内部を冷媒が通過するため、冷却フィン２５の熱交換効率が高い。そのため、吸発熱体２１における吸熱は、隔離板２６を介して冷却フィン２５へと伝導し、吸熱部１５の冷媒が冷却される。そのため、第２流路１２の冷媒の温度は下降する。
【００２８】
一方、磁気作業物質２４がバイパス部１３に収容されて磁気発生手段２２から遠ざかるので、磁気作業物質２４は、消磁されて磁気熱量効果によりエントロピーが大きくなり吸熱する。バイパス部１３に収容された吸発熱体２１においては、断熱材である端面２４Ａによって内部への冷媒の通過が抑制され、バイパス部１３における隔離板２６よりも第１流路１１側の熱交換効率が低くなる。そのため、磁気作業物質２４の吸熱によって排熱部１４内の冷媒が冷却されることが抑制され、排熱部１４の冷媒の温度下降が抑制される。したがって、第１流路１１の冷媒の温度低下が抑制される。
【００２９】
このように、状態Ａにおいては、励磁により吸発熱体２１のエントロピーが低い状態となり、熱交換効率の高い排熱部１４における冷媒の温度が上昇するが、熱交換効率の低い吸熱部１５における冷媒の温度は変化しない。そのため、第１流路１１においては、吸熱器２における吸熱作用により温度が上昇した冷媒は、排熱部１４においてさらに温度が上昇されるが、最終的に排熱器３によって排熱されて温度が低下する。吸発熱体２１に着目すれば、吸発熱体２１による発熱は第１流路１１（排熱部１４）へと輸送される。
【００３０】
状態Ｂにおいては、消磁により吸発熱体２１のエントロピーが高い状態となり、熱交換効率の高い吸熱部１５における冷媒の温度が下降するが、熱交換効率の低い排熱部１４における冷媒の温度は変化しない。そのため、第２流路１２においては、排熱器３における排熱作用により温度が低下した冷媒は、吸熱部１５においてさらに温度が低下されて、最終的に、吸熱器２において冷却対象物からの吸熱作用により温度が上昇する。すなわち、吸発熱体２１に着目すれば、吸発熱体２１は、第２流路１２（吸熱部１５）の冷媒から吸熱することになる。
【００３１】
このような状態Ａと状態Ｂとを繰り返すことにより、第２流路１２から吸発熱体２１を介して第１流路１１への熱輸送が可能となり、吸熱器２によって冷却対象を効率的に冷却することができる。
【００３２】
なお、本実施形態においては、吸発熱体２１のうち、第１流路１１の側に磁気作業物質２４が設けられ、第２流路１２の側に冷却フィン２５が設けられる例について説明したが、これに限らない。
【００３３】
別の形態として、冷却フィン２５が設けられず、磁気作業物質２４だけで吸発熱体２１が構成されてもよい。
【００３４】
このような形態では、状態Ａにおいて、磁気作業物質２４の一部が排熱部１４に突出するともに、磁気作業物質２４の他の部分は、バイパス部１３における隔離板２６よりも第２流路１２の側に収容される。隔離板２６よりも第２流路１２の側においては、熱交換効率が低いため第２流路１２側の冷媒への加熱が抑制される。
【００３５】
状態Ｂにおいて、磁気作業物質２４の一部が吸熱部１５に突出するともに、磁気作業物質２４の他の部分は、バイパス部１３における隔離板２６よりも第１流路１１の側に収容される。隔離板２６よりも第１流路１１の側においては、熱交換効率が低いため第１流路１１側の冷媒からの吸熱が抑制される。
【００３６】
このように、状態Ａにおいては第１流路１１の排熱部１４において排熱がなされ、状態Ｂにおいては第２流路１２の吸熱部１５において吸熱がなされるので、状態Ａと状態Ｂとが繰り返されることで吸熱器２による冷却を行うことができる。
【００３７】
さらに別の形態として、本実施形態とは逆に、すなわち、冷却フィン２５が第１流路１１側に設けられ、磁気作業物質２４が第２流路１２側に設けられてもよい。なお、磁気発生手段２２は、バイパス部１３の近傍に設けられ、状態Ａにおいて磁気作業物質２４との距離が短くなり、状態Ｂにおいて磁気作業物質２４との距離が長くなる。
【００３８】
状態Ａにおいては、バイパス部１３に収容された磁気作業物質２４の発熱は、第１流路１１側に突出する冷却フィン２５を介して、第１流路１１の排熱部１４において排熱される。状態Ｂにおいては、バイパス部１３に収容された磁気作業物質２４の吸熱は、第２流路１２側に突出する磁気作業物質２４の一部によって、第２流路１２の排熱部１４の冷媒が冷却される。このような状態Ａと状態Ｂとが繰り返されることで吸熱器２による冷却を行うことができる。
【００３９】
また、本実施形態では、第１流路１１と第２流路１２とで環状となる流路を構成したが、これに限らない。第１流路１１と第２流路１２とを異なる冷媒（例えば、水と油）とが流れるように構成して、第１流路１１と第２流路１２との間にバイパス部１３を設け、隔離板２６により隔離してもよい。
【００４０】
第１実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００４１】
第１実施形態の磁気冷凍機１００によれば、熱交換器２０が有する隔離板２６によって、バイパス部１３を第１流路１１側と第２流路１２側とに隔離しながら、熱交換器２０をバイパス部１３内にて移動させることができる。
【００４２】
バイパス部１３においては、バイパス部１３を隔離する隔離板２６が存在するため、第１流路１１と第２流路１２との間において冷媒がバイパス部１３を介して通過しないので、バイパス部１３に対して第１流路１１と第２流路１２から冷媒が流入しにくい。したがって、バイパス部１３内においては冷媒の流速が遅く、吸発熱体２１と冷媒との熱交換効率は低い。
【００４３】
これに対して、排熱部１４及び吸熱部１５は、冷媒が循環する循環流路の一部であるため、冷媒の流速が速くで、吸発熱体２１と冷媒との熱交換比率は高い。
【００４４】
このように、隔離板２６によって第１流路１１と第２流路１２との間での冷媒の混合が抑制されるとともに、冷媒との熱交換比率が高い部分（バイパス部１３）と低い部分（排熱部１４、吸熱部１５）が設けられる。
【００４５】
このような構成となることにより、第１流路１１側の冷媒と、第２流路１２側の冷媒との混合が隔離板２６により抑制された状態で、吸発熱体２１が排熱部１４に突出する状態Ａにおける第１流路１１への排熱と、吸発熱体２１が吸熱部１５に突出する状態Ｂにおける第２流路１２からの吸熱とを交互に行うことができる。そのため、第２流路１２から第１流路１１への吸発熱体２１による熱移動が行われる際に、磁気熱量効果の仕事によって作り出された高温の冷媒と低温の冷媒とが混合しないので、両者の温度差が小さくなるような混合損失を抑制することができる。
【００４６】
第１実施形態の磁気冷凍機１００によれば、励磁により吸発熱体２１が発熱する場合には、吸発熱体２１は、第１流路１１の側の端部（磁気作業物質２４）は排熱部１４に突出するとともに、第２流路１２の側の端部（冷却フィン２５）はバイパス部１３内に収容される。第１流路１１の側において、吸発熱体２１の端部（磁気作業物質２４）が排熱部１４に突出するため、熱交換器２０と接触する冷媒の流速が速く、熱交換器２０と接触する冷媒の流量が多くなるので熱交換効率が高くなり、吸発熱体２１の発熱が冷媒へと排出される。一方で、第２流路１２の側において、吸発熱体２１の端部（冷却フィン２５）が吸熱部１５に突出するため、バイパス部１３内の流速が遅く、吸発熱体２１と接触する冷媒の流量が小さくなるので熱交換効率が低くなり、第２流路１２の冷媒に熱が排出されることが抑制される。
【００４７】
一方、消磁により熱交換器２０が吸熱する場合には、吸発熱体２１は、第１流路１１の側の端部（磁気作業物質２４）はバイパス部１３内に収容され、第２流路１２の側の端部（冷却フィン２５）は吸熱部１５に突出する。第２流路１２の側においては、吸発熱体２１の端部（冷却フィン２５）が熱交換効率の高い吸熱部１５に突出するため、第２流路１２の冷媒が吸熱される。一方で、第１流路１１の側においては、吸発熱体２１の端部（磁気作業物質２４）が熱交換効率の低い排熱部１４に突出するため、第１流路１１の冷媒の吸熱が抑制される。
【００４８】
このように構成されることで、第１流路１１側の冷媒と、第２流路１２側の冷媒との混合が隔離板２６により抑制された状態で、第２流路１２から第１流路１１への吸発熱体２１による熱移動を実現することができる。これにより、第１流路１１の冷媒と第２流路１２の冷媒とが混合することによる混合損失を抑制できる。
【００４９】
第１実施形態の磁気冷凍機１００によれば、磁気作業物質２４及び冷却フィン２５は、第１流路１１又は第２流路１２の側に設けられる端面２４Ａ、２５Ａと、端面２４Ａ、２５Ａと隔離板２６とを接続する管部２４Ｂ、２５Ｂとにより構成される多結管構造である。管部２４Ｂ、２５Ｂのそれぞれにおいては、複数の管部２４Ｂ、２５Ｂの間に冷媒が通過するための通路が形成されている。
【００５０】
このように構成されることにより、バイパス部１３内に収容された状態では、磁気作業物質２４及び冷却フィン２５内での冷媒の通過が抑制されるので、バイパス部１３内における排熱や吸熱を抑制することができる。また、第１流路１１及び第２流路１２に突出される状態では、磁気作業物質２４及び冷却フィン２５において、通過する冷媒との間の表面積が大きくなるので、熱交換効率が大きくなり、第１流路１１及び第２流路１２における排熱や吸熱を促進することができる。
【００５１】
第１実施形態の磁気冷凍機１００によれば、吸発熱体２１は、第１流路１１の側に設けられ、磁性体からなる磁気作業物質２４と、第２流路１２の側に設けられ、磁気作業物質２４と隔離板２６を介して接続される金属製の冷却フィン２５と、を備える。
【００５２】
励磁により磁気作業物質２４が発熱する状態Ａでは、磁気作業物質２４は、第１流路１１の側では排熱部１４に突出して排熱することで冷媒が加熱される。第２流路１２の側では冷却フィン２５はバイパス部１３に収容されるので冷媒の加熱は抑制される。消磁により磁気作業物質２４が吸熱する状態Ｂでは、第２流路１２の側では、磁気作業物質２４と隔離板２６を介して接続された冷却フィン２５が吸熱部１５に突出するので、冷媒が冷却される。第１流路１１の側では、磁気作業物質２４はバイパス部１３に収容されるので、冷媒の冷却は抑制される。
【００５３】
このように構成されることで、バイパス部１３に、磁気作業物質２４又は冷却フィン２５のいずれかが収容される状態Ａと状態Ｂとが交互に行われる。そのため、第１流路１１側の冷媒と、第２流路１２側の冷媒との混合が隔離板２６により抑制された状態で、第２流路１２から第１流路１１への熱輸送を行うことができ、混合損失を抑制できる。
【００５４】
第１実施形態の磁気冷凍機１００によれば、移動手段２３は、円板状の回転部２３Ｂと、回転部２３Ｂの端面における側面の近傍と隔離板２６とを接続する棒部２３Ａと、を備える。そして、回転部２３Ｂの回転運動に伴って動作する棒部２３Ａによって、隔離板２６がバイパス部１３において移動される。このように構成されることにより、隔離板２６は第１流路１１の側に移動する状態Ａと、第２流路１２の側に移動する状態Ｂとを連続的に遷移させることにより、第１流路１１及び第２流路１２における排熱や吸熱を経て、吸熱器２よる冷却を行うことができる。
【００５５】
（第２実施形態）
第１実施形態では、第１流路１１と第２流路１２とを接続するバイパス部１３の内部において、隔離板２６がバイパス部１３の内周面に対して摺動する例について説明した。本実施形態においては、バイパス部４１の壁面が蛇腹構造である例について説明する。なお、本実施形態においては、２つのバイパス部４１に２つの熱交換器２０が設けられているものとする。
【００５６】
図６は、第２実施形態の磁気冷凍機１００の熱交換器２０が設けられる部分の断面図である。なお、この磁気冷凍機１００においては、２つの熱交換器２０Ａ、２０Ｂが設けられている。第１流路１１においては、図右から左に向かって、熱交換器２０Ｂ、２０Ａの順で高温の冷媒が流れる。第２流路１２においては、図左から右に向かって、熱交換器２０Ａ、２０Ｂの順で低温の冷媒が流れる。なお、熱交換器２０Ａ、２０Ｂの構造は同じであるため、以下では、図左の熱交換器２０Ａについて各構成に符号を付して構造を説明する。
【００５７】
バイパス部４１は、壁面が蛇腹構造に形成され、軸方向（バイパス部４１の流路方向）に伸縮可能に構成されている。このバイパス部４１には、その中央部に隔離板２６が固定されている。隔離板２６によってバイパス部４１の内部の空間は、第１流路１１（排熱部１４）側と、第２流路１２（吸熱部１５）側とに隔離される。また、隔離板２６が排熱部１４又は吸熱部１５の側に移動すると、バイパス部４１の蛇腹構造が折り畳まれる。このような構造となることで、第１実施形態のように隔離板２６をバイパス部４１の内部にて摺動させる構成を用いる必要がなくなり構成を簡略化できる。なお、隔離板２６の外縁部はバイパス部４１の外側に突出するとともに、隔離板２６の外縁部と第１流路１１の壁面との間には弾性体４２が設けられており、隔離板２６が第１流路１１に近接すると反発力が発生する。
【００５８】
また、磁気冷凍機１００には、電磁装置４３が設けられている。電磁装置４３は、第１実施形態における磁気発生手段２２と、移動手段２３との機能を備える。電磁装置４３は、対向して対をなす電磁コイル４４と、それらの電磁コイル４４の間に設けられる鉄心４５とにより構成される。電磁コイル４４へ通電してＯＮ状態とすると、鉄心４５において磁場が発生する。
【００５９】
本実施形態においては、隣接する２つの熱交換器２０Ａ、２０Ｂに対して、電磁装置４３のスイッチのＯＮとＯＦＦとの切り替えが交互に行われる。すなわち、電磁装置４３の操作は、熱交換器２０ＡにおけるＯＮと熱交換器２０ＢにおけるＯＦＦとが同時に行われ、また、熱交換器２０ＡにおけるＯＦＦと熱交換器２０ＢにおけるＯＮとが同時に行われる。図６においては、熱交換器２０ＡにおいてＯＮとなり、熱交換器２０ＢにおいてＯＦＦとされている。
【００６０】
図中の熱交換器２０Ａのように、電磁コイル４４に通電してＯＮ状態とすると、鉄心４５に磁力が発生して、磁気作業物質２４は鉄心４５に引き寄せられる。これにより、磁気作業物質２４は、排熱部１４に突出するとともに励磁される。この時、冷却フィン２５は、吸熱部１５に突出せずにバイパス４１内に位置している。
【００６１】
一方で、熱交換器２０Ｂのように、電磁コイル４４への通電を停止してＯＦＦ状態とすると、隔離板２６と第１流路１１との間で圧縮されていた弾性体４２の反力によって、磁気作業物質２４は、蛇腹構造のバイパス部４１に収容されて、消磁される。この時、冷却フィン２５は、吸熱部１５に突出する。
【００６２】
このように構成しても、状態Ａにおける第１流路１１（排熱部１４）における排熱と、状態Ｂにおける第２流路１２（吸熱部１５）における吸熱とが交互に行われるので、磁気冷凍機１００を構成できる。また、バイパス部４１を蛇腹構造とするとともに、電磁装置４３ではなく第１実施形態のように移動手段２３を設けてもよい。このように構成しても、摺動部における冷媒の漏洩を抑制できる。
【００６３】
第２実施形態の磁気冷凍機１００によれば、以下の効果を得ることができる。
【００６４】
第２実施形態の磁気冷凍機１００によれば、電磁コイル４４に通電すると、磁気作業物質２４が磁気の吸引力によって電磁装置４３に引きつけられ、磁気作業物質２４を排熱部１４に突出させて励磁させることができる。この状態では、弾性体４２が圧縮されている。そして、電磁コイル４４への通電を停止すると、圧縮された弾性体４２の反力によって磁気作業物質２４がバイパス部４１内に収容されて消磁する。このようにすることで、第１実施形態のようなアクチュエータを設けなくても隔離板２６の往復運動を実現することができる。
【００６５】
第２実施形態の磁気冷凍機１００によれば、バイパス部４１を蛇腹構造に構成することにより、第１実施形態のように隔離板２６をバイパス部４１内で摺動させる必要がなくなる。さらに、移動手段２３の棒部２３Ａとバイパス部４１との摺動やシーリングが不要になる。このようにバイパス部４１の構成を簡略化するとともに、摺動抵抗による損失を少なくすることができる。
【００６６】
第２実施形態の磁気冷凍機１００によれば、複数のバイパス部４１を設けるとともに、それぞれのバイパス部４１に熱交換器２０を設けることができる。このように構成することで、磁気冷凍機１００の全体において第２流路１２から第１流路１１への熱輸送能力を増加させることができる。
【００６７】
（第３実施形態）
第２実施形態においては、第１流路１１及び第２流路１２に沿って、２つのバイパス部４１のそれぞれに熱交換器２０が設けられる例について説明した。本実施形態においては、４つのバイパス部４１が設けられ、それらに熱交換器２０が設けられる例について説明する。
【００６８】
図７は第３実施形態の磁気冷凍機１００の熱交換器２０部分の断面図である。この磁気冷凍機１００には、４つのバイパス部４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄが設けられ、それぞれのバイパス部４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄに熱交換器２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄが設けられている。なお、熱交換器２０Ａ〜２０Ｄの構造は第２実施形態に示されたた熱交換器２０Ａ、２０Ｂと同じである。
【００６９】
第２実施形態と同様に、熱交換器２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄは、隣り合う熱交換器２０の通電タイミングが逆になるように制御される。すなわち、熱交換器２０Ａ、２０ＣがＯＮの場合には、熱交換器２０Ｂ、２０ＤがＯＦＦとなり、熱交換器２０Ａ、２０ＣがＯＦＦの場合には、熱交換器２０Ｂ、２０ＤがＯＮとなるように制御される。また、第１流路１１における冷媒の流れ方向（図右から左）と、第２流路１２における冷媒の流れ方向（図左から右）とが、逆向きになるように配置されている。
【００７０】
図８は、熱交換器２０Ａ、２０Ｃのそれぞれの近傍における、第１流路１１、第２流路１２の温度を示す図である。第１流路１１と第２流路１２とでは冷媒の流れ方向が逆になる。そのため、高温の冷媒が流れる第１流路１１においては、流れ方向に沿って、熱交換器２０Ｄ、２０Ｃ、２０Ｂ、２０Ａの順に温度が高くなる。低温の冷媒が流れる第２流路１２においては、流れ方向に沿って、熱交換器２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄの順に温度が低くなる。そのため、熱交換器２０Ａ、２０Ｃにおける、第１流路１１側と第２流路１２側との温度差ΔＴは略一定となる。
【００７１】
そこで、磁気作業物質２４において発熱／吸熱反応が起こるキュリー温度を、熱交換器２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄの順に低くなるように磁気作業物質２４の材料を選択する。これにより、第１流路１１又は第２流路１２において冷媒の温度の上昇又は下降が行われやすくなるので、磁気熱量効果を大きくして熱移動量を大きくすることができる。
【００７２】
第３実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００７３】
第３実施形態の磁気冷凍機１００によれば、第１流路１１と第２流路１２とにおける冷媒の流路は、複数の熱交換器２０Ａ〜２０Ｄの順に対して、それぞれが、逆方向と順方向となる。高温の冷媒が流れ熱交換器２０Ａ〜２０Ｄの排熱が行われる第１流路１１においては、冷媒の流れ方向と同じ熱交換器２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄの順に、温度が高くなる。一方、低温の冷媒が流れ熱交換器２０Ａ〜２０Ｄの吸熱が行われる第２流路１２においては、冷媒の流れ方向と同じ熱交換器２０Ｄ、２０Ｃ、２０Ｂ、２０Ａの順に、温度が低くなる。このように構成されることで、図８に示されるように、それぞれの熱交換器２０Ａ〜２０Ｄにおける第１流路１１と第２流路１２との間の温度差ΔＴを一定にすることができる。そのため、磁気熱量効果を大きくして熱移動量を大きくすることで熱輸送を効率よくすることができる。
【００７４】
第３実施形態の磁気冷凍機１００によれば、熱交換器２０Ａ〜２０Ｄに用いられる磁気作業物質２４は、磁気に応じてエントロピーが変化して吸熱又は発熱する温度であるキュリー温度が、第１流路１１の流れ方向に沿って高くなるように選択される。そのため、複数の熱交換器２０を配置する場合に、予想される冷媒の温度に応じたキュリー温度となるような磁気体を磁気作業物質２４に用いることで、第１流路１１又は第２流路１２において冷媒の温度の上昇又は下降が行われやすくなるので、熱交換効率の向上を図ることができる。
【００７５】
第３実施形態の磁気冷凍機１００によれば、隣接する熱交換器２０Ａ〜２０Ｄのうち、一方の熱交換器２０Ｂ、２０ＤがＯＦＦ状態となり消磁される場合に、他方の熱交換器２０Ａ、２０ＣはＯＮ状態となって励磁される。また、熱交換器２０Ｂ、２０ＤがＯＮ状態となり励磁される場合に、熱交換器２０Ａ、２０ＣはＯＦＦ状態となって消磁される。
【００７６】
このように構成されることで、熱交換器２０Ａ〜２０Ｄのうち、隔離板２６が排熱部１４の側に移動している数（２）と、吸熱部１５の側に移動している数（２）が等しくなる。そのため、磁気作業物質２４が第１流路１１に突出する、又は、冷却フィン２５が第２流路１２に突出することで発生する、第１流路１１及び第２流路１２における冷媒の圧力差が小さくなる。そのため、隔離板２６の往復運動時の冷媒の流体抵抗と冷媒の圧力変動を少なくできるので、磁気冷凍機１００の冷却効率の低下を抑制できる。
【００７７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【符号の説明】
【００７８】
１      ポンプ
２      吸熱器
３      排熱器
１１    第１流路
１２    第２流路
１３、４１、４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄ  バイパス部
１４    排熱部
１５    吸熱部
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ  熱交換器
２１    吸発熱体
２２    磁気発生手段
２３    移動手段
２４    磁気作業物質
２５    冷却フィン
２６    隔離板
２７    カバー
４１    バイパス部
１００  磁気冷凍機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2020034263.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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