(57)【要約】【課題】熱交換効率の向上を図りつつ、磁気熱量効果材料の吸発熱量の低下を抑制することが可能な熱交換器を提供する。【解決手段】一対の磁石４１，４２を備えた磁気ヒートポンプ装置１に用いられる熱交換器１０は、磁気熱量効果材料１１を収容した円筒状のケース１２と、ケース１２の外周面に接するように装着された強磁性体２０，３０と、を備え、強磁性体２０，３０は、一方の磁石４１の表面に沿うように延在する第１の対向面２２と、他方の磁石４２の表面に沿うように延在する第２の対向面３２と、を有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の磁石を備えた磁気ヒートポンプ装置に用いられる熱交換器であって、
磁気熱量効果材料を収容した円筒状のケースと、
前記ケースの外周面に接するように装着された強磁性体と、を備え、
前記強磁性体は、
一方の前記磁石の表面に沿うように延在する第１の対向面と、
他方の前記磁石の表面に沿うように延在する第２の対向面と、を有する熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器であって、
前記強磁性体は、前記ケースを中心として前記第１の対向面側と前記第２の対向面側とに離間するように分割されている熱交換器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の熱交換器であって、
一方の前記磁石から他方の前記磁石に向かって透視した場合に、前記強磁性体の端面は、前記磁気熱量効果材料と重なっている熱交換器。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換器であって、
前記強磁性体は、前記ケースを中心として、前記第１の対向面側の２つの部分と前記第２の対向面側の２つの部分とからなる４つの部分に分割されている熱交換器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の前記熱交換器と、
一対の前記磁石を含み、前記磁気熱量効果材料に磁場を印加すると共に前記磁場の大きさを変更する磁場印加装置と、を備えており、
前記熱交換器は、少なくとも前記磁気熱量効果材料に磁場が印加される際に、一対の前記磁石の間に介在する磁気ヒートポンプ装置。
【請求項６】
請求項５に記載の磁気ヒートポンプ装置であって、
前記磁気ヒートポンプ装置は、
配管を介して前記熱交換器にそれぞれ接続された第１及び第２の外部熱交換器と、
前記磁場印加装置により前記磁気熱量効果材料に印加される磁場の大きさの変更に伴って、前記熱交換器から前記第１の外部熱交換器又は前記第２の外部熱交換器に流体を供給する流体供給装置と、を備えた磁気ヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気熱量効果を利用した磁気ヒートポンプ装置に用いられる熱交換器、及び、その熱交換器を備えた磁気ヒートポンプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気ヒートポンプ装置に用いられる熱交換器として、磁気熱量効果材料を円筒状のケースに収容したものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１６／２０４２９４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の熱交換器では、ケースの形状を円筒状として、当該ケース内での流体の流速分布を均一化することで、熱交換効率の向上が図られている。
【０００５】
一方、磁気ヒートポンプ装置では、一対の磁石の間で熱交換器を相対的に往復移動させることで、磁気熱量効果材料に対して磁場の印加／除去が繰り返される。この際、上記の熱交換器のようにケースが円筒状であると、磁石とケースとの間に比較的広い空間が形成され、当該空間によって磁束密度が低下し、磁気熱量効果材料の吸発熱量が低下してしまう、という問題がある。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、熱交換効率の向上を図りつつ、磁気熱量効果材料の吸発熱量の低下を抑制することが可能な熱交換器、及び、それを備えた磁気ヒートポンプ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
［１］本発明に係る熱交換器は、一対の磁石を備えた磁気ヒートポンプ装置に用いられる熱交換器であって、磁気熱量効果材料を収容した円筒状のケースと、前記ケースの外周面に接するように装着された強磁性体と、を備え、前記強磁性体は、一方の前記磁石の表面に沿うように延在する第１の対向面と、他方の前記磁石の表面に沿うように延在する第２の対向面と、を有する熱交換器である。
【０００８】
［２］上記発明において、前記強磁性体は、前記ケースを中心として前記第１の対向面側と前記第２の対向面側とに離間するように分割されていてもよい。
【０００９】
［３］上記発明において、一方の前記磁石から他方の前記磁石に向かって透視した場合に、前記強磁性体の端面は、前記磁気熱量効果材料と重なっていてもよい。
【００１０】
［４］上記発明において、前記強磁性体は、前記ケースを中心として、前記第１の対向面側の２つの部分と前記第２の対向面側の２つの部分とからなる４つの部分に分割されていてもよい。
【００１１】
［５］本発明に係る磁気ヒートポンプ装置は、上記の前記熱交換器と、一対の前記磁石を含み、前記磁気熱量効果材料に磁場を印加すると共に前記磁場の大きさを変更する磁場印加装置と、を備えており、前記熱交換器は、少なくとも前記磁気熱量効果材料に磁場が印加される際に、一対の前記磁石の間に介在する磁気ヒートポンプ装置である。
【００１２】
［６］上記発明において、前記磁気ヒートポンプ装置は、配管を介して前記熱交換器にそれぞれ接続された第１及び第２の外部熱交換器と、前記磁場印加装置により前記磁気熱量効果材料に印加される磁場の大きさの変更に伴って、前記熱交換器から前記第１の外部熱交換器又は前記第２の外部熱交換器に流体を供給する流体供給装置と、を備えてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、円筒状の容器と一対の磁石との間に形成された空間に強磁性体が存在しているので、熱交換効率の向上を図りつつ、磁気熱量効果材料の吸発熱量の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の実施形態における磁気ヒートポンプ装置の全体構成を示す図であり、磁石が第１の位置にある状態を示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態における磁気ヒートポンプ装置の全体構成を示す図であり、磁石が第２の位置にある状態を示す図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態におけるＭＣＭ熱交換器を示す分解斜視図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態におけるＭＣＭ熱交換器を示す図であり、図２のIV-IV線に沿った断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態におけるＭＣＭ熱交換の第１変形例を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態におけるＭＣＭ熱交換器の第２変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１及び図２は本実施形態における磁気ヒートポンプ装置の全体構成を示す図、図３及び図４は本実施形態におけるＭＣＭ熱交換器を示す分解斜視図及び断面図である。
【００１７】
本実施形態における磁気ヒートポンプ装置１は、磁気熱量効果（Magnetocaloric effect）を利用したヒートポンプ装置である。この磁気ヒートポンプ装置１は、図１及び図２に示すように、ＭＣＭ熱交換器１０と、磁場印加装置４０と、高温側熱交換器５１と、低温側熱交換器５２と、ポンプ装置６０と、配管９１〜９４と、を備えている。
【００１８】
本実施形態におけるＭＣＭ熱交換器１０が本発明における熱交換器の一例に相当し、本実施形態における磁場印加装置４０が本発明における磁場印加装置の一例に相当し、本実施形態における磁気ヒートポンプ装置１が本発明における磁気ヒートポンプ装置の一例に相当する。また、本実施形態における高温側熱交換器５１及び低温側熱交換器５２が本発明における外部熱交換器の一例に相当し、本実施形態におけるポンプ装置６０が本発明における流体供給装置の一例に相当する。
【００１９】
ＭＣＭ熱交換器１０は、図３及び図４に示すように、磁気熱量効果を有する磁気熱量効果材料１１（ＭＣＭ：Magnetocaloric Effect Material）と、当該ＭＣＭ１１を収容するケース１２（容器）と、ケース１２の外周面に装着された２つの強磁性体２０，３０と、を備えている。
【００２０】
ＭＣＭ１１に磁場を印加すると、電子スピンが揃うことで磁場エントロピーが減少し、当該ＭＣＭ１１は温度が上昇して発熱する。一方、ＭＣＭ１１から磁場を除去すると、電子スピンが乱雑となり磁気エントロピーが増加し、当該ＭＣＭ１１は温度が低下して吸熱する。
【００２１】
このＭＣＭ１１は、磁性体であれば特に限定されないが、例えば、１０℃〜３０℃程度の常温域にキュリー温度（キュリー点）を有し、常温域で高い磁気熱量効果を発揮する磁性体であることが好ましい。こうしたＭＣＭの具体例としては、例えば、ガドリニウム（Ｇｄ）、ガドリニウム合金、ランタン−鉄−シリコン（Ｌａ−Ｆｅ−Ｓｉ）系化合物等を例示することができる。
【００２２】
上記のＭＣＭ１１の形状は、特に限定されないが、例えば、線状、メッシュ状、粒状、板状等を例示することができる。複数の線材を相互に撚り合わせて構成した集合体をケースに収容してもよい。或いは、数本の線材を撚り合わせることで個々の撚線を構成し、当該複数の撚線を相互に束ねることで集合体を構成してもよい。
【００２３】
ケース１２は、図３及び図４に示すように、円筒状の形状を有しており、上述のＭＣＭ１１は、このケース１２の内部に充填されている。ケース１２は、例えば、ＡＢＳ樹脂等の樹脂材料から構成されており、すなわち、このケース１２は非磁性体である。ケース１２の一方の端部には接続部材１２１が取り付けられており、この接続部材１２１の接続口１２１ａには、第１の配管９１が接続されている（図１及び図２参照）。同様に、ケース１２の他方の端部も接続部材１２２が取り付けられており、この接続部材１２２の接続口１２２ａには、第２の配管９２が接続されている（図１及び図２参照）。
【００２４】
第１及び第２の強磁性体２０，３０は、ケース１２の外周面に装着されており、磁場印加装置４０によってＭＣＭ１１に対して磁場を印加する際に、磁場印加装置４０の磁石４１，４２とケース１２の間に介在する。ケース１２の外周面に装着された第１及び第２の強磁性体２０，３０は、互いが離間している。本実施形態における第１及び第２の強磁性体２０，３０が、本発明における強磁性体の一例に相当し、本実施形態にける第１及び第２の磁石４１，４２が、本発明における一対の磁石の一例に相当する。
【００２５】
第１の強磁性体２０は、第１の内側面２１と、第１の対向面２２と、一対の第１の端面２３と、有しており、全体として略Ｕ字状の断面形状を有している。
【００２６】
第１の内側面２１は、第１の強磁性体２０の下面を構成している。この第１の内側面２１は、ケース１２の上半分の外周面に対応した半円状の断面を有する曲面であり、ケース１２の外周面に接している。第１の強磁性体２０は、接着剤等を用いて、この第１の内側面２１でケース１２に貼り付けられ、ケース１２の外周面に接している。
【００２７】
第１の対向面２２は、第１の強磁性体２０の上面を構成している。この第１の対向面２２は、磁場印加装置４０によってＭＣＭ１１に対して磁場を印加する際に、第１の磁石４１と対向する外側面である。この第１の対向面２２は、第１の磁石４１の主面４１１と実質的に平行に延在する平坦な平面であり、当該第１の磁石４１の主面４１１に沿うように延在している。第１の強磁性体２０は、第１の対向面２２が第１の磁石４１と間隔を空けて延在するように、ケース１２と第１の磁石４１との間に介在している。
【００２８】
第１の端面２３は、第１の強磁性体２０の側面を構成している。この第１の端面２３の下端は、第１の内側面２１に接続されており、この第１の端面２３の上端は、第１の対向面２２に接続されている。本実施形態では、第１の磁石４１から第２の磁石４２に向かって透視した場合（図４中においてＺ方向に沿って見た場合）に、この第１の端面２３の位置が、ケース１２と重なっており、ＭＣＭ１１とは重なっていない。
【００２９】
第２の強磁性体３０も、第２の内側面３１と、第２の対向面３２と、第２の端面３３と、を有しており、全体として略Ｕ字状の断面形状を有している。
【００３０】
第２の内側面３１は、第２の強磁性体３０の上面を構成している。この第２の内側面３１は、ケース１２の下半分の外周面に対応した半円状の断面を有する曲面であり、ケース１２の外周面に接している。第２の強磁性体３０は、接着剤等を用いて、この第２の内側面３１でケース１２に貼り付けられ、ケース１２の外周面に接している。
【００３１】
第２の対向面３２は、第２の強磁性体３０の下面を構成している。この第２の対向面３２は、磁場印加装置４０によってＭＣＭ１１に対して磁場を印加する際に、第２の磁石４２と対向する外側面である。この第２の対向面３２は、第２の磁石４２の主面４２１と実質的に平行に延在する平坦な平面であり、当該第２の磁石４２の主面４２１に沿うように延在している。第２の強磁性体３０は、第２の対向面３２が第２の磁石４４と間隔を空けて延在するように、ケース１２と第２の磁石４２との間に介在している。
【００３２】
第２の端面３３は、第２の強磁性体３０の側面を構成している。この第２の端面３３の上端は、第２の内側面３１に接続されており、この第２の端面３３の下端は、第２の対向面３２に接続されている。本実施形態では、第１の磁石４１から第２の磁石４２に向かって透視した場合（図４中においてＺ方向に沿って見た場合）に、この第２の端面３３の位置が、ケース１２と重なっており、ＭＣＭ１１とは重なっていない。
【００３３】
第１及び第２の強磁性体２０，３０は、Ｆｅを主成分とするＦｅ系の強磁性材料から構成されている。なお、第１及び第２の強磁性体２０，３０を構成する強磁性材料は、例えば、Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｎ合金等の、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＮｉの中から選ばれる一種以上を主成分として含む金属材料で構成してもよい。この際、第１及び第２の強磁性体２０，３０を構成する強磁性材料は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等を主成分として含む金属類であれば、強磁性材料としての特性を阻害しない範囲内で、他の副成分（他の金属、炭素、窒素等）が含まれていてもよい。
【００３４】
図５は本実施形態におけるＭＣＭ熱交換器の第１変形例を示す断面図、図６は本実施形態におけるＭＣＭ熱交換器の第２変形例を示す断面図である。
【００３５】
なお、図５に示すように、第１の強磁性体のＺ方向の厚みを小さくして、第１の強磁性体を２つの部分２０ａ，２０ｂに分割すると共に、第２の強磁性体のＺ方向の厚みを小さくして、第２の強磁性体を２つの部分３０ａ，３０ｂに分割してもよい。すなわち、ケース１２を囲む強磁性体を、当該ケース１２を中心として四分割した４つの部分２０ａ，２０ｂ，３０ａ，３０ｂから構成してもよい。これにより、距離Ｄ１（図４参照）だけＭＣＭ１１を第１の磁石４１，４２の近くに配置することができる。
【００３６】
この図５に示す例では、一方の第１の強磁性体２０ａの第１の内側面２１ａは、ケース１２の上左半分の外周面に対応した曲面であり、当該第１の強磁性体２０ａの第１の対向面２２ａは、第１の磁石４１の主面４１１の左半分と対向する平面である。これに対し、他方の第２の強磁性体２０ｂの第１の内側面２１ｂは、ケース１２の上右半分の外周面に対応した曲面であり、当該第１の強磁性体２０ｂの第１の対向面２２ｂは、第１の磁石４１の主面４１１の右半分と対向する平面である。
【００３７】
同様に、一方の第２の強磁性体３０ａの第２の内側面３１ａは、ケース１２の下左半分の外周面に対応した曲面であり、当該第２の強磁性体３０ａの第２の対向面３２ａは、第２の磁石４２の主面４２１の左半分と対向する平面である。これに対し、他方の第２の強磁性体３０ｂの第２の内側面３１ｂは、ケース１２の下右半分の外周面に対応した曲面であり、当該第２の強磁性体３０ｂの第２の対向面３２ｂは、第２の磁石４２の主面４２１の右半分と対向する平面である。
【００３８】
さらに、図６に示すように、第１の強磁性体のＺ方向の厚みを小さくして２つの部分２０ａ，２０ｂに分割すると共に、第２の強磁性体のＺ方向の厚みを小さくして２つの部分３０ａ，３０ｂに分割することに加えて、第１及び第２の強磁性体２０ａ，２０ｂ，３０ａ，３０ｂを次のように構成してもよい。
【００３９】
すなわち、第１の磁石４１から第２の磁石４２に向かって透視した場合（図６中においてＺ方向に沿って見た場合）に、第１の強磁性体２０ａの端面２３ａと第２の強磁性体３０ａの端面３３ａとが、ＭＣＭ１１の一方の端部１１１と重なっていてもよい。同様に、第１の強磁性体２０ｂの端面２３ｂと第２の強磁性体３０ｂの端面３３ｂとが、ＭＣＭ１１の他方の端部１１２と重なってもよい。
【００４０】
換言すれば、図６においてＺ方向に延在する仮想直線ＶＬ１上に、強磁性体２０ａ，３０ａの端面２３ａ，３３ａと、ＭＣＭ１１の一方の端部１１１とが位置してもよい。同様に、５においてＺ方向に延在する仮想直線ＶＬ２上に、強磁性体２０ｂ，３０ｂの端面２３ｂ，３３ｂと、ＭＣＭ１１の他方の端部１１２とが位置してもよい。
【００４１】
なお、特に図示しないが、第１の磁石４１から第２の磁石４２に向かって透視した場合に、強磁性体２０ａ，３０ａの端面２３ａ，３３ａが、ＭＣＭ１１において端部１１１よりも若干内側の部分と重なっていてもよい。同様に、強磁性体２０ｂ，３０ｂの端面２３ｂ，３３ｂが、ＭＣＭ１１において端部１１２よりも若干内側の部分と重なっていてもよい。
【００４２】
磁場印加装置４０は、図１及び図２に示すように、一対の磁石４１，４２と、磁石４１，４２を支持するヨーク４３と、ヨーク４３に固定された支持部材４４と、支持部材４４を介して磁石４１，４２を往復移動させるアクチュエータ４５と、を備えている。
【００４３】
図４に示すように、一対の磁石４１，４２は、略板状の永久磁石であり、ＸＹ平面方向に沿って延在する平坦な主面４１１，４２１をそれぞれ有している。ヨーク４３は、略コの字形状を有しており、一対の磁石４１，４２を相互に対向するように保持している。このヨーク４３は、上述の第１及び第２の強磁性体２０，３０と同様の強磁性材料から構成されている。アクチュエータ４５は、磁石４１，４２をＹ方向に沿って往復移動させることが可能となっている。アクチュエータ４５の具体例としては、例えば、エアシリンダ等を例示することができる。
【００４４】
一対の磁石４１，４２は、アクチュエータ４５によって、ＭＣＭ熱交換器１０から離脱した（ＭＣＭ熱交換器１０を挟まない）「第１の位置」（図１に示す状態）と、ＭＣＭ熱交換器１０を挟む「第２の位置」（図２に示す状態）との間を往復移動することが可能となっている。
【００４５】
磁石４１，４２が「第１の位置」に移動すると、ＭＣＭ熱交換器１０のＭＣＭ１１が消磁されて当該ＭＣＭ１１が吸熱する。この「第１の位置」では、強磁性体２０，３０の対向面２２，３２は、磁石４１，４２の主面４１１，４２１に対向していない。これに対し、磁石４１，４２が「第２の位置」に移動すると、ＭＣＭ熱交換器１０のＭＣＭ１１が励磁されて、当該ＭＣＭ１１が発熱する。この「第２の位置」では、強磁性体２０，３０の対向面２２，３２は、磁石４１，４２の主面４１１，４２１に対向している。
【００４６】
なお、一対の磁石４１，４２が、永久磁石に代えて、電磁石であってもよい。また、磁石４１，４２が電磁石である場合には、アクチュエータ４５を省略してもよい。さらに、磁石４１，４２が電磁石である場合には、ＭＣＭ１１に対する磁場の印加／除去に代えて、ＭＣＭ１１に印加した磁場の大きさを変更するようにしてもよい。因みに、磁石４１，４２が電磁石であり、磁場印加装置４０がアクチュエータ４５を備えていない場合には、強磁性体２０，３０は磁石４１，４２に常時対向している。
【００４７】
図１及び図２に示すように、高温側熱交換器５１の第１のポート５１１には、第１の配管９１の他端が接続されており、高温側熱交換器５１は、この第１の配管９１を介して、ＭＣＭ熱交換器１０に接続されている。一方、この高温側熱交換器５１の第２のポート５１２には、第３の配管９３の一端が接続されており、当該第３の配管９３の他端は、ポンプ装置６０が有する一方の往復ポンプ７１に接続されている。
【００４８】
低温側熱交換器５２の第１のポート５２１には、第２の配管９２の他端が接続されており、低温側熱交換器５２は、この第２の配管９２を介して、ＭＣＭ熱交換器１０に接続されている。一方、この低温側熱交換器５２の第２のポート５２２には、第４の配管９４の一端が接続されており、当該第４の配管９４の他端は、ポンプ装置６０が有する他方の往復ポンプ７２に接続されている。
【００４９】
例えば、本実施形態における磁気ヒートポンプ装置１を用いた空気調和装置を冷房として機能させる場合には、低温側熱交換器５２と室内の空気との間で熱交換を行うことで室内を冷やすと共に、高温側熱交換器５１と室外との間で熱交換を行うことで室外に放熱する。
【００５０】
これに対し、当該空気調和装置を暖房として機能させる場合には、高温側熱交換器５１と室内の空気との間で熱交換を行うことで室内を暖めると共に、低温側熱交換器５２と室外の空気との間で熱交換を行うことで室外から吸熱する。
【００５１】
以上に説明した熱交換器１０，５１，５２及び配管９１〜９４からなる配管系内において、ポンプ装置６０によって熱輸送液体ＣＬが圧送される。熱輸送液体ＣＬの具体例としては、例えば、水、不凍液、エタノール溶液、または、これらの混合物等の液体を例示することができる。本実施形態における熱輸送液体ＣＬが、本発明における液体の一例に相当する。
【００５２】
本実施形態におけるポンプ装置６０は、図１及び図２に示すように、一対の往復ポンプ７１，７２と、当該往復ポンプ７１，７２を駆動させるアクチュエータ８０と、を備えている。一方の往復ポンプ７１は、ＭＣＭ熱交換器１０から低温側熱交換器５２に向かって熱輸送液体ＣＬを圧送するのに対し、他方の往復ポンプ７２は、ＭＣＭ熱交換器１０から高温側熱交換器５１に向かって熱輸送液体ＣＬを圧送する。
【００５３】
一方の往復ポンプ７１は、筒状のシリンダ７１１と、当該シリンダ７１１内を往復移動することが可能なプランジャ７１２と、を備えており、シリンダ７１１の連結口７１１ａに第３の配管９３が接続されている。すなわち、この往復ポンプ７１は、第３の配管９３、高温側熱交換器５１、及び、第１の配管９１を介して、ＭＣＭ熱交換器１０に接続されている。
【００５４】
他方の往復ポンプ７２も、筒状のシリンダ７２１と、当該シリンダ７２１内を往復移動することが可能なプランジャ７２２と、を備えており、シリンダ７２１の連結口７２１ａに第４の配管９４が接続されている。すなわち、この往復ポンプ７２は、第４の配管９４、低温側熱交換器５２、及び、第２の配管９２を介して、ＭＣＭ熱交換器１０に接続されている。
【００５５】
図１及び図２に示すように、往復ポンプ７１，７２は、プランジャ７１２，７２２の後端部で連結部材８１によって連結されており、２つのプランジャ７１２，７２２が相互に反対の方向を向いている。連結部材８１は、アクチュエータ８０に接続されており、２つのプランジャ７１２，７２２は一つのアクチュエータ８０によって往復移動することが可能となっている。アクチュエータ８０の具体例としては、例えば、エアシリンダ等を例示することができる。
【００５６】
ポンプ装置６０のアクチュエータ８０の動作は、制御装置（不図示）の制御によって、上述の磁場印加装置４０のアクチュエータ４５の動作と同期している。具体的には、アクチュエータ８０の動作によって、図１に示す「第１の位置」では、一方の往復ポンプ７１のプランジャ７１２が前進すると共に、他方の往復ポンプ７２のプランジャ７２２が後退する。これに対し、図２に示す「第２の位置」では、一方の往復ポンプ７１のプランジャ７１２が後退すると共に、他方の往復ポンプ７２のプランジャ７２２が前進する。
【００５７】
次に、本実施形態における磁気ヒートポンプ装置１の動作について、図１及び図２を参照しながら説明する。
【００５８】
先ず、磁場印加装置４０のアクチュエータ４５を駆動させて、一対の磁石４１，４２を「第２の位置」から「第１の位置」に移動させる。これにより、ＭＣＭ熱交換器１０が磁石４１，４２と対向しない状態となるので、ＭＣＭ熱交換器１０内のＭＣＭ１１が消磁されて、当該ＭＣＭ１１の温度が低下する。
【００５９】
また、これと同時に、ポンプ装置６０のアクチュエータ８０を駆動させて、一方の往復ポンプ７１のプランジャ７１２をシリンダ７１１内で前進させると共に、他方の往復ポンプ７２のプランジャ７２２をシリンダ７２１内で後退させる。これにより、熱輸送液体ＣＬが高温側熱交換器５１から低温側熱交換器５２に向かって移動し、当該熱輸送液体ＣＬは、ＭＣＭ熱交換器１０を通過する際に、温度が低下したＭＣＭ１１によって冷却される。
【００６０】
次いで、図２に示すように、磁場印加装置４０のアクチュエータ４５により、一対の磁石４１，４２を「第１の位置」から「第２の位置」に移動させる。これにより、ＭＣＭ熱交換器１０が磁石４１，４２の間に挟まれて、ＭＣＭ１１が励磁されて、当該ＭＣＭ１１の温度が上昇する。
【００６１】
また、これと同時に、ポンプ装置４０のアクチュエータ８０により、一方の往復ポンプ７１のプランジャ７１２をシリンダ７１１内で後退させると共に、他方の往復ポンプ７２のプランジャ７２２をシリンダ７２１内で前進させる。これにより、熱輸送液体ＣＬが低温側熱交換器５２から高温側熱交換器５１に向かって移動し、当該熱輸送液体ＣＬは、ＭＣＭ熱交換器１０を通過する際に、温度が上昇したＭＣＭ１１によって加熱される。
【００６２】
そして、以上に説明した磁石４１，４２及びプランジャ７１２，７２２の「第１の位置」と「第２の位置」との間の往復移動を繰り返し、ＭＣＭ熱交換器１０内のＭＣＭ１１に対する磁場の印加／除去を繰り返すことにより、高温側熱交換器５１の加熱と、低温側熱交換器５２の冷却とが継続される。
【００６３】
以上のように、本実施形態では、ＭＣＭ熱交換器１０のケース１２が円筒形状を有しており、ケース１２内での熱輸送液体ＣＬの流速分布が均一化されるので、熱交換効率に優れている。因みに、ケースの断面形状が矩形状である場合には、角部で冷媒が流れ難くなるので、ケース内での熱輸送液体の流速分布が不均一となってしまう。
【００６４】
また、本実施形態では、円筒状のケース１２と磁石４１，４２との間に形成された空間に第１及び第２の強磁性体２０，３０が存在している。そして、この強磁性体２０，３０は、空気、ケース１２、及び、ＭＣＭ１１よりも高い透磁率を有している。このため、ケース１２の形状を変えることなく、磁石４１，４２とケース１２の間に形成される透磁率の低い空間を最小限にすることができ、ＭＣＭ１１における磁束密度を高めることができるので、磁気熱量効果材料の吸発熱量の低下を抑制することができる。
【００６５】
すなわち、本実施形態では、ＭＣＭ熱交換器１０のケース１２の形状を円筒形とすることで熱交換効率の向上を図りつつ、ケース１２と磁石４１，４２との間に強磁性体２０，３０を介在させることで、ＭＣＭ１１の吸発熱量の低下を抑制することができる。
【００６６】
また、図５に示す例では、強磁性体を４つの部分２０ａ，２０ｂ，３０ａ，３０ｂに分割することで、距離Ｄ１（図４参照）だけＭＣＭ１１を磁石４１，４２の近くに配置することができる。この磁石４１，４２は、強磁性体２０ａ，２０ｂ，３０ａ，３０ｂよりも高い透磁率を有している。このため、ＭＣＭ１１における磁束密度を一層高めることができる。
【００６７】
さらに、図６に示す例では、強磁性体２０ａ，３０ａの端面２３ａ，３３ａをＭＣＭ１１の端部１１１と重ならせると共に、強磁性体２０ｂ，３０ｂの端面２３ｂ，３３ｂをＭＣＭ１１の端部１１２と重ならせることで、ＭＣＭ１１を通過しない磁束を低減することができる。このため、ＭＣＭ１１における磁束密度をより一層高めることができる。
【００６８】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００６９】
例えば、上述の実施形態では、ケース１２を中心として強磁性体を２つ或いは４つに分割するように構成したが、強磁性体の構成は、特にこれに限定されない。例えば、分割されていない単一の強磁性体に貫通孔を形成し、当該貫通孔にケース１２を挿入するように構成してもよい。
【００７０】
また、上記の磁気ヒートポンプ装置１では、磁気印加装置４０のアクチュエータ４５によって磁石４１，４２をＭＣＭ熱交換器１０に対して往復移動させたが、ＭＣＭ熱交換器１０が磁石４１，４２に対して相対移動するのであれば、特にこれに限定されない。例えば、磁石４１，４２を移動させずに、アクチュエータによってＭＣＭ熱交換器１０を往復移動させてもよい。
【００７１】
また、上述した磁気ヒートポンプ装置の構成は一例であり、上述したＭＣＭ熱交換器１０を他の構成を有するＡＭＲ（Active Magnetic Refrigerataion）方式の磁気ヒートポンプ装置に適用してもよい。
【００７２】
さらに、上述の実施形態では、磁気ヒートポンプ装置を家庭用或いは自動車等の空気調和装置に適用した例について説明したが、特にこれに限定されない。例えば、用途に応じた適切なキュリー温度を有するＭＣＭを選定することで、冷凍機のような極低温域での用途、或いは、ある程度高温域での用途に、本発明に係る磁気ヒートポンプ装置を適用してもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１…磁気ヒートポンプ装置
１０…ＭＣＭ熱交換器
１１…磁気熱量効果材料
１１１，１１２…端部
１２…ケース
１２１，１２２…接続部材
１２１ａ，１２２ａ…接続口
２０，２０ａ，２０ｂ…第１の強磁性体
２１，２１ａ，２１ｂ…第１の内側面
２２，２２ａ，２２ｂ…第１の対向面
２３，２３ａ，２３ｂ…第１の端面
３０，３０ａ，３０ｂ…第２の強磁性体
３１，３１ａ，３１ｂ…第２の内側面
３２，３２ａ，３２ｂ…第２の対向面
３３，３３ａ，３３ｂ…第２の端面
４０…磁場印加装置
４１…第１の磁石
４１１…主面
４２…第２の磁石
４２１…主面
４３…ヨーク
４４…支持部材
４５…アクチュエータ
５１…高温側熱交換器
５１１，５１２…ポート
５２…低温側熱交換器
５２１，５２２…ポート
６０…ポンプ装置
７１，７２…往復ポンプ
７１１，７２１…シリンダ
７１１ａ，７２１ａ…連結口
７１２，７２２…プランジャ
８０……アクチュエータ
８１…連結部材
８２…支持部材
９１〜９４…第１〜第４の配管
ＣＬ…熱輸送液体
【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】
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【図６】
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