(57)【要約】【課題】短時間で定常運転温度に到達できる熱磁気サイクル装置を提供する。【解決手段】車両用空調装置１０は、熱磁気サイクル装置のひとつである磁気熱量効果型ヒートポンプ装置（ＭＨＰ装置）１１を備える。ＭＨＰ装置１１は、外部磁場の強弱により発熱と吸熱とを生じる磁気熱量素子（ＭＣＥ素子）１２を備える。制御装置１８は、ＭＣＥ素子１２が高い性能を発揮する高性能温度帯の外にＭＣＥ素子１２の温度がある初期状態においてＭＣＥ素子１２の温度が高性能温度帯に向けて接近するようにＭＣＥ素子１２の温度を調節する初期制御部１８ａを有する。これにより、ＭＨＰ装置１１の起動が促進される。初期制御部１８ａは、補助装置６１を活性化する場合がある。補助装置６１は、ＭＣＥ素子１２の一部または全部を加熱または冷却することにより起動を促進する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部磁場の強弱により発熱と吸熱とを生じる磁気熱量素子（１２）と、
前記磁気熱量素子に印加される前記外部磁場を変調する磁場変調装置（１３）と、
前記磁気熱量素子に高温端と低温端とを生成するように、前記磁気熱量素子と熱交換する熱輸送媒体を流す熱輸送装置（１４）と、
前記磁場変調装置と前記熱輸送装置とを制御する制御装置（１８）とを備え、
前記制御装置は、
前記磁気熱量素子が高い性能を発揮する高性能温度帯の外に前記磁気熱量素子の温度がある初期状態において前記磁気熱量素子の温度が前記高性能温度帯に向けて接近するように前記磁気熱量素子の温度を調節する初期制御部（１８ａ、８１８ａ、９１８ａ）、および
前記初期制御部による前記磁気熱量素子の温度の調節が終了した後に、前記磁場変調装置と前記熱輸送装置とを制御する定常制御部（１８ｂ）を有することを特徴とする熱磁気サイクル装置。
【請求項２】
前記初期制御部は、前記磁気熱量素子の少なくとも一部の温度が前記高性能温度帯に到達するように前記磁気熱量素子の温度を調節することを特徴とする請求項１に記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項３】
前記初期制御部は、前記磁気熱量素子の前記高温端の温度が前記高性能温度帯に到達するように前記磁気熱量素子の温度を調節することを特徴とする請求項２に記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項４】
前記初期制御部は、前記磁気熱量素子の前記低温端の温度が前記高性能温度帯に到達するように前記磁気熱量素子の温度を調節することを特徴とする請求項２に記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項５】
前記初期制御部は、前記磁気熱量素子の前記高温端と前記低温端との間の中温部の温度が前記高性能温度帯に到達するように前記磁気熱量素子の温度を調節することを特徴とする請求項２に記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項６】
前記磁場変調装置は、前記外部磁場を提供する永久磁石（２５）を備え、
前記初期制御部は、前記永久磁石の減磁を抑制するように前記磁気熱量素子の温度を調節することを特徴とする請求項２から請求項５のいずれかに記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項７】
さらに、前記低温端または前記高温端に得られる温度を利用する熱機器（１６、１７）と、
前記熱機器とは別に設けられ、前記磁気熱量素子の一部または全部の温度を調節する補助装置（６１）とを備え、
前記初期制御部は、前記補助装置を活性化することにより前記磁気熱量素子の温度を調節することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項８】
前記補助装置（６１）は、前記磁気熱量素子を加熱する加熱器（６２）を有することを特徴とする請求項７に記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項９】
前記補助装置（６１）は、前記磁気熱量素子を冷却する冷却器（２６４）を有することを特徴とする請求項７または請求項８に記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項１０】
前記補助装置（６１）は、前記高温端または前記低温端に得られる温度を蓄える蓄熱器（５６５）を有することを特徴とする請求項７から請求項９のいずれかに記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項１１】
さらに、前記補助装置（６１）と前記磁気熱量素子との間の熱交換を提供する熱交換装置（６３、２６３、３６３、４６３、６６３、８６３）を有することを特徴とする請求項７から請求項９のいずれかに記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項１２】
前記熱交換装置（６３、２６３、３６３、４６３、６６３、８６３）は、前記熱輸送媒体と熱交換する熱交換器を含むことを特徴とする請求項１１に記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項１３】
前記熱交換器（６３、２６３、３６３、６６３）は、前記磁気熱量素子を収容する部材（２１）または前記熱輸送媒体が流れる通路を区画する部材（５１、５４）に設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項１４】
さらに、前記熱機器（１６、１７）は、前記熱輸送媒体を一次媒体とし、この一次媒体と二次媒体との間の熱交換を提供する熱交換器（５１、５４）を備え、
前記熱交換装置（６３、２６３、４６３、６６３）は、前記二次媒体と熱交換する熱交換器を含むことを特徴とする請求項１１に記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項１５】
さらに、前記熱機器は、前記熱輸送媒体の一部を取り出す弁機構（８５７、８５８）を備え、
前記熱交換器（８６３）は、前記弁機構を経由して取り出された前記熱輸送媒体と熱交換する熱交換器を含むことを特徴とする請求項１２に記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項１６】
前記初期制御部（９１８ａ）は、前記磁場変調装置と前記熱輸送装置とが前記定常制御部（１８ｂ）によって制御されるときに提供する定常運転状態より発熱が多い初期運転状態を提供するように、前記磁場変調装置と前記熱輸送装置とを制御することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項１７】
さらに、前記磁気熱量素子の一部をバイパスするように前記熱輸送媒体を流すバイパス機構（１０２７、１０２８）を備え、
前記初期制御部は、前記バイパス機構によって前記磁気熱量素子の一部をバイパスするように前記熱輸送媒体を流すことによって前記磁気熱量素子の温度を調節することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の熱磁気サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示される発明は、磁性体の温度特性を利用する熱磁気サイクル装置に関し、磁気熱量効果型ヒートポンプ装置として利用することができる。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１−３は、磁性体の温度特性を利用する熱磁気サイクル装置のひとつである磁気熱量効果型ヒートポンプ装置を開示している。特許文献１−３は、高温端と低温端との間に、複数の素子を直列的に配置する構成を提案する。
【０００３】
さらに、特許文献１は、一部の素子をバイパスする流路を備える構成を提案する。特許文献２は、装置を起動した後の初期温度差を提供するための初期用の素子を備えた構成を提案している。特許文献３は、補助的な熱源を採用することを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２５５６４２号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１１／０１７３９９３号明細書
【特許文献３】特開２０１２−２２９８３１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の技術では、一部の磁気熱量素子だけが利用される。このため、出力が抑制される。また、特許文献２の技術では、初期用素子を設けるために、他の定常運転のための素子の量が減少する。このため、出力が抑制される。さらに、特許文献３の技術では、補助的な熱源からの熱が定常運転時にも供給される。このため、過剰な熱量が供給されるおそれがある。また、補助的な熱源が消費するエネルギ、例えば電力によって、システム全体としての効率を低下させるおそれがある。このような観点から、熱磁気サイクル装置にはさらなる改良が求められている。
【０００６】
発明の目的のひとつは、初期温度から短時間で定常運転温度に到達できる熱磁気サイクル装置を提供することである。
【０００７】
発明の目的の他のひとつは、初期温度から短時間で定常運転温度に到達でき、かつ、定常運転温度において高いエネルギ効率を提供できる熱磁気サイクル装置を提供することである。
【０００８】
発明の目的の他のひとつは、定常運転における性能を損なうことなく、広い温度範囲からの起動が可能な熱磁気サイクル装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
ここに開示される発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１０】
発明のひとつは、外部磁場の強弱により発熱と吸熱とを生じる磁気熱量素子（１２）と、磁気熱量素子に印加される外部磁場を変調する磁場変調装置（１３）と、磁気熱量素子に高温端と低温端とを生成するように、磁気熱量素子と熱交換する熱輸送媒体を流す熱輸送装置（１４）と、磁場変調装置と熱輸送装置とを制御する制御装置（１８）とを備え、制御装置は、磁気熱量素子が高い性能を発揮する高性能温度帯の外に磁気熱量素子の温度がある初期状態において磁気熱量素子の温度が高性能温度帯に向けて接近するように磁気熱量素子の温度を調節する初期制御部（１８ａ、８１８ａ、９１８ａ）、および初期制御部による磁気熱量素子の温度の調節が終了した後に、磁場変調装置と熱輸送装置とを制御する定常制御部（１８ｂ）を有することを特徴とする。
【００１１】
この構成によると、磁場変調装置と熱輸送装置とを利用した定常的な磁気熱量素子の運転は、定常制御部によって提供される。しかも、定常制御部による定常的な運転に先立って、初期制御部が、磁気熱量素子の温度を調節する。初期制御部は、磁気熱量素子の温度が高性能温度帯の外にある初期状態において、磁気熱量素子の温度を高性能温度帯に向けて調節する。このため、初期状態においてのみ初期制御部による温度調節が提供される。よって、定常的な運転においては、初期制御部による悪影響が排除される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】発明の第１実施形態に係る磁気熱量効果型ヒートポンプ装置（以下、ＭＨＰ装置という）のブロック図である。
【図２】第１実施形態のＭＨＰ装置の断面図である。
【図３】第１実施形態のＭＨＰ装置の断面図である。
【図４】第１実施形態の温度特性を示すグラフである。
【図５】第１実施形態の温度特性を示すグラフである。
【図６】第１実施形態の制御を示すフローチャートである。
【図７】第１実施形態の温度特性を示すグラフである。
【図８】発明の第２実施形態のＭＨＰ装置の断面図である。
【図９】発明の第３実施形態のＭＨＰ装置の断面図である。
【図１０】発明の第４実施形態のＭＨＰ装置の断面図である。
【図１１】発明の第５実施形態のＭＨＰ装置の断面図である。
【図１２】発明の第６実施形態のＭＨＰ装置の断面図である。
【図１３】発明の第７実施形態のＭＨＰ装置の断面図である。
【図１４】発明の第８実施形態のＭＨＰ装置の断面図である。
【図１５】発明の第９実施形態のＭＨＰ装置の断面図である。
【図１６】第９実施形態の制御を示すフローチャートである。
【図１７】発明の第１０実施形態のＭＨＰ装置の断面図である。
【図１８】第１０実施形態の制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、図面を参照しながら発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。また、後続の実施形態においては、先行する実施形態で説明した事項に対応する部分に百以上の位だけが異なる参照符号を付することにより対応関係を示し、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
【００１４】
（第１実施形態）
図１は、発明を適用した第１実施形態に係る車両用空調装置１０を示すブロック図である。車両用空調装置１０は、磁気熱量効果型ヒートポンプ装置１１を備える。磁気熱量効果型ヒートポンプ装置１１はＭＨＰ（Magneto-caloric effect Heat Pump）装置１１とも呼ばれる。ＭＨＰ装置１１は、熱磁気サイクル装置を提供する。
【００１５】
この明細書においてヒートポンプ装置の語は広義の意味で使用される。すなわち、ヒートポンプ装置の語には、ヒートポンプ装置によって得られる冷熱を利用する装置と、ヒートポンプ装置によって得られる温熱を利用する装置との両方が含まれる。冷熱を利用する装置は、冷凍サイクル装置とも呼ばれることがある。よって、この明細書においてヒートポンプ装置の語は冷凍サイクル装置を包含する概念として使用される。
【００１６】
ＭＨＰ装置１１は、磁気熱量素子１２を備える。磁気熱量素子１２は、ＭＣＥ（Magneto-Caloric Effect）素子１２とも呼ばれる。ＭＣＥ素子１２は、外部磁場の強弱により発熱と吸熱とを生じる。ＭＣＥ素子１２は、外部磁場の印加により発熱し、外部磁場の除去により吸熱する。ＭＣＥ素子１２は、外部磁場が印加されることによって電子スピンが磁場方向に揃うと、磁気エントロピーが減少し、熱を放出することによって温度が上昇する。また、ＭＣＥ素子１２は、外部磁場が除去されることによって電子スピンが乱雑になると、磁気エントロピーが増加し、熱を吸収することによって温度が低下する。ＭＣＥ素子１２は、常温域において高い磁気熱量効果を発揮する磁性体によって作られている。例えば、ガドリウム系材料、またはランタン−鉄−シリコン化合物を用いることができる。また、マンガン、鉄、リンおよびゲルマニウムの混合物を用いることができる。
【００１７】
ひとつのＭＣＥ素子１２とそれに関連する要素は、磁気熱量素子ユニットを構成する。磁気熱量素子ユニットは、ＭＣＤ（Magneto-Caloric effectDevice）ユニットとも呼ばれる。ＭＨＰ装置１１は、ＭＣＥ素子１２の磁気熱量効果を利用する。ＭＨＰ装置１１は、ＭＣＥ素子１２をＡＭＲ(ActiveMagnetic Refrigeration)サイクルとして機能させるための磁場変調装置１３と熱輸送装置１４とを備える。
【００１８】
磁場変調装置１３は、ＭＣＥ素子１２に外部磁場を与えるとともに、その外部磁場の強さを増減させる。磁場変調装置１３は、ＭＣＥ素子１２を強い磁界内に置く励磁状態と、ＭＣＥ素子１２を弱い磁界内またはゼロ磁界内に置く消磁状態とを周期的に切換える。磁場変調装置１３は、ＭＣＥ素子１２が強い外部磁場の中に置かれる励磁期間ＰＭ、およびＭＣＥ素子１２が励磁期間ＰＭより弱い外部磁場の中に置かれる消磁期間ＰＮを周期的に繰り返すように外部磁場を変調する。磁場変調装置１３は、外部磁場を生成するための磁力源、例えば永久磁石、または電磁石を備える。
【００１９】
熱輸送装置１４は、ＭＣＥ素子１２が放熱または吸熱する熱を輸送するための熱輸送媒体を流すための流体機器を備える。熱輸送装置１４は、ＭＣＥ素子１２と熱交換する熱輸送媒体をＭＣＥ素子１２に沿って流す装置である。熱輸送装置１４は、ＭＣＥ素子１２に高温端と低温端とを生成するように、熱輸送媒体を流す。熱輸送装置１４は、磁場変調装置１３による外部磁場の変化に同期して、熱輸送媒体の往復的な流れＦＭ、ＦＮを発生させる。
【００２０】
この実施形態では、ＭＣＥ素子１２と熱交換する熱輸送媒体は一次媒体と呼ばれる。一次媒体は、不凍液、水、油などの流体によって提供することができる。熱輸送装置１４は、磁場変調装置１３による磁場の増減に同期して熱輸送媒体を往復的に移動させる。熱輸送装置１４は、熱輸送媒体を流すためのポンプを含むことができる。熱輸送装置１４は、一次媒体を流すためのポンプ４１、４２を備える。ポンプ４１、４２は、ひとつのＭＣＥ素子１２に関して一次媒体の往復流れを供給する。ポンプ４１、４２は、ＭＣＥ素子１２の両端に配置されている。ポンプ４１、４２は、相補的に吸入行程と吐出工程とを実行するように配置されている。
【００２１】
ＭＨＰ装置１１は、動力源としてのモータ１５を備える。モータ１５は、磁場変調装置１３の動力源である。モータ１５は、熱輸送装置１４の動力源である。
【００２２】
ＭＨＰ装置１１は、ＭＨＰ装置１１によって得られた高温を輸送する高温系統１６を備える。高温系統１６は、ＭＨＰ装置１１によって得られた高温を利用する熱機器でもある。ＭＨＰ装置１１は、ＭＨＰ装置１１によって得られた低温を輸送する低温系統１７を備える。高温系統１６は、ＭＨＰ装置１１によって得られた低温を利用する熱機器でもある。熱機器１６、１７は、熱輸送媒体を一次媒体とし、この一次媒体と二次媒体との間の熱交換を提供する熱交換器５１、５４を備える。熱交換器５１、５４の構成は、参照によって導入する特願２０１２−２０８３１８号にも開示されている。
【００２３】
高温系統１６は、一次媒体と二次媒体との間の熱交換を提供する熱交換器５１を備える。二次媒体は、高温系統１６において熱を輸送するために利用される熱輸送媒体である。二次媒体は、不凍液、水、油などの流体によって提供することができる。高温系統１６は、二次媒体が循環的に流される経路５２を備える。高温系統１６は、二次媒体と他の媒体との間の熱交換を提供する熱交換器５３を備える。例えば、熱交換器５３は、二次媒体と空気との熱交換を提供する。高温系統１６は、ＭＨＰ装置１１の高温端から熱を持ち去り、高温端を冷却する機器でもある。
【００２４】
低温系統１７は、一次媒体と二次媒体との間の熱交換を提供する熱交換器５４を備える。二次媒体は、低温系統１７において熱を輸送するために利用される熱輸送媒体である。二次媒体は、不凍液、水、油などの流体によって提供することができる。低温系統１７は、二次媒体が循環的に流される経路５５を備える。低温系統１７は、二次媒体と他の媒体との間の熱交換を提供する熱交換器５６を備える。例えば、熱交換器５６は、二次媒体と空気との熱交換を提供する。低温系統１７は、ＭＨＰ装置１１の低温端に熱を持ち込み、低温端を加熱する機器でもある。
【００２５】
車両用空調装置１０は、車両に搭載され、車両の乗員室の温度を調節する。２つの熱交換器５３、５６は、車両用空調装置１０の一部を提供する。熱交換器５３は、熱交換器５６より高温になる高温側熱交換器５３である。熱交換器５３は、室内熱交換器５３とも呼ばれる。熱交換器５６は、熱交換器５３より低温になる低温側熱交換器５６である。熱交換器５６は、室外熱交換器５６とも呼ばれる。車両用空調装置１０は、高温側熱交換器５３、および／または低温側熱交換器５６を室内空調のために利用するための空調ダクトおよび送風機などの空気系機器を備える。
【００２６】
車両用空調装置１０は、冷房装置または暖房装置として利用される。車両用空調装置１０は、室内に供給される空気を冷却する冷却器と、冷却器によって冷却された空気を再び加熱する加熱器とを備えることができる。ＭＨＰ装置１１は、車両用空調装置１０における冷熱供給源、または温熱供給源として利用される。すなわち、高温側熱交換器５３は上記加熱器として用いることができる。また、低温側熱交換器５６は上記冷却器として用いることができる。
【００２７】
ＭＨＰ装置１１が温熱供給源として利用されるとき、高温側熱交換器５３を通過した空気は車両の室内に供給され、暖房のために利用される。このとき、低温側熱交換器５６を通過した空気は車両の室外に排出される。ＭＨＰ装置１１が冷熱供給源として利用されるとき、低温側熱交換器５６を通過した空気は車両の室内に供給され、冷房のために利用される。このとき、高温側熱交換器５３を通過した空気は車両の室外に排出される。ＭＨＰ装置１１は、除湿装置として利用されることもある。この場合、低温側熱交換器５６を通過した空気は、その後に、高温側熱交換器５３を通過し、室内に供給される。ＭＨＰ装置１１は、冬期においても、夏期においても、温熱供給源として利用される。
【００２８】
車両用空調装置１０は、制御装置（ＣＮＴＲ）１８を備える。制御装置１８は、車両用空調装置１０の制御可能な複数の要素を制御する。例えば、制御装置１８は、ＭＨＰ装置１１の作動と停止とを少なくとも切換えるようにモータ１５を制御する。
【００２９】
制御装置１８は、電子制御装置（Electronic Control Unit）である。制御装置１８は、処理装置（ＣＰＵ）と、プログラムを記憶する記憶媒体としてのメモリ（ＭＭＲ）とを有する。制御装置１８は、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を備えるマイクロコンピュータによって提供される。記憶媒体は、コンピュータによって読み取り可能なプログラムを非一時的に格納している。記憶媒体は、半導体メモリまたは磁気ディスクによって提供されうる。プログラムは、制御装置１８によって実行されることによって、制御装置１８をこの明細書に記載される装置として機能させ、この明細書に記載される制御方法を実行するように制御装置１８を機能させる。制御装置１８が提供する手段は、所定の機能を達成する機能的ブロック、またはモジュールとも呼ぶことができる。
【００３０】
ＭＨＰ装置１１は、温度センサ１９を備える。温度センサ１９は、ＭＣＥ素子１２の任意の部位における温度を検出するか、または推定するために利用される。ＭＣＥ素子１２の任意の部位の温度は、温度センサ１９が検出する温度から推定することができる。例えば、ＭＣＥ素子１２の高温端の温度、低温端の温度、またはそれらの間の中温部の温度は、温度センサ１９の検出温度から推定できる。温度センサ１９は、ＭＣＥ素子１２の任意の部位の温度を検出、または推定するための手段を提供する。
【００３１】
図示の例では、温度センサ１９は、ＭＨＰ装置１１の高温端における表面温度を検出する。この場合、温度センサ１９が検出する温度は、ＭＣＥ素子１２の高温端の温度に相当する。
【００３２】
ＭＨＰ装置１１は、補助装置（ＡＵＸＭ）６１を備える。補助装置６１は、低温端または高温端に得られる温度を利用する熱機器１６、１７とは別に設けられている。補助装置６１は、ＭＣＥ素子１２の一部または全部を加熱または冷却する。よって、補助装置６１は、ＭＣＥ素子１２の一部または全部の温度を調節する。補助装置６１は、制御装置１８によって制御される。制御装置１８は、補助装置６１の活性化と非活性化を制御する。制御装置１８は、補助装置６１による加熱量、または冷却量を制御することができる。
【００３３】
制御装置１８は、初期制御部（ＩＮＴＭ）１８ａを有する。初期制御部１８ａは、ＭＣＥ素子１２が高い性能を発揮する高性能温度帯の外にＭＣＥ素子１２の温度がある初期状態において、ＭＣＥ素子１２の温度が高性能温度帯に向けて接近するようにＭＣＥ素子１２の温度を調節する。好適な実施形態においては、初期制御部１８ａは、ＭＣＥ素子１２の少なくとも一部の温度が高性能温度帯に到達するようにＭＣＥ素子１２の温度を調節する。ここで、高性能温度帯は、ＭＣＥ素子１２が自らの磁気熱量効果によって、熱的な負荷に打ち勝って、高温端と低温端との間に所定の温度差を作り出すことができる温度帯である。所定の温度差は、定常運転において期待される温度差であって、定格温度差とも呼ぶことができる。初期制御部１８ａは、ＭＣＥ素子１２の高温端の温度が高性能温度帯に到達するようにＭＣＥ素子１２の温度を調節する。
【００３４】
この実施形態では、初期制御部１８ａは、補助装置６１を制御することによってＭＣＥ素子１２の温度を調節する。初期制御部１８ａは、補助装置６１を活性化することによりＭＣＥ素子１２の温度を調節する。初期制御部１８ａは、追加的に、ＭＨＰ装置１１をヒートポンプとして機能させるように、磁場変調装置１３と熱輸送装置１４とを制御する。初期制御部１８ａは、追加的に、ＭＣＥ素子１２の両端に高温端と低温端とを発生させるように、磁場変調装置１３と熱輸送装置１４とを制御する。初期制御部１８ａは、ＭＨＰ装置１１が起動すると、補助装置６１を非活性化する。
【００３５】
制御装置１８は、定常制御部（ＲＥＧＭ）１８ｂを有する。定常制御部１８ｂは、初期制御部１８ａによるＭＣＥ素子１２の温度の調節が終了した後に、磁場変調装置１３と熱輸送装置１４とを制御する。定常制御部１８ｂは、ＭＨＰ装置１１をヒートポンプとして機能させるように、磁場変調装置１３と熱輸送装置１４とを制御する。定常制御部１８ｂは、ＭＣＥ素子１２の両端に高温端と低温端とを発生させるように、磁場変調装置１３と熱輸送装置１４とを制御する。
【００３６】
図２は、第１実施形態のＭＨＰ装置１１の断面図である。図３は、第１実施形態のＭＨＰ装置１１の断面図である。図２は、図３に示されたＩＩ−ＩＩ線における断面を示す。図３は、図２に示されたＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面を示す。
【００３７】
ＭＨＰ装置１１の動力源として設けられたモータ１５は、車載の電池によって駆動される。また、モータ１５は、磁場変調装置１３を提供する回転子１３を回転駆動する。これにより、モータ１５と磁場変調装置１３とは、ＭＣＥ素子１２へ外部磁場を印加する状態と、ＭＣＥ素子１２から外部磁場を除去した状態（外部磁場を印加しない状態）との間での周期的な交互切換を生じさせる。モータ１５は、熱輸送装置１４のポンプ４１、４２を駆動する。これにより、モータ１５とポンプ４１、４２とは、ひとつのＭＣＥ素子１２において、一次媒体の往復的な流れを生じさせる。
【００３８】
ポンプ４１、４２は、ＭＣＥ素子１２をＡＭＲサイクルとして機能させるための一次媒体の往復流をＭＣＤユニット内に生じさせる。ポンプ４１、４２は、容積型の往復流ポンプである。ポンプ４１、４２は、斜板型のピストンポンプである。ポンプ４１、４２は、多気筒のアキシャルピストンポンプである。ひとつのＭＣＥ素子１２に、ポンプ４１のひとつの気筒と、ポンプ４２のひとつの気筒とが対応付けられている。ひとつのＭＣＥ素子１２に対応付けられた２つの気筒は、相補的に作動する。これにより、ひとつのＭＣＥ素子１２の長手方向に沿って流れる一次媒体の往復流が提供される。この実施形態では、ＭＨＰ装置１１は、熱的に並列接続された複数のＭＣＥ素子１２を備える。ＭＨＰ装置１１においては、８つのＭＣＥ素子１２が熱的に並列接続されている。よって、ポンプ４１、４２は８気筒である。
【００３９】
ＭＨＰ装置１１は、円筒状または円柱状と呼びうるハウジング２１を備える。ハウジング２１は、その中心軸上に回転軸２２を回転可能に支持する。回転軸２２は、モータ１５の出力軸に連結されている。ハウジング２１は、回転軸２２の周囲に、磁場変調装置１３を収容するための収容室２３を区画形成している。収容室２３は、円柱状の空間である。回転軸２２には、ロータコア２４が固定されている。ロータコア２４は、ハウジング２１とともに、磁束を通すためのヨークを提供する。ロータコア２４は、その周方向に沿って磁束を通しやすい範囲と、磁束を通しにくい範囲とを形成するように構成されている。ロータコア２４には、永久磁石２５が固定されている。永久磁石２５は、部分円筒状であり、その断面が扇型である。永久磁石２５は、ロータコア２４の外周面に固定されている。
【００４０】
ロータコア２４と永久磁石２５とは、それらの周囲に、永久磁石２５が提供する外部磁場が強くなる領域と、永久磁石２５が提供する外部磁場が弱くなる領域とを形成する。外部磁場が弱くなる領域では、外部磁場がほぼ除去された状態が提供される。ロータコア２４と永久磁石２５とは、回転軸２２の回転に同期して回転する。よって、外部磁場が強い領域と、外部磁場が弱い領域とは、回転軸２２の回転に同期して回転する。この結果、ロータコア２４と永久磁石２５との周囲の一点においては、外部磁場が強く印加される期間と、外部磁場が弱くなりほぼ除去された期間とが繰り返して生じる。したがって、ロータコア２４と永久磁石２５とは、外部磁場の印加および除去を繰り返す磁場変調装置１３を提供する。ロータコア２４と永久磁石２５とは、ＭＣＥ素子１２への外部磁場の印加と除去とを切換える装置を提供する。なお、磁場の語は磁界と読み替えることができる。
【００４１】
ハウジング２１は、少なくともひとつの作業室２６を区画形成している。作業室２６は、収容室２３に隣接して設けられている。ハウジング２１は、収容室２３の径方向外側に、等間隔に配置された複数の作業室２６を区画形成している。この実施形態では、ひとつのハウジング２１は、８つの作業室２６を区画形成している。作業室２６のそれぞれは、ハウジング２１の軸方向に沿って長手方向を有する柱状空間を形成している。ひとつの作業室２６は、ポンプ４１のひとつの気筒と、ポンプ４２のひとつの気筒とに対応するように設けられている。ひとつの作業室２６の両側に、ふたつの気筒が配置されている。
【００４２】
作業室２６は、一次媒体が流通する流路を提供する。作業室２６内には、その長手方向に沿って一次媒体が流れる。一次媒体は、作業室２６内を長手方向に沿って往復するように流れる。
【００４３】
さらに、作業室２６は、ＭＣＥ素子１２を収容する収容室を提供する。ハウジング２１は、作業室２６が形成された容器を提供している。作業室２６の中には、磁気熱量効果を有する磁気作業物質としてのＭＣＥ素子１２が配置されている。
【００４４】
ひとつのＭＣＥ素子１２は、ＭＨＰ装置１１の軸方向に沿って長手方向を有する棒状に形成されている。ＭＣＥ素子１２は、作業室２６内を流れる一次媒体と十分に熱交換できる形状に形成されている。それぞれのＭＣＥ素子１２は、素子ベッドとも呼ばれる。
【００４５】
ＭＣＥ素子１２は、磁場変調装置１３によって印加、または除去される外部磁場の影響下に置かれる。すなわち、回転軸２２が回転すると、ＭＣＥ素子１２を磁化させるための外部磁場が印加された状態と、ＭＣＥ素子１２から上記外部磁場が除去された状態とが交互に切換えられる。
【００４６】
補助装置６１は、加熱器（ＨＴＤＶ）６２を備える。加熱器６２は、電気的なヒータである。加熱器６２が発生する熱は、熱交換器６３に供給される。熱交換器６３は、熱交換器５１に装着されている。熱交換器６３は、加熱器６２と熱交換器５１とを熱伝導可能に連結する連結部によって提供することができる。熱交換器６３は、加熱器６２から供給された熱を熱交換器５１の部材に伝達する。熱交換器５１は、一次媒体の流路を区画形成する部材でもある。このため、加熱器６２から供給された熱は、一次媒体である熱輸送媒体に伝達される。一次媒体は、ＭＣＥ素子１２に沿って流れるから、加熱器６２から供給された熱は、一次媒体を経由してＭＣＥ素子１２に伝達される。この結果、加熱器６２によってＭＣＥ素子１２が加熱される。図示の構成では、熱交換器６３は、ＭＣＥ素子１２の高温端に対応付けられた熱交換器５１に装着されているから、加熱器６２はＭＣＥ素子１２の高温端を加熱する。
【００４７】
熱交換器６３は、補助装置６１とＭＣＥ素子１２との間の熱交換を提供する熱交換装置を提供する。熱交換器６３は一次媒体である熱輸送媒体と熱交換する。熱交換器５１は、熱輸送媒体が流れる通路を区画する部材である。この部材の上に、熱交換器６３は設けられている。熱交換器６３は、二次媒体と熱交換する熱交換器でもある。
【００４８】
図３に図示されるように、永久磁石２５はロータコア２４の外周面に固定されている。永久磁石２５が配置された周方向の範囲ＰＭは、ひとつのＭＣＥ素子１２に外部磁場が印加される印加期間、すなわち励磁期間ＰＭを規定する。すなわち、磁場変調装置１３は、励磁期間ＰＭに相当する大きさをもつ永久磁石２５を備える。永久磁石２５が設けられていない範囲ＰＮは、ひとつのＭＣＥ素子１２から外部磁場が除去される除去期間、すなわち消磁期間ＰＮを規定する。ここで、消磁は、磁場がゼロである状態を意味するものではなく、励磁期間ＰＭにおける磁場より弱い磁場が印加されている状態を含む。励磁期間ＰＭにおいてＭＣＥ素子１２が発熱する例では、ポンプ４１、４２は、一次媒体を高温系統１６に向けて流すように作動する。一方、消磁期間ＰＮにおいてＭＣＥ素子１２が吸熱する例においては、ポンプ４１、４２は、一次媒体を低温系統１７に向けて流すように作動する。励磁期間ＰＭと、一次媒体が高温系統１６に向けて流される第１期間とは多くの範囲で重複する。励磁期間ＰＭと第１期間とは、始期と終期とにおいてわずかにずれる場合がある。消磁期間ＰＮと、一次媒体が低温系統１７に向けて流される第２期間とは、多くの範囲で重複する。消磁期間ＰＮと第２期間とは、始期と終期とにおいてわずかにずれる場合がある。第１期間において高温系統１６に向けて流れる一次媒体の流量と、第２期間において低温系統１７に向けて流れる一次媒体の流量とは等しい。
【００４９】
図２に戻り、ひとつのＭＣＥ素子１２は、複数の素子ユニット１２ａ−１２ｆを備える。複数の素子ユニット１２ａ−１２ｆは、ＭＣＥ素子１２の長手方向、すなわち一次媒体の流れ方向に沿って積層されて配置されている。複数の素子ユニット１２ａ−１２ｆのそれぞれを構成する材料は、キュリー温度が異なる。複数の素子ユニット１２ａ−１２ｆは、異なる温度帯において高い磁気熱量効果（ΔＳ（Ｊ／ｋｇＫ））を発揮する。高温端に近い素子ユニット１２ｆは、定常運転状態において高温端に現れる温度の近傍において高い磁気熱量効果を発揮する材料組成を有する。中温部に近い素子ユニット１２ｃは、定常運転状態において中温部に現れる温度の近傍において高い磁気熱量効果を発揮する材料組成を有する。低温端に近い素子ユニット１２ａは、定常運転状態において低温端に現れる温度の近傍において高い磁気熱量効果を発揮する材料組成を有する。
【００５０】
図４は複数の素子ユニット１２ａ−１２ｆの磁気熱量効果を示す。図中の４Ａは、複数の素子ユニット１２ａ−１２ｆの配置を示す。図中の４Ｂにおいて、横軸は温度を示し、縦軸は磁気熱量効果を示す。図中において、ひとつの波形は、ひとつの素子ユニットの特性を示す。例えば、波形Ｓ１２ｆは、素子ユニット１２ｆの特性を示す。
【００５１】
高い磁気熱量効果が発揮される温度帯は、高効率温度帯と呼ばれる。高効率温度帯の上限温度と下限温度とは、ＭＣＥ素子１２の材料組成などに依存する。複数の素子ユニット１２ａ−１２ｆは、高温端と低温端との間において高効率温度帯が並ぶように直列に配列されている。言い換えると、複数の素子ユニット１２ａ−１２ｆの高効率温度帯は、高温端と低温端との間において、高温端から徐々に低下する階段状の分布を示す。この高効率温度帯の階段状の分布は、定常状態における高温端と低温端との間の温度分布にほぼ対応する。
【００５２】
この実施形態では、定常運転において高温端と低温端との間に作り出される定常温度差を複数の素子ユニット１２ａ−１２ｆが分担する。これにより、それぞれの素子ユニットにおいて高い効率が得られる。言い換えると、複数の素子ユニット１２ａ−１２ｆは、定常温度差が得られるときに、それぞれの素子ユニットが所定の閾値Ｓｔｈを上回る磁気熱量効果を発揮するように調節されている。
【００５３】
図示されるように、ひとつの素子ユニットは、所定の第１温度範囲において所定の第１閾値を上回る磁気熱量効果を発揮する。ひとつの素子ユニットに隣接する他の素子ユニットは、上記第１温度範囲から高温側または低温側にずれた第２温度範囲において所定の第２閾値を上回る磁気熱量効果を発揮する。それぞれの素子ユニットがもつ特性を示す波形は、互いに重複するように設定されている。例えば、素子ユニット１２ｆが最高の磁気熱量効果を発揮する温度Ｔ６において、隣接する素子ユニット１２ｅは、最高値より低いが、最低値よりは高い磁気熱量効果を発揮する。
【００５４】
この実施形態では、すべての素子ユニット１２ａ−１２ｆは、それぞれが担当する温度範囲において、閾値Ｓｔｈを上回る磁気熱量効果を発揮する。定常運転において得られる低温端と高温端との間の温度差、すなわち定格温度差に相当する温度範囲が、複数の素子ユニット１２ａ−１２ｆによって、過大な磁気熱量効果の谷間を持つことなくカバーされている。
【００５５】
図中において、丸印は、最高の磁気熱量効果が発揮される動作点を示す。例えば、素子ユニット１２ｂは、温度Ｔ２において最高の磁気熱量効果を発揮する。素子ユニット１２ｆは、温度Ｔ６において最高の磁気熱量効果を発揮する。
【００５６】
ＭＨＰ装置１１の起動時には、ＭＣＥ素子１２の全体が同じ温度になることがある。例えば、冬期のような低温環境にＭＨＰ装置１１が置かれている場合、ＭＣＥ素子１２の温度は外気温度と同じ低温になる。図中において、四角印は、起動時の一例における動作点を示す。この一例では、ＭＣＥ素子１２の全体が温度Ｔ１である。この場合、素子ユニット１２ａは最高値の磁気熱量効果を発揮できる。しかし、隣接する素子ユニット１２ｂは、低い所定値Ｓｉしか発揮できない。さらに、高温側の素子ユニット１２ｃ−１２ｆは、所定値Ｓｉを下回る磁気熱量効果しか発揮できない。このような場合、ＭＨＰ装置１１を起動しても、ＭＣＥ素子１２の高温端が定常運転の温度に到達するまでに長時間を要する。言い換えると、ＭＣＥ素子１２の両端に十分な温度差を生成するために長時間を要する。もしくは、ＭＣＥ素子１２の高温端が定常運転の温度に到達しない場合がある。言い換えると、ＭＣＥ素子１２の両端に十分な温度差を生成できない場合がある。
【００５７】
図中において、三角印は、補助装置６１によってＭＣＥ素子１２が加熱される場合の動作点を示す。補助装置６１によってＭＣＥ素子１２が加熱されると、ＭＣＥ素子１２の高温端の温度が上昇する。同時に、複数の素子ユニット１２ａ−１２ｆの温度は、補助装置６１からの熱伝導量、放熱量などに応じて上昇する。例えば、ＭＣＥ素子１２の高温端の温度、すなわち素子ユニット１２ｆの温度は、温度Ｔ６１に到達する。素子ユニット１２ｆは、起動初期の所定値Ｓｉより高い所定値Ｓｓｐの磁気熱量効果を発揮する。所定値Ｓｓｐは、補助的な温度調節の結果として得られる補助された磁気熱量効果と呼ぶことができる。また、素子ユニット１２ｂの温度も、温度Ｔ２１に到達する。素子ユニット１２ｂは、所定値Ｓｉより高い所定値Ｓｓｐの磁気熱量効果を発揮する。このように、補助装置６１によってＭＣＥ素子１２が加熱される場合、素子ユニット１２ａ、１２ｂ、１２ｆが所定値Ｓｉより高い磁気熱量効果を発揮する。これらの素子ユニット１２ａ、１２ｂ、１２ｆは、自らの磁気熱量効果によってそれらの両端に温度差を発生させ、さらにその温度差を大きくする。この結果、ＭＣＥ素子１２の高温端は、短い時間で、定常運転の温度に到達する。言い換えると、短時間で、ＭＣＥ素子１２の両端に十分な温度差が生成される。ＭＣＥ素子１２が自らの磁気熱量効果によって温度差を生成し、維持できるようになると、補助装置６１による補助的な温度調節は停止することができる。このように、補助装置６１は、ＭＨＰ装置１１の起動を補助し、起動に要する時間の短縮を可能とする。さらに、補助装置６１は定常的な運転状態においては補助的な温度調節を停止するから、エネルギ消費を抑制する。
【００５８】
図５は複数の素子ユニット１２ａ−１２ｆの温度分布を示す。図中の５Ａは、複数の素子ユニット１２ａ−１２ｆの配置を示す。図中の５Ｂにおいて、横軸は複数の素子ユニット１２ａ−１２ｆの位置を示し、縦軸は温度を示す。
【００５９】
ＭＣＥ素子１２は、丸印で示される高能力温度Ｔｅｆにおいて最高の磁気熱量効果を発揮する。低温環境における起動の一例では、ＭＣＥ素子１２の初期温度Ｔｉｎは、四角印で示される初期温度ＴｉｎＬとなることがある。図示の例では、初期温度ＴｉｎＬは、低温端の素子ユニット１２ａの高能力温度Ｔｅｆに等しい温度Ｔ１である。補助装置６１は、ＭＨＰ装置１１の高温端を加熱器６２によって加熱する。これにより、ＭＣＥ素子１２の温度は、三角印で示される補助加熱温度Ｔｓｐに変化する。この実施形態では、補助装置６１は、ＭＣＥ素子１２の高温端だけを加熱するから、ＭＣＥ素子１２上には図示されるような温度分布が発生する。
【００６０】
初期制御部１８ａは、素子ユニット１２ｆの温度が、初期温度ＴｉｎＬから高能力温度Ｔｅｆの近傍に到達するように高温端を加熱する。加熱器６２の加熱能力は、環境温度が低温端の素子ユニット１２ａの高能力温度Ｔｅｆ、すなわち温度Ｔ１であるときに、高温端の素子ユニット１２ｆの温度を、高能力温度Ｔｅｆ＝Ｔ６の近傍に到達させることができるように設定されている。初期制御部１８ａは、高温端の素子ユニット１２ｆの温度を、その隣に位置する素子ユニット１２ｅの高能力温度Ｔｅｆ＝Ｔ５を上回る温度Ｔ６１に到達させる。言い換えると、初期制御部１８ａは、高温端の素子ユニット１２ｆの温度が、素子ユニット１２ｆが磁気熱量素子として機能する温度、すなわちキュリー温度の近傍に到達するように高温端を加熱する。これにより、高温端の素子ユニット１２ｆが高い磁気熱量効果を発揮する。
【００６１】
さらに、他の素子ユニット１２ｂ−１２ｅも加熱される。よって、他の素子ユニット１２ｂ−１２ｅも高い磁気熱量効果を発揮する。例えば、素子ユニット１２ｂの温度は、初期温度Ｔ１から温度Ｔ２１まで加熱される。これにより、素子ユニット１２ｂは高い磁気熱量効果を発揮する。
【００６２】
補助装置６１による温度調節量は、ＭＣＥ素子１２に外部磁場を提供する永久磁石２５の減磁を抑制するように設定されている。言い換えると、初期制御部１８ａは、永久磁石２５の減磁を抑制するようにＭＣＥ素子１２の温度を調節する。初期制御部１８ａは、永久磁石２５の不可逆減磁を抑制するようにＭＣＥ素子１２の温度を調節する。この実施形態では、初期制御部１８ａは、素子ユニット１２ｆの温度が高能力温度Ｔｅｆ＝Ｔ６よりやや低い温度Ｔ６１に到達するように補助装置６１を制御する。この構成によると、初期制御部１８ａによる温度の調節に起因する永久磁石２５の温度に起因する減磁、および高温または低温に起因する不可逆減磁が抑制される。
【００６３】
図６に図示されるフローチャートは、制御装置１８により実行されるＭＨＰ装置１１のための制御処理１７０を示す。ステップ１７１では、ＭＨＰ装置１１が起動された後の起動期間にあるか否かが判定される。例えば、ＭＣＥ素子１２が環境温度に到達するような長時間にわたる停止期間の後であって、ＭＨＰ装置１１が起動されてから所定期間内であるか否かが判定される。起動期間ではない場合、ステップ１７６へ進む。起動期間である場合、ステップ１７２へ進む。
【００６４】
ステップ１７２では、ＭＣＥ素子１２の温度を初期温度Ｔｉｎから高能力温度Ｔｅｆに移行させるための起動制御が実行される。ステップ１７２は、ステップ１７３とステップ１７４とを含むことができる。ステップ１７３では、補助装置６１が活性化される。これにより、ＭＣＥ素子１２の高温端が加熱器６２および熱交換器６３によって加熱される。ステップ１７４では、ＭＨＰ装置１１を機能させるために、磁場変調装置１３と熱輸送装置１４とが活性化される。これにより、ＭＣＥ素子１２への外部磁場の印加と除去とが交互に繰り返される。同時に、外部磁場の変化に同期して往復するように一次媒体が流される。
【００６５】
ステップ１７４では、素子ユニット１２ａ−１２ｆの温度が初期温度Ｔｉｎから補助加熱温度Ｔｓｐに向けて変化する過程、および、素子ユニット１２ａ−１２ｆの温度が補助加熱温度Ｔｓｐから高能力温度Ｔｅｆに向けて変化する過程において、素子ユニット１２ａ−１２ｆが機能する。起動制御においては、素子ユニット１２ａ−１２ｆの自らの磁気熱量効果によって、素子ユニット１２ａ−１２ｆの温度が、初期温度Ｔｉｎから高能力温度Ｔｅｆに向けて接近するように調節される。さらに、起動制御においては、補助装置６１よって、素子ユニット１２ａ−１２ｆの温度が、初期温度Ｔｉｎから高能力温度Ｔｅｆに向けて接近するように調節される。起動制御においては、少なくとも一部の素子ユニットが高能力温度Ｔｅｆにおいて機能できない。このため、ＭＣＥ素子１２の磁気熱量効果だけでは、高能力温度Ｔｅｆに到達するために長時間を要したり、または高能力温度Ｔｅｆに到達できないことがある。しかし、この実施形態では、起動制御において補助装置６１が活性化されるから、ＭＨＰ装置１１の起動が促進される。
【００６６】
ステップ１７５では、ステップ１７２による起動制御の終了条件が満たされたか否かが判定される。起動制御が終了しない場合、ステップ１７２を繰り返す。起動制御が終了すると、ステップ１７６へ進む。ステップ１７５では、補助装置６１によって温度調節されている部位が、目標温度に到達したか否かを判定することができる。目標温度は、例えば、その部位に位置する素子ユニットのキュリー温度とすることができる。この場合、少なくともその部位に位置する素子ユニットを高い能力で機能させることができる。
【００６７】
例えば、ひとつの例では、ＭＣＥ素子１２の高温端が加熱され、温度センサ１９が高温端の温度を検出する。この場合、ステップ１７５の判定は、素子ユニット１２ｆの温度が高能力温度Ｔ６に到達したか否かの判定によって提供することができる。他の例では、ＭＣＥ素子１２の低温端が冷却され、温度センサ１９が低温端の温度を検出する。この場合、ステップ１７５の判定は、素子ユニット１２ａの温度が高能力温度Ｔ１に到達したか否かの判定によって提供することができる。さらに他の例では、ＭＣＥ素子１２の中間部が加熱、または冷却され、温度センサ１９が中間部の温度を検出、または推定する。この場合、ステップ１７５の判定は、素子ユニット１２ｃまたは１２ｄの温度が高能力温度Ｔ３またはＴ４に到達したか否かの判定によって提供することができる。
【００６８】
ステップ１７５における目標温度は、永久磁石２５の減磁を生じないように、または抑制するように設定されている。補助装置６１がＭＣＥ素子１２を加熱する場合、永久磁石２５の不可逆減磁を生じないように、目標温度は、不可逆減磁を生じる高温範囲を下回るように設定される。補助装置６１がＭＣＥ素子１２を冷却する場合、永久磁石２５の不可逆減磁を生じないように、目標温度は、不可逆減磁を生じる低温範囲を上回るように設定される。このように、目標温度は、永久磁石２５の不可逆減磁を生じる範囲を回避して設定されている。
【００６９】
ステップ１７６では、ＭＨＰ装置１１を定常運転するための定常制御が実行される。ステップ１７６は、ステップ１７７を含むことができる。ステップ１７７では、ＭＨＰ装置１１を機能させるために、磁場変調装置１３と熱輸送装置１４とが活性化される。これにより、ＭＣＥ素子１２への外部磁場の印加と除去とが交互に繰り返される。同時に、外部磁場の変化に同期して往復するように一次媒体が流される。ステップ１７７では、素子ユニット１２ａ−１２ｆが、それぞれの高能力温度Ｔ１−Ｔ６で機能する。この結果、ＭＨＰ装置１１は、期待される高い能力を発揮する。
【００７０】
定常制御では、補助装置６１が不活性化される。すなわち加熱器６２による加熱が停止される。よって、加熱器６２が長期間にわたって運転されることが回避される。
【００７１】
図７において、横軸は温度を示し、縦軸はＭＣＥ素子１２の材料の平均作動能力を示す。図中において、起動限界線Ｌｍｔは、この線を下回ると、ＭＨＰ装置１１が高温端と低温端との間の温度差を大きくできる限界を示す。ＭＨＰ装置１１の動作点が起動限界線Ｌｍｔを下回ると、ＭＨＰ装置１１は高温端と低温端との間の温度差を大きくすることができない。図中において、横軸の温度は、低温端と高温端との温度差に相当する。ここでは、低温端が一定温度である場合が図示されており、横軸は高温端の温度に相当する。
【００７２】
補助装置６１をもたない装置では、破線に図示されるように、起動限界線Ｌｍｔを下回ることがないように動作線ＣＭＰが設定されている。起動時に、動作点は、初期温度Ｔｉｎにおける四角印で示された動作点から、定常温度ＴＨにおける丸印で示された定常動作点に向けて徐々に推移する。動作線ＣＭＰは、起動限界線Ｌｍｔと交差しないように設定される。この動作線ＣＭＰでは、低い磁気熱量効果Ｓｃしか得られない。
【００７３】
この実施形態では、実線に図示されるように、動作線ＥＭＢは起動限界線Ｌｍｔに制限されることなく設定することができる。起動時に、動作点は、初期温度Ｔｉｎにおける四角印で示された動作点から、定常温度ＴＨにおける丸印で示された定常動作点に向けて徐々に推移する。補助装置６１は、補助加熱温度ＴｓｐまでＭＣＥ素子１２を加熱することができる。補助加熱温度Ｔｓｐは、起動限界線Ｌｍｔを上回る温度である。この構成によると、補助装置６１によって起動限界線Ｌｍｔを上回る温度が提供されるから、起動限界線Ｌｍｔで制限されることなくＭＨＰ装置１１が起動される。動作線ＥＭＢは、起動限界線Ｌｍｔと交差するが、高い磁気熱量効果Ｓｅを提供する。
【００７４】
この構成によると、磁場変調装置１３と熱輸送装置１４とを利用した定常的なＭＣＥ素子１２の運転は、定常制御部１８ｂによって提供される。しかも、定常制御部１８ｂによる定常的な運転に先立って、初期制御部１８ａが、ＭＣＥ素子１２の温度を調節する。初期制御部１８ａは、ＭＣＥ素子１２の温度が高性能温度帯の外にある初期状態において、ＭＣＥ素子１２の温度を高性能温度帯に向けて調節する。このため、初期状態においてのみ初期制御部１８ａによる温度調節が提供される。よって、定常的な運転においては、初期制御部１８ａによる悪影響が排除される。
【００７５】
（第２実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、補助装置６１は、加熱器６２を採用した。これに代えて、または加えて、この実施形態では、ＭＣＥ素子１２の一部または全部を冷却する冷却器が採用される。
【００７６】
図８において、補助装置６１は、ＭＣＥ素子１２を冷却する冷却器（ＣＬＤＶ）２６４を備える。冷却器２６４は、低温を提供できる種々の機器によって提供することができる。例えば、冷却器２６４は、電気的に低温を作り出すペルチェ素子によって提供できる。また、冷却器２６４は、蒸気圧縮式などの冷凍サイクルによって提供することができる。さらに、冷却器２６４は、蒸発潜熱によって熱を奪う冷却剤を利用する装置、例えば冷却スプレー装置によって提供することができる。
【００７７】
冷却器２６４が提供する低温は、熱交換器２６３に供給される。熱交換器２６３は、熱交換器５４に装着されている。熱交換器２６３は、冷却器２６４と熱交換器５４とを熱伝導可能に連結する連結部によって提供することができる。熱交換器２６３は、冷却器２６４から供給された冷熱を熱交換器５４の部材に伝達する。熱交換器５４は、一次媒体の流路を区画形成する部材でもある。このため、冷却器２６４から供給された熱は、一次媒体である熱輸送媒体に伝達される。一次媒体は、ＭＣＥ素子１２に沿って流れるから、冷却器２６４から供給された熱は、一次媒体を経由してＭＣＥ素子１２に伝達される。この結果、冷却器２６４によってＭＣＥ素子１２が冷却される。図示の構成では、熱交換器２６３は、ＭＣＥ素子１２の低温端に対応付けられた熱交換器５４に装着されているから、冷却器２６４はＭＣＥ素子１２の低温端を冷却する。
【００７８】
熱交換器２６３は、補助装置６１とＭＣＥ素子１２との間の熱交換を提供する熱交換装置を提供する。熱交換器２６３は一次媒体である熱輸送媒体と熱交換する。熱交換器５４は、熱輸送媒体が流れる通路を区画する部材である。この部材の上に、熱交換器２６３は設けられている。熱交換器２６３は、二次媒体と熱交換する熱交換器でもある。
【００７９】
ＭＨＰ装置１１が高温環境におかれる場合、ＭＣＥ素子１２の温度が一部の素子ユニットの高能力温度Ｔｅｆを上回る場合がある。起動の一例では、ＭＣＥ素子１２の初期温度Ｔｉｎは、図５に破線で示される初期温度ＴｉｎＨとなることがある。この場合、補助装置６１はＭＣＥ素子１２を冷却する。例えば、補助装置６１は、ＭＣＥ素子１２の低温端を冷却する。
【００８０】
この構成においても、制御装置１８が採用される。初期制御部１８ａは、補助装置６１、すなわち冷却器２６４を活性化する。初期制御部１８ａは、ＭＣＥ素子１２の低温端の温度が高性能温度帯に到達するようにＭＣＥ素子１２の温度を調節する。
【００８１】
（第３実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、ＭＣＥ素子１２の高温端、または低温端の温度を調節した。これに代えて、この実施形態では、ＭＣＥ素子１２の高温端と低温端との間の中温部の温度が調節される。
【００８２】
図９に図示されるように、この実施形態では、ハウジング２１の中間部に熱交換器３６３が設けられる。熱交換器３６３は、冷却器２６４から供給される冷熱をハウジング２１に伝え、ＭＣＥ素子１２の中温部を間接的に温度調節する。初期制御部１８ａは、ＭＣＥ素子１２の中温部の温度が高性能温度帯に到達するようにＭＣＥ素子１２の温度を調節する。
【００８３】
（第４実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、ＭＨＰ装置１１を構成する部材の表面からＭＣＥ素子１２の温度を間接的に温度調節した。これに代えて、この実施形態では、二次媒体と直接的に熱交換する熱交換装置を採用する。
【００８４】
図１０に図示されるように、この実施形態では、経路５５に熱交換器４６３が設けられる。熱交換器４６３は、経路５５を流れる二次媒体と、冷却器２６４との間の熱交換を提供する。
【００８５】
（第５実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、加熱器６２、または冷却器２６４を採用した。これに代えて、または加えて、この実施形態では、温熱または冷熱を蓄えることができ、さらに蓄えた温熱または冷熱を放出することができる蓄熱器が採用される。
【００８６】
図１１に図示されるように、補助装置６１は、蓄熱器５６５を備える。蓄熱器５６５は、ＭＨＰ装置１１が運転している期間中に得られた低温、すなわち冷熱を蓄える。蓄熱器５６５は、蓄えた冷熱を放出することにより、ＭＣＥ素子１２の低温端を冷却する。このように、補助装置６１は、高温端または低温端に得られる温度を蓄える蓄熱器５６５を備えることができる。蓄熱器５６５は、ＭＣＥ素子１２の高温端、または中温部を加熱する構成にも適用することができる。蓄熱器５６５は、加熱器６２または冷却器２６４と併用することができる。
【００８７】
（第６実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、ＭＣＥ素子１２の温度を調節するための熱交換装置は、独自の熱輸送媒体を有する。
【００８８】
図１２に図示されるように、熱交換装置６６３は、冷却器２６４と熱交換器５４との間に設けられる。熱交換装置６６３は、ポンプと一次熱交換器と二次熱交換器とそれらを環状に接続する熱輸送媒体通路とを備える。この構成によると、冷却器２６４は、熱交換装置６６３を経由して間接的にＭＣＥ素子１２の温度を調節する。
【００８９】
（第７実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、ＭＣＥ素子１２の高温端が加熱されるとともに、低温端が冷却される。
【００９０】
図１３に図示されるように、補助装置６１は、加熱器６２と冷却器２６４との両方を備える。この構成によると、ＭＣＥ素子１２の高温端と低温端との両方の温度を望ましい温度、例えば高能力温度Ｔｅｆの近傍に調節することができる。
【００９１】
（第８実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、ＭＨＰ装置１１は、二次媒体を用いて外部へ熱を輸送した。これに代えて、この実施形態では、一次媒体を利用して外部へ熱が輸送される。
【００９２】
図１４は、この実施形態のＭＨＰ装置１１を示す。この実施形態では、ＭＨＰ装置１１は、弁機構８５７、８５８を備える。弁機構８５７、８５８は、熱輸送媒体である一次媒体の一部を外部へ取り出すことを可能とする。弁機構８５７、８５８は、複数のＭＣＥ素子１２のそれぞれに対応して、吸入弁と吐出弁とを提供する。さらに、弁機構８５７、８５８は、一次媒体を外部へ取り出すための流路を提供する。例えば、弁機構８５８は、ひとつのＭＣＥ素子１２とポンプ４２の対応する気筒との間に、吸入弁８５９ａと、吐出弁８５９ｂとを提供する。図示されるように、ポンプ４２から吸入弁８５９ａへ至る経路に熱交換器８６３が設けられる。
【００９３】
高温系統１６は、弁機構８５７と、弁機構８５７を経由して取り出された熱輸送媒体と熱交換する熱交換器８５３とによって提供される。低温系統１７は、弁機構８５８と、弁機構８５８を経由して取り出された熱輸送媒体と熱交換する熱交換器８５６とによって提供される。
【００９４】
この構成によると、二次媒体を用いることなく、一次媒体によってＭＨＰ装置１１の熱を取り出し、ＭＨＰ装置１１へ熱を与えることができる。この実施形態の構成は、参照によって導入する特願２０１２−１２８８２０号にも開示されている。
【００９５】
（第９実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、補助装置６１を採用してＭＣＥ素子１２の温度を調節した。これに代えて、または加えて、この実施形態では、ＭＨＰ装置１１自身の発熱能力を利用してＭＣＥ素子１２の温度が、磁気熱量効果とは異なる作用によって積極的に調節される。
【００９６】
図１５に図示されるように、この実施形態では、初期制御部９１８ａが採用される。初期制御部９１８ａは、ＭＨＰ装置１１が発熱するようにＭＨＰ装置１１に属する機器を制御する。初期制御部９１８ａは、磁場変調装置１３と熱輸送装置１４とを制御する。定常制御部１８ｂも、磁場変調装置１３と熱輸送装置１４とを制御する。磁場変調装置１３と熱輸送装置１４とは、定常制御部１８ｂによって制御されるときに定常運転状態を提供する。初期制御部９１８ａは、定常運転状態とは異なる初期運転状態を提供するように、磁場変調装置１３と熱輸送装置１４とを制御する。初期運転状態においては、定常運転状態より大きい発熱がＭＨＰ装置１１の機器において発生する。
【００９７】
図１６に図示されるように、この実施形態の制御においては、ステップ９７３、９７４が採用される。ステップ９７３では、初期制御が実行される。初期制御は、初期運転状態のための設定を実行することによって提供される。例えば、初期運転状態では、通常運転よりも高い回転数でモータ１５を回転させるように設定される。ステップ９７４では、ステップ９７３での設定に基づいてＭＨＰ装置１１の機器が制御される。
【００９８】
例えば、初期運転状態では、モータ１５の回転数、およびポンプ４１、４２の回転数が、定常運転状態より高く設定される。モータ１５およびポンプ４１、４２における電気的、機械的な発熱が増加する。よって、これらの機器の発熱がＭＣＥ素子１２を加熱するために貢献する。モータ１５の高い回転数は、定常運転状態より高い周波数で熱輸送媒体を往復的に流す。このような流れは、摩擦熱によってＭＣＥ素子１２を加熱する。
【００９９】
この構成によると、補助的な温度調節のための補助装置６１を設けることなく、熱磁気サイクル装置を利用して、ＭＣＥ素子１２の温度を高性能温度帯に向けて接近させることができる。
【０１００】
（第１０実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、上記実施形態に代えて、または加えて、ＭＣＥ素子１２に対する熱輸送媒体の流れを部分的に無効化、またはバイパスすることによりＭＣＥ素子１２の一部における温度調節が提供される。
【０１０１】
図１７に図示されるように、ＭＨＰ装置１１は、ＭＣＥ素子１２の低温端の領域をバイパスして熱輸送媒体を流すバイパス通路１０２７を備える。バイパス通路１０２７には、バイパス通路１０２７を開閉する開閉弁１０２８が設けられている。バイパス通路１０２７と開閉弁１０２８とは、ＭＣＥ素子１２の一部をバイパスするように熱輸送媒体を流すバイパス機構１０２７、１０２８を提供する。この構成では、初期制御部１０１８ａは、バイパス機構によってＭＣＥ素子１２の一部をバイパスするように熱輸送媒体を流すことによってＭＣＥ素子１２の温度を調節する。この構成によると、補助的な温度調節のための補助装置６１を設けることなく、熱輸送媒体の流れを制御することによって、ＭＣＥ素子１２の温度を高性能温度帯に向けて接近させることができる。
【０１０２】
図１８に図示されるように、この実施形態においては、ステップ１０７３が採用される。ステップ１０７３では、初期制御が実行される。初期制御は、開閉弁１０２８を開くバイパス制御によって提供される。開閉弁１０２８は、初期制御においてのみ開かれ、定常制御においては閉じられる。
【０１０３】
（他の実施形態）
発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造、作用、効果は、あくまで例示であって、発明の技術的範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。発明は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、それぞれ独立して実施可能である。発明のいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。
【０１０４】
例えば、制御装置が提供する手段と機能は、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、制御装置をアナログ回路によって構成してもよい。
【０１０５】
上記実施形態では、斜板式ポンプによって多気筒ポンプを提供した。これに代えて、他の形式の容積型ポンプを利用してもよい。また、上記第１実施形態では、ポンプの１気筒に、一つの作業室を対応させて配置した。これに代えて、複数の気筒とひとつの作業室、またはひとつの気筒と複数の作業室、または複数の気筒と複数の作業室を対応させて配置してもよい。
【０１０６】
また、上記実施形態では、車両用空調装置に本発明を適用した。これに代えて、住宅用の空調装置に本発明を適用してもよい。また、水を加熱する給湯装置として利用してもよい。また、上記実施形態では、室外の空気を主要な熱源とするＭＨＰ装置１１を説明した。これに代えて、水、土などの他の熱源を主要熱源として利用してもよい。
【０１０７】
また、上記実施形態では、熱磁気サイクル装置の一形態であるＭＨＰ装置１１を説明した。これに代えて、熱磁気サイクル装置の一形態である熱磁気エンジン装置に本発明を適用してもよい。例えば、上記実施形態のＭＨＰ装置１１の磁場変化と熱輸送媒体の流れとの位相を調節することにより熱磁気エンジン装置を提供することができる。
【符号の説明】
【０１０８】
１０  車両用空調装置、  １１  磁気熱量効果型ヒートポンプ（ＭＨＰ）装置、
１２  磁気熱量（ＭＣＥ）素子、  １３  磁場変調装置、  １４  熱輸送装置、
１５  モータ、  １６、１７  熱機器、  １８  制御装置、  １９  温度センサ、
１８ａ、９１８ａ、１０１８ａ、  初期制御部、  １８ｂ  定常制御部、
２１  ハウジング、  ２２  回転軸、  ２３  収容室、  ２４  ロータコア、
２５  永久磁石、  ２６  作業室、  ４１、４２  ポンプ、
５１、５４  熱交換器、  ５２、５５  経路、  ５３、５６  熱交換器、
６１  補助装置、  ６２  加熱器、  ２６４  冷却器、
６３、２６３、３６３、４６３、６６３、８６３  熱交換装置、
５６５  蓄熱器、  ８５７、８５８  弁機構、  １０２７、１０２８  バイパス機構。
【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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【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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