(57)【要約】【課題】使用開始の起動時から定常状態となるまでの過渡特性を向上させた磁気冷暖房装置を提供する。【解決手段】間隔を設けて列状に配置された複数の磁性体（１０Ａ−１０Ｆ）を有し、前記複数の磁性体は、磁気の印加および除去により、それぞれ異なる作動温度範囲で温度変化する少なくとも一つの磁気熱量材料を有し、前記複数の磁性体のうち少なくとも一つの磁性体は、一つの磁性体の中に作動温度範囲の異なる少なくとも２つの磁気熱量材料を有していてこのうち一つは作動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料（ｃ）である磁気冷暖房装置。
2014034374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔を設けて列状に配置された複数の磁性体と、
前記複数の磁性体のそれぞれに磁気を印加および除去する磁気印加部と、
前記複数の磁性体の前記列の一端部に磁性体から間隔をあけて配置された低温側熱交換部と、
前記複数の磁性体の前記列の他端部に磁性体から間隔をあけて配置された高温側熱交換部と、
前記磁性体同士の間、前記磁性体と前記低温側熱交換部の間、および前記磁性体と前記高温側熱交換部の間のそれぞれに配置され、これらの間の熱の伝達および断熱を行う熱伝導部と、
を有し、
前記複数の磁性体は、前記磁気の印加および除去により、それぞれ異なる作動温度範囲で温度変化する少なくとも一つの磁気熱量材料を有し、
前記複数の磁性体のうち少なくとも一つの磁性体は、一つの磁性体の中に作動温度範囲の異なる少なくとも２つの磁気熱量材料を有していてこのうち一つは作動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料であることを特徴とする磁気冷暖房装置。
【請求項２】
前記少なくとも２つの磁気熱量材料を有していてこのうち一つは作動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料を有する前記磁性体は、前記複数の磁性体が列状に並んだ方向に沿う断面において、前記作動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料を中央に配置し、その外側に前記磁性体自身の作動温度範囲を担う磁気熱量材料を配置していることを特徴とする請求項１に記載の磁気冷暖房装置。
【請求項３】
前記少なくとも２つの磁気熱量材料を有していてこのうち一つは作動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料を有する前記磁性体は、前記複数の磁性体が列状に並んだ方向に沿う断面において、前記作動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料を中央に配置し、その外側に前記磁性体自身の作動温度範囲を担う磁気熱量材料を配置した構成を基本配置として、当該基本配置を複数組み合わせていることを特徴とする請求項１に記載の磁気冷暖房装置。
【請求項４】
前記少なくとも２つの磁気熱量材料を有していてこのうち一つは作動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料を有する前記磁性体は、前記低温側熱交換部および／または前記高温側熱交換部に隣接する磁性体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の磁気冷暖房装置。
【請求項５】
前記低温側熱交換部および／または高温側熱交換部に隣接する前記磁性体は、
それ自身の作動温度範囲の磁気熱量材料、動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料、これらの磁気熱量材料の作動温度範囲以外の作動温度範囲の磁気熱量材料を有することを特徴とする請求項４に記載の磁気冷暖房装置。
【請求項６】
前記複数の磁性体は同じ質量であり、一つの磁性体に含まれる作動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料の割合は５質量％以上５０質量％未満であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の磁気冷暖房装置。
【請求項７】
前記複数の磁性体は同じ体積であり、各磁性体自身の作動温度範囲を担う磁気熱量材料を１００質量％としたとき、当該１００質量％に対して作動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料の割合は５質量％以上５０質量％未満であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の磁気冷暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気冷暖房装置に係り、特に、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暖房装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来用いられている室温域の冷凍装置、たとえば、冷蔵庫、冷凍庫、エアコンなどの冷凍装置の大半は、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装置に代わる、クリーンでかつ熱輸送能力の高い、革新的な冷凍装置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が変化する、いわゆる磁気熱量効果（ＭＣＥ：Ｍａｇｎｅｔｏｃａｌｏｒｉｃ  Ｅｆｆｅｃｔ）を発現するものがある。このような磁気熱量効果により温度変化する磁性体は磁気熱量材料（ＭＣＭ：Ｍａｇｎｅｔｏｃａｌｏｒｉｃ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）と称されている（磁気熱量効果材料と称されることもある）。そして、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、たとえば、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装置がある。この磁気冷凍装置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し、磁気を除去すると温度が下降する正の磁性体と、磁気を印加すると温度が下降し、磁気を除去すると温度が上昇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、熱伝導部を介して磁性体が配置される一方向に輸送する。【０００６】
このような磁気冷凍装置において、引用文献１の技術では、高温側熱交換手段から低温側熱交換手段に向かう方向に順に作動温度が低くなる磁性体を用いている。【０００７】
また、たとえば引用文献２の技術では、それぞれ作動温度範囲の異なる複数の磁性体を用いて、隣接する磁性体同士の作動温度範囲を重複するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１４７２０９号公報（段落００７２）
【特許文献２】米国特許第６５８８２１５号（第１１欄第３０行〜第１２欄第３７行、ＦＩＧ．１１および１２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このような作動温度範囲の異なる磁気熱量材料を用いた磁性体を配置すると、すべての磁性体がそれぞれの作動温度範囲となったのち、すなわち定常状態となったのちは効率よく磁気熱量効果を発現させて熱を移動できる。しかし、起動時においては、各磁性体は起動時におけるその環境の温度となっている。このため、起動時から定常状態となるまでは、各磁性体がそれぞれの作動温度になるまで磁気熱量効果が十分に発揮されない。このため従来の装置では、起動時の状態から定常状態に至るまでの過渡特性が悪く、定常状態になるまで時間がかかるという問題があった。【００１０】
そこで本発明の目的は、使用開始の起動時から定常状態となるまでの過渡特性を向上させた磁気冷暖房装置を提供することである。
【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暖房装置は、間隔を設けて列状に配置され、磁気の印加および除去により温度変化する複数の磁性体と、これら複数の磁性体のそれぞれに磁気を印加および除去する磁気印加部を有する。複数の磁性体の列の一端部には磁性体から間隔をあけて配置された低温側熱交換部を有し、複数の磁性体の列の他端部には磁性体から間隔をあけて配置された高温側熱交換部を有する。さらに磁性体同士の間、磁性体と低温側熱交換部の間、および磁性体と高温側熱交換部の間のそれぞれに配置されて、これらの間の熱の伝達および断熱を行う熱伝導部を有する。そして、複数の磁性体は、それぞれが作動温度範囲の異なる磁気熱量材料を有するものであり、これら複数の磁性体のうち少なくとも一つの磁性体は、一つの磁性体としてその中に作動温度範囲の異なる少なくとも２つの磁気熱量材料を有していてこのうち一つの磁気熱量材料は作動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように構成された本発明に係る磁気冷暖房装置によれば、列状に並んだ複数の磁性体のうち少なくとも一つの磁性体に、作動温度範囲の異なる少なくとも２つの磁気熱量材料を有するようにして、このうち一つの磁気熱量材料が作動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料とした。これにより少なくとも２つの磁気熱量材料を持つ磁性体は、自身の磁気熱量材料の作動温度範囲から外れている起動時の温度状態の時点から、磁気の印加、除去によって温度変化を起こすことができる。したがって、起動時から磁性体の温度が変わって行くので、起動時から定常状態になるまでの過渡特性が向上して、従来よりも短い時間で定常状態にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】磁気冷暖房装置の動作原理を説明するための説明図である。
【図２】磁気冷暖房装置の温度変化を示すグラフである。
【図３】磁性体に使用される磁気熱量材料の作動温度範囲を説明するためのグラフである。
【図４】比較例１の磁気冷暖房装置として、図１に示した各磁性体１０Ａ−１０Ｆにおける磁気熱量材料の割合（質量％）を説明するためのグラフである。
【図５】比較例１の磁気冷暖房装置における熱の移動を説明するための説明図である。
【図６】比較例１の磁気冷暖房装置における熱の移動を説明するための説明図である。
【図７】実施形態１の磁気冷暖房装置において、各磁性体１０Ａ−１０Ｆをそれぞれ構成する磁気熱量材料の組み合わせ割合（質量％）を説明するためのグラフである。
【図８】実施形態１の磁気冷暖房装置における熱の移動を説明するための説明図である。
【図９】実施形態１の磁気冷暖房装置における熱の移動を説明するための説明図である。
【図１０】３つの磁気熱量材料を組み合わせたときの各磁気熱量材料の配置を説明するための説明図である。
【図１１】複数の磁気熱量材料を組み合わせた磁性体を用いた場合の温度変化を論理計算した結果をまとめたグラフである。
【図１２】図１１における論理計算に用いた磁性体中の磁気熱量材料の組み合わせ割合を説明するための説明図である
【図１３】実施形態１の変形例における磁気冷暖房装置において、各磁性体をそれぞれ構成する磁気熱量材料の組み合わせ割合（質量％）を説明するためのグラフである。
【図１４】実施形態２の磁気冷暖房装置の概略構成を示す上面図である。
【図１５Ａ】図１４に示した磁気冷暖房装置を構成する、磁性体・熱伝達部配置板の上面図である。
【図１５Ｂ】図１４に示した磁気冷暖房装置を構成する、磁石配置板の上面図である。
【図１６】図１４に示した磁気冷暖房装置の分解断面図である。
【図１７】磁気冷暖房装置の磁石／熱伝達部配置板を回転させたときに熱が移動して行く様子を説明するための模式図である。
【図１８】本実施形態２に係る磁気冷暖房装置の動作を説明するための説明図である。
【図１９】熱スイッチ部の形態１を説明するための説明図である。
【図２０】熱スイッチ部の形態２を説明するための説明図である。
【図２１】熱スイッチ部の形態３を説明するための説明図である。
【図２２】熱スイッチ部の形態４を説明するための説明図である。
【図２３】熱スイッチ部の形態５を説明するための説明図である。
【図２４】熱スイッチ部の形態６を説明するための説明図である。
【図２５】熱スイッチ部の形態７を説明するための説明図である。
【図２６】熱スイッチ部の形態８における熱スイッチ部の構成を説明するための熱スイッチ部部分の断面図である。
【図２７】熱スイッチ部の形態８における熱スイッチ部の構成を説明するための熱スイッチ部部分の平面図（図２６の矢視Ａの図）である。
【図２８】エレクトロウェッティングの原理を説明するための説明図である。
【図２９】隙間における液体金属の移動を説明するための説明図で、隙間における液体金属部分の拡大図である。
【図３０】図２６と同じ部分の断面図であり、液体金属が隙間を上がってきた熱伝達状態を示している。
【図３１】熱スイッチ部の形態９における熱スイッチ部の構成を説明するための平面図であって、図２６中の矢視Ａに相当する方向から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１５】
［磁気冷凍装置の動作原理］
まず、磁気冷暖房装置の動作原理を説明する。図１は、磁気冷暖房装置の動作原理を説明するための説明図である。
【００１６】
図示する磁気冷暖房装置は磁気冷暖房装置の基本的な形態を示している。磁気冷暖房装置は磁気熱量効果を発現する複数の磁性体１０Ａ−１０Ｆを有する。複数の磁性体１０Ａ−１０Ｆは間隔を設けて列状に並べられている。磁性体１０Ａ−１０Ｆには、発現される磁気熱量効果の種類が同じ磁性体として、正の磁性体を用いている。ただし本実施形態では、それぞれの磁性体が磁気の印加、除去によって温度変化する範囲（作動温度範囲）が異なる磁気熱量材料を有している（詳細後述）。
【００１７】
このような磁性体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。
【００１８】
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。
【００１９】
ここで、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、この磁気を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。本実施形態１では（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ている。これは、負の磁性体は希少な磁気熱量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（なお磁性体に用いる具体的な磁気熱量材料については後述する）。
【００２０】
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。
【００２１】
熱伝導部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３０Ｂ、３０Ｄ、３０Ｆと熱伝導部３０Ａ、３０Ｃ、３０Ｅ、３０Ｇは交互に挿脱が繰り返される。
【００２２】
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は発熱し、磁性体１０Ｂ、１０Ｄ、１０Ｆは吸熱する。そして同時に、熱伝導部３０Ｂが磁性体１０Ａと１０Ｂとの間に、熱伝導部３０Ｄが磁性体１０Ｃと１０Ｄとの間に、熱伝導部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３０Ａと３０Ｇは低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ａとの間および高温側熱交換部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３０Ｃ、３０Ｅも磁性体１０Ｂ、１０Ｃとの間および磁性体１０Ｄ、１０Ｅとの間には挿入されない。
【００２３】
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は発熱し、磁性体１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｅは吸熱する。また、熱伝導部３０Ａが低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ａとの間に、熱伝導部３０Ｃが磁性体１０Ｂと１０Ｃとの間に、熱伝導部３０Ｅが磁性体１０Ｄと１０Ｅとの間に、熱伝導部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、および、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。
【００２４】
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。
【００２５】
図２は、磁気冷暖房装置の温度変化を示すグラフである。このグラフに示すように、磁気冷暖房装置が起動した直後（初期状態）では、各磁性体の位置に対して温度の傾きがほとんどなく、低温側熱交換部４０Ａから高温側熱交換部４０Ｂまで室温（ここでは２０℃）と同じである。
【００２６】
そして、少し時間が経過した状態（温度変化途中）において、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間の温度差は小さいものの、温度差が現れてくる。さらに時間が経過するに従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行く。最終的には、定常状態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。
【００２７】
この定常状態において、低温側熱交換部４０Ａから高温側熱交換部４０Ｂへ熱を移動させて、低温側熱交換部４０Ａ側に接触させた物体や低温側熱交換部４０Ａがある空間などを冷やすことができる。これにより磁気冷凍装置となる。逆に高温側熱交換部４０Ｂから低温側熱交換部４０Ａからへ熱を移動させて、高温側熱交換部４０Ｂに接触させた物体や高温側熱交換部４０Ｂがある空間などを温めることができる。これにより磁気暖房装置となる。また、低温側から高温側へ、逆に高温側から低温側へ熱を移動させることで、冷凍（冷房）と暖房を一つの装置で行うこともできる。この場合、一つの装置で磁気冷暖房装置となる。
【００２８】
このような磁気の移動（印加、除去）により温度変化する磁性体は、磁気を移動させた時に温度変化する温度範囲（これを作動温度範囲という）が決まっている。
【００２９】
図３は、磁性体（磁気熱量材料）の作動温度範囲を説明するためのグラフである。このグラフにおいて、横軸は作動温度であり、縦軸は温度変化範囲（ΔＴ）である。ΔＴは、磁場の強さにも依存して変化するものである。
【００３０】
図示するように、各磁気熱量材料ａ−ｆには、変化する温度範囲（縦軸のΔＴ）にピークがあり、このピークの時の温度（横軸）がもっとも温度変化しやすい作動温度となる。このピークを示す部分の作動温度は磁気熱量材料のキュリー点に対応した温度である。そして、グラフからわかるように、各磁気熱量材料は、キュリー点の温度を中心にして作動温度範囲が決まっている。つまりΔＴのピーク位置の温度から離れると、ほとんど温度変化しないのである。
【００３１】
ここで、これら磁気熱量材料ａ−ｆを図示するようにａ−ｆの順に並べた場合、その温度変化範囲（磁気熱量材料ａ−ｆのそれぞれの山形のグラフ）は、それぞれ隣接する磁気熱量材料に対して若干重なりがある。しかし、重なりのある部分はΔＴのピーク（頂点）の温度から離れた裾野の部分のみである。この裾野の部分ではΔＴが低い（縦軸）が低いことがわかる。したがって、この裾野の部分、すなわち磁気熱量材料ａ−ｆのそれぞれが重なり合っている部分での温度変化は少ない。
【００３２】
実際に使用できる温度範囲は、ΔＴの半分程度以上の温度変化量を示す温度範囲である。このため、たとえばΔＴが５℃で、キュリー点が２２．５℃の正の磁気熱量材料（磁気印加で温度上昇する）で温度変化量（ΔＴ）が５℃を有する材料ならば、その作動温度範囲は約２０〜２５℃となる。ただし、２０℃以下、２５℃以上の裾野の部分でも、磁場の印加、除去により温度変化は小さいながらも起る。ほかの磁気熱量材料も同様に、キュリー点温度、材料種によってその作動温度範囲および温度変化量（ΔＴ）が決まってくる。
【００３３】
（比較例１）
ここで本実施形態を理解しやすくするために、磁気冷暖房装置の基本形を比較例１として説明する。比較例１は、図１と同様に構成された磁気冷暖房装置において、複数の磁性体がそれぞれの作動温度範囲で作動する一つの磁気熱量材料のみを用いている。すなわち、特許文献１および２に記載されているように、一つひとつの磁性体は、高温側熱交換手段から低温側熱交換手段に向かう方向に順に作動温度が低くなる一つの磁気熱量材料のみを用いているのである。
【００３４】
図４は、比較例１の磁気冷暖房装置として、図１に示した各磁性体１０Ａ−１０Ｆにおける磁気熱量材料の割合（質量％）を説明するためのグラフである。
【００３５】
この比較例１では一つの磁性体が一つの磁気熱量材料からなる。そして一つの磁気熱量材料の作動温度範囲は、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上昇した分の温度５℃分が下降する特性を持っていると想定する（つまりΔＴが５℃である）。このため比較例においては、一つ磁性体の作動温度範囲はそのまま一つの磁気熱量材料の作動温度範囲と同じということになる。また、上記の裾野の部分も無視することができず、以下に述べるように、磁性体の作動温度範囲の前後に１℃の裾野をもつと仮定する。この裾野の部分では、磁場印加、除去を行っても磁性体の温度は、裾野の温度域を超えることはできない。
【００３６】
図示するように、比較例において各磁性体は、それぞれ約５℃の温度範囲で温度変化する一つの磁気熱量材料によって構成されている。そして、各磁性体の作動温度範囲は独立している。また、隣接する磁性体とはその作動温度範囲に１℃の重なりがある。
【００３７】
したがって、磁性体１０Ａは作動温度範囲５℃から１０℃（裾野の部分を考慮すると４℃から１１℃の範囲を変化しうる）の磁気熱量材料ａが１００質量％である。磁性体１０Ｂは作動温度範囲１０℃から１５℃（裾野の部分を考慮すると９℃から１６℃の範囲を変化しうる）の磁気熱量材料ｂが１００質量％、磁性体１０Ｃは作動温度範囲１５℃から２０℃（裾野の部分を考慮すると１４℃から２１℃の範囲を変化しうる）の磁気熱量材料ｃが１００質量％、磁性体１０Ｄは作動温度範囲２０℃から２５℃（裾野の部分を考慮すると１９℃から２６℃の範囲を変化しうる）の磁気熱量材料ｄが１００質量％、磁性体１０Ｅは作動温度範囲２５℃から３０℃（裾野の部分を考慮すると２４℃から３１℃の範囲を変化しうる）の磁気熱量材料ｅが１００質量％、磁性体１０Ｆは作動温度範囲３０℃から３５℃（裾野の部分を考慮すると２９℃から３６℃の範囲を変化しうる）の磁気熱量材料ｆが１００質量％である。
【００３８】
図５および６は、比較例の磁気冷暖房装置における熱の移動を説明するための説明図である。図５（１）において各磁性体の符号下に記したかっこ内の数字は各磁性体の作動温度範囲を示している。
【００３９】
なお、ここでも各磁性体（正確には磁性体を構成する磁気熱量材料）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である。
【００４０】
まず、図５の（１）に示すように、起動直後の初期状態ではすべての磁性体が室温の２０℃になっている。
【００４１】
次に、図５の（１）の状態から図５の（２）に示すように、各磁性体ブロック１００Ａ−１００Ｃのそれぞれの左側に位置する磁性体から磁気を除去し、右側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との間および磁性体ユニット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を挿入する。
【００４２】
図５の（２）の状態では、作動温度に常温（２０℃）を含む磁性体１０Ｃおよび１０Ｄにおいては、磁気が除去された磁性体１０Ｃの温度が１５℃に低下し、磁気が印加された磁性体１０Ｄの温度が２５℃に上昇する。しかし、常温を作動温度範囲に含まない磁性体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｅ、１０Ｆは、磁気の印加、除去が行われても、ほとんど温度変化しない。
【００４３】
その後、熱伝導部が挿入されることで、図５の（２）’に示すように、磁性体１０Ｃに隣接する磁性体１０Ｂは温度が低下し１７．５℃になり、磁性体１０Ｄに隣接する磁性体１０Ｅは温度が上昇し２２．５℃になる。しかし、この状態では未だ、低温側熱交換部４０Ａおよび高温側熱交換部４０Ｂにまで熱は移動していない。
【００４４】
続いて、図５の（３）に示すように、磁気回路を各ブロック１００Ａ−１００Ｃ内で左側の磁性体の方に移動させる。これと同時に、各磁性体ブロック１００Ａ−１００Ｃ内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を挿入する。
【００４５】
この図５の（３）の状態では、磁性体１０Ｃは磁気が印加されることで発熱するとともに、熱伝導部が挿入されて磁性体Ｄとの熱伝導があるため温度が２１℃に上昇する。磁気が除去された磁性体１０Ｄは吸熱するとともに、磁性体Ｃとの熱伝導があるため温度が１９℃に低下する。磁性体１０Ｂは１７．５℃のままである。また磁性体１０Ｅも２２．５℃のままである。さらにこの状態でも磁性体１０Ａ、１０Ｆは、それらの温度が室温に近く、作動温度範囲外であるため磁気回路の移動ではほとんど温度変化しない。
【００４６】
この状態で時間が経過すると、図５の（３）’に示すように、各磁性体ブロック１００Ａ−１００Ｃ内で熱伝導部を介して温度の高い方から温度の低い方に熱が移動する。このため、磁性体１０Ａ、１０Ｂはともに１８．７５℃、磁性体１０Ｃ、１０Ｄはともに２０℃、磁性体１０Ｅ、１０Ｆはともに２１．２５℃となる。
【００４７】
そして、再び、磁気回路を各磁性体ブロック１００Ａ−１００Ｃ内の右側から左側へ移動させて、以後これを繰り返す。そして、磁性体自体の温度が作動温度範囲に至った磁性体は磁気回路の移動に伴い温度変化するようになる。最終的には、図６に示すように、低温側熱交換部４０Ａが５℃、高温側熱交換部４０Ｂが３５度の温度差がついて一定になる。そして、各磁性体も、それぞれの温度が作動温度範囲となるので、磁気回路の移動に伴い図６（１）−（２）に示した温度変化を繰り返すようになる。これが定常状態である。
【００４８】
このように比較例１の構成では、常温（ここでは２０℃）の初期状態から定常状態に至るまでの間、各磁性体の温度がそれぞれの磁性体の作動温度範囲になるまで、磁気の印加除去による温度変化が起きない状態が存在するのである。このため定常状態に至るまで多くの時間を要する結果となる。
【００４９】
［実施形態１］
本発明を適用した実施形態１は、各磁性体を、自身の作動温度範囲の磁気熱量材料のほかに、他の作動温度範囲の磁気熱量材料を組み合わせたものである。特に、初期状態である起動時の温度から定常状態に至ることを考慮して、起動時温度を含む作動温度の磁気熱量材料を、すべての磁性体に入れている。なお、各磁性体に用いる磁気熱量材料は、作動温度範囲において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（ΔＴが５℃）。
【００５０】
図７は、実施形態１の磁気冷暖房装置において、各磁性体１０Ａ−１０Ｆをそれぞれ構成する磁気熱量材料の組み合わせ割合（質量％）を説明するためのグラフである。
【００５１】
磁性体１０Ａは、この磁性体１０Ａの作動温度範囲５−１０℃を担う磁気熱量材料ａを５０質量％、隣接する磁性体１０Ｂの作動温度範囲１０−１５℃を担う磁気熱量材料ｂを３０質量％、起動時温度の作動温度範囲１５−２０℃を担う磁気熱量材料ｃを２０質量％となるように組み合わせている。
【００５２】
ここで起動時温度は常温の２０℃を想定している。このため、起動時温度を含む作動温度範囲の磁性体は、磁性体１０Ｃのほかに磁性体１０Ｄも該当する。しかし、磁性体１０Ａは、起動時温度２０℃に対して低温側に位置するため、起動時温度を含む作動温度範囲の磁性体のうち、低温側に位置する磁性体１０Ｃ（作動温度範囲１５−２０℃）の磁気熱量材料ｃを組み合わせて、一つの磁性体としているのである。
【００５３】
このように自身の作動温度範囲５−１０℃である磁性体１０Ａに起動時温度を含む作動温度範囲１５−２０℃を担う磁気熱量材料ｃを入れておくことで、起動直後から磁気の印加、除去により磁気熱量材料ｃが機能して温度変化が起こるようになる。
【００５４】
また、磁性体１０Ａには、隣接する磁性体１０Ｂの作動温度範囲１０−１５℃を担う磁気熱量材料ｂも入れている。初期状態から温度が下がって温度変化途中の状態においては、起動時温度から外れ、かつ自身の作動温度範囲５−１０℃には至らない状態がある。このような途中の温度となったときに、磁気の印加、除去により温度変化させるために作動温度範囲１０−１５℃を担う磁気熱量材料ｂを入れているのである。
【００５５】
磁気熱量材料を組み合わせる割合は、たとえば、磁性体１０Ａ自身の作動温度範囲の磁気熱量材料ａをもっとも多くする。これは、やはり定常状態に至ったときに効率よく動作させるためである。したがって、磁性体１０Ａ自身の作動温度範囲の磁気熱量材料ａは、少なくとも全量（１００質量％）に対して５０質量％以上とすることが好ましい。
【００５６】
また、すべての磁性体の質量は同じになるよう調整することが好ましい。これにより各磁性体間で熱容量の違いをなくして（また少なくして）熱伝達のばらつきをなくする（少なくする）ことができる。
【００５７】
磁気熱量材料を組み合わせる割合は、冷暖房装置の使用状況を考慮して適宜設定すれば良い。たとえば起動、停止が少なく、いったん起動した後は、定常状態で長く稼働する装置の場合は、磁気熱量材料ａをより多く、たとえば７０−９５質量％程度とすることが好ましい。７０質量％以上の磁気熱量材料ａを入れておけば、定常状態においてもっとも効率よく磁気冷暖房装置として使用することができる。ただし、磁気熱量材料ａが９５質量％を超えてしてしまうと、初期状態から定常状態に至るまでの時間を短くするという作用が得られないため好ましくない。
【００５８】
このような起動、停止が少なく、いったん起動した後は、定常状態で長く稼働する装置としては、たとえば、常に発熱する物体を冷やすために用いるものが想定される。より具体的には、たとえば電気自動車の二次電池や燃料電池の冷却などに用いる場合である（特に、二次電池においては充放電時、燃料電池においては発電時）。それらは起動直後から発熱し始めて、稼働中は常に発熱している。このため、このような電池類を冷やすためには、起動初期からの一速い冷却機能とともに、稼働中における長い間の安定した冷却機能が求められる。
【００５９】
一方、起動停止を繰り返すような装置の場合には、初期状態（起動時の温度状態）から一速く定常状態へ移ることが求められる。そのような装置では、磁気熱量材料ａの割合を比較的少なくして、他の作動範囲の磁気熱量材料を多くする（ただし上記のように５０質量％未満とならないこと）。これにより、起動初期から定常状態に至るまでの時間をいっそう早くすることができる。起動停止を繰り返すような装置としては、たとえば冷蔵庫や冷凍庫がある。冷蔵庫や冷凍庫は断熱材によって囲まれた内部を冷やすものであるため、庫内がいったん冷えて安定温度になると、その後しばらくの間、冷却する必要がない。したがって磁気冷凍装置は停止する。そして、庫内温度が上昇するとまた冷却する必要があるため冷凍装置を起動する。このため、冷蔵庫や冷凍庫に用いる冷凍装置は、起動、停止が繰り返されることになるので、長期の安定的な冷却機能よりも、起動から定常状態に至るまでの時間をより早くすることが求められるのである。
【００６０】
また、この磁性体１０Ａでは、他の作動温度範囲の磁気熱量材料ｂおよびｃの２つを入れている（自身の磁気熱量材料と合わせて３つ）。そこで、これら２つの磁気熱量材料ｂおよびｃの割合は、どの作動温度範囲をより速く冷やすかに応じて決定すると良い。
【００６１】
たとえば、起動のもっとも初期段階をより速く冷やして効果を上げるためには、磁気熱量材料ｃをより多くする。または磁気熱量材料ｂを入れないこととしても良い。
【００６２】
逆に、温度変化途中を速く抜けて定常状態としたければ磁気熱量材料ｂをｃよりも多くする。ただし、この場合は磁気熱量材料ｃも必ず入れる必要がある。これは、すでに説明したとおり、起動初期においてはその時の温度から磁気の移動では温度変化しないため、これをいち早く起こすために、起動時温度の作動温度範囲の磁気熱量材料ｃを入れているものである。したがって、この温度の磁気熱量材料ｃを入れないと、そもそも起動初期における磁気の移動による温度変化が生じないことになるので、必ず入れる必要があるのである。一方、前者のように、途中の温度範囲の磁気熱量材料を入れなくても、すでに初期状態からの温度変化が起きているので、それ以後定常状態となるまでの途中での温度変化が少し遅くなっても、全体としては初期状態から定常状態に至るまでの時間は短縮することができる。
【００６３】
次に、磁性体１０Ｂについても、磁性体１０Ａ同様に、自身の温度範囲を担う磁気熱量材料に加えて、起動時温度を担う磁性体の磁気熱量材料および起動時温度側に隣接する磁性体の温度範囲の磁気熱量材料を組み合わせる。ここでは、磁性体１０Ｂは自身の温度範囲を担う磁気熱量材料ｂを７０質量％、起動時温度の磁気熱量材料ｃを３０質量％組み合わせて一つの磁性体としている。なお、この例では磁性体１０Ｂに対して起動時温度側に隣接する磁性体は、起動時温度を担う磁性体しかないので、磁気熱量材料ｃのみを組み合わせることになる。
【００６４】
次に、磁性体１０Ｃは、定常状態において起動時温度（つまり室温）を担う磁性体であるので、そのための磁気熱量材料ｃが１００質量％である。磁性体１０Ｄも同様に、定常状態において起動時温度（つまり室温）を担う磁性体であるので、そのための磁気熱量材料ｄが１００質量％である。
【００６５】
次に、磁性体１０Ｅは、磁性体１０Ｂと同様であるが起動時温度を担う磁性体の高温側に位置するので、自身の温度範囲を担う磁気熱量材料ｅを７０質量％、起動時温度の磁気熱量材料ｄを３０質量％組み合わせている。
【００６６】
そして、もっとも高温側に位置する磁性体Ｆは、自身の温度範囲を担う磁気熱量材料ｆを５０質量％、低温側に隣接する磁性体の磁気熱量材料ｅを３０質量％、起動時温度の磁気熱量材料ｄを２０質量％組み合わせている。その理由は磁性体１０Ａと同様であるが、高温側であるので、起動時温度として高温側に位置する磁性体Ｄの磁気熱量材料ｄを組み合わせているものである。
【００６７】
このように構成された各磁性体が、磁気の移動により温度変化する作動温度範囲は、磁性体１０Ａは５℃から２０℃、磁性体１０Ｂは１０℃から２０℃、磁性体１０Ｃは１５℃から２０℃、磁性体１０Ｄは２０℃から２５℃、磁性体１０Ｅは２０℃から３０℃、磁性体１０Ｆは２０℃から３５℃となる。
【００６８】
図８および９は、本実施形態１の磁気冷暖房装置における熱の移動を説明するための説明図である。図８（１）において各磁性体の符号下に記したかっこ内の数字は各磁性体の作動温度範囲を示している（ただし、図８および９中、図８（１）以外については図示省略しているが同じである）。ここでも、各磁性体を構成する磁気熱量材料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である。
【００６９】
まず、図８の（１）に示すように、初期の状態ではすべての磁性体が室温の２０℃になっている。
【００７０】
次に、図８の（１）の状態から図８の（２）に示すように、各磁性体ブロック１００Ａ−１００Ｃのそれぞれの左側に位置する磁性体から磁気を除去し、右側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との間および磁性体ユニット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を挿入する。
【００７１】
図８の（２）の状態では、作動温度に常温（２０℃）を含む磁性体１０Ｃは、磁気が除去されて温度が１５℃に低下し、磁気が印加された磁性体１０Ｄは温度が２５℃に上昇する。
【００７２】
そして、磁性体１０Ａは磁気が除去されたことで温度が１８℃になる。磁性体１０Ｂは正の磁性体であり、その温度変化範囲が１０−２０℃であるので、ここで磁気が印加されても温度の上昇はほとんどなく２０℃のままである。磁性体１０Ｅも正の磁性体であり、その温度変化範囲が２０−３０℃であるため磁気が除去されても温度は低下せず、２０℃のままである。そして磁性体１０Ｆは、磁気の印加により温度が上昇して２２℃となる。
【００７３】
このように本実施形態１では、磁性体１０Ａ、１０Ｆは比較例と異なり、最初の段階から温度変化している。これは、すでに説明したように、磁性体１０Ａ、１０Ｆのいずれにも、常温を作動温度範囲とする磁気熱量材料ｃまたはｄが含まれているからである。ただし、磁気熱量材料ｃのみの磁性体１０Ｃや磁気熱量材料ｄのみの磁性体１０Ｄよりも温度変化は少ない。これは、常温を作動温度範囲とする磁気熱量材料ｃまたはｄは混合量が磁性体１０Ｃ、１０Ｄよりも少ないため、各磁性体全体として温度変化が少なくなるためである。ここでは、磁性体１０Ａ、１０Ｆは現在温度が常温であっても約２℃程度の変化はあると想定している。
【００７４】
なお、この段階で温度変化範囲から外れるために温度変化しないと説明した磁性体１０Ｂ、１０Ｅであっても、実際には磁気の移動によりわずかな温度変化が生じるが、ここでは原理説明であるため、そのようなわずかな変化は省略した。
【００７５】
その後、熱伝導部が挿入されることで、図８の（２）’に示すように、磁性体１０Ａに隣接する低温側熱交換部４０Ａは温度が低下し、それに伴い磁性体１０Ａは熱が奪われて、両方とも１９℃になる。同様に、磁性体１０Ｂと隣接する磁性体１０Ｃは１７．５℃、磁性体１０Ｄと隣接する磁性体１０Ｅは２２．５℃になる。そして、磁性体１０Ｆと高温側熱交換部４０Ｂは２１℃なる。つまり、最初の熱サイクルの段階から、低温側熱交換部４０Ａも高温側熱交換部４０Ｂも温度変化が起こるのである。
【００７６】
続いて、図８の（３）に示すように、磁気回路を各ブロック１００Ａ−１００Ｃ内で左側の磁性体の方に移動させる。これと同時に、各磁性体ブロック１００Ａ−１００Ｃ内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を挿入する。この磁気の移動により、磁性体１０Ａは磁気が印加されることになって、温度が２０．２℃まで上昇する。磁性体１０Ｂは磁気が除去されるので１４℃まで低下する。磁性体１０Ｃは磁気が印加されて温度が上がり２１℃になる。磁性体１０Ｄは磁気が除去されて温度が下がり１９℃になる。磁性体１０Ｅは磁気が印加されて温度が上がり２６℃になる。磁性体１０Ｆは磁気が除去されて温度が下がり１９．８℃になる。
【００７７】
ここでも磁性体１０Ｂ、１０Ｅは現在温度が常温であっても、常温を作動温度範囲とする磁気熱量材料ｃ、ｄを含んでいるため、温度変化が生じる。これら磁性体１０Ｂ、１０Ｅにおける磁気熱量材料ｃ、ｄの混合割合は磁性体１０Ｃ、１０Ｄより少ないため、約３．５℃程度の変化になると想定している。
【００７８】
そしてこの状態で時間が経過すると、図８の（３）’に示すように、温度の高い方から温度の低い方に熱が移動する。このため、磁性体１０Ａ、１０Ｂはともに１７．１℃、磁性体１０Ｅ、１０Ｆはともに２２．９℃となる。したがって、この段階でも、比較例と比べて磁性体１０Ａ，１０Ｂはより低い温度となり、磁性体１０Ｅ，１０Ｆはより高い温度となる。
【００７９】
そして、再び、磁気回路を各磁性体ブロック１００Ａ−１００Ｃ内の右側から左側へ移動させて、以後これを繰り返す。そして、磁性体自体の温度が作動温度範囲に至った磁性体は磁気回路の移動に伴い温度変化するようになる。最終的には、図９に示すように、低温側熱交換部４０Ａが５℃、高温側熱交換部４０Ｂが３５度の温度差がついて一定になる。そして、各磁性体も、それぞれの温度が作動温度範囲となるので、磁気回路の移動に伴い図９（１）−（２）に示した温度変化を繰り返すようになる。これが定常状態である。
【００８０】
このように本実施形態１では、起動直後の段階から、すべての磁性体が磁気の移動（磁気の印加、除去）によって温度変化が始まる。したがって、常温（ここでは２０℃）の初期状態から定常状態に至るまでの時間が比較例よりも速くなるのである。
【００８１】
次に、各作動温度範囲に対応した磁気熱量材料について説明する。
【００８２】
各作動温度範囲に対応した磁気熱量材料としては、たとえば、公知のＬａＦｅＳｉＨを用いることができる。ＬａＦｅＳｉＨは、その組成中の水素の量の変化で、キュリー点が変化する（たとえば参考文献１“Ｌａｒｇｅ  ｍａｇｎｅｔｏｃａｌｏｒｉｃ  ｅｆｆｅｃｔｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｌａ（ＦｅＳｉ）１３  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  ｈｙｄｒｉｄｅｓ”  Ｋ．  Ｆｕｋａｍｉｃｈｉら  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｌｌｏｙｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ  ４０８−４１２  （２００６）  ｐ．３０７−３１２）。また、同様に、一般式：Ｌａ（Ｆｅ1-xＭx）13Ｈz（Ｍは、Ｓｉ、Ａｌからなるグループ中から選択された１種または２種以上の元素であり、ｘおよびｚの値は、それぞれ、０．０５≦ｘ≦０．２；０．３≦ｚ≦３；で規定される）であらわされる磁気熱量材料（特開２００３−９６５４７号公報）でも、前述したΔＴのピーク温度を様々に変えた磁気熱量材料とすることができる。
【００８３】
本実施形態１では、そのほかにも所望の作動温度範囲となる磁気熱量材料であれば特に限定することなく用いることができる。
【００８４】
次に、一つの磁性体において複数の磁気熱量材料を組み合わせる際の各磁気熱量材料の配置を説明する。
【００８５】
本実施形態１では、複数の磁気熱量材料を様々な形に切り出してから接合している。図１０は、３つの磁気熱量材料を組み合わせたときの各磁気熱量材料の配置を説明するための説明図である。図１０に示した各面は一つの磁性体の断面であり、この断面は磁性体を列状に並べた方向に沿う断面である。
【００８６】
ここで説明する磁性体は、図７に示した磁性体１０Ａに相当する。すなわち作動温度範囲５−１０℃を担う磁気熱量材料ａ、作動温度範囲１０−１５℃を担う磁気熱量材料ｂ、および起動時温度の作動温度範囲１５−２０℃を担う磁気熱量材料ｃを有する場合である。
【００８７】
図１０（ａ）に示す磁性体は、起動時温度の作動温度範囲１５−２０℃を担う磁気熱量材料ｃを中央に配置し、この磁性体自身の作動温度範囲５−１０℃を担う磁気熱量材料ａをもっとも外側に配置し、これらの間に作動温度範囲１０−１５℃を担う磁気熱量材料ｂを配置している。磁気熱量材料ａ、ｂ、ｃはそれぞれをストライプ状に切り出して、結合したものである。
【００８８】
また、図１０（ｂ）に示す磁性体は、（ａ）同様にストライプ状の配置を基本配置として、この基本配置を４つ組み合わせて配置したものである。したがってこの場合は磁性体を列状に並べた方向に沿う断面を４つに分割して、各分割された部分ごとに図１０（ａ）と同じ配置になっている。
【００８９】
また、図１０（ｃ）に示す磁性体は、磁気熱量材料ａ、ｂ、ｃを矩形状と枠体形状に切り出して組み合わせたものである。ここでは磁気熱量材料ｃが矩形状として中央に配置し、磁気熱量材料ａを枠体形状にして、もっとも外側に配置し、磁気熱量材料ｂを枠体形状にしてこれら磁気熱量材料ａとｃの間に配置している。磁気熱量材料ａ、ｂ、ｃはそれぞれの形状に形成後、嵌め合わせて結合したものである。
【００９０】
また、図１０（ｄ）に示すように、（ｃ）同様に矩形状と枠体形状の組み合わせたものを基本配置として、これを４つ組み合わせたものである。したがってこの場合は磁性体を列状に並べた方向に沿う断面を４つに分割して、各分割された部分ごとに図１０（ｃ）と同じに配置なっている。
【００９１】
これらの配置は、いずれの場合、内側に起動時温度（室温）の作動温度範囲となる磁気熱量材料、そしてもっとも外側に磁性体自身の作動温度範囲となる磁気熱量材料が来るようになる。このように起動時温度（室温）の作動温度範囲となる磁気熱量材料を内側に配置することで、起動時に発生する熱が一つの磁性体内全体に万便に行き渡り、過渡特性がよくなる。また、列状に並べている磁性体においては、もっとも外側の磁気熱量材料は隣接する磁性体からの温度が伝達される。このため起動時においては、隣接する磁性体からの熱（熱伝達部材を介した熱）と中央に配置した起動時温度を含む作動温度範囲の磁気熱量材料の熱の両方の熱が伝わるようになって、いっそう定常状態温度になりやすくなる。
【００９２】
そして、定常状態となったのちは、もっとも外側にその磁性体自身の作動温度範囲を担う磁気熱量材料があるため、その磁気熱量材料の温度変化がすぐに隣接する磁気熱量材料に伝達されるようになり、定常状態における効率も良いものとなる。
【００９３】
また、このような配置にすること（パターン形状の組み合わせ）で、一つの磁性体内において作動温度範囲の異なる磁気熱量材料同士の接触面積を大きくとることができる。
【００９４】
なお、図１０では図７に示した磁性体１０Ａを例に説明したが、他の磁性体についても同様である。３つ磁気熱量材料を持つ磁性体１０Ｆでは、起動時温度（室温）の作動温度範囲となる磁気熱量材料ｄを内側に、もっとも外側に磁性体１０Ｆ自身の作動温度範囲となる磁気熱量材料ｆ、これらの間に磁気熱量材料ｅを配置することになる。
【００９５】
また、２つの磁気熱量材料を組み合わせた磁性体１０Ｂでは、起動時温度（室温）の作動温度範囲となる磁気熱量材料ｃを内側に、外側に磁性体１０Ｂ自身の作動温度範囲となる磁気熱量材料ｂを配置することになる。同様に２つの磁気熱量材料を組み合わせた磁性体１０Ｅでは、起動時温度（室温）の作動温度範囲となる磁気熱量材料ｄを内側に、外側に磁性体１０Ｅ自身の作動温度範囲となる磁気熱量材料ｅを配置することになる。
【００９６】
なお、磁気熱量材料の配置は、このようなパターンによる組み合わせのほか、複数の磁気熱量材料をそれぞれ粉砕して、一つの磁性体の形状となるように形成しても良い。ただし、この場合、粉砕して細かくなった磁気熱量材料の大きさは、あくまでもそれら磁気熱量材料そのものの特性を示す程度の大きさとする。
【００９７】
次に、複数の磁気熱量材料を混合した磁性体を用いた場合の温度変化を論理計算した結果を説明する。
【００９８】
この温度変化の論理計算は、図１に示した磁気冷暖房装置のモデルを用い、磁気熱量材料を組み合わせる割合を変えて、起動時温度（２０℃）から何回の熱サイクルで定常状態の温度に達するかを算出した。磁気熱量材料の組み合わせは、もっとも低温側の磁性体１０Ａともっとも高温側の磁性体１０Ｆについて、それら自身の作動温度範囲の磁気熱量材料に起動温度（ここでは２０℃）を作動温度範囲とする磁気熱量材料を下記の割合で組み合わせた。他の磁性体１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅは、それら自身の作動温度範囲の磁気熱量材料のみにより構成されているものとした。その他の条件は次のように仮定した。熱伝導部が入った状態で熱伝達率が無限大（即座に熱が伝わる）。熱伝導部が抜かれた状態で熱伝達率ゼロ。磁性体および熱伝導部の熱容量ゼロ。磁気の印加、除去により各磁性体を構成するそれぞれの磁気熱量材料が最大温度変化（ここでは５℃）する。
【００９９】
図１１は、複数の磁気熱量材料を組み合わせた磁性体を用いた場合の温度変化を論理計算した結果をまとめたグラフであり、縦軸が温度（中央値２０℃）、横軸が熱サイクル回数である。熱サイクルは磁気回路を右から左、左から右に往復させたものを１回とした。つまり図８において磁気回路の位置が（１）の状態をスタートとした場合、磁気回路を（２）、（２’）、（３）、（３’）と移動させて、これを１回の熱サイクルとしている（次のサイクルは（２）へ戻って繰り返すことになる）。
【０１００】
図１２は、この論理計算に用いた磁性体中の磁気熱量材料の組み合わせ割合を説明するための説明図である（図中「％」は質量％である）。すなわち組み合わせ割合は次のとおりである。四角印は磁気熱量材料ａおよびｆが１００質量％（これを比較例とする）。ひし形印は磁気熱量材料ａおよびｆが９５質量％、作動温度範囲に２０℃を含む磁気熱量材料ｃおよびｄを５質量％。三角印は磁気熱量材料ａおよびｆが９０質量％、作動温度範囲に２０℃を含む磁気熱量材料ｃおよびｄを１０質量％。丸印は磁気熱量材料ａおよびｆが８０質量％、作動温度範囲に２０℃を含む磁気熱量材料ｃおよびｄを２０質量％。
【０１０１】
この論理計算として、定常状態の温度範囲に達した時点として磁気冷暖房装置モデルの低温側熱交換部４０Ａの温度が１０℃、高温側熱交換部４０Ｂの温度が３０℃に達するまでの定格運転に至る過渡特性を求めた。
【０１０２】
図１１を参照して、論理計算の結果、丸印の作動温度範囲に起動温度２０℃を含む磁気熱量材料ｃおよびｄが２０質量％組み合わされている場合が、熱サイクル回数がもっとも少なく６８回で定常状態の温度範囲に達している。三角印の磁気熱量材料ｃおよびｄが１０質量％組み合わされている場合が７８回、ひし形印の磁気熱量材料ｃおよびｄが５質量％組み合わされている場合が８６回である。そして、四角印の自身の磁気熱量材料のみの場合（比較例）が９９回である（以下の説明において、作動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料を起動時温度の磁気熱量材料という）。
【０１０３】
この計算結果から、起動時温度の磁気熱量材料を、低温側熱交換部４０Ａに隣接する磁性体１０Ａと、高温側熱交換部４０Ｂに隣接する磁性体１０Ｆに組み合わせることで、比較例よりも少ない磁気の移動（印加、除去）の回数で定常状態に達することがわかる。これはすなわち起動時から定常状態までの過渡特性が向上したことを示している。したがって、磁気の移動（印加、除去）の回数が少ない分速く定常状態に達するのである。
【０１０４】
特に、２０質量％起動時温度の磁気熱量材料を組み合わせることで約３１％速く定常状態に達することがわかる。また、５質量％起動時温度の磁気熱量材料を組み合わせるだけでも、自身の磁気熱量材料だけ（四角印の比較例）の場合より速く定常状態に達することがわかる。したがって、この計算結果から起動時温度の磁気熱量材料の組み合わせ割合は、５質量％以上５０質量％未満であることが好ましいことがわかる。また、より速く定常状態にしようとする場合は２０質量％以上５０質量％未満とすることが好ましいものである。
【０１０５】
（実施形態１の変形例）
上記実施形態１では、各磁性体の磁気熱量材料の組み合わせ比率は、それぞれの磁性体の質量が全部で１００質量％となるように調整したものである。本発明はこのような実施形態に限らず、たとえば各磁性体自身の作動温度範囲の磁気熱量材料をすべて同じ量とし、これを１００質量％としたときに、さらに起動時温度範囲を作動温度範囲とする磁気熱量材料を加えるようにしても良い。
【０１０６】
図１３は、本実施形態１の変形例における磁気冷暖房装置において、各磁性体をそれぞれ構成する磁気熱量材料の組み合わせ割合（質量％）を説明するためのグラフである。
【０１０７】
磁性体１０Ａは、この磁性体１０Ａの作動温度範囲５−１０℃を担う磁気熱量材料ａを１００質量％としている。すなわち、磁性体１０Ａ自身の作動温度範囲の磁気熱量材料は他の磁性体の作動温度範囲の磁気熱量材料と同じ量である。そして磁性体１０Ｂの作動温度範囲１０−１５℃を担う磁気熱量材料ｂを３０質量％、起動時温度の作動温度範囲１５−２０℃を担う磁気熱量材料ｃを２０質量％それぞれ加えて組み合わせている。
【０１０８】
磁性体１０Ｂについても同様に、自身の温度範囲を担う磁気熱量材料ｂが１００質量％、起動時温度の磁気熱量材料ｃを３０質量％加えて組み合わせている。
【０１０９】
磁性体１０Ｃ、１０Ｄはそれぞれ、自身の作動温度範囲の磁気熱量材料ｃ、ｄがそれぞれ１００％である。
【０１１０】
磁性体１０Ｅは、自身の温度範囲を担う磁気熱量材料ｅが１００質量％、起動時温度の磁気熱量材料ｄを３０質量％加算するように組み合わせている。磁性体Ｆは、自身の温度範囲を担う磁気熱量材料ｆを１００質量％、磁気熱量材料ｅを３０質量％、磁気熱量材料ｄを２０質量％加算するように組み合わせている。
【０１１１】
なお、ここでは、自身の作動温度範囲を担う磁気熱量材料をまず同じにして、起動温度を担う磁気熱量材料を加算しているため、各磁性体間でその質量が異なる。しかし、すべての磁性体の体積は同じになるように調整することが好ましい。これにより各磁性体間で熱容量の違いによる熱伝達の違いをなくすことができる。
【０１１２】
このようにこの変形例では、各磁性体自身の作動温度範囲の磁気熱量材料は、すべて同じ量とし、さらに起動時温度範囲よりも低温側および高温側となる磁性体には、起動時温度の作動温度範囲を担う磁気熱量材料を加算している。このようにすることで上述した実施形態１と同様の効果が得られ、初期段階から一速く定常状態にすることができる。
【０１１３】
以上が、本発明を適用した基本的な形態からなる磁気冷暖房装置とその動作の原理である。上記では、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。
【０１１４】
また、以上説明したように、本実施形態１では、複数列状に配置された磁性体のうち、少なくとももっとも低温側および高温側の磁性体に、起動時温度を作動温度範囲に含む磁気熱量材料を組み合わせて一つの磁性体としている。これにより、各磁性体の温度を起動後、一速く定常状態の温度にすることができる。また冷凍能力の大きな磁気冷暖房装置の場合は、ここで説明したような６つの磁性体を配置した場合よりもさらに多くの磁性体を配列されといい。その場合は、もっとも低温側および高温側の磁性体だけでなく、もっとも低温側および高温側の磁性体と起動時温度の磁性体との間に配置される磁性体においても、起動時温度の磁性体を組み合わせることが好ましい。
【０１１５】
（比較例２）
ここで比較例２として、一つの磁性体に、作動温度範囲の広い磁気熱量材料を一つ用いた場合を想定する。
【０１１６】
たとえば上記の磁性体１０Ａの作動温度範囲は、３つの磁気熱量材料を組み合わせることで５−２０℃にしている。比較例２では、これに代えて一つの磁気熱量材料として作動温度範囲が５−２０℃と広い磁気熱量材料を用いることを想定する。
【０１１７】
このような広い磁気熱量材料を用いた場合でも、磁性体１０Ａは、作動温度範囲として起動時温度（室温の場合は室温）を含むようになり、起動時から温度変化するようになる。しかし、このように広い作動温度範囲の磁気熱量材料はその磁気エントロピー変化（ΔＳｍ）が小さく、磁気エントロピー変化が半分程度、またはそれ以下になることが知られている（たとえば参考文献２：“Ｇｉａｎｔ  ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｍａｇｎｅｔｏｃａｌｏｒｉｃ  ｅｆｆｅｃｔ  ｉｎ  ｍｅｔａｌｌｉｃ  ｇｌａｓｓ  ｍａｔｒｉｘ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ”  ＷＡＮＧ  ＹｏｎｇＴｉａｎら、Ｓｃｉｅｎｃｅ  ｉｎ  Ｃｈｉｎａ  Ｓｅｒｉｅｓ  Ｇ：  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ  ａｎｄ  Ａｓｔｒｏｎｏｍｙ  Ｖｏｌｕｍｅ５１，  Ｎｕｍｂｅｒ４  （２００８），  ｐ．３３７−３４８。特にこの参考文献２中のＦｉｇｕｒｅ４内の左下グラフとＴａｂｌｅ１参照）。
【０１１８】
そもそも磁気熱量材料は、磁場の変化に伴うエントロピーの変化によって発熱または吸熱するものである。したがって、この磁気エントロピー変化（ΔＳｍ（Ｊ・ｋｇ-1・Ｋ-1））は、磁気の印加、除去によって変化する温度変化量（ΔＴ）を決めるものとなっている。このため、この磁気エントロピー変化（ΔＳｍ（Ｊ・ｋｇ-1・Ｋ-1））が小さくなると、温度変化範囲（ΔＴ）も小さくなってしまうのである。
【０１１９】
磁気冷暖房装置は、磁気熱量材料を熱源（低温源または高温源）に接触させて、それらの熱を移動させるものである。そうすると作動温度範囲の広い一つの磁気熱量材料を熱源に接触させて熱移動すること想定した場合、作動温度範囲は広くできても温度の変化量（ΔＴ）が小さいものとなる。このため、熱の移動量が小さく、磁気冷暖房装置が定常状態に至る時間がかかってしまう。
【０１２０】
この点、本実施形態では、一つの磁性体を作動温度範囲の異なる複数の磁気熱量材料によって構成することで、一つひとつの磁気熱量材料自体の磁気エントロピー変化（ΔＳｍ）は大きくとることができ、各磁気熱量材料の変化する温度（ΔＴ）も大きくすることができる。このため本実施形態では、比較例２と比べて、十分に熱を移動させることができ、速やかに定常状態の温度にできる。
【０１２１】
（比較例３）
ここでさらに、比較例３として従来技術である特許文献２のように、一つひとつの磁性体を温度変化範囲（ΔＴ）の大きな磁気熱量材料一つにより構成し、なおかつ隣接する磁性体の作動温度範囲と重複する温度幅を大きくとる場合を想定する。
【０１２２】
このようにした場合、冷暖房装置全体としての温度変化、すなわち、熱を輸送できる温度範囲が狭いものであれば、すべての磁性体に起動時温度を含ませることができる。たとえば特許文献２の例では、個々の磁性体の温度変化は１０℃で、全体としては３個の磁性体で２８７Ｋ（１４℃）から３０５Ｋ（３２℃）まで熱を輸送することができるようになっている。そして、室温を２０℃（約２９３Ｋ）とすれば、各磁性体の温度変化範囲に室温が含まれることになり定常状態に至る時間がかかる。
【０１２３】
しかし、これを本実施形態のように冷暖房装置全体として５℃（約２７８Ｋ）〜３５℃（約３０８Ｋ）の温度変化範囲にしようとするとより多くの磁性体が必要になる。このため、磁気冷暖房装置全体として広い温度変化範囲を得ようとすると多くの磁性体が必要となって、装置全体が大型化してしまう。また、多くの磁性体を用いると、低温側や高温側では、作動温度範囲に起動時温度を含まない磁性体を用いなければならなくなってしまうことになる。
【０１２４】
この点、本実施形態では、一つひとつの磁性体に作動温度範囲の異なる磁気熱量材料を組み合わせているため、冷暖房装置全体としてどれだけ広い温度変化になろうとも、すべての磁性体を起動時の温度から作動させることができ、速やかに定常状態の温度にできる。
【０１２５】
［実施形態２］
次に、上記のような原理を利用して、さらに複数の磁性体を用いた他の形態の磁気冷暖房装置を実施形態２として説明する。
【０１２６】
図１４は、実施形態２の磁気冷暖房装置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および熱伝達部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１５Ａ−図１５Ｂは、図１４に示した磁気冷暖房装置を構成する、磁性体・熱伝達部配置板、磁石配置板の上面図である。図１６は、図１４に示した磁気冷暖房装置の分解断面図である（Ａは磁石配置板８００部分の断面図、Ｂは磁性体・熱伝達部配置板７００部分の断面図）。図１７は、この磁気冷暖房装置の磁石／熱伝達部配置板を回転させたときに熱が移動して行く様子を説明するための模式図である。図１８は、本実施形態２に係る磁気冷暖房装置の動作を説明するための説明図である。なお、図１８においては発明の理解を容易にするために図１６に示した駆動部の記載を省略した。
【０１２７】
この磁気冷暖房装置は、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。
【０１２８】
図１４から図１８に示すように、本実施形態２に係る磁気冷暖房装置５００は、中心部が開口した中空円板状の磁性体・熱伝達部配置板７００（特に図１５Ａ参照）、中心部が開口した中空円板状の磁石配置板８００（特に図１５Ｂ参照）を有する。磁性体・熱伝達部配置板７００は、その中心部に低温側熱交換部４０Ａが配置され、その外周部に高温側熱交換部４０Ｂが配置されている。磁石配置板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１６参照）。
【０１２９】
磁気冷暖房装置５００は、磁性体・熱伝達部配置板７００、磁石配置板８００を同心状に配置している（特に図１４、図１６、図１７参照）。磁性体・熱伝達部配置板７００は、磁石配置板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１６、図１７参照）。低温側熱交換部４０Ａは、磁性体・熱伝達部配置板７００と磁石配置板８００の中心部に配置される。高温側熱交換部４０Ｂは、磁性体・熱伝達部配置板７００と磁石配置板８００の外周部に配置される（特に図１４、図１６、図１７参照）。
【０１３０】
なお、本実施形態２では、磁性体・熱伝達部配置板７００に正の磁性体を配置することを想定しているので、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・熱伝達部配置板７００に負の磁性体を配置した場合には、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・熱伝達部配置板７００に正負いずれの磁性体を用いるかによって異なる。
【０１３１】
図１５Ａに示すように、磁性体・熱伝達部配置板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・熱伝達部配置板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。
【０１３２】
また、図１６および図１７に示すように、磁性体・熱伝達部配置板７００は高温側熱交換部４０Ｂに固定してある。磁性体・熱伝達部配置板７００と高温側熱交換部４０Ｂとの間には、磁性体・熱伝達部配置板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。
【０１３３】
磁性体・熱伝達部配置板７００の片面（円板８００Ａの対向面）には、図１５Ａ、図１６Ｂ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２では、中心角を３０°として分割した磁性体・熱伝達部配置板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。そして、すべての磁性体同士の間、磁性体と低温側熱交換部の間、磁性体と高温側熱交換部の間に、熱伝達部を配置している（後述）。
【０１３４】
それぞれの磁性体ユニット２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、…、２００Ｇ、…、２００Ｌは、磁性体・熱伝達部配置板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。つまり、６つの磁性体が中心部から外周部に向けて列状に配置されていることになる。たとえば、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。
【０１３５】
そして、各磁性体ユニットを構成するこれら６つの磁性体は、すべて磁気を印加すると温度が上昇する正の磁性体を用いている。それぞれの作動温度範囲に適した磁気熱量材料により構成してある。
【０１３６】
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。たとえば、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。
【０１３７】
したがって、本実施形態２の磁性体・熱伝達部配置板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。
【０１３８】
本実施形態２の磁性体・熱伝達部配置板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２の磁性体・熱伝達部配置板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。
【０１３９】
本実施形態２で用いる磁性体１０Ａａ、…は、磁性体・熱伝達部配置板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・熱伝達部配置板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・熱伝達部配置板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・熱伝達部配置板７００上に直接形成するのではなく、磁性体１０Ａａ、…と磁性体・熱伝達部配置板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。
【０１４０】
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・熱伝達部配置板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・熱伝達部配置板７００上で配列するようにしても良い。
【０１４１】
磁性体１０Ａａ、…は、本実施形態２ではすでに説明したように、実施形態１と同様である。その材料組成なども同様にＬａxＣａ1-xＭｎＯ3、Ｌａ（Ｆｅ1-xＳｉx）13Ｈyなどを用いることができる。
【０１４２】
本実施形態２では、磁性体１０Ａａ、…の形状を、図１４、図１５Ａ、図１８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、たとえば、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。
【０１４３】
以上のように、磁性体・熱伝達部配置板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・熱伝達部配置板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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
そして、磁性体・熱伝達部配置板７００の磁性体ユニット２００Ａでは、すべての磁性体１０Ａａ…同士の間、および磁性体１０Ａａと低温側熱交換部４０Ａの間、磁性体１０Ａｆと高温側熱交換部４０Ｂの間に、熱伝達部が配置されている。この熱交換部は、実施形態１または２で説明したものと同様の構成となっている。すなわち、低温側熱交換部４０Ａ側から高温側熱交換部４０Ｂ方向に、熱伝達部３０Ｂａ、３０Ａｂ、３０Ｂｃ、３０Ａｄ、３０Ｂｅ、３０Ａｆ、３０Ｂｇと配置されている。磁性体ユニット２００Ｂにおいても同様であり、すべての磁性体１０Ａａ…同士の間、および磁性体１０Ａａと低温側熱交換部４０Ａの間、磁性体１０Ａｆと高温側熱交換部４０Ｂの間に、熱伝達部３０Ａａ、３０Ｂｂ、３０Ａｃ、３０Ｂｄ、３０Ａｅ、３０Ｂｆ、３０Ａｇと配置されている（図１５Ａ参照）。
【０１４６】
ここで、磁性体ユニット２００Ａでは、熱伝達部３０Ａｂ、３０Ａｄ、３０Ａｆが同時に熱伝達状態（オン）になり、そのとき熱伝達部３０Ｂａ、３０Ｂｃ、３０Ｂｅ、３０Ｂｇは断熱状態（オフ）となる。逆に熱伝達部３０Ａｂ、３０Ａｄ、３０Ａｆが同時に断熱状態（オフ）になり、そのとき熱伝達部３０Ｂａ、３０Ｂｃ、３０Ｂｅ、３０Ｂｇは熱伝達状態（オン）となる。磁性体ユニット２００Ｂにおいても同様であり、熱伝達部３０Ｂｂ、３０Ｂｄ、３０Ｂｆが同時に熱伝達状態（オン）になり、そのとき熱伝達部３０Ａａ、３０Ａｃ、３０Ａｅ、３０Ａｇは断熱状態（オフ）となる。逆に熱伝達部３０Ｂｂ、３０Ｂｄ、３０Ｂｆが同時に断熱状態（オフ）になり、そのとき熱伝達部３０Ａａ、３０Ｂｃ、３０Ａｅ、３０Ａｇは熱伝達状態（オン）となる。つまり、図において３０の添え字Ａの熱伝達部が同時にオンのとき、添え字Ｂの熱伝達部が同時にオフ、またはその逆になる。
【０１４７】
なお、図１４においては、動作説明にも供するため、図示した動作状態のとき熱伝達状態（オン）となった熱伝達部を符号で示したが、すでに説明したとおり、熱伝達部はすべて同じ構造で、すべての磁性体間、熱交換部と磁性体間にある。
【０１４８】
磁性体・熱伝達部配置板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・熱伝達部配置板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、１０Ｂａ、…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・熱伝達部配置板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。また、すべての磁気ユニットにおいても、熱伝達部３０Ｂａ、３０Ａｂ…または３０Ａａ、３０Ｂｂ、…が設けられている。
【０１４９】
磁石配置板８００は、図１５Ｂに示すように、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、磁石配置板８００の直径は、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。磁石配置板８００は、図１６および図１７に示すように、隙間を設けて磁性体・熱伝達部配置板７００を挟む磁気的に接続された、上側および下側の２枚の円板８００Ａ、８００Ｂで構成される。
【０１５０】
上側および下側の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、上側および下側の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１６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。
【０１５１】
磁石配置板８００を取り囲むように支持盤５３０が配置される。支持盤５３０は、上側および下側の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およびリングギア５６０Ａ、５６０Ｂによって駆動部を構成する。
【０１５２】
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、上側および下側の２枚の円板８００Ａ、８００Ｂが一体となって回転する。
【０１５３】
本実施形態２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、磁石配置板８００は低温側熱交換部４０Ａを中心に、上側および下側の２枚の円板８００Ａ、８００Ｂで磁性体・熱伝達部配置板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。
【０１５４】
磁石配置板８００を形成する上側の円板８００Ａの片面（図１６および図１７に示す円板８００Ａの図示下側）には図１５Ｂに示すように、環状かつ放射状に複数の永久磁石を配置してある。永久磁石は、図１５Ａに示した磁性体・熱伝達部配置板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。
【０１５５】
たとえば、図１４、図１５Ａ、図１５Ｂ、図１７に示すように、図面上、磁石配置板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・熱伝達部配置板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。
【０１５６】
したがって、磁石配置板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。
【０１５７】
まず、図１５Ｂ、図１７Ａ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。このとき磁性体ユニット２００Ａの熱伝達部３０Ａｂ、３０Ａｄ、３０Ａｆは熱伝達状態、熱伝達部３０Ｂａ、３０Ｂｃ、３０Ｂｅ、３０Ｂｇは断熱状態となる。
【０１５８】
また、図１５Ｂ、図１７Ｂ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。このとき磁性体ユニット２００Ｂの熱伝達部３０Ｂａ、３０Ｂｃ、３０Ｂｅ、３０Ｂｇは熱伝達状態、熱伝達部３０Ａｂ、３０Ａｄ、３０Ａｆは断熱状態となる。
【０１５９】
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。
【０１６０】
次に、磁石配置板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１７Ｂに示す永久磁石２０Ｂａ、２０Ｂｃ、２０Ｂｅが、左側の磁性体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１７Ａ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。
【０１６１】
このように、磁石配置板８００が３０°回転する度に、すべ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。
【０１６２】
磁石配置板８００を形成する下側の円板８００Ｂの片面（図１６および図１７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。たとえば、図１６および図１７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。
【０１６３】
磁石配置板８００は隙間を設けて磁性体・熱伝達部配置板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。
【０１６４】
本実施形態２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。
【０１６５】
なお、本実施形態２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２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。
【０１６６】
なお、磁石配置板８００は、磁性体１０Ａａ、…で発生した熱および熱伝達部３０Ａａ、…で伝達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達材料を用いることが好ましい。
【０１６７】
以上のような構成を有する磁石配置板８００が磁性体・熱伝達部配置板７００に対して回転すると、熱伝達部３０Ａｂ、…は次のようにして熱を伝達させる。
【０１６８】
まず、永久磁石と磁性体との位置関係が、図１４および図１８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、熱伝達部３０と磁性体との位置関係は図１８Ａに示すようになっている。
【０１６９】
すなわち、状態１の場合、磁性体ユニット２００Ａの対応位置では、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（図１７Ａ、図１８Ａ参照）。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は発熱し、磁性体１０Ａｂ、１０Ａｄ、１０Ａｆは吸熱する。そして同時に、熱伝達部３０Ａｂが磁性体１０Ａａと１０Ａｂとの間、熱伝達部３０Ａｄが磁性体１０Ａｃと１０Ａｄとの間、熱伝達部３０Ａｆが磁性体１０Ａｅと１０Ａｆとの間で熱伝達状態となる。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達が行われる。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との間および高温側熱交換部４０Ｂと磁性体１０Ａｆとの間の熱の伝達は行わない。また、磁性体ブロック間の熱の伝達も行わない。
【０１７０】
また、磁性体ユニット２００Ｂの対応位置では、熱伝達部３０と磁性体との位置関係は図１７Ｂに示すようになっている。
【０１７１】
すなわち、磁性体ユニット２００Ｂの対応位置は、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（図１７Ｂ、図１８Ａ参照）。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は発熱し、磁性体１０Ｂａ、１０Ｂｃ、１０Ｂｅは吸熱する。そして同時に、熱伝達部３０Ｂａが低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ｂａとの間に、熱伝達部３０Ｂｃが磁性体１０Ｂｂと１０Ｂｃとの間、熱伝達部３０Ｂｅが磁性体１０Ｂｄと１０Ｂｅとの間、熱伝達部３０Ｂｇが磁性体１０Ｂｆと高温側熱交換部４０Ｂとの間で、それぞれ熱伝達状態になる。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間の熱伝達が行われる。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との間および磁性体ユニット２００Ｂの他端に位置する磁性体１０Ｂｆと高温側熱交換部４０Ｂとの間で熱伝達が行われる。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は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。
【０１７２】
以上のように、磁石配置板８００に配置されている複数の磁気印加部は、磁石配置板８００と磁性体・熱伝達部配置板７００との相対移動によって、磁性体・熱伝達部配置板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、磁性体・熱伝達部配置板７００に配置されている複数の熱伝達部は、磁石配置板８００の「移動に合わせて熱伝達状態と断熱状態を切り替えている。
【０１７３】
上記の状態１は図１８Ａに示すとおりである。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達させ、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なら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との間および磁性体ユニット２００Ｂの他端に位置する磁性体と高温側熱交換部４０Ｂとの間で熱を伝達させる。
【０１７４】
永久磁石と磁性体との位置関係が、図１８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、熱伝達部の熱伝達状態と磁性体との関係は図１７Ａ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、熱伝達部の熱伝達状態と磁性体との関係は図１７Ｂに示すものと等価になっている。
【０１７５】
次に、磁石配置板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１８Ｂ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、熱伝達部３０と磁性体との位置関係は図１７Ｂ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、熱伝達部３０と磁性体との位置関係は図１７Ａ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。
【０１７６】
上記の状態２は図１８Ｂに示すとおりである。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なら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との間および磁性体ユニット２００Ａの他端に位置する磁性体と高温側熱交換部４０Ｂとの間で熱を伝達させ、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達させる。
【０１７７】
以上のように、磁石配置板８００の熱伝達部は、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達させ、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なら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およ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達させる。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達させ、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およ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達させる。
【０１７８】
図１６および図１７に示す駆動部は、磁性体・熱伝達部配置板７００と磁石配置板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・熱伝達部配置板７００または磁石配置板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・熱伝達部配置板７００、磁石配置板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、磁石配置板８００をその中心部を回転軸として回転させている。
【０１７９】
低温側熱交換部４０Ａおよび高温側熱交換部４０Ｂは、たと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。たとえば、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。
【０１８０】
以上のように構成されている本実施形態に係る磁気冷暖房装置５００は次のようにして磁気冷凍を行う。
【０１８１】
まず、駆動部を作動させて磁石配置板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１８Ａと図１８Ｂ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。
【０１８２】
このとき、本実施形態２においても、起動時温度を作動温度範囲とする磁気熱量材料を、少なくとももっとも低温側および高温側の磁性体に組み合わせているので、起動時から一速く定常状態に達することができる。すなわち従来の磁性体を用いて同じ構成の磁気冷暖房装置と比較して磁石配置板８００の回転回数が少ないうちに定常状態に達するのである。
【０１８３】
そして、最終的定常状態に達すれば、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。
【０１８４】
なお、冷凍能力の大きな磁気冷暖房装置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。そのような場合も起動時温度を作動温度範囲とする磁気熱量材料を、少なくとももっとも低温側および高温側の磁性体に組み合わせる。また冷凍能力の大きな磁気冷暖房装置の場合は、もっとも低温側および高温側の磁性体だけでなく、もっとも低温側および高温側の磁性体と起動時温度の磁性体との間に配置される磁性体においても、起動時温度の磁性体を組み合わせることが好ましい。
【０１８５】
本実施形態２の磁気冷暖房装置は、車両の冷凍装置（特に燃料電池や二次電池の冷却装置）のほか、室内の空調を行うエアコン、冷蔵庫、また車室内の空調を行うエアコンなどに適用させることができる。
【０１８６】
本実施形態２では、磁石配置板８００に永久磁石およ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および磁気突起を一体的に形成すると、磁石配置板８００を小型化、軽量化できる。
【０１８７】
さらに、本実施形態２では、磁性体・熱伝達部配置板７００と磁石配置板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・熱伝達部配置板７００と磁石配置板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。
【０１８８】
以上のように磁気冷暖房装置を構成すると、磁性体・熱伝達部配置板７００と磁石配置板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、磁気冷暖房装置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。
【０１８９】
次に、実施形態２に使用した熱伝導部の例を説明する。ここでは、熱伝導部として、それ自身は移動せずに、熱の伝導と遮断を切り替えることのできるものを使用している。以下では、このような移動を伴わずに熱の伝導と遮断を切り替える熱伝導部を熱スイッチ部と称する。
【０１９０】
熱スイッチ部は、たとえば、電気、磁場を印加することで熱伝導率が大きく変化する材料やデバイス、また、電気濡れ効果で液体金属の出し入れによる熱伝導率を変化させるものなどがある。
【０１９１】
また、以下の各形態において磁性体は実施形態１として説明した磁性体を使用する。
【０１９２】
＜熱スイッチ部の形態１＞
図１９は熱スイッチ部の形態１を説明するための説明図である。
【０１９３】
図示した磁気冷暖房装置においては、低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ａとの間に熱スイッチ部３０Ａを、磁性体１０Ａと磁性体１０Ｂの間に熱スイッチ部３０Ｂを配置している。ここで熱スイッチ部３０Ａと３０Ｂは、実施形態１および２における熱伝導部と同様に、熱の伝達、遮断を切り替えるものである（ここでは熱スイッチ部についても上述した熱伝導部と同じ符号を付した）。また、図示しないが、他の磁性体同士の間、および磁性体と高温側熱交換部との間にも、ここで説明する熱スイッチ部３０Ａおよび３０Ｂが配置されることになる。
【０１９４】
図１９に示すように、磁性体１０Ａの対向する両面に熱スイッチ部３０Ａと３０Ｂが配置されている。熱スイッチ部３０Ａ、３０Ｂは、磁性体１０Ａの対向する両面に接合または接着によって一体化する。磁性体１０Ａの両隣には低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ｂが存在する。熱伝導部３０Ａは低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ａに接合または接着され、熱スイッチ部３０Ｂは磁性体１０Ａと磁性体１０Ｂに接合または接着される。したがって、低温側熱交換部４０Ａ、熱スイッチ部３０Ａ、磁性体１０Ａ、熱スイッチ部３０Ｂ、磁性体１０Ｂは一体化する。
【０１９５】
（熱スイッチ部の動作）
熱スイッチ部３０Ａと３０Ｂは、９テスラ程度の磁気が印加されると、印加される前よりも熱伝導率が大きくなる。熱伝導率の大きさの変化は、１００倍から３０００倍の範囲である。したがって、熱スイッチ部３０Ａと３０Ｂは、磁気が印加されなければ熱伝導率は極めて小さくなり、接続されている低温側熱交換部４０Ａ、磁性体１０Ａ、磁性体１０Ｂの間では熱を伝導しない。一方、熱スイッチ部３０Ａと３０Ｂは、磁気が印加されると熱伝導率は極めて大きくなり、接続されている低温側熱交換部４０Ａ、磁性体１０Ａ、磁性体１０Ｂの間で熱が伝導する。
【０１９６】
図１９に示すように、熱スイッチ部３０Ａと３０Ｂは、磁気の印加、除去によって絶縁体、金属に相転移する転移体を含む。転移体は、少なくとも１種類以上の電荷整列絶縁体を含む。したがって、転移体に磁気を印加すると金属に相転移して熱伝導率が相対的に大きくなる。また、転移体から磁気を除去すると絶縁体に相転移して熱伝導率が相対的に小さくなる。
【０１９７】
図１９の場合、熱スイッチ部３０Ａには磁気が印加されていないので、熱スイッチ部３０Ａは絶縁体としての性質を持ち、伝導電子が流れ難くなって、低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ａとの間では熱が伝導しない。一方、熱スイッチ部３０Ｂには、永久磁石２１ＢＨ、２６ＢＨによって磁気が印加されているので、熱スイッチ部３０Ｂは金属としての性質を持ち、伝導電子が流れやすくなって、磁性体１０Ａと磁性体１０Ｂとの間で熱が伝導する。一般的に固体の熱伝導は、フォノンおよび伝導電子が担っていることが知られている。すなわち、ここでは伝導電子の流れを磁気によって制御しているのである。
【０１９８】
磁気を印加することで絶縁体から金属に相転移するメカニズムを解明する研究の結果によれば、次のような報告がなされた。
【０１９９】
遷移金属の酸化物の中には、大量の電子が存在し電子間の相関が強い物質であるために、電子同士が反発し合い局在化した、電荷整列絶縁体という絶縁体が多く存在している。電荷整列絶縁体では、電子のスピンや軌道など、電荷以外の電子の持つ性質（自由度）に直接作用する外場が、電荷整列絶縁体という絶縁体を金属に相変化させる。特に、磁気が電子のスピンに作用すると、局在している大量の電子を雪崩のように動かし、絶縁体を金属に相変化させる。報告によると、ネオジウムストロンチウムマンガン酸化物を用いた場合、温度１０Ｋ（−２３６℃）２．４テスラの磁気では電気抵抗率が５００Ωｍと高い絶縁体状態であったが、９テスラの磁気では電気抵抗率が０．２Ωｍと４桁ほど減少したことが示された。本実施形態の熱スイッチ部はこの現象を積極的に利用して、磁気冷暖房装置を構成している。なお、本実施形態では、磁気を印加すると金属化する電荷整列絶縁体として、Ｇｄ0.55Ｓｒ0.45ＭｎＯ、Ｐｒ0.5Ｃａ0.5ＭｎＯ3を用いる。
【０２００】
このように、熱スイッチ部を、電荷整列絶縁体を含む転移体で形成すると、磁気の印加、除去によって、熱伝導率の大きさを大きく変えることができ、熱スイッチとして機能させることができる。磁気の印加、除去によって熱伝導率が変化する熱スイッチ部３０Ａ、３０Ｂを用いると、隣接する磁性体との熱伝導を、磁気の印加、除去だけで断続させることができる。したがって、熱スイッチ部（熱伝導部）自身を移動させて、熱交換器と磁性体の間、磁性体同士の間を挿脱させる必要がなくなるため、熱スイッチ部の耐久性が向上し、同時に信頼性も向上する。
【０２０１】
＜熱スイッチ部の形態２＞
図２０は熱スイッチ部の形態２を説明するための説明図である。
【０２０２】
熱スイッチ部の形態２に係る熱スイッチ部１３０は、磁性体１０Ａと１０Ｂに取り付ける電極３１Ａ、３１Ｂと、電極３１Ａ、３１Ｂの間に取り付ける金属／絶縁相転移体３２とによって構成される。電極３１Ａの一方の面は磁性体１０Ａの一方の面に接合または接着によって取り付ける。電極３１Ｂの一方の面は磁性体１０Ｂの一方の面に接合または接着によって取り付ける。同様に、金属／絶縁相転移体３２の両面は電極３１Ａと電極３１Ｂの他方の面に接合または接着によって取り付ける。したがって、磁性体１０Ａ、熱スイッチ部１３０、磁性体１０Ｂは一体化される。図示はしていないが、冷暖房装置を構成する他の磁性体と熱スイッチ部も上記のように接合または接着によって一体化される。また、磁性体と熱交換器の間に配置される熱スイッチ部も上記のように接合または接着によって一体化される（以下、他の形態についても同様である）。
【０２０３】
電極３１Ａ、３１Ｂは導電性の良好なアルミニウムや銅などの金属（金属単体または合金でも良い）を用いる。磁性体１０Ａ、１０Ｂの間では電極３１Ａと３１Ｂを介して熱が伝導するので、電極３１Ａと３１Ｂは熱伝導率のより大きい金属を用いることが好ましい。
【０２０４】
電極３１Ａ、３１Ｂを磁性体１０Ａ、１０Ｂおよび金属／絶縁相転移体３２に接着する接着剤は、熱伝導率の大きいものを用いる。たとえば、接着剤に金属粉を接着性が妨げられない程度に混ぜ込んだ熱伝導性を改善した接着剤を用いる。
【０２０５】
金属／絶縁相転移体３２は、電圧を印加すると絶縁体から金属に相転移し、熱伝導率が大きくなり、逆に、電圧を遮断すると金属から絶縁体に相転移し、熱伝導率が小さくなる性質を持つものである。金属と絶縁体の相互間の相転移を示す絶縁体は、無機酸化物モット絶縁体または有機モット絶縁体がある。無機酸化物モット絶縁体は少なくとも遷移金属元素を含む。モット絶縁体としては、ＬａＴｉＯ3、ＳｒＲｕＯ4、ＢＥＤＴ−ＴＴＦ（ＴＣＮＱ）が知られている。金属と絶縁体の相互間の相転移が可能なデバイスとして現在知られているものは、ＺｎＯ単結晶薄膜電気二重層ＦＥＴ、ＴＭＴＳＦ／ＴＣＮＱ積層型ＦＥＴ素子がある。熱は、熱電子および格子結晶によって移送することができる。ＺｎＯ単結晶薄膜電気二重層ＦＥＴおよびＴＭＴＳＦ／ＴＣＮＱ積層型ＦＥＴ素子は、電圧を印加すると熱電子が活発に移動するようになる性質を利用する。ここでは、金属／絶縁相転移体３２に、少なくとも遷移金属元素を含む無機酸化物モット絶縁体、有機モット絶縁体、ＺｎＯ単結晶薄膜電気二重層ＦＥＴ、ＴＭＴＳＦ／ＴＣＮＱ積層型ＦＥＴ素子など、電圧の印加除去によって熱伝導率が大きく変化するものを用いる。
【０２０６】
図２０に示すように、電極３１Ａと３１Ｂとの間に直流電圧Ｖを印加すると、金属／絶縁相転移体３２の熱伝導率が相対的に大きくなって、磁性体１０Ａと１０Ｂとの間で熱の移動が起こる。一方、電極３１Ａと３１Ｂとの間の直流電圧Ｖを除去すると、金属／絶縁相転移体３２の熱伝導率が相対的に小さくなって、磁性体１０Ａと１０Ｂとの間の熱の移動が阻止される。したがって、熱スイッチ部１３０は、電圧の印加、除去によって熱の移動を制御する熱スイッチとなる。
【０２０７】
熱スイッチ部３０Ａ−３０Ｇの熱伝導の断続は、電圧の印加、除去によって制御できるので、磁性体間に熱スイッチ部を摺動させずに熱を輸送させることができる。このため、熱スイッチ部に摺動の耐久性を持たせる必要がなく、熱スイッチ部の信頼性が向上する。また、摩擦による機械的な損失をなくすことができ、熱スイッチ部を駆動させるための損失を低減できる。さらに、熱スイッチ部は磁性体との並び方向にのみ熱を輸送でき、熱スイッチ部の熱伝導率は摺動型のものに比較して大きくできるので、熱の輸送に際して熱的な損失が小さくできる。加えて、熱スイッチ部は、電圧の印加、除去に応じて、磁性体間をすべての接触面を使って接続できるので、熱輸送能力および熱輸送効率を向上させることができる。
【０２０８】
熱スイッチ部１３０の熱伝導の断続は、電極３１Ａと３１Ｂに電圧を印加、除去することによってできる。電極３１Ａと３１Ｂを設けることで、金属／絶縁相転移体３２に容易に電圧を印加することができる。また、金属／絶縁相転移体３２に、少なくとも遷移金属元素を含む無機酸化物モット絶縁体、有機モット絶縁体、ＺｎＯ単結晶薄膜電気二重層ＦＥＴ、ＴＭＴＳＦ／ＴＣＮＱ積層型ＦＥＴ素子を用いると、熱伝導率の変化の応答性が良好になる。
【０２０９】
＜熱スイッチ部の形態３＞
図２１は熱スイッチ部の形態３を説明するための説明図である。
【０２１０】
熱スイッチ部の形態３に係る熱スイッチ部１３０は、熱スイッチ部の形態２で説明した熱スイッチ部１３０（図２０）に、さらに補助電極３３Ａ、３３Ｂを追加している。その他の構成および動作は熱スイッチ部の形態２と同様である。
【０２１１】
補助電極３３Ａと３３Ｂは、金属／絶縁相転移体３２に接合または接着によって取り付ける。補助電極３３Ａと３３Ｂは熱伝導性を考慮しなくても良い。また補助電極３３Ａと３３Ｂを金属／絶縁相転移体３２に接着する接着剤も熱伝導性を考慮しなくても良い。補助電極３３Ａと３３Ｂと接着剤には、熱電子が通過しないからである。
【０２１２】
補助電極３３Ａと３３Ｂは、電極３１Ａと３１Ｂに対して、直交方向に電圧を印加する。補助電極３３Ａと３３Ｂとの間に直流電圧を印加すると、金属／絶縁相転移体３２内の電子の分布が補助電極３３Ａと３３Ｂの方向に偏る。このため、磁性体１０Ａと１０Ｂとの間を移動する熱電子の抵抗が減少し、熱電子が移動しやすくなる。つまり、補助電極３３Ａと３３Ｂを設けることで、金属／絶縁相転移体３２の熱伝導率をより大きくすることができる。
【０２１３】
＜熱スイッチ部の形態４＞
図２２は熱スイッチ部の形態４を説明するための説明図である。
【０２１４】
熱スイッチ部の形態４に係る熱スイッチ部１３０は、電極３１Ａと３１Ｂを、金属／絶縁相転移体３２と磁性体１０Ａ、１０Ｂとの間には設けずに、金属／絶縁相転移体３２内を移動する熱電子の移動方向に対して直交する方向から電圧が印加できるように設ける。その他の構成および動作は熱スイッチ部の形態２と同様である。
【０２１５】
したがって、金属／絶縁相転移体３２は、磁性体１０Ａと１０Ｂに直接取り付ける。金属／絶縁相転移体３２と磁性体１０Ａ、１０Ｂとは、接合または接着剤で取り付ける。このときに用いる接着剤は、熱伝導性の大きいものを用いる。
【０２１６】
電極３１Ａと３１Ｂは、金属／絶縁相転移体３２に接合または接着によって取り付ける。電極３１Ａと３１Ｂは熱伝導性を考慮しなくても良い。また電極３１Ａと３１Ｂを金属／絶縁相転移体３２に接着する接着剤も熱伝導性を考慮しなくても良い。電極３１Ａと３１Ｂと接着剤には、熱電子が通過しないからである。
【０２１７】
電極３１Ａと３１Ｂは、金属／絶縁相転移体３２内を移動する熱電子の移動方向に対して、直交方向に電圧を印加する。電極３１Ａと３１Ｂとの間に直流電圧を印加すると、金属／絶縁相転移体３２内の電子の分布が電極３１Ａと３１Ｂの方向に偏って相転移する。このため、磁性体１０Ａと１０Ｂとの間を移動する熱電子の抵抗が減少し、熱電子が移動しやすくなる。
【０２１８】
熱スイッチ部の形態２、３の場合には、熱電子の通過方向に電極３１Ａ、３１Ｂが存在するので、熱電子にとっては電極３１Ａ、３１Ｂが障害物となる。このため、電極３１Ａ、３１Ｂの存在は熱伝導率を小さくする方向に働く。熱スイッチ部の形態４の場合には、金属／絶縁相転移体３２を磁性体１０Ａと１０Ｂに直接取り付けるので、電極３１Ａ、３１Ｂの存在は熱伝導率を下げる方向には働かない。したがって、本実施形態に係る熱スイッチ部３０の熱伝導率は、熱スイッチ部の形態２、３の場合と比較して、大きくなる。
【０２１９】
＜熱スイッチ部の形態５＞
図２３は熱スイッチ部の形態５を説明するための説明図である。
【０２２０】
熱スイッチ部の形態５に係る熱スイッチ部１３０は、金属／絶縁相転移体（３２）を磁性体１０Ａと１０Ｂに直接取り付け、磁性体１０Ａと１０Ｂに直流電圧を印加できるようにしたものである。金属／絶縁相転移体と磁性体１０Ａ、１０Ｂとは接合または接着剤で取り付ける。接着剤は熱伝導率の大きいものを用いる。その他の構成および動作は熱スイッチ部の形態２と同様である。
【０２２１】
磁性体１０Ａと１０Ｂを電極の代わりに用いると、構造が単純化され、また、部品点数の減少と製造工程の簡略化が図れる。また、熱スイッチ部の形態４の場合と同様に、熱スイッチ部３０の熱伝導率は、熱スイッチ部の形態２、３の場合と比較して、大きくなる。
【０２２２】
＜熱スイッチ部の形態６＞
図２４は熱スイッチ部の形態６を説明するための説明図である。
【０２２３】
熱スイッチ部の形態６は、熱スイッチ部１３０に絶縁体３４を追加している。具体的には、図２４に示すように、熱電子の移動を妨げる絶縁体３４を電極３１Ａと金属／絶縁相転移体３２との間に設けている。図２４では、図２０の構成に絶縁体３４を追加しているが、図２１〜２３の構成に対して絶縁体３４を追加しても良い。その他の構成および動作は熱スイッチ部の形態２と同様である。
【０２２４】
絶縁体３４は、熱電子以外の電子の移動を阻止するために設ける。電極３１Ａと３１Ｂとの間に直流電圧を印加すると、電極３１Ａと３１Ｂとの間に電流が流れるが、本来移動してほしい熱電子に加え、熱輸送に関与しない電子を過剰に移動させてしまう可能性がある。この熱輸送に関与しない電子の過剰の移動を防ぐために、絶縁体３４を金属／絶縁相転移体３２に取り付けることによって、金属／絶縁相転移体３２の熱伝導率の低下を防止できる。
【０２２５】
＜熱スイッチ部の形態７＞
図２５は熱スイッチ部の形態７を説明するための説明図である。
【０２２６】
熱スイッチ部の形態７は、熱スイッチ部の形態４に係る図２２の熱スイッチ部１３０に分極体３５を追加している。具体的には、電極３１Ａと金属／絶縁相転移体３２との間に熱電子の移動を促す分極体３５を配置する。分極体３５は、誘電体およびイオン性液体のうちの少なくとも１種類以上から形成する。その他の構成および動作は熱スイッチ部の形態４と同様である。
【０２２７】
分極体３５は、金属／絶縁相転移体３２内を移動する電子を取り出したり、金属／絶縁相転移体３２内に電子を注入したりする。このため、金属／絶縁相転移体３２内の電子の分布状態が変化して、熱電子が流れやすくなる。分極体３５を配置することで、金属／絶縁相転移体３２の熱伝導率をより大きくすることができる。
【０２２８】
熱スイッチ部の形態２〜７のように、電圧の印加、除去によって熱伝導率が変化する熱スイッチ部１３０を用いると、隣接する磁性体との熱伝導を、電圧の印加、除去だけで断続させることができる。したがって、熱スイッチ部自身を移動させて、熱交換器と磁性体の間、磁性体同士の間を挿脱させる必要がなくなるため、熱スイッチ部の耐久性が向上し、同時に信頼性も向上する。
【０２２９】
＜熱スイッチ部の形態８＞
図２６は熱スイッチ部の形態８における熱スイッチ部の構成を説明するための熱スイッチ部部分の断面図である。図２７は熱スイッチ部の形態８における熱スイッチ部の構成を説明するための熱スイッチ部部分の平面図（図２６の矢視Ａの図）である。
【０２３０】
本形態の熱スイッチ部は、電気濡れ（エレクトロウェッティング）効果を利用したものである。
【０２３１】
ここでは、磁性体１０とそれに隣接する磁性体１０’の間に設けられた熱スイッチ部２３０を例に説明する。ここで説明する磁性体１０とそれに隣接する磁性体１０’は、図１における磁性体１０Ａを１０Ｂ、１０Ｃと１０Ｄ、１０Ｅと１０Ｆに対応する。また、低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ａ、磁性体１０Ｆと高温側熱交換部４０Ｂにも同様に対応する。ただしその場合は、磁性体１０または１０’のうち一方が低温側熱交換部４０Ａまたは高温側熱交換部４０Ｂとなる。
【０２３２】
熱スイッチ部２３０は、磁性体１０に接する第１電極構造体１１と、磁性体１０’に接する第２電極構造体２１と、第１電極構造体１１および第２電極構造体２１の間の隙間２０と、この隙間２０に出し入れされる液体金属１８とを有する。また、隙間２０の一端には、液体金属１８を収容する液溜まり１７を有する。なお、隙間２０において、液溜まり１７を設けた一端の反対側の端部は開放端となっている。
【０２３３】
第１電極構造体１１と第２電極構造体２１は、同じ構造を有していて、隙間２０を中心線とする対称構造である。第１電極構造体１１は、磁性体１０側から順に、第１電極１２、誘電体１３、第２電極１４、撥液コート層１５を有する。第２電極構造体２１も同様に、磁性体１０’側から順に、第１電極１２、誘電体１３、第２電極１４、および撥液コート層１５を有する。つまり、隙間２０を中心としてみれば、第１電極構造体１１も第２電極構造体２１も、隙間２０側から順に撥液コート層１５、第２電極１４、誘電体１３、第１電極１２となるように配置されているのである。
【０２３４】
磁性体全体の下部には、下部基板１６を有する。この下部基板１６内に、隙間２０に連通した液溜まり１７を有している。
【０２３５】
第２電極１４は、液溜まり１７内部にまで入っていて、液体金属１８と電気的に導通することができるようになっている。一方、第１電極１２は液溜まり１７からは絶縁されている。すなわち、第１電極１２は液体金属１８と絶縁されているのである。
【０２３６】
これにより、第１電極１２と第２電極１４は、その間にある誘電体１３を介したキャパシター構造となっていて、これがそのまま液体金属１８と第１電極１２のキャパシターとして作用することになる（詳細後述）。
【０２３７】
第１電極構造体１１と第２電極構造体２１の上部には、それぞれ第１および第２電極１２、１４から導かれた配線が形成される上部基板１００を有する。上部基板１００は、第１電極構造体１１側と第２電極構造体２１側とで、隙間２０の延長によって分離、絶縁され、第１電極構造体１１および第２電極構造体２１と同様に隙間２０によって対称な同じ構造である。上部基板１００は、それぞれ第１電極１２からの第１配線１１１と、第２電極１４からの第２配線１１２が絶縁層１１３によって絶縁されている。第１および第２配線１１１および１１２は、この熱スイッチ部２３０を制御するために、磁気冷暖房装置の制御装置（不図示）に接続されている。そして制御装置が、磁気の移動に同期して、この熱スイッチ部２３０による熱伝達状態と断熱状態を切り替えている。
【０２３８】
以下さらに熱スイッチ部各部を詳細に説明する。
【０２３９】
第１電極１２および第２電極１４は、たとえば、銅、アルミニウムなど、導電性のものであれば、特に限定されない。第１電極１２および第２電極１４の形状はともに同じであり、隙間２０の大きさ（隙間の間隔を除く）と一致する電極板となっている。
【０２４０】
誘電体１３は、第１電極１２と第２電極１４の間にあって、たとえば、シリコン酸化膜やシリコ窒化膜など、誘電体１３であれば特に限定されない。誘電体１３の形状は第１電極１２と第２電極１４と同じ大きさであり、第１電極１２と第２電極１４が短絡しない形状となっている。
【０２４１】
撥液コート層１５は、液体金属１８に対して撥液性を有する。また、撥液コート層１５は、導電性であることが好ましい。このような撥液コート層１５に用いる材料とは、たとえば、導電性酸化膜、導電性ガラス材、導電性セラミックス材、グラフェンなどが好ましい。
【０２４２】
このように、撥液コート層１５が液体金属１８に対して撥液性となっていることで、電気を印加していない状態では、液体金属１８が容易に液溜まり１７内に収納されるようになる。また、導電性を有することで、第２電極１４に流した電気を液体金属１８に直接流すことができて効率が良い。また、第２電極１４に電気を流して液体金属１８を第１電極構造体１１と第２電極構造体２１の間の隙間２０に充填する際に、液溜まり１７内を空にできるので、液体金属１８使用量を少なくすることができる。
【０２４３】
なお、液溜まり１７内に常に液体金属１８の一部が残留して、第２電極１４から液体金属１８に電気を流すことができれば、撥液コート層１５は撥液性を有するだけで、導電性のないものであっても良い。また、第２電極１４の隙間２０側の表面に極薄いシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの絶縁性の撥液性部材を形成しても良い。極薄いシリコン酸化膜やシリコン窒化膜であれば、これらが介在していても第２電極１４に電気を流したときにトンネル効果によって、液体金属１８に電気を流すことができる。
【０２４４】
このような部材によって構成される撥液コート層１５の形状は第２電極１４を覆う大きさである。
【０２４５】
さらに、第２電極１４自体を導電性で、かつ、その表面が撥液性となる部材を用いても良い。つまり第２電極１４自体を導電性酸化膜、導電性ガラス材、導電性セラミックス材、グラフェンなどによって形成するのである。この場合、第２電極１４の隙間側表面に、撥液コート層を設ける必要がなくなる。
【０２４６】
下部基板１６は、少なくとも第１および第２電極１２、１４との間で絶縁されているものであれば良い。たとえば、全体が絶縁性を有する材料として、エポキシ基板、フェノール基板、ＡＢＳ樹脂基板などが用いられる。そして、これら基板に液溜まり１７を設ける。この場合、液体金属１８を液溜まり１７内に収納しやすいように、液溜まり内壁面を親液性にする。親液性を持たせるためには、液溜まり壁面に金属膜１９（たとえば銅、ニッケル、アルミニウムなどの金属膜）を形成することが好ましい。
【０２４７】
また、下部基板１６としては、たとえばシリコン基板を用いることもできる。シリコン基板を用いた場合、まず液溜まり１７の形成後、液溜まり１７内部の壁面表面を含めて、すべての表面をシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などにより絶縁層（不図示）を形成する。そして、液溜まり１７内に親液性を持たせるために金属膜１９（たとえば銅、ニッケル、アルミニウムなどの金属膜、さらにシリコン基板とした場合は導電性を付与したポリシリコンなどでも良い）を形成することが好ましい。
【０２４８】
液溜まり１７内に形成した金属膜１９は第２電極１４と導通するようにしても良い。
【０２４９】
なお、液溜まり１７内の金属膜１９はなくても良い。上述したとおり、液溜まり１７内の金属膜１９は、液溜まり１７内壁面を親液性にすることで液体金属１８が下がったときに、液体金属１８が液溜まり１７内に収納されやすくするためのものである。このため、液溜まり１７の大きさが十分に大きく、液溜まり１７内壁面が親液性でなくても液体金属１８の収納がスムーズにゆく場合には金属膜１９はなくても良い。
【０２５０】
さらに、下部基板１６の液溜まり１７には、液体金属１８が漏れ出ない程度の空気穴２５が設けられている（空気穴２５の機能については後述）。
【０２５１】
上部基板１００は、第１電極構造体１１側と第２電極構造体２１側で同じ構成であり、第１電極１２と電気的に接続された第１配線１１１と、第２電極１４と電気的に接続された第２配線１１２と、これらを絶縁分離する絶縁層１１３を有する。また、すでに説明したように、第１電極構造体１１側と第２電極構造体２１側は隙間２０によって絶縁、分離されているため、当然に上部基板１００も第１電極構造体１１側と第２電極構造体２１側でそれぞれ分離して同じ構成となるように設けられている。また、各第２配線１１２の隙間２０に面した部分は、撥液コート層１５が形成されている。また、隙間２０部分は、上から見ると、図２７に示すように、撥液コート層１５が隙間２０を取り囲むように形成されており、隙間２０の側面部分１５ａから液体金属が漏れないようになっている。なお、隙間２０の側面部分１５ａには、図示しないが、撥液コート層１５の外側に、隙間の側面部分（または磁性体の側面を含めた側面全体）を覆う構造体（不図示）があっても良い。このような構造体は、たとえば樹脂やセラミックなど非磁性、非導電性の部材が好ましい。
【０２５２】
上部基板１００で配線が対向した部分（図２６中のまるで囲った部分）は、開放端となっていて、液体金属１８の移動によって隙間２０内の圧力が上ったり下がったりしないようになっている。このため液体金属１８は、スムーズに隙間２０内を移動できる。
【０２５３】
上部基板１００に用いられる配線１１１、１１２は、第１および第２電極１２、１４と同じく、銅、アルミニウムなどである。一方、絶縁層１１３は、少なくとも誘電体１３よりも誘電率の低い絶縁体（絶縁材）が好ましい。
【０２５４】
配線１１１、１１２は、第１および第２電極１２、１４に対して電圧を印加するための配線である。このため配線が対向した部分（図２６中のまるで囲った開放端近傍部分）でも、第１および第２電極１２、１４と同じ電圧がかかる。そうすると、上部基板１００の絶縁層１１３として誘電率の高い材料が用いられていると、この部分でも液体金属１８と配線１１２との間がキャパシター構造となってしまう。そうすると液体金属１８が上昇してきたときに、その勢いで、まるで囲んだ部分からさらに上にまで液体金属１８が来て、吐出してしまう虞がある。これを防ぐために、この配線１１２同士が隙間２０を介して向き合う部分では、誘電率が低い絶縁材を用いることで、液体金属１８がこの配線１１２同士が対向する部分の隙間２０に入ってくるのを防止している。具体的には、たとえば、半導体装置において使用されている、いわゆるＬｏｗ−ｋ材料を使用することができる。たとえばシリコン酸化物にフッ素や炭素を添加したもの、有機ポリマーなどがある。そのほか、第１および第２電極１２、１４の間に用いた誘電体１３よりも誘電率が低い材料であれば良い。これらＬｏｗ−ｋ材料であっても良い。これらのＬｏｗ−ｋ材料は、ＳｉＯ2の比誘電率４．２〜４．０に対して、比誘電率３．０以下であることが知られている。
【０２５５】
なお、絶縁体である絶縁層１１３を配置する開放端近傍部分は、配線１１２および１１３が絶縁される厚みであるが、たとえば隙間上端から誘電体１３の厚み程度の厚さ分もあれば、液体金属１８が上がってきたときに上端から吐出することはない。
【０２５６】
そして、液体金属１８（導電性流体と称されることもある）は、少なくともこの磁気冷暖房装置が使用される温度範囲において液体の金属である。たとえば、ガリウム、インジウム、スズの共晶合金であるガリンスタンを用いることができる。ガリンスタンは、常温で液体の金属であり、ガリウム、インジウム、スズの組成よって融点が異なる。たとえば、ガリウム６８．５％、インジウム２１．５％、スズ１０％のガリンスタンは、融点：−１９℃、沸点：１３００℃以上、比重：６．４４ｇ／ｃｍ3、粘度：０．００２４Ｐａ・ｓ（ａｔ２０℃）、熱伝導率：１６．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。そのほかにも、周知の様々な液体金属１８を用いてもよく、熱伝達率が高いものが好ましい。
【０２５７】
次に、このように構成された熱スイッチ部２３０の作用を説明する。
【０２５８】
熱スイッチ部２３０の機能は、すでに説明したとおり、磁性体等間における熱の伝達と遮断（断熱）である。このような機能を持つことから、これを熱スイッチと称することがある。
【０２５９】
本形態においては、この熱スイッチ機能を隙間２０と液溜まり１７の間を行き来する液体金属１８により行っている。そして、液体金属１８を隙間２０と液溜まり１７の間を行き来させるためには、エレクトロウェッティングを用いている。エレクトロウェッティングによる液体金属１８の移動自体には、公知であり、たとえば、特開２００７−１０３３６３号公報などに開示されるので、ここでは本形態の理解のために必要な原理について説明する。
【０２６０】
図２８はエレクトロウェッティングの原理を説明するための説明図である。
【０２６１】
エレクトロウェッティングは、電極板３００上に設けられた誘電体３０１の表面に液体金属１８（ここでは液滴として示した）を乗せ、電極板３００と液体金属１８の間に電圧を印加することで、誘電体表面における液体金属１８との濡れ性を制御する技術である。
【０２６２】
電極板３００と液体金属１８との間は誘電体３０１を介してキャパシターが形成されている。図２８Ａに示すように、電極板３００と液体金属１８との間に電圧を印加すると、このキャパシターの静電エネルギーが変化（増加）して、それに相当する液体金属１８の表面エネルギーが減少し、液体金属１８の表面張力が低下する。これにより液体金属１８の表面に対する接触角度θが変化する。ここで接触角度θとは、液体金属１８が乗っている誘電体３０１の表面における液体金属表面とのなす角をいう。この接触角度θは、液体金属１８の表面張力に応じて０°〜１８０°の範囲で変化する。
【０２６３】
ここで図２８Ａに示すように（電圧印加時）、接触角度θが、０°から９０°までは、液体金属１８に対する表面の濡れ性が良い状態、すなわち親液性のある状態である。一方、図２８Ｂに示すように（電圧印加無しの時）、接触角度θは、９０°を超えて１８０°であり、これが濡れ性の悪い状態、すなわち撥液性の状態である。このように誘電体表面に置いた液体金属１８の接触角度θを、電圧の印加によって変更できるのがエレクトロウェッティングである。
【０２６４】
図２９は隙間における液体金属の移動を説明するための説明図で、隙間における液体金属部分の拡大図である。
【０２６５】
本形態では、液体金属１８が移動する表面は、磁性体１０と１０’の間の隙間２０に対向するように設けられた撥液コート層１５である。この撥液コート層１５は、すでに説明したとおり、液体金属１８に対する撥液性を有する。このため、第１および第２電極１２、１４の間に電圧を印加しなければ、図２９Ａに示すように、液体金属１８は、撥液コート層１５の表面においてその接触角度は９０°以上となって撥液性（疎液性ともいう）となっている。
【０２６６】
このように液体の接触面（撥液コート層１５の表面）と接触角度が９０°以上となることで、図２９Ａに示したように、液体金属１８の液面は、中央部分が凸となって、液体金属１８の撥液コート層１５表面との接触部分が下がった状態になる。このため液体金属１８が撥液コート層１５表面を伝って行く力が働かなくなり、液体金属１８が毛細管現象によって上昇してしまうことはない。
【０２６７】
この状態は、熱伝達部３０全体としては図２６に示した状態であり、液体金属１８は、液溜まり１７内にあって、隙間２０は空気により満たされている。したがって、この空気で満たされた隙間２０によって磁性体１０と１０’の間は断熱状態となる。
【０２６８】
一方、磁性体１０と１０’のそれぞれにある第１電極１２と第２電極１４の間に電圧を印加すると、第１電極１２と第２電極１４の間にある誘電体１３が分極して静電エネルギーが変化（増加）する。このとき第２電極１４と液体金属１８とは電気的導通がとられているため、結果的に、液体金属１８と第１電極１２とが誘電体１３を介してキャパシター構造となっている。この構造はエレクトロウェッティングの原理を説明した図２８の電極板３００と誘電体３０１を介した液体金属１８とによるキャパシター構造と同様の構造ということである。
【０２６９】
このため、第１電極１２と第２電極１４の間に電圧を印加したことで、液体金属１８の表面エネルギーが増加して、それに伴い撥液コート層１５（誘電膜）表面における液体金属１８の表面張力が減少し、濡れ性がよくなる。そうすると、図２９Ｂに示すように、撥液コート層１５表面に接している液体金属１８表面の接触角度θが９０°以下になる。これにより、液体金属１８自体の表面張力は失われるものの、隙間２０を毛細管現象により登ってゆく張力が働くことになる。図２９Ｂにおけるｈがもとの液面に位置（図２９Ａ）からの上昇量である。なお、図２９においてｄは隙間の間隔である。
【０２７０】
図３０は、図２６と同じ部分の断面図であり、液体金属１８が隙間２０を上がってきた状態、すなわち熱伝達状態を示している。
【０２７１】
図示するように、液体金属１８は隙間２０の頂上である上部基板１００の位置まで到達する。上部基板１００の隙間部分ではすでに説明したように、上部基板１００の第１配線１１１と第２配線１１２の間には誘電体が存在しない（または誘電率が低い）。このため、この部分での静電エネルギーはほとんど変化しないため、上昇した液体金属１８の濡れ性はよくならないので、これ以上液体金属１８が上昇することはない。
【０２７２】
そして、液体金属１８が上昇したことにより、隙間２０は液体金属１８で満たされて磁性体１０と１０’間の熱の伝達が起きて熱伝達状態になる。
【０２７３】
このようにして本形態の熱スイッチ部２３０では、エレクトロウェッティングにより熱スイッチ部２３０に設けた隙間２０に液体金属１８が充填された熱伝達状態と、隙間２０から液体金属１８を排除した断熱状態を、電気的に制御することができるのである。
【０２７４】
熱スイッチ部２３０を構成する各部の好ましいサイズは、ガリンスタンを液体金属１８として用いた場合、隙間２０の間隔が１０μｍ〜５０μｍが好ましいものとなる。下限値を１０としたのは、この程度の隙間２０をあけることで、液体金属１８が下がって隙間２０内に空気が入ったときに十分な断熱性を有するようにするためである。一方、上限の５０μｍは、液体金属１８が上がって隙間２０を満たした場合の熱伝達性能を保つためである。
【０２７５】
なお、図３０に示したように、液体金属１８が隙間２０を上昇すると液溜まり１７内から液体金属１８が出てゆくことになる。このとき、仮に液溜まり１７が密閉状態だと、液溜まり１７内部が負圧（真空）になるため液体金属１８が液溜まり１７から隙間２０に出て行きづらくなる。そこで、本形態では、液溜まり１７の下部端に空気穴２５を設けたのである。空気穴２５の大きさは液体金属１８が漏れ出ない程度でかつ空気の流入、流出が起こる程度の大きさとする。なお、空気穴２５の位置は、液溜まり１７の下部端以外であってもよく、液体金属１８が液溜まり１７から隙間２０に出て行きやすくなるように配置されていれば良い。
【０２７６】
ここで、本形態においては、隙間２０を介して対向する第１および第２電極構造体１１および２１は、それぞれ第１電極１２と第２電極１４を、誘電体１３を介して平行に設けている。このうち、エレクトロウェッティングの作用しているのは、第１電極１２、液体金属１８、およびその間の誘電体１３によって構成されるキャパシターである。このため、エレクトロウェッティングの原理としては、液体金属１８に電圧を印加することができれば、第２電極１４はなくても良い。たとえば、下部基板を通して、液体金属と電気的に接続される電極を設けるなどである。この場合、第２電極は隙間内に存在しないので、隙間の対向する面は誘電体となり、液体金属に対して撥液性があるので、撥液コート層もなくて良い。
【０２７７】
ただし、このようにした場合（第２電極を省略した場合）、キャパシター構造としては、第１電極１２の対向電極となる液体金属１８が移動するため、電極面積が増減することになる。このため、エレクトロウェッティング作用を起こさせる誘電体での静電エネルギーも増減してしまうことになる。したがって、同じ電圧を印加していても液体金属の上昇量によってエレクトロウェッティング作用により液体金属を移動させる力が変わって、液体金属の上昇速度が変化するおそれがある（なお、第２電極を省略した場合でも、液体金属の移動速度が若干不安定になるおそれはあるものの、第２電極を設けた場合と同様に、摩擦を発生させることなく熱伝達と断熱の切り替えは可能である）。
【０２７８】
本形態では、第１電極１２と第２電極１４を、誘電体１３を介して平行に設けているので、第１電極１２と第２電極１４によるキャパシターの大きさは、液体金属１８の移動によって変化しない。したがって、同じ電圧の印加でも、液体金属の移動によって液体金属の移動速度が変化したりせず安定的に熱伝達と断熱を切り替えることができる。
【０２７９】
＜熱スイッチ部の形態９＞
図３１は熱スイッチ部の形態９における熱スイッチ部の構成を説明するための平面図であって、図２６中の矢視Ａに相当する方向から見た図である。
【０２８０】
本形態の熱スイッチもまた、電気濡れ（エレクトロウェッティング）効果を利用したものである。したがって、熱スイッチ部の形態８の変形例となる。
【０２８１】
熱スイッチ部の形態９は、熱スイッチ部２３０の隙間２０に第１電極構造体１１側と第２電極構造体２１側のそれぞれの壁面、すなわち撥液コート層１５の表面にブレード３１を配置したものである。このブレード３１は、下部基板１６の液溜まり１７から上部基板１００方向に垂直に延びており、第１電極構造体１１側のブレード３１と第２電極構造体２１側のブレード３１は互い接触しない幅となっている。ブレード３１自体は、たとえば撥液コート層１５の材料をそのままブレード３１の構造となるように形成すると良い。
【０２８２】
そのほかの構成は、熱スイッチ部の形態８と同じであるので説明を省略する。
【０２８３】
このようにすることで、液体金属１８と第１電極構造体１１の壁面および第２電極構造体２１の壁面との接触表面積が大きくなって熱伝達効率が良くなる。また、第１電極構造体１１側のブレード３１と第２電極構造体２１側のブレード３１との間で隙間ｄBが形成されるため、このブレード３１間の隙間ｄBでもブレード壁面に液体金属１８の表面張力が働き、いっそう液体金属１８が上昇しやすくなる（電圧印加時）。ブレード３１間の隙間ｄBもすでに説明したとおり、１０μｍ〜５０μｍ程度が好ましい。
【０２８４】
以上説明した本実施形態２のように、熱伝導部として、それ自身の移動を伴わずに熱の伝達、遮断を行うことのできる熱スイッチを用いたことで磁気冷暖房装置を小型化することができる。たとえば磁気冷暖房装置を車載するためには小型化が要求され、小型化するためには磁気冷暖房装置の高周波化が必要である。高周波化するためには、磁性体間の熱伝導を高速（例えば０．１秒程度）で行う必要がある。本実施形態２の熱スイッチ部によって、電圧をＯＮ、ＯＦＦする周期を短くすることで高周波化できるようになる。
【０２８５】
なお、熱スイッチ部は、実施形態１においても熱伝達部材として使用可能である。
【０２８６】
以上説明した本実施形態よれば以下の効果を奏する。
【０２８７】
（１）列状に並んだ複数の磁性体のうち、少なくとも一つの磁性体として、一つの磁性体の中に作動温度範囲の異なる少なくとも２つの磁気熱量材料を有するようにし、このうち一つは作動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料とした。このためこの磁性体には起動時温度を作動温度範囲とする磁気熱量材料が含まれるため、起動時から温度変化するようになって起動時から定常状態までの過渡特性が向上し、従来よりも短い時間で定常状態にすることができる。
【０２８８】
（２）複数の磁気熱量材料を組み合わせる際の各磁気熱量材料の配置は、磁性体が列状に並んだ方向に沿う断面において、作動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料を中央に配置し、その外側に磁性体自身の作動温度範囲を担う磁気熱量材料を配置した。これにより、磁性体同士の熱伝達を効率よくすることができる。
【０２８９】
（３）複数の磁気熱量材料を組み合わせる際の各磁気熱量材料の配置は、磁性体が列状に並んだ方向に沿う断面において、作動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料を中央に配置し、その外側に磁性体自身の作動温度範囲を担う磁気熱量材料を配置した構成を基本配置として、この基本配置を複数組み合わせている。これにより、磁性体同士の熱伝達を効率よくすることができる。
【０２９０】
（４）一つの磁性体の中に作動温度範囲の異なる少なくとも２つの磁気熱量材料を有するようにした磁性体を、低温側熱交換部および／または高温側熱交換部に隣接する磁性体とした。これにより起動時温度からもっとも離れた作動温度範囲となる低温側または高温側の熱交換部に隣接する磁性体であっても、起動時から温度変化するようになる。
【０２９１】
（５）低温側熱交換部または高温側熱交換部に隣接する磁性体には、さらに自身以外の磁性体の作動温度範囲の磁気熱量材料を組み合わせている。これにより、起動時温度から外れ、さらに自身の作動温度範囲まで至らない途中の段階においても、組み合わせた磁気熱量材料によって温度変化がもたらされる。このため起動から定常状態に至る途中の段階を速く抜けて定常状態にすることができる。
【０２９２】
（６）複数の磁性体を同じ質量にすることで、ぞれぞれの熱容量の違いをなくし（または少なくし）熱伝達のばらつきを抑えることができる。そして、同じ質量とする場合には、作動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料の組み合わせ割合を５質量％以上５０質量％未満とすることで、一速くて定常状態にすることができるとともに、定常状態となった後も安定した冷却動作を行うことができる。
【０２９３】
（７）複数の磁性体は同じ体積にすることで、ぞれぞれの熱容量の違いをなくし（または少なくし）熱伝達のばらつきを抑えることができる。そして、同じ体積とする場合には、各磁性体自身の作動温度範囲を担う磁気熱量材料を１００質量％としたときに、この１００質量％に対して作動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料の組み合わせ割合を５質量％以上５０質量％未満にする。これにより一速くて定常状態にすることができるとともに、定常状態となった後も安定した冷却動作を行うことができる。
【０２９４】
以上本発明を適用した実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限らず、様々な変形が可能である。たとえば、作動時温度範囲として起動時温度を含む磁性体を、複数の磁性体を並べた列の中央部分ではなく、偏った位置に配置しても良い。たとえば図１の例では、磁性体１０Ｆとして、作動時温度範囲として起動時温度を含む磁性体を配置する（またはこの逆に磁性体１０Ａを起動時温度としても良い）。このような場合には低温側熱交換部に隣接する磁性体１０Ａに、起動時温度の磁気熱量材料すなわちこの場合は磁性体１０Ｆの磁気熱量材料を組み合わせる（逆の場合は磁性体１０Ａの磁気熱量材料を磁性体１０Ｆに組み合わせる）。もちろんこの場合も、隣接する磁性体の作動温度範囲の磁気熱量材料をさらに組み合わせても良い。また途中にある磁性体にも起動時温度の磁気熱量材料を組み合わせても良い。このような場合でも、上述した実施形態と同様に一速く定常状態の温度に達することができる。
【０２９５】
また、起動時温度の磁気熱量材料を組み合わせる磁性体としては、低温側熱交換部または高温側熱交換部に隣接する磁性体に限られない。たとえば、低温側熱交換部または高温側熱交換部に隣接する磁性体と中央にある磁性体の途中にある磁性体にだけ、起動時温度の磁気熱量材料を組み合わせても良い。このようにすることでも、起動時温度から作動温度範囲が外れている磁性体のうち、少なくとも一つは、起動時から温度変化を起こすようになるので、その分だけでも、定常状態に速く達するようになる。
【０２９６】
また、上述した実施形態では、起動時の温度として常温（２０℃）を想定したが、起動時温度が必ずしも常温ではない場合であって適用可能である。
【０２９７】
そのほか、本発明は、特許請求の範囲により規定した事項によって定められる様々な変形形態が可能であることは有までもない。
【０２９８】
さらに、本出願は、２０１２年９月３日に出願された日本特許出願番号２０１２−１９３４４９号に基づいており、それらの開示内容は、参照され、全体として、組み入れられている。
【符号の説明】
【０２９９】
１０、１０Ａ−１０Ｆ、１０Ａａ−１０Ａｆ、１０Ｂａ−１０Ｂｆ  磁性体、
２０Ａ−２０Ｆ、２０Ａａ−２０Ａｅ、２０Ｂａ−２０Ｂｅ  永久磁石、
２０Ａｂ−２０Ａｆ  磁気突起、
３０、３０Ａ−３０Ｇ、３０Ａｂ−３０Ａｆ、３０Ｂａ−３０Ｂｇ、２３０  熱伝導部（熱スイッチ部）、
４０Ａ  低温側熱交換部、
４０Ｂ  高温側熱交換部、
５００  磁気冷暖房装置、
７００  磁性体・熱伝達部配置板、
８００  磁石配置板。
【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１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年1月22日(2014.1.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔を設けて列状に配置された複数の磁性体と、
前記複数の磁性体のそれぞれに磁気を印加および除去する磁気印加部と、
前記複数の磁性体の前記列の一端部に磁性体から間隔をあけて配置された低温側熱交換部と、
前記複数の磁性体の前記列の他端部に磁性体から間隔をあけて配置された高温側熱交換部と、
前記磁性体同士の間、前記磁性体と前記低温側熱交換部の間、および前記磁性体と前記高温側熱交換部の間のそれぞれに配置され、これらの間の熱の伝達および断熱を行う熱伝導部と、
を有し、
前記複数の磁性体は、前記磁気の印加および除去により、それぞれ異なる作動温度範囲で温度変化する少なくとも一つの磁気熱量材料を有し、
前記複数の磁性体のうち少なくとも一つの磁性体は、一つの磁性体の中に作動温度範囲の異なる少なくとも２つの磁気熱量材料を有していてこのうち一つは作動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料であることを特徴とする磁気冷暖房装置。
【請求項２】
前記少なくとも２つの磁気熱量材料を有していてこのうち一つは作動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料を有する前記磁性体は、前記複数の磁性体が列状に並んだ方向に沿う断面において、前記作動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料を中央に配置し、その外側を取り囲むように前記磁性体自身の作動温度範囲を担う磁気熱量材料を配置していることを特徴とする請求項１に記載の磁気冷暖房装置。
【請求項３】
前記少なくとも２つの磁気熱量材料を有していてこのうち一つは作動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料を有する前記磁性体は、前記複数の磁性体が列状に並んだ方向に沿う断面において、前記作動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料を中央に配置し、その外側に前記磁性体自身の作動温度範囲を担う磁気熱量材料を配置した構成を基本配置として、当該基本配置を複数組み合わせていることを特徴とする請求項１に記載の磁気冷暖房装置。
【請求項４】
前記少なくとも２つの磁気熱量材料を有していてこのうち一つは作動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料を有する前記磁性体は、前記低温側熱交換部および／または前記高温側熱交換部に隣接する磁性体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の磁気冷暖房装置。
【請求項５】
前記低温側熱交換部および／または高温側熱交換部に隣接する前記磁性体は、
それ自身の作動温度範囲の磁気熱量材料、動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料、これらの磁気熱量材料の作動温度範囲以外の作動温度範囲の磁気熱量材料を有することを特徴とする請求項４に記載の磁気冷暖房装置。
【請求項６】
前記複数の磁性体は同じ質量であり、一つの磁性体に含まれる作動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料の割合は５質量％以上５０質量％未満であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の磁気冷暖房装置。
【請求項７】
前記複数の磁性体は同じ体積であり、各磁性体自身の作動温度範囲を担う磁気熱量材料を１００質量％としたとき、当該１００質量％に対して作動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料の割合は５質量％以上５０質量％未満であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の磁気冷暖房装置。
【手続補正書】
【提出日】平成26年6月16日(2014.6.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔を設けて列状に配置された複数の磁性体と、
前記複数の磁性体のそれぞれに磁気を印加および除去する磁気印加部と、
前記複数の磁性体の前記列の一端部に磁性体から間隔をあけて配置された低温側熱交換部と、
前記複数の磁性体の前記列の他端部に磁性体から間隔をあけて配置された高温側熱交換部と、
前記磁性体同士の間、前記磁性体と前記低温側熱交換部の間、および前記磁性体と前記高温側熱交換部の間のそれぞれに配置され、これらの間の熱の伝達および断熱を行う熱伝導部と、
を有し、
前記複数の磁性体は、前記磁気の印加および除去により、それぞれ異なる作動温度範囲で温度変化する少なくとも一つの磁気熱量材料を有し、
前記複数の磁性体のうち少なくとも一つの磁性体は、一つの磁性体の中に作動温度範囲の異なる少なくとも２つの磁気熱量材料を有していてこのうち一つは作動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料であり、
前記作動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料を有する前記磁性体は、前記複数の磁性体が列状に並んだ方向に沿う断面において、前記磁性体自身の作動温度範囲を担う磁気熱量材料を前記熱伝導部と隣接する位置に配置して、その内側に前記作動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料を配置していることを特徴とする磁気冷暖房装置。
【請求項２】
前記少なくとも２つの磁気熱量材料を有していてこのうち一つは作動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料を有する前記磁性体は、前記複数の磁性体が列状に並んだ方向に沿う断面において、前記作動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料を中央に配置し、その外側を取り囲むように前記磁性体自身の作動温度範囲を担う磁気熱量材料を配置していることを特徴とする請求項１に記載の磁気冷暖房装置。
【請求項３】
前記少なくとも２つの磁気熱量材料を有していてこのうち一つは作動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料を有する前記磁性体は、前記複数の磁性体が列状に並んだ方向に沿う断面において、前記作動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料を中央に配置し、その外側に前記磁性体自身の作動温度範囲を担う磁気熱量材料を配置した構成を基本配置として、前記熱伝導部と隣接する位置に前記磁性体自身の作動温度範囲を担う磁気熱量材料が来るように前記基本配置を複数組み合わせていることを特徴とする請求項１に記載の磁気冷暖房装置。
【請求項４】
前記少なくとも２つの磁気熱量材料を有していてこのうち一つは作動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料を有する前記磁性体は、前記低温側熱交換部および／または前記高温側熱交換部に隣接する磁性体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の磁気冷暖房装置。
【請求項５】
前記低温側熱交換部および／または高温側熱交換部に隣接する前記磁性体は、
それ自身の作動温度範囲の磁気熱量材料、動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料、これらの磁気熱量材料の作動温度範囲以外の作動温度範囲の磁気熱量材料を有することを特徴とする請求項４に記載の磁気冷暖房装置。
【請求項６】
前記複数の磁性体は同じ質量であり、一つの磁性体に含まれる作動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料の割合は５質量％以上５０質量％未満であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の磁気冷暖房装置。
【請求項７】
前記複数の磁性体は同じ体積であり、各磁性体自身の作動温度範囲を担う磁気熱量材料を１００質量％としたとき、当該１００質量％に対して作動温度範囲として起動時温度を含む磁気熱量材料の割合は５質量％以上５０質量％未満であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の磁気冷暖房装置。
【国際調査報告】
2014034374.tif 000035
2014034374.tif 000036
2014034374.tif 000037
2014034374.tif 000038