(57)【要約】  磁気熱量効果を発現する磁気熱量効果材料で構成された複数の線状体と、前記複数の線状体が充填されたケース１３とを備えるＭＣＭ熱交換器１０であって、前記線状体は、それぞれ少なくとも２本の線材１２１が撚り合わされた撚線１２である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気熱量効果を発現する磁気熱量効果材料で構成された複数の線状体と、
前記複数の線状体が充填されたケースと
を備える熱交換器であって、
前記線状体は、少なくとも２本の線材が撚り合わされた撚線である熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器であって、
前記撚線は、２〜４本の前記線材が撚り合わされている熱交換器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の熱交換器を備える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、磁気熱量効果材料で構成された線材を有する熱交換器、及び磁気ヒートポンプ装置に関するものである。
文献の参照による組み込みが認められる指定国については、２０１６年３月３１日に日本国に出願された特願２０１６−０７３４０３に記載された内容を参照により本明細書に組み込み、本明細書の記載の一部とする。
【背景技術】
【０００２】
磁気熱量効果を発現する磁性体を有する熱交換器として、磁気熱量効果材料で構成された複数の線状の磁性体（以下、線材という）を、この線材の長手方向と交差する方向に重ねて集合体とし、この集合体を筒状のケースに挿入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】特開２０１３−６４５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の熱交換器では、線材を細径にすればするほど、熱交換媒体に触れる線材の表面積が拡大して熱交換効率が向上する反面、熱交換媒体が通過する線材間の空隙が狭小化して熱交換媒体の圧力損失が増大し、熱交換媒体を流動させるのに要するエネルギーが増大する。【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、熱交換媒体の圧力損失の増大を抑えると共に、線材の熱交換媒体との接触面積を確保することができる熱交換器、及び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】
【０００６】
［１］本発明に係る熱交換器は、磁気熱量効果を発現する磁気熱量効果材料で構成された複数の線状体と、前記複数の線状体が充填されたケースとを備える熱交換器であって、前記線状体は、少なくとも２本の線材が撚り合わされた撚線である。【０００７】
［２］上記発明において、前記撚線は、２〜４本の前記線材が撚り合わされていてもよい。【０００８】
［３］本発明に係る磁気ヒートポンプ装置は、上記熱交換器を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、それぞれ少なくとも２本の線材が撚り合わされた複数の撚線が、ケースに充填されていることにより、複数の線材が撚り合わされることなくケースに充填されている場合と比較して、線材の熱交換媒体との接触面積の減少を抑えつつ、ケース内の線材の充填率を低下させることができる。これにより、熱交換媒体の圧力損失の増大を抑えると共に、線材の熱交換媒体との接触面積を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るＭＣＭ熱交換器を備える磁気ヒートポンプ装置の全体構成を示す図であり、ピストンが第１の位置にある状態を示す図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係るＭＣＭ熱交換器を備える磁気ヒートポンプ装置の全体構成を示す図であり、ピストンが第２の位置にある状態を示す図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係るＭＣＭ熱交換器の構成を示す分解斜視図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係るＭＣＭ熱交換器の延在方向に沿った断面図である。
【図５】図５は、図４のＶ-Ｖ線に沿った断面図である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態に係るＭＣＭ熱交換器に充填された複数の撚線を拡大して示す図である。
【図７】図７は、試験体１〜７でのＭＣＭの冷媒との接触面積（ｍ２）と、試験体１〜７での冷媒の平均流速（ｍ／ｓｅｃ）との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、試験体１又は試験体２を設置した磁気ヒートポンプ装置のサイクル周波数（Ｈｚ）と、当該磁気ヒートポンプ装置の出力密度（Ｗ／ｋｇ）との関係を示すグラフである。
【図９】図９は、他の実施形態に係るＭＣＭ熱交換器の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１及び図２は本発明の実施形態に係る第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０を備える磁気ヒートポンプ装置１の全体構成を示す図である。図３〜図６は本実施形態における第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０を示す図である。
【００１３】
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り、図１及び図２に示すように、第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０と、ピストン３０と、永久磁石４０と、低温側熱交換器５０と、高温側熱交換器６０と、ポンプ７０と、配管８１〜８４と、切替弁９０とを備えている。
【００１４】
図３及び図４に示すように、第１のＭＣＭ熱交換器１０は、複数の撚線（子撚線）１２の束からなる集合体１１と、当該集合体１１が収容されたケース１３と、ケース１３に接続された第１のアダプタ１６及び第２のアダプタ１７とを備え、ケース１３内に複数の撚線１２が充填されている。
【００１５】
なお、第１のＭＣＭ熱交換器１０と第２のＭＣＭ熱交換器２０とは、同様の構成であるため、以下に第１のＭＣＭ熱交換器１０の構成についてのみ説明し、第２のＭＣＭ熱交換器２０の構成についての説明は省略して第１のＭＣＭ熱交換器１０の構成についての説明を援用する。また、図３〜図６では、第１のＭＣＭ熱交換器１０を示し、第２のＭＣＭ熱交換器２０については対応する符号を括弧付きで付すに止め、図示を省略する。
【００１６】
図５及び図６に示すように、撚線１２は、相互に撚り合わされた少なくとも２本（例えば、図５に示すように３本）の線材１２１により構成されている。線材１２１は、磁気熱量効果を発現する磁気熱量効果材料（ＭＣＭ：Magnetocaloric Effect Material）から構成された円形の断面形状を有する線状の磁性体である。このＭＣＭから構成される線材１２１に磁場を印加すると、電子スピンが揃うことで磁気エントロピーが減少し、当該線材１２１は発熱して温度が上昇する。一方、線材１２１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、当該線材１２１は吸熱して温度が低下する。
【００１７】
この線材１２１を構成するＭＣＭは、磁性体であれば特に限定しないが、例えば、常温域で高い磁気熱量効果を発現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。
【００１８】
線材１２１の線径としては、特に限定しないが、例えば、０．１〜２．０ｍｍであることが好ましい。撚線１２は、２〜４本の線材１２１を撚り合せたものを使用することが好ましいが、それ以上の本数の線材１２１を撚り合せたものであってもよい。少なくとも２本の線材１２１を撚る方向としては、時計回り方向であっても、反時計回り方向であってもよい。
【００１９】
ここで、２〜４本の線材１２１を撚り合わせた撚線１２を使用した第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０では、当該撚線１２の外周と当該撚線１２の外接円との距離の差が、４本以上の線材１２１を撚り合わせた撚線を使用したＭＣＭ熱交換器と比較して大きくなる。そのため、２本又は３本の線材１２１を撚り合わせた撚線１２を使用した第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０では、隣接する撚線１２同士の間に比較的大きな隙間が出来ることにより、液体媒体の流路が確保される。
【００２０】
集合体１１は、相互に並列された複数の撚線１２の束により構成されていてもよいし、複数の撚線１２が撚り合されて構成されていてもよい。集合体１１における複数の撚線１２の撚り方としては、集合撚り、同心撚り等を例示することができる。集合撚りとは、複数の撚線１２を束ねてその束の軸心の周りに撚る撚り方である。同心撚りとは、一の撚線１２に一又は複数の撚線１２を撚り合わせる撚り方である。複数の撚線１２を撚る方向としては、時計回り方向であっても、反時計回り方向であってもよい。
【００２１】
撚線１２を束ねた集合体１１では、隣接する撚線１２同士の側面の間に流路が形成されている。なお、理解を容易にするために、図３及び図５には、実際の本数よりも少ない本数の撚線１２から構成される集合体１１を示しているが、実際には、数百本以上の撚線１２から集合体１１が構成されている。
【００２２】
図３〜図５に示すように、集合体１１は、ケース１３に挿通されている。ケース１３は、矩形筒状に構成されている。このケース１３の軸方向の一端及び他端には、第１の開口１３１及び第２の開口１３２がそれぞれ形成されている。撚線１２は、直線状に延在しており、この撚線１２の延在方向とケース１３の軸方向とは一致している。また、第１及び第２の開口１３１，１３２の中心は、集合体１１の中心と同軸上に位置している。
【００２３】
図３に示すように、ケース１３の第１の開口１３１には第１のアダプタ１６が接続されており、第２の開口１３２には第２のアダプタ１７が接続されている。この第１及び第２のアダプタ１６，１７としては、例えば、熱収縮チューブや樹脂成型品や金属加工品などを用いることができる。
【００２４】
第１のアダプタ１６は、第１の開口１３１との接続される側の反対側に、第１の連結口１６１を有している。この第１の連結口１６１は、第１の低温側配管８１を介して、低温側熱交換器５０に連通している。第２のアダプタ１７も、第２の開口１３２と接続される側の反対側に、第２の連結口１７１を有している。この第２の連結口１７１は、第１の高温側配管８３を介して、高温側熱交換器６０に連通している。この第１及び第２の連結口１６１，１７１の中心は、集合体１１の中心と同軸上に位置している。
【００２５】
同様に、第２のＭＣＭ熱交換器２０のケース２３にも、複数の撚線２２を束ねた集合体２１が収容され、ケース２３内に複数の撚線２２が充填されている。そして、第１のＭＣＭ熱交換器１０と同様、ケース２３の第３の開口２３１には第３のアダプタ２６が接続され、当該ケース２３の第４の開口２３２には第４のアダプタ２７が接続されている。この第２のＭＣＭ熱交換器２０は、第３のアダプタ２６の第３の連結口２６１に連結された第２の低温側配管８２を介して、低温側熱交換器５０に連通している。一方、第２のＭＣＭ熱交換器２０は、第４のアダプタ２７の第４の連結口２７１に連結された第２の高温側配管８４を介して、高温側熱交換器６０に連通している。
【００２６】
なお、本実施形態では、第２のＭＣＭ熱交換器２０の線材２２１は、第１のＭＣＭ熱交換器１０の線材１２１と同様の構成である。また、第２のＭＣＭ熱交換器２０の撚線２２は、第１のＭＣＭ熱交換器１０の撚線１２と同様の構成である。また、第２のＭＣＭ熱交換器２０の撚線２２の集合体２１は、第１のＭＣＭ熱交換器１０の撚線１２の集合体１１と同様の構成である。さらに、第２のＭＣＭ熱交換器２０のケース２３は、第１のＭＣＭ熱交換器１０のケース１３と同様の構成である。
【００２７】
例えば、図１及び図２に示すように、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５０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６０と室外との間で熱交換を行うことで室外に放熱する。
【００２８】
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は、高温側熱交換器６０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５０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。
【００２９】
以上のように、二つの低温側配管８１，８２と二つの高温側配管８３，８４によって、４つのＭＣＭ熱交換器１０，２０，５０，６０を含む循環路が形成されており、ポンプ７０によって当該循環路内に液体媒体が圧送される。液体媒体の具体例としては、例えば、水、不凍液、エタノール溶液、又は、これらの混合物等の液体を例示することができる。
【００３０】
第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０は、ピストン３０の内部に収容されている。このピストン３０は、アクチュエータ３５によって、一対の永久磁石４０の間を往復移動することが可能となっている。具体的には、このピストン３０は、図１に示すような「第１の位置」と、図２に示すような「第２の位置」との間を往復移動することが可能となっている。なお、アクチュエータ３５の一例としては、例えば、エアシリンダ等を例示することができる。
【００３１】
ここで、「第１の位置」は、第１のＭＣＭ熱交換器１０が永久磁石４０の間に介在せず、第２のＭＣＭ熱交換器２０が永久磁石４０の間に介在するようなピストン３０の位置である。これに対し、「第２の位置」は、第１のＭＣＭ熱交換器１０が永久磁石４０の間に介在し、第２のＭＣＭ熱交換器２０が永久磁石４０の間に介在しないようなピストン３０の位置である。
【００３２】
なお、第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０に代えて、永久磁石４０をアクチュエータ３５により往復移動させてもよい。あるいは、永久磁石４０に代えて、コイルを有する電磁石を用いてもよく、この場合には、第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０又は磁石を移動させる機構が不要となる。また、コイルを有する電磁石を用いる場合には、第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０の線材１２１，２２１に対する磁場の印加／除去に代えて、線材１２１，２２１に印加した磁場の大きさを変更するようにしてもよい。
【００３３】
切替弁９０は、第１の高温側配管８３と第２の高温側配管８４に設けられている。この切替弁９０は、上述のピストン３０の動作に連動して、ポンプ７０により液体媒体の供給先を、第１のＭＣＭ熱交換器１０、又は、第２のＭＣＭ熱交換器２０に切り替えると共に、高温側熱交換器６０の接続先を、第２のＭＣＭ熱交換器２０、又は、第１のＭＣＭ熱交換器１０に切り替える。
【００３４】
次に、本実施形態における磁気ヒートポンプ装置１の動作について説明する。
【００３５】
まず、ピストン３０を図１に示す「第１の位置」に移動させると、第１のＭＣＭ熱交換器１０の線材１２１が消磁されて温度が低下する一方で、第２のＭＣＭ熱交換器２０の線材２２１が着磁されて温度が上昇する。
【００３６】
これと同時に、切替弁９０によって、ポンプ７０→第１の高温側配管８３→第１のＭＣＭ熱交換器１０→第１の低温側配管８１→低温側熱交換器５０→第２の低温側配管８２→第２のＭＣＭ熱交換器２０→第２の高温側配管８４→高温側熱交換器６０→ポンプ７０からなる第１の経路が形成される。
【００３７】
このため、消磁によって温度が低下した第１のＭＣＭ熱交換器１０の線材１２１によって液体媒体が冷却され、当該液体媒体が低温側熱交換器５０に供給されて、当該低温側熱交換器５０が冷却される。
【００３８】
一方、着磁されて温度が上昇した第２のＭＣＭ熱交換器２０の線材２２１によって液体媒体が加熱され、当該液体媒体は高温側熱交換器６０に供給されて、当該高温側熱交換器６０が加熱される。
【００３９】
次いで、ピストン３０を図２に示す「第２の位置」に移動させると、第１のＭＣＭ熱交換器１０の線材１２１が着磁されて温度が上昇する一方で、第２のＭＣＭ熱交換器２０の線材２２１が消磁されて温度が低下する。
【００４０】
これと同時に、切替弁９０によって、ポンプ７０→第２の高温側配管８４→第２のＭＣＭ熱交換器２０→第２の低温側配管８２→低温側熱交換器５０→第１の低温側配管８１→第１のＭＣＭ熱交換器１０→第１の高温側配管８３→高温側熱交換器６０→ポンプ７０からなる第２の経路が形成される。
【００４１】
このため、消磁によって温度が低下した第２のＭＣＭ熱交換器２０の線材２２１によって液体媒体が冷却され、当該液体媒体が低温側熱交換器５０に供給されて、当該低温側熱交換器５０が冷却される。
【００４２】
一方、着磁されて温度が上昇した第１のＭＣＭ熱交換器１０の線材１２１によって液体媒体が加熱され、当該液体媒体は高温側熱交換器６０に供給されて、当該高温側熱交換器６０が加熱される。
【００４３】
そして、以上に説明したピストン３０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、第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０内の線材１２１，２２１に対する磁場の印加・除去を繰り返すことにより、低温側熱交換器５０の冷却と、高温側熱交換器６０の加熱とが継続される。
【００４４】
ところで、磁気冷凍装置のＭＣＭ熱交換器においては、一般的に粒径が０．３ｍｍのＭＣＭ粒子が使用されている。そこで、本願の発明者は、粒径が０．３ｍｍのＭＣＭの粒子を用いたＭＣＭ熱交換器との比較で、ＭＣＭの線材を用いたＭＣＭ熱交換器とが有利な効果を奏するか否かを確認するための実験を行った。以下、本実験とその結果について説明する。
【００４５】
本実験では、まず、以下の試験体１〜７を作製してケース内部での液体媒体（本実験では冷媒、以下、冷媒という）の平均流速（ｍ／ｓｅｃ）を測定した。試験体１〜７において、ケース内部の断面積は、１９６ｍｍ２であり、ケース内部の流路長は、１００ｍｍである。また、ＭＣＭ熱交換器に冷媒を供給するポンプの吐出圧力を０．３ＭＰａに設定した。さらに、冷媒としては、水を用いた。なお、下記の充填率（％）と接触面積（ｍ２）とは、ケース内部の容積とＭＣＭの粒径及び線径とに基づいて算出した。
【００４６】
試験体１，２は、ケース内に粒子を充填したものであり、試験体３〜５は、ケース内に線材をそのまま束ねて充填したものであり、試験体６，７は、ケース内に３本の線材を撚り合わせた撚線を束ねて充填したものである。
【００４７】
ここで、冷媒の平均流速を測定する実験において、線材や粒子を構成する材料の種類は、実験結果に影響を与えない。そのため、以下の試験体において、ガドリニウムなどのＭＣＭの代わりに、銅材を用いることがあることとする。
【００４８】
＜試験体１＞
試験体１は、ガドリニウム（Ｇｄ）からなる粒径０．３ｍｍの粒子をケース内に充填したものであり、粒子の使用量は１３０ｇであり、ケース内部での粒子の充填率は６０％であり、粒子の冷媒との接触面積は０．３３ｍ２である。
＜試験体２＞
試験体２は、ガドリニウム（Ｇｄ）からなる粒径０．５ｍｍの粒子をケース内に充填したものであり、粒子の使用量は１３０ｇであり、ケース内部での粒子の充填率は６０％であり、粒子の冷媒との接触面積は０．１９ｍ２である。
＜試験体３＞
試験体３は、銅（Ｃｕ）からなる線径０．１２ｍｍの線材をそのまま束ねてケース内に充填したものであり、線材の使用量は１４０ｇであり、ケース内部での線材の充填率は７９％であり、線材の冷媒との接触面積は０．５４ｍ２である。
＜試験体４＞
試験体４は、銅（Ｃｕ）からなる線径０．１８ｍｍの線材をそのまま束ねてケース内に充填したものであり、線材の使用量は１４０ｇであり、ケース内部での線材の充填率は７９％であり、線材の冷媒との接触面積は０．３３ｍ２である。
＜試験体５＞
試験体５は、銅（Ｃｕ）からなる線径０．２５ｍｍの線材をそのまま束ねてケース内に充填したものであり、線材の使用量は１４０ｇであり、ケース内部での線材の充填率は７９％であり、線材の冷媒との接触面積は０．２５ｍ２である。
＜試験体６＞
試験体６は、銅（Ｃｕ）からなる線径０．１８ｍｍの線材を３本撚り合わせ、その撚線を束ねてケース内に充填したものであり、線材の使用量は１００ｇであり、ケース内部での線材の充填率は６０％であり、線材の冷媒との接触面積は０．２８ｍ２である。
＜試験体７＞
試験体７は、銅（Ｃｕ）からなる線径０．２５ｍｍの線材を３本撚り合わせ、その撚線を束ねてケース内に充填したものであり、線材の使用量は１００ｇであり、ケース内部での線材の充填率は６０％であり、線材の冷媒との接触面積は０．２２ｍ２である。
【００４９】
図７は、試験体１〜７における、充填物（粒子や線材）の冷媒との接触面積（ｍ２）と、試験体１〜７での冷媒の平均流速（ｍ／ｓｅｃ）との関係を示すグラフである。このグラフに示すように、撚線を束ねてケース内に充填した試験体６、７での冷媒の平均流速は、粒子をケース内に充填した試験体１〜３や、線材をそのまま束ねてケース内に充填した試験体４、５での冷媒の平均流速と比較して大きくなった。以下、より詳細に説明する。
【００５０】
粒径が０．３ｍｍの粒子をケース内に充填した試験体１と、線径が０．１２ｍｍの線材をそのまま束ねてケース内に充填した試験体３とを比較すると、冷媒との接触面積は、試験体３が試験体１よりも格段に（差が０．２ｍ２以上）大きくなるのに対して、冷媒の平均流速は、試験体３が試験体１よりも格段に（１／３程度に）小さくなることが確認された。
【００５１】
粒径が０．３ｍｍの粒子をケース内に充填した試験体１と、粒径が０．５ｍｍの粒子をケース内に充填した試験体２とを比較すると、粒径が大きくなるほど、冷媒との接触面積が減少するのに対して、冷媒の平均流速が増大することが確認された。また、線径が０．１２ｍｍの線材をそのまま束ねてケース内に充填した試験体３と、線径が０．１８ｍｍの線材をそのまま束ねてケース内に充填した試験体４と、線径が０．２５ｍｍの線材をそのまま束ねてケース内に充填した試験体５とを比較すると、線径が大きくなるほど、冷媒との接触面積が減少するのに対して、冷媒の平均流速が増大することが確認された。
【００５２】
粒径が０．３ｍｍの粒子をケース内に充填した試験体１と、線径が０．１８ｍｍの線材をそのまま束ねてケース内に充填した試験体４とを比較すると、冷媒との接触面積は同等であるのに対して、冷媒の平均流速は、試験体４が試験体１よりも大きくなることが確認された。また、粒径が０．５ｍｍの粒子をケース内に充填した試験体２と、線径が０．２５ｍｍの線材を撚った撚線を束ねて充填した試験体７とを比較すると、冷媒との接触面積は同等であるのに対して、冷媒の平均流速は、試験体７が試験体２よりも大きくなることが確認された。
【００５３】
ここで、試験体４（線材をそのまま充填）と試験体１（粒子を充填）との冷媒の平均速度の差は０．２ｍ／ｓｅｃ程度と微小であるのに対して、試験体７（線材を撚り合わせた撚線を充填）と試験体２（粒子を充填）との冷媒の平均速度の差は２．５ｍ／ｓｅｃ程度と前者と比較して格段に大きいことが確認された。
【００５４】
また、試験体４（線材をそのまま充填）と試験体６（線材を撚り合わせて充填）とを比較すると、冷媒の接触面積は、試験体６が試験体４よりも微量（０．１ｍ２未満）ながら小さいのに対して、冷媒の平均流速は、試験体６が試験体４よりも格段に（４倍以上）大きいことが確認された。また、試験体５（線材をそのまま充填）と試験体７（線材を撚り合わせた撚線を充填）とを比較すると、冷媒の接触面積は、試験体７が試験体５よりも微量（０．１ｍ２未満）ながら小さいのに対して、冷媒の平均流速は、試験体７が試験体５よりも格段に（３倍以上）大きいことが確認された。
【００５５】
本実験では、次に、以下の試験体１１、１２を作製してこれらを設置した磁気ヒートポンプ装置の出力密度（Ｗ／ｋｇ）を測定した。この出力密度の測定試験は、磁気ヒートポンプ装置のサイクル周波数（Ｈｚ）を変えながら行った。なお、ピストン３０の「第１の位置」と「第２の位置」との間での１回の往復移動が、磁気ヒートポンプ装置の１サイクルに相当する。また、出力密度（Ｗ／ｋｇ）は、ＭＣＭ熱交換器に充填したＭＣＭの単位体積当たりの質量（ｋｇ）に対する磁気ヒートポンプ装置の冷凍能力（Ｗ）に相当する。
【００５６】
試験体１１、１２において、ケース内部の断面積は、１９６ｍｍ２であり、ケース内部の流路長は、１００ｍｍである。また、ＭＣＭ熱交換器に冷媒を供給するポンプの吐出圧力を０．３ＭＰａに設定した。
【００５７】
＜試験体１１＞
試験体１１は、ガドリニウム（Ｇｄ）からなる粒径０．３ｍｍの粒子をケース内に充填したものであり、粒子の使用量は１００ｇであり、ケース内部での粒子の充填率は６０％であり、粒子の冷媒との接触面積は０．３３ｍ２である。なお、試験体１１は、試験体１と同様の仕様である。
＜試験体１２＞
試験体１２は、ガドリニウム（Ｇｄ）からなる線径０．２５ｍｍの線材を３本撚り合わせ、その撚線を束ねてケース内に充填したものであり、線材の使用量は１００ｇであり、ケース内部での線材の充填率は６０％であり、線材の冷媒との接触面積は０．２２ｍ２である。なお、試験体１２は、試験体７とは線材の種類が異なるのみでその他の仕様は同様である。
【００５８】
図８は、試験体１１又は試験体１２を設置した磁気ヒートポンプ装置のサイクル周波数（Ｈｚ）と、当該磁気ヒートポンプ装置の出力密度（Ｗ／ｋｇ）との関係を示すグラフである。このグラフに示すように、サイクル周波数が５Ｈｚでの試験体１１（粒子を充填）と試験体１２（線材を撚り合わせた撚線を充填）とを比較すると、試験体１２（粒子を充填）を用いた磁気ヒートポンプ装置の出力密度が、試験体１２（線材を撚り合わせた撚線を充填）を用いた磁気ヒートポンプ装置の出力密度よりも格段に（２倍以上）高い出力密度が得られることが確認された。また、試験体１１（流体を充填）を用いた磁気ヒートポンプ装置では、サイクル周波数を上昇させても、出力密度に顕著な増加がみられないのに対して、試験体１２（線材を撚り合わせた撚線を充填）を用いた磁気ヒートポンプでは、サイクル周波数を上昇させると、出力密度に顕著な増加がみられることが確認された。なお、試験体１１（粒子を充填）を用いた磁気ヒートポンプ装置では、圧力損失が過大であることから、ポンプの吐出圧力を増加させることなく、サイクル周波数を１０Ｈｚまで増加することはできなかった。そのため、粒子を用いた磁気ヒートポンプ装置においてサイクル周波数を１０Ｈｚまで増加させたときの出力密度は測定できなかった。
【００５９】
このように、撚線を束ねてケース内に充填したものの方が、粒子をケース内に充填したものや、線材をそのまま束ねてケース内に充填したものと比較して、冷媒を効率よく出力（排出）することができ、ＭＣＭを用いた磁気ヒートポンプ装置における熱交換能力を向上させることが可能となる。
【００６０】
以上説明したように、本実施形態に係る第１のＭＣＭ熱交換器１０では、それぞれ少なくとも２本のＭＣＭの線材１２１が撚り合わされた複数の撚線１２を備え、この複数の撚線１２の束である集合体１１がケース１３に収容され、ケース１３内に複数の撚線１２が充填されている。これによって、ケース１３内に、粒子が充填されている場合や、線材がそのまま充填されている場合と比較して、ＭＣＭの液体媒体との接触面積を微減に抑え、あるいは、同等に維持したうえで、ＭＣＭ間の空隙、即ち媒体流路を拡大して液体媒体の圧力損失を低減することができ、以って、第１のＭＣＭ熱交換器１０の熱交換効率を向上させることができる。
【００６１】
ここで、複数の線材をそのままケース１３内に充填した場合、線材を最密充填しない限り、線材間の空隙の大きさを均一化できない。そのため、線径の小さな線材を用いて線材を最密充填すると、線材間の空隙の大きさが均一化されるものの、線材間の空隙が均一に狭小化され、ケース１３内の液体媒体の圧力損失が均一に拡大する。それにより、ケース１３の全域において、熱交換効率が一様に低下する。一方、線材を最密充填しないと、線材間の空隙の大きさが不均一となり、ケース１３内の液体媒体の圧力損失が不均一になる。それにより、ケース１３内に熱交換率の低い箇所が生じてしまう。
【００６２】
それに対して、本実施形態に係る第１のＭＣＭ熱交換器１０では、少なくとも２本の撚線１２の束である集合体１１をケース１３に収容し、ケース内に複数の撚線１２を充填したことにより、線材１２１を最密充填する場合と比較して撚線１２間に大きな空隙を設けることができ、また撚線１２間の空隙の大きさを均一化でき、ケース１３内の液体媒体の圧力損失を均一化できる。それにより、ケース１３内での熱交換効率を均一化でき、ケース１３の全域において、熱交換効率を一様に向上させることができる。
【００６３】
特に、本実施形態に係る第１のＭＣＭ熱交換器１０では、３本の線材１２１を撚り合わせることで撚線１２を形成したことにより、撚線１２の断面形状を安定化させることができる。従って、線材１２１間の空隙の大きさをより一層効果的に均一化でき、ケース１３内の液体媒体の圧力損失をより一層効果的に均一化できる。従って、ケース１３内での熱交換効率をより一層効果的に均一化できる。
【００６４】
上述の実施形態における「第１のＭＣＭ熱交換器１０」、「第２のＭＣＭ熱交換器２０」が本発明における「熱交換器」の一例に相当し、上述の実施形態における「線材１２１」、「線材２２１」が本発明における「線材」の一例に相当し、上述の実施形態における「撚線１２」、「撚線２２」が本発明における「線状体」、「撚線」の一例に相当し、上述の実施形態における「ケース１３」、「ケース２３」が本発明における「ケース」の一例に相当する。
【００６５】
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。従って、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。
【００６６】
例えば、上述の実施形態では、３本の線材１２１が撚り合わされた撚線１２を用いたが、図９に示すように、撚線１２を２本の線材１２１を撚り合わせて構成してもよく、あるいは、４本の線材１２１を撚り合わせて構成してもよい。ここで、５、６本の線材１２１を撚り合わせて撚線１２を構成する場合には、撚線１２の外周が円形となるように線材１２１を撚り合わせると、撚線１２の中心にできる隙間が大きくなるので、撚線１２の形状が崩れやすくなってしまう。また、７本以上の線材１２１を撚り合わせて撚線１２を構成する場合には、１本の線材１２１の周りで６本以上の線材１２１を撚り合わせる構成になるので、液体媒体の流路を確保する効果が小さい。それに対して、２〜４本の線材１２１を撚り合わせて撚線１２を構成する場合には、撚線１２の中心にできる隙間が小さくなるので、線材１２１を撚り合わせることが容易であり、撚線１２の形状の崩れを抑制できる。また、液体媒体の流路を確保する効果も大きい。
【００６７】
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、本発明に係る製造方法で製造した熱交換器をＡＭＲ（Active Magnetic Refrigeration）方式等の他の磁気ヒートポンプ装置に適用してもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１・・・磁気ヒートポンプ装置
１０・・・第１のＭＣＭ熱交換器
１１・・・集合体
１２・・・撚線
１２１・・・線材
１３・・・ケース
１３１・・・第１の開口
１３２・・・第２の開口
１６・・・第１のアダプタ
１６１・・・第１の連結口
１７・・・第２のアダプタ
１７１・・・第２の連結口
２０・・・第２のＭＣＭ熱交換器
２１・・・集合体
２２・・・撚線
２２１・・・線材
２３・・・ケース
２３１・・・第３の開口
２３２・・・第４の開口
２６・・・第３のアダプタ
２６１・・・第３の連結口
２７・・・第４のアダプタ
２７１・・・第４の連結口
３０・・・ピストン
３５・・・アクチュエータ
４０・・・永久磁石
５０・・・低温側熱交換器
６０・・・高温側熱交換器
７０・・・ポンプ
８１・・・第１の低温側配管
８２・・・第２の低温側配管
８３・・・第１の高温側配管
８４・・・第２の高温側配管
９０・・・切替弁
【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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【国際調査報告】
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