(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気熱量効果を有する磁性体と当該磁性体の熱を輸送する熱伝導部とを交互に配置する熱輸送器と、
前記熱輸送器の一端に前記熱伝導部を介して配置する低温側熱交換部と、
前記熱輸送器の他端に前記熱伝導部を介して配置する高温側熱交換部と、
前記熱輸送器の各磁性体に選択的に磁気を印加し除去する磁気印加除去部と、
前記磁気印加除去部を駆動するモータと、
前記モータの回転位置に応じて前記熱伝導部に選択的に電圧を印加し除去する電圧印加制御部と、を有し、
前記熱伝導部は、前記電圧印加制御部が電圧を印加すると金属に相転移して前記磁性体との熱伝導を可能にし、前記電圧印加制御部が電圧を除去すると絶縁体に相転移して前記磁性体との熱伝導を遮断することを特徴とする磁気冷暖房装置。
【請求項２】
前記熱伝導部は、
前記磁性体に取り付ける電極と、
前記電極の間に取り付ける金属／絶縁相転移体と、
を有し、
前記電圧印加制御部が前記電極に電圧を印加すると前記金属／絶縁相転移体の熱伝導率が大きくなり、前記電圧印加制御部が前記電極に印加する電圧を遮断すると前記金属／絶縁相転移体の熱伝導率が小さくな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】
前記熱伝導部には、前記金属／絶縁相転移体に熱伝導率をより大きくするための補助電極がさらに取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の磁気冷暖房装置。
【請求項４】
前記熱伝導部は、
前記磁性体の間に取り付ける金属／絶縁相転移体と、
前記金属／絶縁相転移体に取り付ける電極と、
を有し、
前記電圧印加制御部が前記電極に電圧を印加すると前記金属／絶縁相転移体の熱伝導率が大きくなり、前記電圧印加制御部が前記電極に印加する電圧を遮断すると前記金属／絶縁相転移体の熱伝導率が小さくな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５】
前記熱伝導部は、
前記磁性体の間に取り付ける金属／絶縁相転移体であり、
前記電圧印加制御部が前記磁性体に電圧を印加すると、前記金属／絶縁相転移体の熱伝導率が大きくなり、前記電圧印加制御部が前記磁性体に印加する電圧を遮断すると前記金属／絶縁相転移体の熱伝導率が小さくな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６】
前記熱伝導部には、前記金属／絶縁相転移体に、熱電子の移動を妨げる絶縁体が取り付けられていることを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の磁気冷暖房装置。
【請求項７】
前記熱伝導部には、前記電極と前記前記金属／絶縁相転移体との間に、熱電子の移動を促す分極体が配置されてい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８】
前記分極体は、誘電体及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ことを特徴とする請求項７に記載の磁気冷暖房装置。
【請求項９】
前記金属／絶縁相転移体は、無機酸化物モット絶縁体または有機モット絶縁体であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の磁気冷暖房装置。
【請求項１０】
前記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ことを特徴とする請求項９に記載の磁気冷暖房装置。
【請求項１１】
前記磁気熱量効果を有する磁性体は、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、又は、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、いずれか一方の磁性体であることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の磁気冷暖房装置。
【請求項１２】
さらに、
前記電圧印加制御部が前記熱伝導部に印加する電圧のＯＮ、ＯＦＦのスイッチングパターンを記憶するスイッチングパターン記憶部と、
前記スイッチングパターンまたは設定温度、前記低温側熱交換部の入口温度、前記低温側熱交換部の出口温度、前記高温側熱交換部の入口温度、前記高温側熱交換部の出口温度を用いて、前記熱伝導部に印加する電圧のＯＮ、ＯＦＦのスイッチングを制御するスイッチング制御部と、
を有す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１３】
前記スイッチングパターンは、前記磁性体ごとに異なる熱発生特性及び前記熱伝導部ごとに異なる熱伝達特性のばらつきを補正するために、学習により更新記憶されることを特徴とする請求項１２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、磁気熱量効果を発現する磁性体の熱を、電圧の印加、除去によって熱の伝導が制御できる熱伝導部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機、例えば、冷蔵庫、冷凍庫、エアコンなどの冷凍機の大半は、フロンガスや代替フロンガスなどの気体冷媒の相変化を利用している。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機に代わる、クリーンでかつ熱輸送能力の高い、革新的な冷凍機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を変化させる、いわゆる磁気熱量効果を発現するものがある。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冷凍機としては、例えば、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機がある。この磁気冷凍機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する正の磁性体と、磁気を印加すると温度が下降する負の磁性体とを、所定の間隔で交互に複数一方向に並べて配置する。正負一対の磁性体で１つの磁性体ブロックを形成する。一方向に並ぶ複数の磁性体ブロックを環状に複数配置して磁性体ユニットを形成する。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印加除去部を形成する。正負の磁性体との間を挿脱する熱伝導部材を正負の磁性体との間で摺動自在となるように配置する。
【０００６】
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。正負の磁性体との間で挿脱される熱伝導部材を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。また、熱伝導部材が回転方向に並ぶ正負の磁性体との間で挿脱される。永久磁石と熱伝導部材が回転することで、磁気熱量効果により磁性体が発生する熱を磁性体が配置される一方向に熱伝導部材を介して輸送する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１４７２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に記載されている発明の場合、磁性体が発生する熱を輸送するときに、熱伝導部材が正負の磁性体との間で挿脱される。熱伝導部材は正負の磁性体との間で摺動を繰り返すことから、熱伝導部材に耐久性を持たせる必要がある。また、熱伝導部材の摺動に伴い、磁性体との間で生じる摩擦により機械的な損失が発生する。
【０００９】
さらに、熱伝導部材は正負の磁性体との間で摺動を繰り返すことから、実際には、構造上一方向にのみ熱を輸送することはできず、熱の輸送に際して熱的な損失が発生する。
【００１０】
熱的な損失は次のような理由から発生する。
【００１１】
熱伝導部材が熱伝導部材を挟む磁性体間にあるときには、熱伝導部材を挟む磁性体間でのみ熱が輸送される。ところが熱伝導部材が回転方向に隣り合う磁性体とまたがる位置にあるときには、熱伝導部材を挟む磁性体間だけではなく、回転方向に隣り合う磁性体間にも熱が輸送される。回転方向に隣り合う磁性体に輸送される熱は損失となり、磁気冷凍機の熱輸送能力及び熱輸送効率の低下を招く。
【００１２】
本発明は、上記の問題を解決するために成されたものであり、摺動の耐久性を持たせる必要がなく、機械的および熱的な損失が極めて小さく、熱輸送能力及び熱輸送効率を向上させることができる、磁気冷暖房装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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、磁気熱量効果を有する磁性体と当該磁性体の熱を輸送する熱伝導部とを交互に配置する熱輸送器と、前記熱輸送器の一端に前記熱伝導部を介して配置する低温側熱交換部と、前記熱輸送器の他端に前記熱伝導部を介して配置する高温側熱交換部と、前記熱輸送器の各磁性体に選択的に磁気を印加し除去する磁気印加除去部と、前記磁気印加除去部を駆動するモータと、前記モータの回転位置に応じて前記熱伝導部に選択的に電圧を印加し除去する電圧印加制御部と、を有し、前記熱伝導部は、前記電圧印加制御部が電圧を印加すると金属に相転移して前記磁性体との熱伝導を可能にし、前記電圧印加制御部が電圧を除去すると絶縁体に相転移して前記磁性体との熱伝導を遮断することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る磁気冷暖房装置によれば、熱伝導部は、電圧の印加、除去に応じて熱伝導を断続できるので、磁性体間に熱伝導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、熱伝導部に摺動の耐久性を持たせる必要がなく、熱伝導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、熱伝導部を駆動させるための損失を低減できる。
【００１５】
また、熱伝導部は磁性体との並び方向にのみ熱を輸送でき、熱伝導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。
【００１６】
さらに、熱伝導部は、電圧の印加、除去に応じて、磁性体間を全ての接触面を使って接続できるので、熱輸送能力及び熱輸送効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る磁気冷暖房装置の動作原理の説明に供する図であり、複数の熱輸送器を配置した固定部の構成を示す図である。
【図２】本発明に係る磁気冷暖房装置の動作原理の説明に供する図であり、複数の磁気印加除去部を配置した上側の回転部の構成を示す図である。
【図３】本発明に係る磁気冷暖房装置の動作原理の説明に供する図であり、複数の磁気印加除去部を配置した下側の回転部の構成を示す図である。
【図４】本発明に係る磁気冷暖房装置の動作説明に供する図である。
【図５】本発明に係る磁気冷暖房装置の動作説明に供する図である。
【図６】本発明に係る磁気冷暖房装置において熱が移動していく様子の説明に供する図である。
【図７】本発明に係る磁気冷暖房装置の効果を示すグラフである。
【図８】実施形態１に係る熱伝導部の構造図である。
【図９】実施形態２に係る熱伝導部の構造図である。
【図１０】実施形態３に係る熱伝導部の構造図である。
【図１１】実施形態４に係る熱伝導部の構造図である。
【図１２】実施形態５に係る熱伝導部の構造図である。
【図１３】実施形態６に係る熱伝導部の構造図である。
【図１４】本発明に係る磁気冷暖房装置の固定部の構成図である。
【図１５】本発明に係る磁気冷暖房装置の上側の回転部の構成図である。
【図１６】本発明に係る磁気冷暖房装置の下側の回転部の構成図である。
【図１７】本発明に係る磁気冷暖房装置のＡ−Ｂ断面図である。
【図１８】本発明に係る磁気冷暖房装置の制御系のブロック図である。
【図１９】図１８の空調制御部と空調情報入力部のさらに具体的な制御系のブロック図である。
【図２０】図１８の磁気冷暖房装置の動作フローチャートである。
【図２１】本発明に係る他の磁気冷暖房装置における磁気冷暖房の原理図である。
【図２２】本発明に係る他の磁気冷暖房装置の構成図である。
【図２３】図２３の磁気冷暖房装置の動作フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
各実施形態を説明する前に本発明に係る磁気冷暖房装置の動作原理を説明する。
【００１９】
（磁気冷暖房装置の動作原理）
＜固定部の構成＞
図１は複数の熱輸送器を配置した固定部の構成を示す図である。円形状の固定部は分離部１３０Ａ−１３０Ｄで区分した４つの熱輸送器１−４を有する。各熱輸送器は低温側熱交換部４００Ａから高温側熱交換部４００Ｂに熱を伝導させる。各熱輸送器は磁性体と熱伝導部を交互に配置して形成する。磁性体には、発現される磁気熱量効果の種類が同じ同一材料の磁性体として正の磁性体を用いる。熱伝導部には、電圧の印加、除去により熱伝導率が大きく変化する特性を持つ材料を用いる。熱伝導部は、電圧を印加（ＯＮ）すると熱伝導率が大きくなり、電圧を除去（ＯＦＦ）すると熱伝導率が小さくなる。このため、熱伝導部は、電圧の印加、除去を制御することで磁性体に熱を伝導させたりさせなかったりすることができ、磁性体の並び方向に向けて効率的に熱を伝達させることができる。
【００２０】
たとえば、熱輸送器１は、磁性体１００Ａ−１００Ｅと熱伝導部３００Ａ−３００Ｇとを交互に配置している。具体的には、低温側熱交換部４００Ａから熱伝導部３００Ａ−磁性体１００Ａ−熱伝導部３００Ｂ−磁性体１００Ｂ−熱伝導部３００Ｃ−磁性体１００Ｃ−熱伝導部３００Ｄ−磁性体１００Ｄ−熱伝導部３００Ｅ−磁性体１００Ｅ−熱伝導部３００Ｆ−磁性体１００Ｆ−熱伝導部３００Ｇの順に配置して高温側熱交換部４００Ｂに至る。低温側熱交換部４００Ａと熱伝導部３００Ａ、熱伝導部３００Ａから熱伝導部３００Ｇまでの各熱伝導部と磁性体、熱伝導部３００Ｇと高温側熱交換部４００Ｂは相互に隙間なく接続してある。熱輸送器２−４の構成も熱輸送器１の構成と同一である。
【００２１】
＜回転部の構成＞
図２及び図３に示す回転部は、図１に示した固定部を上下方向の両側から一定の隙間を設けて挟む。回転部の構成は下記のとおりである。
【００２２】
図２は、複数の磁気印加除去部を配置した上側の回転部の構成を示す図である。円形状の上側の回転部は分離部２００ＡＵ−２００ＤＵで区分した４つの磁気印加除去部１Ｕ−４Ｕを有する。図２に示す上側の回転部は、図の表側を図１に示す固定部の表側に対向して位置させ、上側の回転部の中心を固定部の中心と一致させて、時計回りに回転自在に支持する。図２は、固定部に対向して位置させた上側の回転部を固定部に向かって上から透視した状態を表している。
【００２３】
磁気印加除去部１Ｕは、熱輸送器１に磁気印加除去部１Ｕが対峙する時刻Ｔ１の時に、回転部の外周から内周に向けて、磁性体１００Ａに対向する永久磁石２１０Ａ、磁性体１００Ｃに対向する永久磁石２１０Ｃ、磁性体１００Ｅに対向する永久磁石２１０Ｅを有する。
【００２４】
磁気印加除去部２Ｕは、熱輸送器１に磁気印加除去部２Ｕが対峙する時刻Ｔ２の時に、回転部の外周から内周に向けて、磁性体１００Ｂに対向する永久磁石２２０Ｂ、磁性体１００Ｄに対向する永久磁石２２０Ｄ、磁性体１００Ｆに対向する永久磁石２２０Ｆを有する。
【００２５】
磁気印加除去部３Ｕと磁気印加除去部４Ｕは上側の回転部の中心と点対称であるので、永久磁石の並びは、磁気印加除去部１Ｕと磁気印加除去部２Ｕと同一である。磁気印加除去部３Ｕは時刻Ｔ３の時に熱輸送器１と対峙し、磁気印加除去部４Ｕは時刻Ｔ４の時に熱輸送器１と対峙する。
【００２６】
図３は、複数の磁気印加除去部を配置した下側の回転部の構成を示す図である。円形状の下側の回転部は分離部２００ＡＤ−２００ＤＤで区分した４つの磁気印加除去部１Ｄ−４Ｄを有する。図３に示す下側の回転部は、図の表側を図１に示す固定部の裏側に対向して位置させ、下側の回転部の中心を固定部の中心と一致させて、時計回りに回転自在に支持する。図３は、固定部に対向して位置させた下側の回転部を固定部側から見た状態を表している。
【００２７】
磁気印加除去部１Ｄは、熱輸送器１に磁気印加除去部１Ｄが対峙する時刻Ｔ１の時に、回転部の外周から内周に向けて、磁性体１００Ａに対向する永久磁石２６０Ａ、磁性体１００Ｃに対向する永久磁石２６０Ｃ、磁性体１００Ｅに対向する永久磁石２６０Ｅを有する。
【００２８】
磁気印加除去部２Ｄは、熱輸送器１に磁気印加除去部２Ｄが対峙する時刻Ｔ２の時に、回転部の外周から内周に向けて、磁性体１００Ｂに対向する永久磁石２７０Ｂ、磁性体１００Ｄに対向する永久磁石２７０Ｄ、磁性体１００Ｆに対向する永久磁石２７０Ｆを有する。
【００２９】
磁気印加除去部３Ｄと磁気印加除去部４Ｄは下側の回転部の中心と点対称であるので、永久磁石の並びは、磁気印加除去部１Ｄと磁気印加除去部２Ｄと同一である。磁気印加除去部３Ｄは時刻Ｔ３の時に熱輸送器１と対峙し、磁気印加除去部４Ｄは時刻Ｔ４の時に熱輸送器１と対峙する。
【００３０】
上側の回転部の各磁気印加除去部１Ｕ−４Ｕと下側の回転部の各磁気印加除去部１Ｄ−４Ｄは固定部の各熱輸送器１−４を介して上下方向で対向する。上側の回転部と下側の回転部は、上側の回転部の分離部２００ＡＵ−２００ＤＵと下側の回転部の分離部２００ＡＤ−２００ＤＤが常に対向するように、相対的な位置を変えずに同期して回転する。
【００３１】
＜熱輸送の原理＞
図４及び図５は、本発明に係る磁気冷暖房装置の動作説明に供する図である。図４は、時刻Ｔ１と時刻Ｔ２の２つの状態を示す。時刻Ｔ１の状態は、図１の固定部のＡ−Ａ線が図２及び図３の上側と下側の回転部のＡ−Ａ線と一致している状態である。つまり、固定部の熱輸送器１が上側の回転部の磁気印加除去部１Ｕと下側の回転部の磁気印加除去部１Ｄに対峙している状態である。また、時刻Ｔ２の状態は、固定部の熱輸送器１が上側の回転部の磁気印加除去部２Ｕと下側の回転部の磁気印加除去部２Ｄに対峙している状態である。図５は、時刻Ｔ３と時刻Ｔ４の２つの状態を示す。時刻Ｔ３の状態は、固定部の熱輸送器１が上側の回転部の磁気印加除去部３Ｕと下側の回転部の磁気印加除去部３Ｄに対峙している状態である。また、時刻Ｔ４の状態は、固定部の熱輸送器１が上側の回転部の磁気印加除去部４Ｕと下側の回転部の磁気印加除去部４Ｄに対峙している状態である。
【００３２】
時刻Ｔ１では、図４に示す通り、磁性体１００Ａに永久磁石２１０Ａと２６０Ａが位置する。また、磁性体１００Ｃに永久磁石２１０Ｃと２６０Ｃが位置する。また、磁性体１００Ｅに永久磁石２１０Ｅと２６０Ｅが位置する。時刻Ｔ１では、熱伝導部３００Ｂ、３００Ｄ、３００Ｆに電圧を印加して、隣り合う磁性体１００Ａ−１００Ｂ、１００Ｃ−１００Ｄ、１００Ｅ−１００Ｆ間で熱伝導できるようにする。
【００３３】
時刻Ｔ２では、上側と下側の回転部が時刻Ｔ１から９０度時計方向に回転するので、図４に示す通り、磁性体１００Ｂに永久磁石２２０Ｂと２７０Ｂが位置する。また、磁性体１００Ｄに永久磁石２２０Ｄと２７０Ｄが位置する。また、磁性体１００Ｆに永久磁石２２０Ｆと２７０Ｆが位置する。時刻Ｔ２では、熱伝導部３００Ａ、３００Ｃ、３００Ｅ、３００Ｇに電圧を印加して、低温側熱伝導部４００Ａと磁性体１００Ａ、磁性体１００Ｂ−１００Ｃ、１００Ｄ−１００Ｅ、磁性体１００Ｆと高温側熱伝導部４００Ｂそれぞれの間で熱伝導できるようにする。
【００３４】
時刻Ｔ３では、上側と下側の回転部が時刻Ｔ２からさらに９０度時計方向に回転するので、図５に示す通り、磁性体１００Ａに永久磁石２３０Ａと２８０Ａが位置する。また、磁性体１００Ｃに永久磁石２３０Ｃと２８０Ｃが位置する。また、磁性体１００Ｅに永久磁石２３０Ｅと２８０Ｅが位置する。時刻Ｔ３では、時刻Ｔ１と同じく、熱伝導部３００Ｂ、３００Ｄ、３００Ｆに電圧を印加して、隣り合う磁性体１００Ａ−１００Ｂ、１００Ｃ−１００Ｄ、１００Ｅ−１００Ｆ間で熱伝導できるようにする。
【００３５】
時刻Ｔ４では、上側と下側の回転部が時刻Ｔ３からさらに９０度時計方向に回転するので、図５に示す通り、磁性体１００Ｂに永久磁石２４０Ｂと２９０Ｂが位置する。また、磁性体１００Ｄに永久磁石２４０Ｄと２９０Ｄが位置する。また、磁性体１００Ｆに永久磁石２４０Ｆと２９０Ｆが位置する。時刻Ｔ４では、時刻Ｔ２と同じく、熱伝導部３００Ａ、３００Ｃ、３００Ｅ、３００Ｇに電圧を印加して、低温側熱伝導部４００Ａと磁性体１００Ａ、磁性体１００Ｂ−１００Ｃ、１００Ｄ−１００Ｅ、磁性体１００Ｆと高温側熱伝導部４００Ｂそれぞれの間で熱伝導できるようにする。
【００３６】
このように、永久磁石の位置関係を追うと、時刻Ｔ１からＴ４に移行する間に、時刻Ｔ１とＴ２における、永久磁石、磁性体、熱伝導部の同じ位置関係が２回繰り返される。
【００３７】
上記のように、各磁性体には正の磁性体を用いているので、磁気が印加されると発熱し、磁気が除去されると吸熱する。また、熱伝導部には磁気の印加除去によって熱伝導率が変化する材料を用いているので、磁気が印加されると熱伝導率が相対的に大きくなり、磁気が除去されると熱伝導率が相対的に小さくなる。
【００３８】
したがって、時刻Ｔ１からＴ４に移行するにしたがって、低温側熱交換部４００Ａから高温側熱交換部４００Ｂに向けて熱が移動し、低温側熱交換部４００Ａと高温側熱交換部４００Ｂとの間に温度差ができる。温度差ができる原理は次のとおりである。
【００３９】
図６は、本発明に係る磁気冷暖房装置において熱が移動していく様子の説明に供する図である。熱が移動していく様子は図４と図５を参照しながら説明する。
【００４０】
まず前提として、全ての磁性体が同一材料で形成されており、全ての磁性体の磁気熱量効果が同一の種類であって、温度変化量が５℃のものを用いた場合を想定する。具体的には、全ての磁性体は、磁気が印加されると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。また、全ての熱伝導部材も電圧の印加、除去によって同じように熱伝導率が大きくなりまた小さくなる特性を持っていると想定する。
【００４１】
まず、初期の時刻Ｔ１の状態では全ての磁性体１００Ａ−１００Ｆ及び熱伝導部３００Ａ−３００Ｇが室温の２０℃になっている。低温側熱交換部４００Ａと高温側熱交換部４００Ｂとの間で、交互に配置した磁性体と熱伝導部は熱輸送器を形成する。
【００４２】
次に、時刻Ｔ２の状態に移行すると、永久磁石、磁性体、熱伝導部の位置関係が、図４の時刻Ｔ１で示す状態から時刻Ｔ２で示すような状態になる。時刻Ｔ２では、熱伝導部３００Ａ、３００Ｃ、３００Ｅ、３００Ｇに電圧を印加する。その結果、図６に示すように、磁性体１００Ａの温度が５℃下降し、熱伝導部３００Ａによる熱伝導が可能になって、低温側熱交換部４００Ａから磁性体１００Ａに熱が移動する。また、磁性体１００Ｂ、１００Ｄの温度が５℃上昇し、磁性体１００Ｃ、１００Ｅの温度が５℃下降し、熱伝導部３００Ｃ、３００Ｅによる熱伝導が可能になって、磁性体１００Ｂから磁性体１００Ｃに、磁性体１００Ｄから磁性体１００Ｅに熱が移動する。また、磁性体１００Ｆの温度が５℃上昇し、熱伝導部３００Ｇによる熱伝導が可能になって、磁性体１００Ｆから高温側熱交換部４００Ｂに熱が移動する。
【００４３】
時刻Ｔ２の状態では、磁気が除去された磁性体１００Ａ、１００Ｃ、１００Ｅの温度が１５℃に下降し、磁気が印加された磁性体１００Ｂ、１００Ｄ、１００Ｆの温度が２５℃に上昇する。このため、図６に示すように、熱伝導部３００Ａ、３００Ｃ、３００Ｅ、３００Ｇを介して温度の高い方から温度の低いほうに熱が移動する。
【００４４】
この熱の移動によって、図６のＴ２´の状態で示すように、磁性体１００Ａと低温側熱交換部４００Ａの温度が１７．５℃になり、磁性体１００Ｆと高温側熱交換部４００Ｂの温度が２２．５℃になる。
【００４５】
次に、時刻Ｔ２´の状態からＴ３の状態に移行すると、永久磁石、磁性体、熱伝導部の位置関係が、図４及び図５の時刻Ｔ２に示す状態から時刻Ｔ３で示すような状態になる。時刻Ｔ３では、熱伝導部３００Ｂ、３００Ｄ、３００Ｆに電圧を印加する。その結果、磁性体１００Ａ、１００Ｃ、１００Ｅの温度が５℃上昇し、磁性体１００Ｂ、１００Ｄ、１００Ｆの温度が５℃下降し、熱伝導部３００Ｂ、３００Ｄ、３００Ｆによる熱伝導が可能になって、磁性体１００Ａから磁性体１００Ｂに、磁性体１００Ｃから磁性体１００Ｄに、磁性体１００Ｅから磁性体１００Ｆに熱が移動する。
【００４６】
時刻Ｔ３の状態では、磁気が印加された磁性体１００Ａ、１００Ｃ、１００Ｅの温度が２２．５℃または２５℃に上昇し、磁気が除去された磁性体１００Ｂ、１００Ｄ、１００Ｆの温度が１５℃または１７．５℃に下降する。このため、図６に示すように、熱伝導部３００Ｂ、３００Ｄ、３００Ｆを介して温度の高い方から温度の低いほうに熱が移動する。
【００４７】
この熱の移動によって、図６のＴ３´に示すように、低温側熱交換部４００Ａの温度が１７．５℃になり、磁性体１００Ａ、１００Ｂの温度が１８．７５℃になる。磁性体１００Ｃ、１００Ｄの温度が２０℃になり、磁性体１００Ｅ、１００Ｆの温度が２１．２５℃になる。高温側熱交換部４０Ｂの温度は２２．５℃のままである。
【００４８】
次に、時刻Ｔ３´の状態からＴ４の状態に移行すると、永久磁石、磁性体、熱伝導部の位置関係が、図４の時刻Ｔ２で示した状態と同一の状態になる。時刻Ｔ４では、時刻Ｔ２と同じく、熱伝導部３００Ａ、３００Ｃ、３００Ｅ、３００Ｇに電圧を印加する。その結果、図６のＴ２.  Ｔ４に示すような状態となって、低温側熱交換部４００Ａから磁性体１００Ａに熱が移動し、磁性体１００Ｂから磁性体１００Ｃに、磁性体１００Ｄから磁性体１００Ｅに熱が移動し、磁性体１００Ｆから高温側熱交換部４００Ｂに熱が移動する。
【００４９】
以上の通り、上側の回転部と下側の回転部が同期して１回転する度に、時刻Ｔ１の状態から時刻Ｔ４の状態が繰り返されて、低温側熱交換部４００Ａから高温側熱交換部４００Ｂに熱が移動する。時間が経過するにしたがって、図７に示すように、低温側熱交換部４００Ａと高温側熱交換部４００Ｂとの間の温度差が大きくなっていく。最終的には、低温側熱交換部４００Ａと高温側熱交換部４００Ｂとの間の温度差が安定する。この状態で、低温側熱交換部４００Ａの熱を利用して、たとえば室内の温度を下げることができ、高温側熱交換部４００Ｂの熱を利用して、たとえば室内の温度を上げることができる。
【００５０】
なお、図１−図７の説明は、発現される磁気熱量効果の種類が同じ同一材料の磁性体として正の磁性体を用いた場合に当てはまる。発現される磁気熱量効果の種類が同じ同一材料の磁性体として負の磁性体を用いた場合には、熱の移動方向は図４−図６に示した方向とは逆になる。したがって、負の磁性体を用いた場合、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂの位置が図１、図４−図６とは逆になる。
【００５１】
次に、本発明に係る磁気冷暖房装置が採用する熱伝導部の具体的な構造について、［実施形態１］から［実施形態６］に分けて説明する。図８から図１３は各実施形態に係る熱伝導部の構造図である。［実施形態１］から［実施形態６］の熱伝導部は、電圧を印加すると金属に相転移して磁性体との熱伝導を可能にし、電圧を除去すると絶縁体に相転移して前記熱伝導を遮断する。
【００５２】
図１に示したように、本発明に係る磁気冷暖房装置は、低温側熱交換部４００Ｂと磁性体１００Ａとの間に熱伝導部３００Ａを接続する。磁性体１００Ａ−１００Ｆのそれぞれの磁性体間に熱伝導部３００Ｂ−３００Ｆを接続する。磁性体１００Ｆと高温側熱交換部４００Ｂとの間に熱伝導部３００Ｇを接続する。図８から図１３では、磁性体１００Ａと１００Ｂの間に接続する熱伝導部３００Ｂを、磁性体１０Ａ、磁性体１０Ｂ、熱伝導部３０Ｂとして例示する。
【００５３】
［実施形態１］
図８は実施形態1に係る熱伝導部の構成図である。
【００５４】
実施形態1に係る熱伝導部３０Ｂ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の一方の面に接合又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の一方の面に接合又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の他方の面に接合又は接着によって取り付ける。したがって、磁性体１０Ａ、熱伝導部３０Ｂ、磁性体１０Ｂは一体化される。図示はしていないが、熱輸送器を構成する他の磁性体と熱伝導部も上記のように接合又は接着によって一体化される。
【００５５】
電極３１Ａ、３１Ｂは導電性の良好なアルミや銅などの金属を用いる。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。
【００５６】
電極３１Ａ、３１Ｂを磁性体１０Ａ、１０Ｂ及び金属／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。例えば、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。
【００５７】
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及び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。実施形態１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。
【００５８】
図８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、熱伝導部３０Ｂ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。
【００５９】
熱伝導部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、磁性体間に熱伝導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、熱伝導部に摺動の耐久性を持たせる必要がなく、熱伝導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、熱伝導部を駆動させるための損失を低減できる。さらに、熱伝導部は磁性体との並び方向にのみ熱を輸送でき、熱伝導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、熱伝導部は、電圧の印加、除去に応じて、磁性体間を全ての接触面を使って接続できるので、熱輸送能力及び熱輸送効率を向上させることができる。
【００６０】
熱伝導部３０Ｂ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。
【００６１】
［実施形態２］
図９は実施形態２に係る熱伝導部の構成図である。
【００６２】
実施形態２に係る熱伝導部３０Ｂは、実施形態１に係る図８の熱伝導部３０Ｂに補助電極３３Ａ、３３Ｂを追加している。補助電極３３Ａ、３３Ｂ以外の構成及び動作は実施形態１と同一である。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
［実施形態３］
図１０は実施形態３に係る熱伝導部の構成図である。
【００６６】
実施形態３に係る熱伝導部３０Ｂ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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
実施形態１、２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。実施形態３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、実施形態３に係る熱伝導部３０の熱伝導率は、実施形態１、２の場合と比較して、大きくなる。
【００７１】
［実施形態４］
図１１は実施形態４に係る熱伝導部の構成図である。
【００７２】
実施形態４に係る熱伝導部３０Ｂ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３２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。
【００７３】
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、実施形態３の場合と同様に、熱伝導部３０の熱伝導率は、実施形態１、２の場合と比較して、大きくなる。
【００７４】
［実施形態５］
図１２は実施形態５に係る熱伝導部の構成図である。
【００７５】
実施形態５は、実施形態１に係る図８の熱伝導部３０Ｂに絶縁体３４を追加している。具体的には、図１２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１２では、実施形態1の構成に絶縁体３４を追加しているが、実施形態２から４の構成に対して絶縁体３４を追加しても良い。
【００７６】
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。
【００７７】
［実施形態６］
図１３は実施形態６に係る熱伝導部の構成図である。
【００７８】
実施形態６は、実施形態３に係る図１０の熱伝導部３０Ｂ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、誘電体及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。
【００７９】
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。
【００８０】
実施形態１から６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伝導部３０Ｂ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。このため、従来のように、熱伝導を断続させるために熱伝導部を磁性体間で摺動させる必要がなく、熱伝導部の耐久性が向上し、同時に信頼性も向上する。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、磁性体間の熱伝達を高速（例えば０．１秒程度）で行う必要がある。本実施形態の熱伝導部３０Ｂは、電圧をＯＮ、ＯＦＦする周期を短くすることで高周波化できる。
【００８１】
次に、図１４−図１７を参照して本発明に係る磁気冷暖房装置の構成について説明する。以下に説明する磁気冷暖房装置の動作原理は上述の動作原理と同一である。図１４は、本発明に係る磁気冷暖房装置の固定部の構成図である。図１５は、本発明に係る磁気冷暖房装置の上側の回転部の構成図である。図１６は、本発明に係る磁気冷暖房装置の下側の回転部の構成図である。図１７は、本発明に係る磁気冷暖房装置の図１４−図１６に示すＡ−Ｂ断面図である。
【００８２】
（磁気冷暖房装置の構成）
＜固定部の構成＞
図１４及び図１７に示すように、磁気冷暖房装置の固定部１０００は円形状に形成する。固定部１０００の中心部分には円筒状の高温側熱交換部４０Ｂを設け、高温側熱交換部４０Ｂを取り囲むように円形状の低温側熱交換部４０Ａを設ける。低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間の空間に１ｍｍ程度の厚みの熱輸送器配置板１５０（図１１参照）をはめ込み、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとで固定する。
【００８３】
熱輸送器配置板１５０上の中心角３０度の扇状の空間に、図１４及び図１７に示すように、磁気熱量効果を有する磁性体１０Ａ−１０Ｆとこれらの磁性体の熱を輸送する熱伝導部３０Ａ−３０Ｇとを交互に配置する。交互に配置した磁性体１０Ａ−１０Ｆと熱伝導部３０Ａ−３０Ｇで１つの熱輸送器５０−１を構成する。熱輸送器５０−１に隣接する中心角３０度の扇状の空間に、図１４に示すように、磁気熱量効果を有する磁性体１１Ａ−１１Ｆとこれらの磁性体の熱を輸送する熱伝導部３１Ａ−３１Ｇとを交互に配置する。交互に配置した磁性体１１Ａ−１１Ｆと熱伝導部３１Ａ−３１Ｇで１つの熱輸送器５０−２を構成する。
【００８４】
図１４に示すように、熱輸送器配置板１５０上には、中心角３０度ごとに１つの扇状の熱輸送器５０−１、５０−２、…を配置し、熱輸送器配置板１５０上には、並列に合計１２個の扇状の熱輸送器５０−１、５０−２、…を形成する。なお、１２個の扇状の熱輸送器５０−１、５０−２、…のそれぞれの間には熱絶縁を図るための空間を形成してある。また、低温側熱交換部４０Ａは熱輸送器５０−１、５０−２、…の一端に熱伝導部（熱輸送器５０−１の場合には熱伝導部３０Ａ）を介して配置する。さらに、高温側熱交換部４０Ｂは熱輸送器５０−１、５０−２、…の他端に熱伝導部（熱輸送器５０−１の場合には熱伝導部３０Ｇ）を介して配置する。低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂの内部には、熱交換効率を向上させるためフィン４１（図１７参照）と４２（図１４参照）を設けている。なお、熱輸送器配置板１５０上に形成する熱伝導部３０Ａ−３０Ｇ、熱伝導部３１Ａ−３１Ｇ、…は、上記の実施形態１−６のいずれかの形態の熱伝導部を用いる。各熱伝導部の電極に電圧を印加するための配線は、熱輸送器同士の熱絶縁を図るために設けてある空間を利用して行う。
【００８５】
熱輸送器配置板１５０は、互いに独立して分離された１２個の熱輸送器５０−１、５０−２、…を配置している。このため、熱輸送器５０−１、５０−２、…が輸送している熱を奪わないように、熱輸送器配置板１５０は断熱性の高い材料で形成するか、熱輸送器配置板１５０と熱輸送器５０−１、５０−２、…との間に断熱性の高い材料を挟む。なお、熱輸送器配置板１５０は磁性体に印加される磁束を減少させてはならないので、磁束を通過させやすい材料で形成することが好ましい。また、熱輸送器５０は熱輸送器配置板１５０の上側に設けたが、熱輸送器配置板１５０の下側に設けても良い。また、熱輸送器配置板１５０は上下の熱輸送器配置板１５０に挟まれるように設けても良い。
【００８６】
＜磁性体の構成＞
磁性体１０Ａ−１０Ｆは、本実施形態では同一材料で形成しており、同一材料として正の磁性体を用いる。正の磁性体は、磁気を印加していないときには常磁性状態（磁気スピンが無秩序の状態）となり、磁気を印加すると強磁性状態（磁気スピンが一方向に揃う状態）となる、常磁性状態と強磁性状態が可逆的に生じる材料を用いて製造する。
【００８７】
正の磁性体の材料は、ＧｄやＧｄをベースとした合金である、Ｇｄ−Ｙ系、Ｇｄ−Ｄｙ系、Ｇｄ−Ｅｒ系、Ｇｄ−Ｈｏ系、Ｌａ（Ｆｅ，Ｓｉ）１３やＬａ（Ｆｅ，Ａｌ）１３などの磁性材料を用いることができる。
【００８８】
一方、本実施形態では用いていないが、磁性体１０Ａ−１０Ｆに同一材料として負の磁性材料を用いることもできる。負の磁性体の材料としては、ＦｅＲｈ合金、ＣｏＭｎＳｉＧｅ系、ＮｉＭｎＳｎ系などの磁性材料を用いることができる。
【００８９】
一般的に、正の磁性体と負の磁性体は、磁気の印加に対して、熱発生が、発熱するか、吸熱するか反対なので、正の磁性体と負の磁性体の磁気熱量効果による温度変化の大きさは相違する。したがって、本実施形態のように、正か負のどちらか一方の磁性体を用いた場合には、全ての磁性体の磁気熱量効果による温度変化の大きさが同一になる。したがって、磁気冷暖房装置全体として安定した熱伝達特性が得られ熱輸送効率が向上する。また、正の磁性体の磁気熱量効果に比較して負の磁性体の磁気熱量効果の方が小さいので、熱輸送効率を考慮すると、正の磁性体を用いることが好ましい。さらに、負の磁性体の材料は正の磁性体の材料に比較して希少な材料を用いることになるので、コストの面でも正の磁性体を用いることが好ましい。
【００９０】
本実施形態では、磁性体１０Ａ−１０Ｆ及び熱伝導部３０Ａ−３０Ｇの形状を、扇を径方向に一定の幅で切り取ったような形状とした。しかし、これ以外の形状、例えば、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。
【００９１】
また、磁性体１０Ａ−１０Ｆに正または負の磁性体を用い、さらにこれらの磁性体１０Ａ−１０Ｆの作動温度を全て同一のものとすることができる。しかし、これに限らず、磁性体の作動温度が異なるものを配置することもできる。例えば、高温側熱交換部４０Ｂに隣り合う磁性体１０Ｆから低温側熱交換部４０Ａに隣り合う磁性体１０Ａに向けて段階的に作動温度が低い磁性体を配置することもできる。ここで、作動温度が高い磁性体と作動温度が低い磁性体との相違は、磁気熱量効果を発現する温度域が高い温度であるか低い温度であるかという点にある。
【００９２】
このように、熱輸送器５０−１、５０−２、…内において、磁性体の位置に応じて最適な作動温度を選択すると、均一の作動温度の磁性体を用いた熱輸送器５０−１、５０−２、…よりも、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間で、より大きな温度差を得ることができ、熱輸送能力及び熱輸送効率を向上させることができる。
【００９３】
＜熱伝導部の構成＞
次に、本発明に係る磁気冷暖房装置が採用する熱伝導部の具体的な構造について説明する。
【００９４】
本実施形態に係る熱伝導部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−３０Ｇは、電圧の印加、除去により熱伝導率が大きく変化する特性を持つ。熱伝導部３０Ａ−３０Ｇは、電圧を印加すると熱伝導率が大きくなり、電圧を除去すると熱伝導率が小さくなる。このため、熱伝導部３０Ａ−３０Ｇは、電圧の印加、除去によって磁性体１０Ａ−１０Ｆに熱を伝導させたりさせなかったりすることができ、磁性体の並び方向に向けて効率的に熱を伝達させることができる。具体的な構成は、図８−図１３で説明した。
【００９５】
このように、電圧の印加、除去によって熱伝導率が変化する熱伝導部３０Ａ、３０Ｂ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。磁気冷暖房装置を車載するためには小型化が要求されるが、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、磁性体間の熱伝達を高速（例えば０．１秒程度）で行う必要がある。本発明に係る熱伝導部３０Ａ−３０Ｇは、電圧を印加する周期を短くすることで容易に高周波化できる。
【００９６】
＜回転部の構成＞
図１５及び図１６に示す回転部は、図１４に示した固定部１０００を上下方向の両側から一定の隙間を設けて挟む。回転部の構成は下記のとおりである。
【００９７】
円形状の上側の回転部２０００Ａは、図１５の表側を図１４に示す固定部１０００の表側に対向して位置させ、上側の回転部２０００Ａの中心を固定部１０００の中心と一致させて、時計回りに回転自在に支持する。図１５は、固定部１０００に対向して位置させた上側の回転部２０００Ａを固定部１０００に向かって上から透視した状態を表している（図１７参照）。
【００９８】
図１５に示す磁気印加除去部１Ｕは、ある時刻で、図１４に示した熱輸送器５０−１に対峙する。その時刻では、回転部２０００Ａの外周から内周に向けて、磁性体１０Ａに対向する永久磁石２１Ａ、磁性体１０Ｃに対向する永久磁石２１Ｃ、磁性体１０Ｅに対向する永久磁石２１Ｅを有する。
【００９９】
図１５に示す磁気印加除去部２Ｕは、上記と同じ時刻で図１４に示した熱輸送器５０−２に対峙する。その時刻では、回転部２０００Ａの外周から内周に向けて、磁性体１０Ｂに対向する永久磁石２２Ｂ、磁性体１０Ｄに対向する永久磁石２２Ｄ、磁性体１０Ｆに対向する永久磁石２２Ｆを有する。
【０１００】
回転部２０００Ａに存在するその他の磁気印加除去部は、回転部２０００Ａの中心と点対称であるので、永久磁石の並びは、磁気印加除去部１Ｕまたは磁気印加除去部２Ｕと同一である。
【０１０１】
円形状の下側の回転部２０００Ｂは、図１６の表側を図１４に示す固定部１０００の裏側に対向して位置させ、下側の回転部２０００Ｂの中心を固定部１０００の中心と一致させて、時計回りに回転自在に支持する。図１６は、固定部１０００に対向して位置させた下側の回転部２０００Ｂを固定部１０００側から見た状態を表している（図１７参照）。
【０１０２】
図１６に示す磁気印加除去部１Ｄは、上記と同じ時刻で、図１４に示した熱輸送器５０−１に対峙する。その時刻では、回転部２０００Ｂの外周から内周に向けて、磁性体１０Ａに対向する永久磁石２６Ａ、磁性体１０Ｃに対向する永久磁石２６Ｃ、磁性体１０Ｅに対向する永久磁石２６Ｅを有する。
【０１０３】
図１６に示す磁気印加除去部２Ｄは、上記と同じ時刻で図１４に示した熱輸送器５０−２に対峙する。その時刻では、回転部２０００Ｂの外周から内周に向けて、磁性体１０Ｂに対向する永久磁石２７Ｂ、磁性体１０Ｄに対向する永久磁石２７Ｄ、磁性体１０Ｆに対向する永久磁石２７Ｆを有する。
【０１０４】
回転部２０００Ｂに存在するその他の磁気印加除去部は、回転部２０００Ｂの中心と点対称であるので、永久磁石の並びは、磁気印加除去部１Ｄまたは磁気印加除去部２Ｄと同一である。
【０１０５】
上側の回転部２０００Ａの各磁気印加除去部１Ｕ、２Ｕ、…と下側の回転部２０００Ｂの各磁気印加除去部１Ｄ、２Ｄ、…は固定部１０００の各熱輸送器５０−１、５０−２、…を介して上下方向で対向する。上側の回転部２０００Ａと下側の回転部２０００Ｂは、磁気印加除去部１Ｕと磁気印加除去部１Ｄを対峙させた状態で相対的な位置を変えずに同期して回転する。
【０１０６】
＜磁気冷暖房装置の動作＞
図１７は、本実施形態に係る磁気冷暖房装置の図１４−図１６に示すＡ−Ｂ断面図である。図に示すように、上側の回転部２０００Ａと下側の回転部２０００Ｂは、ごく狭い間隔を設けて固定部１０００を挟む。
【０１０７】
図１７は図１４−図１６に示す固定部と回転部を組み上げた状態におけるＡ−Ｂ断面図である。したがって、Ａ断面では、熱輸送器５０−１を構成する磁性体１０Ａに永久磁石２１Ａと２６Ａが対向する。磁性体１０Ｃに永久磁石２１Ｃと２６Ｃが対向する。磁性体１０Ｅに永久磁石２１Ｅと２６Ｅが対向する。この状態は、図１４に示す熱輸送器５０−１に図１５、図１６で示す磁気印加除去部１Ｕと１Ｄが対向している状態である。
【０１０８】
また、Ｂ断面では、熱輸送器５０−２を構成する磁性体１１Ｂに永久磁石２２Ｂと２７Ｂが対向する。磁性体１１Ｄに永久磁石２２Ｄと２７Ｄが対向する。磁性体１１Ｆに永久磁石２２Ｆと２７Ｆが対向する。この状態は、図１４に示す熱輸送器５０−２に図１５、図１６で示す磁気印加除去部２Ｕと２Ｄが対向している状態である。
【０１０９】
上側の回転部２０００Ａと下側の回転部２０００Ｂが同期して回転すると、３０度回転する度に、各熱輸送器５０−１、５０−２、…において、上述のＡ断面の状態とＢ断面の状態が繰り返される。したがって、各熱輸送器５０−１、５０−２、…において、図４−６で説明したのと同一のことが繰り返され、磁性体１０Ａ−１０Ｆ、１１Ａ−１１Ｆ、…で発生した熱が、電圧の印加、除去で熱伝導を制御する熱伝導部３０Ａ−３０Ｇ、３１Ａ−３１Ｇ、…を介して低温側熱交換部４０Ａから高温側熱交換部４０Ｂに伝達される。
【０１１０】
図１７に示すように、上側の回転部２０００Ａ、下側の回転部２０００Ｂはその中心部が開口し、その中心部にはベアリング４１０Ａ、４１０Ｂを設けてある。また、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂの外周部にはベアリグ４２０Ａ、４２０Ｂを設けてある。ベアリング４１０Ａ、４１０Ｂ、ベアリング４２０Ａ、４２０Ｂは、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂを固定部１０００の上下面で回転自在に支持する。したがって、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂは高温側熱交換部４０Ｂを回転軸として図示矢印方向（図１５、図１６参照）に回転する。
【０１１１】
上側の回転部２０００Ａ、下側の回転部２０００Ｂの一方の面の外周にはリングギア４３０Ａ、４３０Ｂを取り付ける。リングギア４３０Ａ、４３０Ｂは、サーボモータ３５０Ａ、３５０Ｂのギア３６０Ａ、３６０Ｂと噛み合う。サーボモータ３５０Ａが回転すると、ギア３６０Ａと噛み合うリングギア４３０Ａが自転して上側の回転部２０００Ａが回転する。また、サーボモータ３５０Ｂが回転すると、ギア３６０Ｂと噛み合うリングギア４３０Ｂが自転して下側の回転部２０００Ｂが回転する。サーボモータ３５０Ａと３５０Ｂを同期して回転させると、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂが一体的に回転する。
【０１１２】
本実施形態では、サーボモータ３５０Ａ、３５０Ｂを同期して回転させる。したがって、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂは高温側熱交換部４０Ｂを中心に、固定部１０００を挟むようにして同一の回転速度で回転する。両回転部２０００Ａ、２０００Ｂを同期させて回転するには、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂの基準位置とサーボモータ３５０Ａ、３５０Ｂの回転位置を検出することが必要である。そのため、図１７に示すように、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂの基準位置を検出するための基準位置検出センサ２５０Ａ、２５０Ｂを設けてある。また、サーボモータ３５０Ａと３５０Ｂの回転位置を検出するための回転位置検出センサをサーボモータ３５０Ａと３５０Ｂに内蔵してある。
【０１１３】
上側の回転部２０００Ａと下側の回転部２０００Ｂに配置する永久磁石は、両回転部２０００Ａ、回転部２０００Ｂの間でＮ極とＳ極とが対峙するように極性を考慮して配置する。上側の回転部２０００Ａの片面に配置した永久磁石と下側の回転部２０００Ｂの片面に配置した永久磁石は、常に対峙した状態となるように、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂは同期して回転させる。たとえば、図１７に示すように、上側の回転部２０００Ａの永久磁石２１Ａ、２１Ｃ、２１Ｅ、２２Ｂ、２２Ｄ、２２Ｆと下側の回転部２０００Ｂの永久磁石２６Ａ、２６Ｃ、２６Ｅ、２７Ｂ、２７Ｄ、２７Ｆは、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂが回転中または停止中にかかわらず常に対峙した状態である。
【０１１４】
なお、本実施形態では、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂに配置する磁気印加除去部に永久磁石を用いたが、電磁石を用いても良い。電磁石を用いた場合には、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂの構造が複雑になる。回転した状態で、電磁石への給電がきるように配線する必要があるからである。したがって、本実施形態では、永久磁石を用いている。
【０１１５】
また、図１７に示すように、固定部１０００に上側の回転部２０００Ａ、下側の回転部２０００Ｂを取り付けた状態で、固定部１０００、上側の回転部２０００Ａ、下側の回転部２０００Ｂで囲まれた内部空間は、減圧または真空に近い環境にする。内部空間を減圧または真空に近い環境にすれば、各熱輸送器５０−１、５０−２、…は、真空内、または減圧下の環境内で設置されることになって、内部の空気への放熱が防止され、また、永久磁石が回転することによる空気抵抗が減少されるからである。
【０１１６】
両回転部２０００Ａ、２０００Ｂが回転すると、固定部１０００の各熱輸送器５０−１、５０−２、…では、３０度回転するごとに、図４に示した時刻Ｔ１の状態と時刻Ｔ２の状態を繰り返される。このため、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂが３０度回転するごとに、各熱輸器５０−１、５０−２、…の磁性体が発熱と吸熱を繰り返し、熱伝導部が熱の輸送と遮断を繰り返す。磁性体の単位時間当たりの発熱量は、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂの回転速度によって変化する。発熱量を大きくしたければ両回転部２０００Ａ、２０００Ｂの回転速度を速くする。大きな発熱量が必要なければ両回転部２０００Ａ、２０００Ｂの回転速度を遅くする。
【０１１７】
各熱輸送器５０−１、５０−２、…の磁性体が発熱しまた吸熱するときの熱を、低温側熱交換器４０Ａから高温側熱交換器４０Ｂに伝達させ、要求される熱量が得られるようにするためには、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂの回転速度を最適化し、熱伝導部による熱の輸送と遮断のタイミングを制御しなければならない。両回転部２０００Ａ、２０００Ｂの回転速度の最適化と熱伝導部への電圧の印加、除去のタイミングを制御するものが、図１８以降に示す制御系である。
【０１１８】
図１８は、本発明に係る磁気冷暖房装置の制御系のブロック図である。また、図１９は、図１８の空調制御部と空調情報入力部のさらに具体的な制御系のブロック図である。
【０１１９】
図１８に示すように、本発明に係る磁気冷暖房装置の制御系は、基準位置検出センサ２５０Ａ、基準位置検出センサ２５０Ｂ、空調情報入力部４６０、サーボモータ３５０Ａ、サーボモータ３５０Ｂ、サーボモータ制御部３５０、熱伝導部３０Ａから３５Ｇ、電圧印加制御部３８、空調制御部４５０を有する。サーボモータ３５０Ａ、サーボモータ３５０Ｂは、自身の回転位置を検出する回転位置検出センサ３７０Ａ、３７０Ｂを備えている。
【０１２０】
基準位置検出センサ２５０Ａは上側の回転部２０００Ａ（図１７参照）に設定した基準位置を検出する。基準位置は上側の回転部２０００Ａの外周に設ける。例えば、光を反射する反射体を上側の回転部２０００Ａの外周に取り付けた場合には、その反射体の取り付け位置が基準位置となる。この場合、基準位置検出センサ２５０Ａには受発光素子を用い、反射体が受発光素子からの光を反射すると、基準位置が検出される。
【０１２１】
基準位置検出センサ２５０Ｂは下側の回転部２０００Ｂに設定した基準位置を検出する。その他は基準位置検出センサ２５０Ａと同一である。
【０１２２】
上側の回転部２０００Ａと下側の回転部２０００Ｂに設ける基準位置は、両回転部２０００Ａ、回転部２０００Ｂの永久磁石が固定部１０００を介して正しく向き合うように（図１７に示すように）、正確な位置に設定する。したがって、両回転部２０００Ａ、回転部２０００Ｂは、基準位置検出センサ２５０Ａと基準位置検出センサ２５０Ｂが、基準位置を常に同時に検出するように、同一の速度で同期して回転する。
【０１２３】
空調情報入力部４６０は空調に必要な情報を入力する。空調に必要な情報は、設定温度、低温側熱交換部入口温度、低温側熱交換部出口温度、高温側熱交換部入口温度、高温側熱交換部出口温度である。空調情報入力部４６０の具体的な説明は、後述の図１９に基づいて行う。
【０１２４】
サーボモータ３５０Ａ、サーボモータ３５０Ｂは、熱輸送器５０−１、５０−２、…の各磁性体に選択的に磁気を印加し除去するため磁気印加除去部を駆動するモータである。具体的には、サーボモータ３５０Ａは、図１７に示したように永久磁石が配置してある上側の回転部２０００Ａを回転させる。また、サーボモータ３５０Ｂは、図１７に示したように永久磁石が配置してある下側の回転部２０００Ｂを回転させる。サーボモータ３５０Ａ、サーボモータ３５０Ｂには、それぞれのサーボモータの回転位置を検出する回転位置検出センサ３７０Ａ、３７０Ｂを設けてある。回転位置検出センサ３７０Ａ、３７０Ｂで検出した回転位置は、サーボモータ３５０Ａ、サーボモータ３５０Ｂの回転速度を同期させるために用いる。
【０１２５】
サーボモータ制御部３８０は、回転位置検出センサ３７０Ａ、３７０Ｂで検出した回転位置と、基準位置検出センサ２５０Ａ、２５０Ｂで検出した基準位置を用いて、サーボモータ３５０Ａ、３５０Ｂの回転を制御する。
【０１２６】
熱伝導部３０Ａ−３０Ｇは、上述の通り、電圧が印加されると熱伝導率が大きくなり、電圧が除去されると熱伝導率が小さくなる。熱輸送器５０−１、５０−２、…の磁性体間の熱伝導を断続させるものである。
【０１２７】
電圧印加制御部３８は、サーボモータ３５０Ａ、サーボモータ３５０Ｂの回転位置に応じて、各熱伝導部３０Ａ−３０Ｇに選択的に電圧を印加し除去する。サーボモータ３５０Ａ、サーボモータ３５０Ｂの回転位置は、回転位置検出センサ３７０Ａ、３７０Ｂで検出した回転位置と、基準位置検出センサ２５０Ａ、２５０Ｂで検出した基準位置によって判別できる。つまり、各永久磁石の位置が、各熱輸送器５０−１、５０−２、…の磁性体に対してどの位置にあるのかが認識できる。電圧印加制御部３８は、各永久磁石の位置が各熱輸送器５０−１、５０−２、…の磁性体の位置に対して最適な位置となったときに、各熱伝導部３０Ａ−３０Ｇに選択的に電圧を印加し除去する。このように、電圧印加制御部３８は、磁気印加除去部１Ｕ、２Ｕ、…、１Ｄ、２Ｄ、…が各磁性体に選択的に磁気を印加し除去するタイミングと同期させて各熱伝導部に電圧を印加し除去することにより、低温側熱交換部４０Ａから高温側熱交換部４０Ｂに熱を効率的に輸送させる。
【０１２８】
電圧印加制御部３８は、運転条件ごとに定めた、電圧の印加、除去のタイミングを用いて、各熱伝導部３０Ａ−３０Ｇに電圧を印加し除去する。運転条件ごとに定めた、電圧の印加、除去のタイミングは、磁気冷暖房装置の運転に伴って、最適なタイミングに書き換える。運転条件は、熱輸送器５０−１、５０−２、…の要求熱量、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間の温度差または磁気印加除去部の駆動パターンの少なくともいずれかである。駆動パターンは、磁気印加除去部を一定の速度で駆動するか、一定ではない速度で駆動するか、のいずれかである。
【０１２９】
空調制御部４５０は、本実施形態に係る磁気冷暖房装置の動作を総括的に制御する。空調制御部４５０の具体的な説明については、後述の図２０の動作フローチャートに基づいて行う。
【０１３０】
図１９に示すように、空調情報入力部４６０は、温度設定部４６２、低温側熱交換部入口温度センサ４６４、低温側熱交換部出口温度センサ４６６、高温側熱交換部入口温度センサ４６８、高温側熱交換部出口温度センサ４７０を有する。
【０１３１】
温度設定部４６２は、磁気冷暖房装置が空調する車室内の温度を設定するコントローラである。低温側熱交換部入口温度センサ４６４は、図１４または図１７に示した固定部１００の低温側熱交換部４０Ａに供給される冷媒の温度を検出する。低温側熱交換部入口温度センサ４６４は、低温側熱交換部４０Ａの冷媒入口部分に設ける。
【０１３２】
低温側熱交換部出口温度センサ４６６は、図１４に示した固定部１０００の低温側熱交換部４０Ａから排出される冷媒の温度を検出する。低温側熱交換部出口温度センサ４６６は、低温側熱交換部４０Ａの冷媒出口部分に設ける。高温側熱交換部入口温度センサ４６８は、図１４または図１７に示した高温側熱交換部４０Ｂに供給される冷媒の温度を検出する。高温側熱交換部入口温度センサ４６８は、高温側熱交換部４０Ｂの冷媒入口部分に設ける。高温側熱交換部出口温度センサ４７０は、高温側熱交換部４０Ｂから排出される冷媒の温度を検出する。高温側熱交換部出口温度センサ４７０は、高温側熱交換部４０Ｂの冷媒出口部分に設ける。
【０１３３】
温度設定部４６２、低温側熱交換部入口温度センサ４６４、低温側熱交換部出口温度センサ４６６、高温側熱交換部入口温度センサ４６８、高温側熱交換部出口温度センサ４７０を設けるのは、固定部１０００でどの程度の熱量を低温側熱交換部４０Ａから高温側熱交換部４０Ｂに移動させなければならないかを知るためである。移動させなければならない熱量がわかれば、サーボモータ３５０Ａ、３５０Ｂの回転速度や、熱伝達部の電圧のＯＮ、ＯＦＦのタイミングを調整することができる。
【０１３４】
空調制御部４５０は、スイッチング制御部４５２とスイッチングパターン記憶部４５４を有する。スイッチング制御部４５２は、設定温度、低温側熱交換部入口温度、低温側熱交換部出口温度、高温側熱交換部入口温度、高温側熱交換部出口温度を用いて、各熱伝導部３０Ａ−３０Ｇに印加する電圧のＯＮ、ＯＦＦのスイッチングを制御する。スイッチングパターン記憶部４５４は、各熱伝導部３０Ａ−３０Ｇに印加する電圧のＯＮ、ＯＦＦのスイッチングのパターンを記憶する。
【０１３５】
次に、本発明に係る磁気冷暖房装置の動作を、図２０の動作フローチャートに基づいて簡単に説明する。図２０は、本発明に係る磁気冷暖房装置の動作フローチャートである。
【０１３６】
（磁気冷暖房装置の動作）
まず、操作者は、温度設定部４６２から車室内の設定温度を入力する。設定温度が入力されると、空調制御部４５０は、要求熱量と要求温度差を入力する（Ｓ１）。空調制御部４５０は、車室内の空間容量、現在の車室内の温度、車室内の設定温度を参照して、車室内を設定温度にするために必要な要求熱量を求める。また、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの温度差を求める。この求めた値を、要求熱量、要求温度差として入力する。
【０１３７】
次に、空調制御部４５０は、入力した要求熱量と要求温度差をあらかじめ記憶しているマップと照合して磁気印加周波数ｆを求め、熱伝導部３０Ａ−３０ＧのＯＮ、ＯＦＦのスイッチングパターンをスイッチングパターン記憶部４２０から取得する（Ｓ２）。スイッチングパターンのＴＳｓは、熱伝導部３０Ａ−３０ＧをＯＮさせるタイミング、換言すれば熱伝導部３０Ａ−３０Ｇに電圧を印加するタイミングである。一方、スイッチングパターンのＴＳｅは、熱伝導部３０Ａ−３０Ｇによる熱伝導をＯＦＦさせるタイミング、換言すれば熱伝導部３０Ａ−３０Ｇから電圧を除去するタイミングである。
【０１３８】
空調制御部４５０は磁気冷暖房装置を運転する（Ｓ３）。つまり、空調制御部４５０は、求めた磁気印加周波数ｆを実現するために、サーボモータ制御部３８０に回転数の指示を出す。磁気印加周波数は、１つの磁性体に対して１秒間に何回磁気の印加除去をするかを示すものである。例えば、磁気印加周波数ｆが６Ｈｚであったとすると、図１４から図１７に示す構成の磁気冷暖房装置の場合、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂが１秒間に１回転すると６回磁気の印加除去が行われるので、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂに要求される回転数は６０ｒｐｍである。サーボモータ制御部３８０には、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂが６０ｒｐｍで回転するために必要なサーボモータ３５０Ａ、３５０Ｂの回転数を指示する。また、空調制御部４５０は、スイッチングパターン記憶部４５４から取得したスイッチングパターンを再現するために、電圧印加制御部３８にスイッチングパターンを送る。
【０１３９】
空調制御部４５０はステップＳ３の運転が規定のサイクル行われたか否かを判断する（Ｓ４）。図７に示したように、磁気冷暖房装置の運転が開始された直後から、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間にだんだんと温度差が拡大していく。この温度差が要求温度差に達するまでには、あらかじめ規定してあるサイクルだけ磁気の印加、除去を繰り返さなければならない。本実施形態の磁気冷暖房装置の場合、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂが１回転すると各熱輸送器５０−１、５０−２、…に磁気の印加、除去が６回繰り返される。したがって、例えば、規定サイクルが１２００サイクルに設定されていたとすると、両回転部２０００Ａ、２０００Ｂが２００回転したか否かが判断される。
【０１４０】
空調制御部４５０はステップＳ３の運転が規定のサイクルまで達していなければ（Ｓ４：ＮＯ）、Ｓ３のステップの処理を繰り返す。一方、ステップＳ３の運転が規定のサイクルに達したら（Ｓ４：ＹＥＳ）次のステップの処理に進む。
【０１４１】
次に、空調制御部４５０は、出力熱量と出力温度差を演算する（Ｓ５）。出力熱量は、低温側熱交換部入口温度センサ４６４が検出した冷媒の低温側熱交換部入口温度Ｔｃｉと低温側熱交換部出口温度センサ４６６が検出した低温側熱交換部出口冷媒の温度Ｔｃｏとの温度差を求め、その温度差に冷媒の質量ｍｃと比熱Ｃｐを掛けることによって求める。
【０１４２】
また、出力温度差は、高温側熱交換部出口温度センサ４６８が検出した冷媒の高温側熱交換部出口温度Ｔｈｏと低温側熱交換部出口温度センサ４６６が検出した冷媒の温度低温側熱交換部出口Ｔｃｏとの温度差である。
【０１４３】
次に、空調制御部４５０は、ステップＳ１で入力した要求熱量とステップＳ５で求めた出力熱量との差を演算する。また、ステップＳ１で入力した要求温度差とステップＳ５で求めた出力温度差との差を演算する（Ｓ６）。
【０１４４】
空調制御部４５０は、要求熱量と出力熱量との差と、要求温度差と出力温度差との差が規定範囲以内であるかを判断する（Ｓ７）。
【０１４５】
空調制御部４５０は、要求熱量と出力熱量との差と、要求温度差と出力温度差との差が規定範囲以内であれば（Ｓ７：ＹＥＳ）、ステップＳ２で求めた磁気印加周波数ｆと、熱伝導部３０Ａ−３０ＧのＯＮ、ＯＦＦのスイッチングパターンを更新してスイッチングパターン記憶部４５４に記憶させる。ステップＳ２で求めた磁気印加周波数ｆと、熱伝導部３０Ａ−３０ＧのＯＮ、ＯＦＦのスイッチングパターンを用いて、磁気冷暖房装置の運転を継続する（Ｓ８）。
【０１４６】
空調制御部４５０は、要求熱量と出力熱量との差と、要求温度差と出力温度差との差が規定範囲以内でなければ、ステップＳ２で求めた磁気印加周波数ｆをｆ＋Δｆにし、熱伝導部３０Ａ−３０ＧのＯＮ、ＯＦＦのスイッチングパターンのＴＳｓをＴＳｓ＋ΔＴＳｓに、ＴＳｅをＴＳｅ＋ΔＴＳｅに、それぞれ設定する（Ｓ９）。そして、ステップＳ３からステップＳ７までの処理を繰り返す。このようにして、最適な磁気印加周波数ｆ及び最適なスイッチングパターンを学習させると、磁性体ごとに異なる熱発生特性及び熱伝導部ごとに異なる熱伝達特性のばらつきを補正することができる。
【０１４７】
以上のように、本実施形態に係る磁気冷暖房装置では、永久磁石が配置されている両回転部２０００Ａ、２０００Ｂを回転させ、スイッチングパターンに沿って熱伝導部に電圧を印加するだけで、低温側熱交換器４０Ａから高温側熱交換器４０Ｂに向けて熱を移動させることができる。
【０１４８】
以上の本発明に係る磁気冷暖房装置では、以下のような効果を得ることができる。
【０１４９】
各熱伝導部３０Ａ−３０Ｇは、電圧の印加、除去に応じて熱伝導率が大きく変化するので、磁性体１０Ａ−１０Ｆ、低温側熱交換部４０Ａ、高温側熱交換部４０Ｂに対して摺動させずに熱を輸送させることができる。このため、各熱伝導部３０Ａ−３０Ｇに摺動の耐久性を持たせる必要がなく、各熱伝導部３０Ａ−３０Ｇ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、各熱伝導部３０Ａ−３０Ｇを駆動するための損失を低減できる。
【０１５０】
また、各熱伝導部３０Ａ−３０Ｇは各磁性体１０Ａ−１０Ｆとの並び方向にのみ熱を輸送できるので、熱の輸送に際して熱的な損失が小さくできる。
【０１５１】
さらに、各熱伝導部３０Ａ−３０Ｇは、電圧の印加、除去に応じて、磁性体間１０Ｂ−１０Ｅ、磁性体１０Ａと低温側熱交換部４０Ａとの間、磁性体１０Ｆと高温側熱交換部４０Ｂとの間を、全ての接触面を使って接続するので、熱輸送能力及び熱輸送効率を向上させることができる。
【０１５２】
磁気印加除去部の永久磁石２０Ａ−２０Ｆを駆動することで各磁性体１０Ａ−１０Ｆに連続的に熱を発生させることができ、各熱伝導部３０Ａ−３０Ｇに電圧印加制御部３８が選択的に電圧を印加し除去することで、各磁性体１０Ａ−１０Ｆが発生した熱を熱輸送器５０の一端から他端に輸送させることができる。
【０１５３】
各磁性体１０Ａ−１０Ｆに選択的に磁気を印加し除去するタイミングと同期させて各熱伝導部３０Ａ−３０Ｇに電圧を印加し除去するようにしたので、低温側熱交換部４０Ａから高温側熱交換部４０Ｂに熱を効率的に輸送させることができる。
【０１５４】
運転条件ごとに定めた、電圧の印加、除去のタイミングを用いて各熱伝導部３０Ａ−３０Ｇに電圧を印加し除去するようにしたので、運転条件に適合させて、最大限の効率で低温側熱交換部４０Ａから高温側熱交換部４０Ｂに熱を輸送させることができる。
【０１５５】
運転条件ごとに定めた、電圧の印加、除去のタイミングは、磁気冷暖房装置の運転に伴って、最適なタイミングに書き換えるようにしたので、磁性体１０Ａ−１０Ｆごとに異なる熱発生特性及び熱伝導部３０Ａ−３０Ｇごとに異なる熱伝達特性のばらつきを補正することができる。そのため、最大限の効率で低温側熱交換部４０Ａから高温側熱交換部４０Ｂに熱を輸送させることができ、磁気冷暖房装置の高出力化及びコンパクト化を達成することができる。
【０１５６】
熱輸送器５０の要求熱量、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間の温度差または磁気印加除去部の駆動パターンごとに、電圧の印加、除去のタイミングを定めているので、それぞれの運転条件ごとに最大限の効率で低温側熱交換部４０Ａから高温側熱交換部４０Ｂに熱を輸送させることができる。そのため、磁気冷暖房装置の高出力化及びコンパクト化を達成することができる。
【０１５７】
真空内、または減圧下の環境内に熱輸送器５０を設置すると、熱輸送器５０を構成する磁性体１０Ａ−１０Ｆと熱伝導部３０Ａ−３０Ｇの断熱性を向上させることができる。そのため、低温側熱交換部４０Ａから高温側熱交換部４０Ｂに効率的に熱を輸送させることができ磁気冷暖房装置の高出力化及びコンパクト化を達成することができる。
【０１５８】
熱伝導部３０Ａ−３０Ｇは、低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ａとの間、複数の磁性体１０Ｂ−１０Ｆとの間、磁性体１０Ｆと高温側熱交換部４０Ｂとの間で接合又は接着により一体化されるので、熱的な接触抵抗の低減が図れ、熱輸送器５０−１、５０−２、…の製造が容易になる。
次に、本発明に係る他の磁気冷暖房装置における磁気冷暖房の原理を図面に基づいて詳細に説明する。
【０１５９】
（磁気冷暖房の原理）
図２１は、本発明に係る他の磁気冷暖房装置における磁気冷暖房の原理図である。上述した磁気冷暖房装置と同様、磁性体１０Ａ−１０Ｄには、発現される磁気熱量効果の種類が同じ同一材料の磁性体として正の磁性体を用いる。また、熱伝導部３０Ａ−３０Ｅには、磁気が印加されると熱伝導率が相対的に大きくなり、磁気が除去されると熱伝導率が相対的に小さくなる同一材料を用いる。
【０１６０】
磁気印加除去部２０Ａ、２０Ｂ、磁気印加除去部２０Ｃ、２０Ｄは、磁性体１０Ａ−１０Ｄを挟むようにして、磁性体１０Ａ−１０Ｄ、熱伝導部３０Ａ−３０Ｅの間で往復移動する。
【０１６１】
まず、図２１Ａの状態から図２１Ｂの状態になる。すなわち、磁気印加除去部２０Ａ、２０Ｂが磁性体１０Ａから磁性体１０Ｂに、磁気印加除去部２０Ｃ、２０Ｄが磁性体１０Ｃから磁性体１０Ｄに、一斉に移動する。
【０１６２】
次に、図２１Ｂの状態から図２１Ａの状態になる。すなわち、磁気印加除去部２０Ａ−２０Ｄが一斉に図示左方向に移動して、磁気印加除去部と磁性体、熱伝導部の位置関係が図２１Ａの状態に戻る。
【０１６３】
したがって、磁気印加除去部が往復移動すると、図２１Ａと図２１Ｂの状態が交互に繰り返される。本実施形態では、磁気印加除去部の移動にしたがって、熱伝導部３０Ａ−３０Ｅに電圧が印加され、除去される。熱が低温側熱交換部４０Ａから高温側熱交換部４０Ｂに移動する原理は図１−図７で説明したとおりである。
【０１６４】
（磁気冷暖房装置の構成）
図２２は、本発明に係る他の磁気冷暖房装置の構成図である。本発明に係る他の磁気冷暖房装置は熱輸送器を直線的に設けている。
【０１６５】
図２２に示すように、本実施形態に係る磁気冷暖房装置５００は、ベース板５２０の長手方向の両端に、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂを取り付ける。ベース板５２０の低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間には、図２１と同様に、磁性体１０Ａ−１０Ｄ及び熱伝導部３０Ａ−３０Ｅを交互に直線状に並べて配置する。磁性体を直線状に並べたときには、細長い空間に熱伝達機構を構成させることができ、狭い空間を有効利用できる。
【０１６６】
磁性体１０Ａ−１０Ｄ及び熱伝導部３０Ａ−３０Ｅは、ベース板５２０上に直接接合しても良いが、磁気熱量効果を有効に利用できるようにするためには、ベース板５２０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１０Ａ−１０Ｄで発生した熱がベース板５２０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１０Ａ−１０Ｄ及び熱伝導部３０Ａ−３０Ｅは、ベース板５２０上に直接接合するのではなく、ベース板５２０との間に熱絶縁性フィルムや熱絶縁層を設けても良い。
【０１６７】
磁性体１０Ａ−１０Ｄは、上述の通り正の磁性体を用いるが、負の磁性材料で形成することもできる。正・負の磁性体の材料や形状については上述した。また、熱伝導部３０Ａ−３０Ｅは、電圧が印加されると熱伝導率が相対的に大きくなり、電圧が除去されると熱伝導率が小さくなる。熱伝導部３０Ａ−３０Ｅは、具体的には、図８−図１３に示した構成の熱伝導部を用いる。
【０１６８】
磁気印加部５３０Ａ、５３０Ｂは、これらを図示左右方向に直線状に往復移動させるスライダー５４０に取り付ける。スライダー５４０は、ベース板５２０の長手方向に沿って往復移動する。スライダー５４０はスライドガイド５８０に取り付ける。スライドガイド５８０は固定部５７０Ａ及び５７０Ｂによって支持される。
【０１６９】
固定部５７０Ａ及び５７０Ｂはベース板５２０の下部両端に位置しスライドガイド５８０を支持する。スライダー５４０は、ボールねじやリニアスライダーなどの直線移動機構５８５に取り付けられ、スライドガイド５８０に沿って直線状に往復移動する。直線移動機構５８５は磁気回路駆動部５９０によって駆動される。磁気回路駆動部５９０はモータの回転を直線運動に変えるカム機構を有するものや、リニアモータ、圧電アクチュエータを用いることができる。
【０１７０】
空調制御部６００は、磁気回路駆動部５９０に磁気印加部５３０Ａ、５３０Ｂを往復移動させるための命令を出力し、同時に、磁気印加部５３０Ａ、５３０Ｂの移動とともに各熱伝導部３０Ａ−３０Ｅに個別に電圧を印加、除去する。
【０１７１】
（磁気冷暖房装置の動作）
図２３は、本発明に係る他の磁気冷暖房装置の動作フローチャートである。磁気冷暖房装置５００の動作は空調制御部６００が総括的に制御する。
【０１７２】
空調制御部６００は、磁気冷凍の開始信号が入力されたか否かを判断する（Ｓ１１）。空調制御部６００は、磁気冷凍の開始信号が入力されなければ（Ｓ１１：ＮＯ）、入力されるのを待ち、入力されれば（Ｓ１１：ＹＥＳ）次のステップに進む。
【０１７３】
空調制御部６００は、磁気冷凍の開始信号が入力されると、磁気回路駆動部５９０を動作させ、磁気印加部５３０Ａ、５３０Ｂを往復移動させる。例えば、図２１Ａ、Ｂに示すように、磁気印加部５３０Ａ、５３０Ｂを磁性体１０Ａ、１０Ｃの位置から、磁性体１０Ｂ、１０Ｄの位置に移動させる。このとき、磁性体１０Ａ、１０Ｃは吸熱し、磁性体１０Ｂ、１０Ｄは発熱する。また、空調制御部６００は、磁気印加部５３０Ａ、５３０Ｂの移動に同期させて、熱伝導部３０Ａ、３０Ｃ、３０Ｅに電圧を印加する。電圧が印加されると、熱伝導部３０Ａ、３０Ｃ、３０Ｅの熱伝導率が大きくなる。次に、磁気印加部５３０Ａ、５３０Ｂを磁性体１０Ｂ、１０Ｄの位置から、磁性体１０Ａ、１０Ｃの位置に移動させる。このとき、磁性体１０Ｂ、１０Ｄは吸熱し、磁性体１０Ａ、１０Ｃは発熱する。空調制御部６００は、磁気印加部５３０Ａ、５３０Ｂの移動に同期させて、熱伝導部３０Ｂ、３０Ｄに電圧を印加する。電圧が印加されると、熱伝導部３０Ｂ、３０Ｄの熱伝導率が大きくなる。この動作を繰り返すことで、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（Ｓ１２）。
【０１７４】
そして、空調制御部６００は、磁気冷凍の終了信号が入力されたか否かを判断する（Ｓ１３）。空調制御部６００は、磁気冷凍の終了信号が入力されなければ（Ｓ１３：ＮＯ）、ステップ１２の処理に戻る。つまり、空調制御部６００は、磁気回路駆動部５９０を動作させ、磁気印加部５３０Ａ、５３０Ｂを往復移動させ、熱伝導部に印加する電圧のＯＮ、ＯＦＦを制御する。空調制御部６００は、磁気冷凍の終了信号が入力されない限り、上記のステップＳ１２の動作を繰り返す。磁気冷凍の終了信号が入力されれば（Ｓ１３：ＹＥＳ）処理を終了して、磁気冷暖房装置５００の動作を終了する。
【０１７５】
以上のように磁気印加部５３０Ａ、５３０Ｂを往復移動させることによって、図７に示すグラフのように、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。
【符号の説明】
【０１７６】
１０Ａ−１０Ｆ、１１Ａ−１１Ｆ  磁性体、
２１Ａ−２１Ｅ、２２Ｂ−２２Ｆ  永久磁石（磁性体用）、
３０Ａ−３０Ｇ、３１Ａ−３１Ｇ  熱伝導部、
４０Ａ  低温側熱交換部、
４０Ｂ  高温側熱交換部、
５０−１、５０−２  熱輸送器、
２５０Ａ、２５０Ｂ  基準位置検出センサ、
３５０Ａ、３５０Ｂ  サーボモータ（モータ）、
４５０、６００  空調制御部、
１０００  固定部、
２０００Ａ、２０００Ｂ  回転部。
【図７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２３】
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【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２１】
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【図２２】
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