(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温端（１ａ）と高温端（１ｂ）との間に設けられた磁気熱量素子（１２）と、
前記磁気熱量素子と熱交換するように熱輸送媒体（ＰＦ１、ＰＦ２）の往復流れを発生させる熱輸送装置（１４）と、
前記熱輸送媒体の往復流れに同期して、前記磁気熱量素子への磁場の印加と除去とを繰り返す磁場変調装置（１３）とを備える熱磁気サイクル装置において、
前記磁気熱量素子は、
第１の磁気熱量素子（１２ａ）と、
前記第１の磁気熱量素子より高温側に配置された第２の磁気熱量素子（１２ｂ）と、
前記第１の磁気熱量素子と前記第２の磁気熱量素子との間に配置された第３の磁気熱量素子（１２ｃ、２１２ｃ、３１２ｃ、４１２ｃ）とを有し、
前記熱輸送装置は、
前記第１の磁気熱量素子（１２ａ）と熱交換するように流される第１の熱輸送媒体（ＰＦ１）と、
前記第１の熱輸送媒体とは異なる熱輸送媒体であって、前記第２の磁気熱量素子（１２ｂ）と熱交換するように流される第２の熱輸送媒体（ＰＦ２）とを有し、
前記第３の磁気熱量素子（１２ｃ、２１２ｃ、３１２ｃ、４１２ｃ）は、
前記第１の熱輸送媒体が流される第１の流路（１２ｆ、２１２ｆ、３１２ｆ、４１２ｆ）と、
前記第２の熱輸送媒体が流される第２の流路（１２ｇ、２１２ｇ、３１２ｇ、４１２ｇ）とを有し、
前記第３の磁気熱量素子は、前記第１の熱輸送媒体と前記第２の熱輸送媒体との間における受動的な熱移動を熱伝導によって提供するとともに、前記第３の磁気熱量素子は、前記第１の熱輸送媒体から前記第２の熱輸送媒体への能動的な熱移動を磁気熱量効果によって提供することを特徴とする熱磁気サイクル装置。
【請求項２】
前記第１の磁気熱量素子と、前記第３の磁気熱量素子と、前記第２の磁気熱量素子とは、前記低温端と前記高温端との間において直列に配列されていることを特徴とする請求項１に記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項３】
前記第１の磁気熱量素子と、前記第３の磁気熱量素子と、前記第２の磁気熱量素子とは、前記低温端と前記高温端との間において連接して配列されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項４】
前記第３の磁気熱量素子（１２ｃ、２１２ｃ、３１２ｃ、４１２ｃ）は、
複数の前記第１の流路と、複数の前記第２の流路とを有し、
前記第１の流路と前記第２の流路とは、それらの流路が隔壁の両面に配置された隣接流路構造を提供するように配置されており、
さらに、前記第１の流路と前記第２の流路とは、複数の前記隣接流路構造が提供されるように層状に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項５】
複数の前記第１の流路と複数の前記第２の流路とは、交互に層状に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項６】
前記第１の流路と前記第２の流路とは、断面が扁平な流路であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項７】
前記熱輸送装置（１４）は、
前記第１の磁気熱量素子（１２ａ）と前記第３の磁気熱量素子とが配置された作業室（２６ａ、２６ｂ）に前記第１の熱輸送媒体（ＰＦ１）の往復流れを発生させる第１のポンプ（Ｐ１ａ、Ｐ１ｂ）と、
前記第２の磁気熱量素子（１２ｂ）と前記第３の磁気熱量素子とが配置された作業室（２６ａ、２６ｂ）に前記第２の熱輸送媒体（ＰＦ２）の往復流れを発生させる第２のポンプ（Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ）とを有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項８】
低温端（１ａ）と高温端（１ｂ）との間に設けられた磁気熱量素子（１２）と、
前記磁気熱量素子と熱交換するように熱輸送媒体（ＰＦ１、ＰＦ２）の往復流れを発生させる熱輸送装置（１４）と、
前記熱輸送媒体の往復流れに同期して、前記磁気熱量素子への磁場の印加と除去とを繰り返す磁場変調装置（１３）とを備える熱磁気サイクル装置において、
前記磁気熱量素子は、
第１の磁気熱量素子（１２ａ）と、
前記第１の磁気熱量素子より高温側に配置された第２の磁気熱量素子（１２ｂ）とを有し、
前記熱輸送装置は、
前記第１の磁気熱量素子（１２ａ）と熱交換するように流される第１の熱輸送媒体（ＰＦ１）と、
前記第１の熱輸送媒体とは異なる熱輸送媒体であって、前記第２の磁気熱量素子（１２ｂ）と熱交換するように流される第２の熱輸送媒体（ＰＦ２）とを有し、
さらに、前記第１の磁気熱量素子と前記第２の磁気熱量素子との間に配置され、前記第１の熱輸送媒体が流される複数の第１の流路（１２ｆ、２１２ｆ、３１２ｆ、４１２ｆ）と、前記第２の熱輸送媒体が流される複数の第２の流路（１２ｇ、２１２ｇ、３１２ｇ、４１２ｇ）とを有する熱交換器（１２ｃ、２１２ｃ、３１２ｃ、４１２ｃ）を備え、
前記第１の流路と前記第２の流路とは、それらの流路が隔壁の両面に配置された隣接流路構造を提供するように配置されており、
さらに、前記第１の流路と前記第２の流路とは、複数の前記隣接流路構造が提供されるように層状に配置されていることを特徴とする熱磁気サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示される発明は、磁性体の温度特性を利用する熱磁気サイクル装置に関し、磁気熱量効果型ヒートポンプ装置として利用することができる。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１−特許文献４は、磁性体の温度特性を利用する熱磁気サイクル装置を開示する。熱磁気サイクル装置は、ヒートポンプまたはエンジンとして利用することができる。ヒートポンプにおいては、動力によって生じる磁気的な変動によって低温または高温が取り出される。エンジンにおいては、温度差に起因して生じる磁気的な変動によって動力が取り出される。
【０００３】
さらに、特許文献４は、高温の領域と、低温の領域とに異なる媒体を使用して熱を運搬する装置を提案する。この装置は、２つの媒体の間の熱交換を提供するために、熱交換手段を採用している。熱交換手段は、異なる媒体の間に配置された熱伝導部材である。その構成は、棒状の熱伝導部材によって熱エネルギーの移動を生じさせている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２５５６４２号公報
【特許文献２】特開２０１２−２２９６３４号公報
【特許文献３】特表２０１２−５０３７５４号公報
【特許文献４】特表２０１２−５１８１４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献４が開示する熱伝導部材は、熱伝導だけで熱を輸送する。このため、熱磁気サイクル装置の中において、望ましくない損失を生じる。熱伝導部材においては、低温端と高温端との間の主温度勾配とは逆の部分的な温度勾配が必要だからである。
【０００６】
例えば、図１に図示されるように、低温側の第１のユニット１１ａと、高温側の第２のユニット１１ｂとを備えるヒートポンプ装置を考える。２つのユニットの間の熱移動を熱伝導部材だけによって提供する場合、破線ＣＭＰのような温度分布があらわれる。熱伝導部材の両端には、温度Ｔ１と、温度Ｔ２ｃとがあらわれる。熱伝導のために、温度Ｔ１と温度Ｔ２ｃとの関係は、Ｔ１＞Ｔ２ｃである。ところが、Ｔ１＞Ｔ２の部分温度勾配は、低温端温度ＴＣと、高温端温度ＴＨｃとの間の主温度勾配ＴＣ＜ＴＨｃとは逆である。このため、熱磁気サイクル装置としての効率が低下する。
【０００７】
また、別の観点では、特許文献４が開示する長い熱伝導部材は、２つの媒体の間において効率的な熱交換を提供できない。このため、熱磁気サイクル装置としての効率が低下する。例えば、ヒートポンプにおいては作り出される温度差が低くなる。また、エンジンにおいては得られる動力が小さくなる。
【０００８】
上述の観点において、または言及されていない他の観点において、熱磁気サイクル装置にはさらなる改良が求められている。
【０００９】
発明の目的のひとつは、２つの媒体の間において効率的な熱移動を提供できる熱磁気サイクル装置を提供することである。
【００１０】
発明の目的の他のひとつは、２つの媒体の間において、熱伝導だけに依存しない熱移動を提供できる熱磁気サイクル装置を提供することである。
【００１１】
発明の目的の他のひとつは、２つの媒体の間において、主温度勾配と逆の部分温度勾配を抑制、または解消できる熱磁気サイクル装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
ここに開示される発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１３】
開示される発明のひとつにより熱磁気サイクル装置が提供される。発明は、低温端（１ａ）と高温端（１ｂ）との間に設けられた磁気熱量素子（１２）と、磁気熱量素子と熱交換するように熱輸送媒体（ＰＦ１、ＰＦ２）の往復流れを発生させる熱輸送装置（１４）と、熱輸送媒体の往復流れに同期して、磁気熱量素子への磁場の印加と除去とを繰り返す磁場変調装置（１３）とを備える熱磁気サイクル装置において、磁気熱量素子は、第１の磁気熱量素子（１２ａ）と、第１の磁気熱量素子より高温側に配置された第２の磁気熱量素子（１２ｂ）と、第１の磁気熱量素子と第２の磁気熱量素子との間に配置された第３の磁気熱量素子（１２ｃ、２１２ｃ、３１２ｃ、４１２ｃ）とを有し、熱輸送装置は、第１の磁気熱量素子（１２ａ）と熱交換するように流される第１の熱輸送媒体（ＰＦ１）と、第１の熱輸送媒体とは異なる熱輸送媒体であって、第２の磁気熱量素子（１２ｂ）と熱交換するように流される第２の熱輸送媒体（ＰＦ２）とを有し、第３の磁気熱量素子（１２ｃ、２１２ｃ、３１２ｃ、４１２ｃ）は、第１の熱輸送媒体が流される第１の流路（１２ｆ、２１２ｆ、３１２ｆ、４１２ｆ）と、第２の熱輸送媒体が流される第２の流路（１２ｇ、２１２ｇ、３１２ｇ、４１２ｇ）とを有し、第３の磁気熱量素子は、第１の熱輸送媒体と第２の熱輸送媒体との間における受動的な熱移動を熱伝導によって提供するとともに、第３の磁気熱量素子は、第１の熱輸送媒体から第２の熱輸送媒体への能動的な熱移動を磁気熱量効果によって提供することを特徴とする。
【００１４】
この構成によると、低温側に位置する第１の磁気熱量素子と、高温側に位置する第２の磁気熱量素子とに、異なる熱輸送媒体を流すことができる。このため、低温側に適した熱輸送媒体と、高温側に適した熱輸送媒体とを用いることができる。さらに、第１の磁気熱量素子と第２の磁気熱量素子との間に配置された第３の磁気熱量素子には、第１の熱輸送媒体のための第１の流路と、第２の熱輸送媒体のための第２の流路との両方が設けられる。この構成によると、第３の磁気熱量素子は、自らの磁気熱量効果によって、第１の熱輸送媒体の熱を吸熱し、その熱の一部を、第２の熱輸送媒体へ放熱する。よって、第３の磁気熱量素子は、自らの磁気熱量効果によって、第１の熱輸送媒体から第２の熱輸送媒体への熱移動を提供する。この結果、第１の磁気熱量素子を含む低温側のステージと、第２の磁気熱量素子を含む高温側のステージとの間において、能動的な熱移動が提供される。なお、第３の磁気熱量素子は、第１の熱輸送媒体の温度（Ｔ１）が第２の熱輸送媒体の温度（Ｔ２）より高いとき（Ｔ１＞Ｔ２）には、受動的な熱伝導によって第１の熱輸送媒体から第２の熱輸送媒体への熱移動を提供する。
開示される発明のひとつにより熱磁気サイクル装置が提供される。発明は、低温端（１ａ）と高温端（１ｂ）との間に設けられた磁気熱量素子（１２）と、磁気熱量素子と熱交換するように熱輸送媒体（ＰＦ１、ＰＦ２）の往復流れを発生させる熱輸送装置（１４）と、熱輸送媒体の往復流れに同期して、磁気熱量素子への磁場の印加と除去とを繰り返す磁場変調装置（１３）とを備える熱磁気サイクル装置において、磁気熱量素子は、第１の磁気熱量素子（１２ａ）と、第１の磁気熱量素子より高温側に配置された第２の磁気熱量素子（１２ｂ）とを有し、熱輸送装置は、第１の磁気熱量素子（１２ａ）と熱交換するように流される第１の熱輸送媒体（ＰＦ１）と、第１の熱輸送媒体とは異なる熱輸送媒体であって、第２の磁気熱量素子（１２ｂ）と熱交換するように流される第２の熱輸送媒体（ＰＦ２）とを有し、さらに、第１の磁気熱量素子と第２の磁気熱量素子との間に配置され、第１の熱輸送媒体が流される複数の第１の流路（１２ｆ、２１２ｆ、３１２ｆ、４１２ｆ）と、第２の熱輸送媒体が流される複数の第２の流路（１２ｇ、２１２ｇ、３１２ｇ、４１２ｇ）とを有する熱交換器（１２ｃ、２１２ｃ、３１２ｃ、４１２ｃ）を備え、第１の流路と第２の流路とは、それらの流路が隔壁の両面に配置された隣接流路構造を提供するように配置されており、さらに、第１の流路と第２の流路とは、複数の隣接流路構造が提供されるように層状に配置されていることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】発明の第１実施形態に係る磁気熱量効果型ヒートポンプ装置（以下、ＭＨＰ装置という）のブロック図である。
【図２】第１実施形態のＭＨＰ装置の断面図である。
【図３】第１実施形態のＭＨＰ装置の断面図である。
【図４】第１実施形態のＭＨＰ装置の断面図である。
【図５】第１実施形態のＭＨＰ装置の断面図である。
【図６】第１実施形態のＭＨＰ装置の断面図である。
【図７】第１実施形態の熱交換素子の斜視図である。
【図８】第１実施形態の熱交換素子の断面を示す斜視図である。
【図９】第１実施形態の熱交換素子の断面を示す斜視図である。
【図１０】発明の第２実施形態に係るＭＨＰ装置の断面図である。
【図１１】第２実施形態のＭＨＰ装置の断面図である。
【図１２】第２実施形態の熱交換素子の斜視図である。
【図１３】第２実施形態の熱交換素子の断面を示す斜視図である。
【図１４】第２実施形態の熱交換素子の断面を示す斜視図である。
【図１５】発明の第３実施形態に係るＭＨＰ装置の断面図である。
【図１６】第３実施形態のＭＨＰ装置の断面図である。
【図１７】第３実施形態の熱交換素子の斜視図である。
【図１８】第３実施形態の熱交換素子の断面を示す斜視図である。
【図１９】第３実施形態の熱交換素子の断面を示す斜視図である。
【図２０】発明の第４実施形態に係るＭＨＰ装置の断面図である。
【図２１】第４実施形態のＭＨＰ装置の断面図である。
【図２２】発明の第５実施形態に係るＭＨＰ装置の断面図である。
【図２３】第５実施形態のＭＨＰ装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図面を参照しながら、ここに開示される発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において、先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。また、後続の実施形態においては、先行する実施形態で説明した事項に対応する部分に百以上の位だけが異なる参照符号を付することにより対応関係を示し、重複する説明を省略する場合がある。各形態において、構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については他の形態の説明を参照し適用することができる。
【００１７】
（第１実施形態）
図１は、発明を実施するための第１実施形態に係る車両用空調装置１０を示すブロック図である。車両用空調装置１０は、磁気熱量効果型ヒートポンプ装置１１を備える。磁気熱量効果型ヒートポンプ装置１１はＭＨＰ（Magneto-caloric effect Heat Pump）装置１１とも呼ばれる。ＭＨＰ装置１１は、熱磁気サイクル装置を提供する。
【００１８】
この明細書においてヒートポンプ装置の語は広義の意味で使用される。すなわち、ヒートポンプ装置の語には、ヒートポンプ装置によって得られる冷熱を利用する装置と、ヒートポンプ装置によって得られる温熱を利用する装置との両方が含まれる。冷熱を利用する装置は、冷凍サイクル装置とも呼ばれることがある。よって、この明細書においてヒートポンプ装置の語は冷凍サイクル装置を包含する概念として使用される。
【００１９】
ＭＨＰ装置１１は、磁気熱量素子１２を備える。磁気熱量素子１２は、低温端１ａと高温端１ｂとの間に設けられている。ＭＨＰ装置１１は、磁気熱量素子１２の磁気熱量効果を利用する。磁気熱量素子１２は、ＭＣＥ（Magneto-Caloric Effect）素子１２とも呼ばれる。ＭＣＥ素子１２は、外部磁場の強弱の変化に応答して発熱と吸熱とを生じる。ＭＣＥ素子１２は、外部磁場の印加により発熱し、外部磁場の除去により吸熱する。ＭＣＥ素子１２は、外部磁場が印加されることによって電子スピンが磁場方向に揃うと、磁気エントロピーが減少し、熱を放出することによって温度が上昇する。また、ＭＣＥ素子１２は、外部磁場が除去されることによって電子スピンが乱雑になると、磁気エントロピーが増加し、熱を吸収することによって温度が低下する。ＭＣＥ素子１２は、常温域において高い磁気熱量効果を発揮する磁性体によって作られている。例えば、ガドリウム系材料、またはランタン−鉄−シリコン化合物を用いることができる。また、マンガン、鉄、リンおよびゲルマニウムの混合物を用いることができる。
【００２０】
ＭＨＰ装置１１は、ＭＣＥ素子１２をＡＭＲ(Active Magnetic Refrigeration)サイクルとして機能させるための磁場変調装置１３と熱輸送装置１４とを備える。
【００２１】
磁場変調装置１３は、ＭＣＥ素子１２に外部磁場を与えるとともに、その外部磁場の強さを増減させる。磁場変調装置１３は、ＭＣＥ素子１２を強い磁界内に置く励磁状態と、ＭＣＥ素子１２を弱い磁界内またはゼロ磁界内に置く消磁状態とを周期的に切換える。磁場変調装置１３は、ＭＣＥ素子１２が強い外部磁場の中に置かれる励磁期間、およびＭＣＥ素子１２が励磁期間より弱い外部磁場の中に置かれる消磁期間を周期的に繰り返すように外部磁場を変調する。磁場変調装置１３は、後述する熱輸送媒体の往復的な流れに同期して、ＭＣＥ素子１２への磁場の印加と除去とを繰り返す。磁場変調装置１３は、外部磁場を生成するための磁力源、例えば永久磁石、または電磁石を備える。
【００２２】
熱輸送装置１４は、ＭＣＥ素子１２が放熱または吸熱する熱を輸送するための熱輸送媒体と、この熱輸送媒体を流すための流体機器を備える。熱輸送装置１４は、ＭＣＥ素子１２と熱交換する熱輸送媒体をＭＣＥ素子１２に沿って流す装置である。熱輸送装置１４は、第１のＭＣＥ素子１２ａと熱交換するように流される第１の熱輸送媒体ＰＦ１と、第１の熱輸送媒体ＰＦ１とは異なる熱輸送媒体であって、第２のＭＣＥ素子１２ｂと熱交換するように流される第２の熱輸送媒体ＰＦ２とを有する。熱輸送装置１４は、ＭＣＥ素子１２と熱交換するように熱輸送媒体ＰＦ１、ＰＦ２を往復的に流す。熱輸送装置１４は、磁場変調装置１３による外部磁場の変化に同期して、熱輸送媒体ＰＦ１、ＰＦ２の往復的な流れを発生させる。熱輸送装置１４は、磁場変調装置１３による磁場の増減に同期して熱輸送媒体ＰＦ１、ＰＦ２を往復的に移動させる。
【００２３】
ＭＣＥ素子１２と熱交換する熱輸送媒体ＰＦ１、ＰＦ２は一次媒体ＰＦ１、ＰＦ２と呼ばれる。一次媒体ＰＦ１、ＰＦ２は、不凍液、水、油などの流体によって提供することができる。熱輸送装置１４は、熱輸送媒体を流すためのポンプを含むことができる。熱輸送装置１４は、一次媒体を流すためのポンプ４１、４２を備える。ポンプ４１、４２は、ひとつのＭＣＥ素子１２に関して一次媒体ＰＦ１、ＰＦ２の往復流れを供給する。ポンプ４１、４２は、ＭＣＥ素子１２の両端に配置されている。ポンプ４１、４２は、複数の気筒を備える。ポンプ４１、４２は、対をなす気筒が、相補的に吸入行程と吐出工程とを実行するように構成されている。
【００２４】
ＭＨＰ装置１１は、動力源としてのモータ１５を備える。モータ１５は、磁場変調装置１３の動力源である。モータ１５は、熱輸送装置１４の動力源である。
【００２５】
ＭＨＰ装置１１は、ＭＨＰ装置１１によって得られた高温を輸送する高温系統１６を備える。高温系統１６は、ＭＨＰ装置１１によって得られた高温を利用する機器でもある。ＭＨＰ装置１１は、ＭＨＰ装置１１によって得られた低温を輸送する低温系統１７を備える。低温系統１７は、ＭＨＰ装置１１によって得られた低温を利用する機器でもある。
【００２６】
高温系統１６は、一次媒体と二次媒体との間の熱交換を提供する熱交換器５１を備える。二次媒体は、高温系統１６において熱を輸送するために利用される熱輸送媒体である。二次媒体は、不凍液、水、油などの流体によって提供することができる。高温系統１６は、二次媒体が循環的に流される経路５２を備える。高温系統１６は、二次媒体と他の媒体との間の熱交換を提供する熱交換器５３を備える。例えば、熱交換器５３は、二次媒体と空気との熱交換を提供する。高温系統１６は、ＭＨＰ装置１１の高温端から熱を持ち去り、高温端を冷却する機器でもある。
【００２７】
低温系統１７は、一次媒体と二次媒体との間の熱交換を提供する熱交換器５４を備える。二次媒体は、低温系統１７において熱を輸送するために利用される熱輸送媒体である。二次媒体は、不凍液、水、油などの流体によって提供することができる。低温系統１７は、二次媒体が循環的に流される経路５５を備える。低温系統１７は、二次媒体と他の媒体との間の熱交換を提供する熱交換器５６を備える。例えば、熱交換器５６は、二次媒体と空気との熱交換を提供する。低温系統１７は、ＭＨＰ装置１１の低温端に熱を持ち込み、低温端を加熱する機器でもある。
【００２８】
車両用空調装置１０は、車両に搭載され、車両の乗員室の温度を調節する。２つの熱交換器５３、５６は、車両用空調装置１０の一部を提供する。熱交換器５３は、熱交換器５６より高温になる高温側熱交換器５３である。熱交換器５３は、室内熱交換器５３とも呼ばれる。熱交換器５６は、熱交換器５３より低温になる低温側熱交換器５６である。熱交換器５６は、室外熱交換器５６とも呼ばれる。車両用空調装置１０は、高温側熱交換器５３、および／または低温側熱交換器５６を室内空調のために利用するための空調ダクトおよび送風機などの空気系機器を備える。
【００２９】
車両用空調装置１０は、冷房装置または暖房装置として利用される。車両用空調装置１０は、室内に供給される空気を冷却する冷却器と、冷却器によって冷却された空気を再び加熱する加熱器とを備えることができる。ＭＨＰ装置１１は、車両用空調装置１０における冷熱供給源、または温熱供給源として利用される。すなわち、高温側熱交換器５３は上記加熱器として用いることができる。また、低温側熱交換器５６は上記冷却器として用いることができる。
【００３０】
ＭＨＰ装置１１が温熱供給源として利用されるとき、高温側熱交換器５３を通過した空気は車両の室内に供給され、暖房のために利用される。このとき、低温側熱交換器５６を通過した空気は車両の室外に排出される。ＭＨＰ装置１１が冷熱供給源として利用されるとき、低温側熱交換器５６を通過した空気は車両の室内に供給され、冷房のために利用される。このとき、高温側熱交換器５３を通過した空気は車両の室外に排出される。ＭＨＰ装置１１は、除湿装置として利用されることもある。この場合、低温側熱交換器５６を通過した空気は、その後に、高温側熱交換器５３を通過し、室内に供給される。ＭＨＰ装置１１は、冬期においても、夏期においても、温熱供給源として利用される。
【００３１】
図１には、作動状態の一例を示す温度分布が図示されている。図中において、縦軸は温度（°Ｃ）を示し、横軸は、各部の位置を示す。実線ＥＭＢは、この実施形態の作動によって得られる温度分布の一例を示す。破線ＣＭＰは、第３のユニット１１ｃを細長い熱伝導部材によって構成した比較例によって得られる温度分布の一例を示す。
【００３２】
ＭＨＰ装置１１は、低温が生成される低温端１ａと、高温が生成される高温端１ｂとを提供する。ＭＨＰ装置１１は、低温端１ａと高温端１ｂとの間に、複数の磁気熱量効果（ＭＣＤ：Magneto-Caloric effect Device）ユニット１１ａ、１１ｂ、１１ｃを備える。磁気熱量効果ユニット１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、ユニット１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、または熱モジュールとも呼ばれる。ＭＨＰ装置１１は、第１のユニット１１ａと、第２のユニット１１ｂと、第３のユニット１１ｃとを有する。
【００３３】
３つのユニット１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、低温端１ａと高温端１ｂとの間に直列的に配置されている。第１のユニット１１ａは、低温端１ａを提供するように配置されている。第１のユニット１１ａは、低温端１ａと中間低温端１ｃとの間に配置されている。第２のユニット１１ｂは、高温端１ｂを提供するように配置されている。第２のユニット１１ｂは、高温端１ｂと中間高温端１ｄとの間に配置されている。第３のユニット１１ｃは、２つのユニット１１ａ、１１ｂの間に配置されている。第３のユニット１１ｃは、２つのユニット１１ａ、１１ｂの間を機械的に、かつ熱的に連結するように配置されている。
【００３４】
第１のユニット１１ａは、ＭＨＰ装置１１が提供する温度帯ＲＧの中の低温側の第１温度帯ＲＧ１を担当する。第１のユニット１１ａは、低温端１ａから中間低温端１ｃに向けて熱を輸送する。すなわち、第１のユニット１１ａは、第１温度帯ＲＧ１においてヒートポンプ作用を生じる。第１のユニット１１ａは、第１温度帯ＲＧ１において高い効率を発揮するように構成されている。
【００３５】
第１のユニット１１ａは、低温端１ａと中間低温端１ｃとの間において高い磁気熱量効果を発揮する第１のＭＣＥ素子１２ａを有する。第１のＭＣＥ素子１２ａは、高い磁気熱量効果を発揮する温度帯が異なる複数の素子によって提供されうる。第１のユニット１１ａは、第１温度帯ＲＧ１での使用に適した低温用の一次媒体ＰＦ１を備える。一次媒体ＰＦ１には、凍結しないこと、沸騰しないこと、高い熱交換性能を発揮すること、流体力学的な損失が小さいことなどが求められる。例えば、一次媒体ＰＦ１は、第１温度帯ＲＧ１において比較的低い粘度を示し、圧力損失を抑制できる流体である。比較的低温である第１温度帯ＲＧ１においては、凍結しない流体が一次媒体ＰＦ１として選定される。この実施形態では、一次媒体ＰＦ１は、不凍液である。
【００３６】
第２のユニット１１ｂは、ＭＨＰ装置１１が提供する温度帯の中の高温側の第２温度帯ＲＧ２を担当する。第２温度帯ＲＧ２は、第１温度帯ＲＧ１より高温側に位置している。第１温度帯ＲＧ１と第２温度帯ＲＧ２とは、部分的に重複することがある。この場合、第２温度帯ＲＧ２の少なくとも一部は、第１温度帯ＲＧ１より高い温度帯を占める。第２温度帯ＲＧ２の全体は、第１温度帯ＲＧ１より高い場合がある。第２のユニット１１ｂは、中間高温端１ｄから高温端１ｂに向けて熱を輸送する。すなわち、第２のユニット１１ｂは、第２温度帯ＲＧ２においてヒートポンプ作用を生じる。第２のユニット１１ｂは、第２温度帯ＲＧ２において高い効率を発揮するように構成されている。
【００３７】
第２のユニット１１ｂは、中間高温端１ｄと高温端１ｂとの間において高い磁気熱量効果を発揮する第２のＭＣＥ素子１２ｂを有する。第２のＭＣＥ素子１２ｂは、第１のＭＣＥ素子１２ａより高温側に配置されている。第２のＭＣＥ素子１２ｂは、高い磁気熱量効果を発揮する温度帯が異なる複数の素子によって提供されうる。第２のユニット１１ｂは、第２温度帯ＲＧ２での使用に適した高温用の一次媒体ＰＦ２を備える。一次媒体ＰＦ２には、凍結しないこと、沸騰しないこと、高い熱交換性能を発揮すること、流体力学的な損失が小さいことなどが求められる。例えば、一次媒体ＰＦ２は、第２温度帯ＲＧ２において比較的低い粘度を示し、圧力損失を抑制できる流体である。比較的高温である第２温度帯ＲＧ２においては、沸騰しない流体が一次媒体ＰＦ２として選定される。この実施形態では、一次媒体ＰＦ２は、水である。一次媒体ＰＦ１と一次媒体ＰＦ２とは、異なる媒体である。一次媒体ＰＦ１は、一次媒体ＰＦ２より低温での利用に適した粘度を有する。一次媒体ＰＦ２は、一次媒体ＰＦ１より高温での利用に適した粘度を有する。
【００３８】
第３のユニット１１ｃは、中間低温端１ｃと、中間高温端１ｄとの間に配置されている。中間低温端１ｃの温度Ｔ１と中間高温端１ｄの温度Ｔ２とは、運転状態の変化に伴って変化する。それらの温度Ｔ１、Ｔ２は、Ｔ１＜Ｔ２、Ｔ１＝Ｔ２、またはＴ１＞Ｔ２といった関係に変化する。
【００３９】
第３のユニット１１ｃは、第１のユニット１１ａと第２のユニット１１ｂとの間における熱輸送を提供する。第３のユニット１１ｃは、少なくとも熱伝導による熱移動によって、第１のユニット１１ａから第２のユニット１１ｂへ向かう熱輸送を提供する。さらに、第３のユニット１１ｃは、自らの磁気熱量効果によって、第１のユニット１１ａから第２のユニット１１ｂへ向かう熱移動を提供する。
【００４０】
第３のユニット１１ｃは、ＭＨＰ装置１１が提供する温度帯の中の中間に位置付けられた第３温度帯ＲＧ３を担当することがある。第３温度帯ＲＧ３の温度幅は、第１温度帯ＲＧ１の温度幅より小さい。第３温度帯ＲＧ３の温度幅は、第２温度帯ＲＧ２の温度幅より小さい。第３温度帯ＲＧ３の温度幅は、０（ゼロ）またはマイナスの場合もある。第３のユニット１１ｃは、中間高温端１ｄから高温端１ｂに向けて熱を輸送する。すなわち、第３のユニット１１ｃは、第３温度帯ＲＧ３においてヒートポンプ作用を生じる。第３のユニット１１ｃは、第３温度帯において高い効率を発揮するように構成されている。
【００４１】
第３のユニット１１ｃは、中間低温端１ｃと中間高温端１ｄとの間において高い磁気熱量効果を発揮する第３のＭＣＥ素子１２ｃを有する。ＭＣＥ素子１２ｃは、中間素子１２ｃまたは接続素子１２ｃとも呼ばれる。第３のＭＣＥ素子１２ｃは、高い磁気熱量効果を発揮する温度帯が異なる複数の素子によって提供されうる。第３のユニット１１ｃは、第１のユニット１１ａのための一次媒体ＰＦ１と、第２のユニット１１ｂのための一次媒体ＰＦ２との両方と熱交換する。この結果、一次媒体ＰＦ１と一次媒体ＰＦ２との間は、第３のユニット１１ｃのＭＣＥ素子１２ｃを介して熱的に連結される。
【００４２】
ＭＣＥ素子１２ｃは、ＡＭＲサイクルの一部として機能する磁気熱量効果素子である。さらに、ＭＣＥ素子１２ｃは、一次媒体ＰＦ１と一次媒体ＰＦ２との間の熱交換を提供する熱交換器でもある。
【００４３】
第１のＭＣＥ素子１２ａと、第３のＭＣＥ素子１２ｃと、第２のＭＣＥ素子１２ｂとは、低温端１ａと高温端１ｂとの間において直列的に配列されている。これらＭＣＥ素子１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、低温端１ａと高温端１ｂとの間において連接して配列されている。これらＭＣＥ素子１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、互いに機械的に接触して配置されている。また、これらＭＣＥ素子１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、互いに機械的にわずかに離して配置することができる。
【００４４】
図２、図３、図４は、は、ＭＨＰ装置１１の内部を示す断面図である。図２は、他図に示されたＩＩ−ＩＩ断面を示す。図３は、他図に示されたＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す。図４は、他図に示されたＩＶ−ＩＶ断面を示す。
【００４５】
図２において、モータ１５は、ＭＨＰ装置１１の動力源として設けられている。モータ１５は、車載の電池によって駆動される。モータ１５は、磁場変調装置１３を提供する回転子を回転駆動する。これにより、モータ１５と磁場変調装置１３とは、ＭＣＥ素子１２へ外部磁場を印加する状態と、ＭＣＥ素子１２から外部磁場を除去した状態（外部磁場を印加しない状態）との間での周期的な交互切換を生じさせる。モータ１５は、熱輸送装置１４のポンプ４１、４２を駆動する。これにより、モータ１５とポンプ４１、４２とは、一次媒体ＰＦ１、ＰＦ２の往復的な流れを生じさせる。ポンプ４１の気筒が吸引行程にあり、ポンプ４２が吐出工程にあるとき、一次媒体ＰＦ１、ＰＦ２は、矢印で図示されるように流れる。
【００４６】
ポンプ４１、４２は、ＭＣＥ素子１２をＡＭＲサイクルとして機能させるための一次媒体ＰＦ１、ＰＦ２の往復流をＭＨＰ装置１１内に生じさせる。ポンプ４１、４２は、容積型の往復流ポンプである。ポンプ４１、４２は、斜板型のピストンポンプである。ポンプ４１、４２は、多気筒のアキシャルピストンポンプである。ポンプ４１、４２は、８気筒のポンプである。
【００４７】
ＭＨＰ装置１１は、円筒状または円柱状と呼びうるハウジング２１を備える。ハウジング２１は、その中心軸上に回転軸２２を回転可能に支持する。回転軸２２は、モータ１５の出力軸に連結されている。ハウジング２１は、回転軸２２の周囲に、磁場変調装置１３を収容するための収容室２３を区画形成している。収容室２３は、円柱状の空間である。回転軸２２には、ロータコア２４が固定されている。ロータコア２４は、ハウジング２１とともに、磁束を通すためのヨークを提供する。ロータコア２４は、その周方向に沿って磁束を通しやすい範囲と、磁束を通しにくい範囲とを形成するように構成されている。ロータコア２４には、永久磁石２５が固定されている。永久磁石２５は、部分円筒状であり、その断面が扇型である。永久磁石２５は、ロータコア２４の外周面に固定されている。
【００４８】
ロータコア２４と永久磁石２５とは、それらの周囲に、永久磁石２５が提供する外部磁場が強くなる領域と、永久磁石２５が提供する外部磁場が弱くなる領域とを形成する。外部磁場が弱くなる領域では、外部磁場がほぼ除去された状態が提供される。ロータコア２４と永久磁石２５とは、回転軸２２の回転に同期して回転する。よって、外部磁場が強い領域と、外部磁場が弱い領域とは、回転軸２２の回転に同期して回転する。この結果、ロータコア２４と永久磁石２５との周囲の一点においては、外部磁場が強く印加される期間と、外部磁場が弱くなりほぼ除去された期間とが繰り返して生じる。したがって、ロータコア２４と永久磁石２５とは、外部磁場の印加および除去を繰り返す磁場変調装置１３を提供する。ロータコア２４と永久磁石２５とは、ＭＣＥ素子１２への外部磁場の印加と除去とを切換える装置を提供する。なお、磁場の語は磁界と読み替えることができる。
【００４９】
ハウジング２１は、少なくともひとつの作業室２６を区画形成している。作業室２６は、収容室２３に隣接して設けられている。ハウジング２１は、収容室２３の径方向外側に、等間隔に配置された複数の作業室２６を区画形成している。この実施形態では、ひとつのハウジング２１は、８つの作業室２６を区画形成している。作業室２６のそれぞれは、ハウジング２１の軸方向に沿って長手方向を有する柱状空間を形成している。ひとつの作業室２６は、ポンプ４１のひとつの気筒と、ポンプ４２のひとつの気筒とに対応するように設けられている。ひとつの作業室２６の両側に、ふたつの気筒が配置されている。
【００５０】
作業室２６は、熱輸送媒体、すなわち一次媒体ＰＦ１、ＰＦ２が流通する流路を提供する。作業室２６内には、その長手方向に沿って一次媒体ＰＦ１、ＰＦ２が流れる。一次媒体ＰＦ１、ＰＦ２は、作業室２６内を長手方向に沿って往復するように流れる。
【００５１】
さらに、作業室２６は、ＭＣＥ素子１２を収容する収容室を提供する。ハウジング２１は、作業室２６が形成された容器を提供している。作業室２６の中には、磁気熱量効果を有する磁気作業物質としてのＭＣＥ素子１２が配置されている。
【００５２】
図３および図４において、周方向に並ぶ２つの作業室２６ａ、２６ｂは、一組の作業室を提供している。一組の作業室２６ａ、２６ｂにより、ひとつの第１のユニット１１ａと、ひとつの第２のユニット１１ｂと、ひとつの第３のユニット１１ｃとが提供される。一組の作業室２６ａ、２６ｂは、中央部分と、両側部分とに区分される。
【００５３】
第１の作業室２６ａの低温側の部分には、第１のユニット１１ａを提供するためのＭＣＥ素子１２ａが収容される。ＭＣＥ素子１２ａは、複数の区分素子を有する。図中には３つの区分素子が図示されている。これら区分素子は、第１温度帯ＲＧ１を複数に区分して得られる区分温度帯のそれぞれにおいて高い磁気熱量効果を発揮するように材料、大きさなどが設定されている。ＭＣＥ素子１２ａには、一次媒体ＰＦ１を流すためのマイクロチャンネルと呼ばれる複数の流路１２ｄが形成されている。流路１２ｄは、断面が扁平な薄い流路である。図中には、簡単化のために２つの流路１２ｄが図示されている。これらの流路１２ｄは、ＭＣＥ素子１２ａと一次媒体ＰＦ１との間において高い熱交換性能を提供する。
【００５４】
第１の作業室２６ａの高温側の部分には、第２のユニット１１ｂを提供するためのＭＣＥ素子１２ｂが収容される。ＭＣＥ素子１２ｂは、複数の区分素子を有する。図中には３つの区分素子が図示されている。これら区分素子は、第２温度帯ＲＧ２を複数に区分して得られる区分温度帯のそれぞれにおいて高い磁気熱量効果を発揮するように材料、大きさなどが設定されている。ＭＣＥ素子１２ｂには、一次媒体ＰＦ２を流すためのマイクロチャンネルと呼ばれる複数の流路１２ｅが形成されている。流路１２ｅは、断面が扁平な薄い流路である。図中には、簡単化のために２つの流路１２ｅが図示されている。これらの流路１２ｅは、ＭＣＥ素子１２ｂと一次媒体ＰＦ２との間において高い熱交換性能を提供する。
【００５５】
第２の作業室２６ｂの低温側の部分には、第２のユニット１１ｂ を提供するための一次媒体ＰＦ２を流すための高温媒体ギャラリＨＭＧが形成される。高温媒体ギャラリＨＭＧにはＭＣＥ素子１２は収容されていない。高温媒体ギャラリＨＭＧは、ポンプ４２の対応する気筒に連通している。
【００５６】
第２の作業室２６ｂの高温側の部分には、第１のユニット１１ａを提供するための一次媒体ＰＦ１を流すための低温媒体ギャラリＣＭＧが形成される。低温媒体ギャラリＣＭＧにはＭＣＥ素子１２は収容されていない。低温媒体ギャラリＣＭＧは、ポンプ４１の対応する気筒に連通している。
【００５７】
図２に図示されるように、第１の作業室２６ａと第２の作業室２６ｂとの中間部分には、第３のユニット１１ｃを提供するためのＭＣＥ素子１２ｃが配置されている。図４に図示されるように、ＭＣＥ素子１２ｃは、第１の作業室２６ａと第２の作業室２６ｂとの間に周方向に沿って跨るように配置されている。ＭＣＥ素子１２ｃを配置するために、第１の作業室２６ａと第２の作業室２６ｂとの間には周方向に延びる連通部分が形成されている。
【００５８】
ＭＣＥ素子１２ｃは、第１のユニット１１ａの流路１２ｄと低温媒体ギャラリＣＭＧとに連通する低温流路１２ｆを有する。ＭＣＥ素子１２ｃは、第２のユニット１１ｂの流路１２ｅと高温媒体ギャラリＨＭＧとに連通する高温流路１２ｇを有する。ＭＣＥ素子１２ｃは、第１の熱輸送媒体ＰＦ１が流される第１の流路１２ｆと、第２の熱輸送媒体ＰＦ２が流される第２の流路１２ｇとを有する。ＭＣＥ素子１２ｃは、低温流路１２ｆと高温流路１２ｇとの間に、それらを区画する隔壁を提供する。隔壁は、一次媒体ＰＦ１と一次媒体ＰＦ２との混合を阻止する。隔壁は、低温流路１２ｆと高温流路１２ｇとの間に拡がる薄い板状である。隔壁は、一次媒体ＰＦ１と一次媒体ＰＦ２との間の高効率の熱交換を提供する。一次媒体ＰＦ１が一次媒体ＰＦ２より高温であるとき（Ｔ１＞Ｔ２）、隔壁は、自らの熱伝導によって、一次媒体ＰＦ１から一次媒体ＰＦ２への熱移動を提供する。
【００５９】
さらに、隔壁は、磁気熱量効果による吸熱と発熱とを提供する。この結果、隔壁と一次媒体ＰＦ１との間には、ＡＭＲサイクルとしての熱輸送作用が生じる。同様に、隔壁と一次媒体ＰＦ２との間には、ＡＭＲサイクルとしての熱輸送作用が生じる。一次媒体ＰＦ１から吸熱された熱の一部は、磁気熱量効果によって、一次媒体ＰＦ２へ放熱される。この結果、隔壁、すなわちＭＣＥ素子１２ｃは、一次媒体ＰＦ１の温度Ｔ１と一次媒体ＰＦ２の温度Ｔ２との関係に依存することなく、一次媒体ＰＦ１から一次媒体ＰＦ２への熱移動を提供する。よって、一次媒体ＰＦ１が一次媒体ＰＦ２より低温であるとき（Ｔ１＜Ｔ２）にも、一次媒体ＰＦ１から一次媒体ＰＦ２への熱移動が実現される。
【００６０】
上記実施形態のＭＨＰ装置１１は、低温端１ａと高温端１ｂとの間において、ＭＣＥ素子１２ｃを共用して直列に配置された２つのステージを備えると見ることができる。低温側の第１のステージＳＴ１は、ＭＣＥ素子１２ａと、ＭＣＥ素子１２ｃと、低温用の一次媒体ＰＦ１とを有する。第１のステージＳＴ１は、磁場変調装置１３の一部と、熱輸送装置１４の一部とを有する。高温側の第２のステージＳＴ２は、ＭＣＥ素子１２ｂと、ＭＣＥ素子１２ｃと、高温用の一次媒体ＰＦ２とを有する。第２のステージＳＴ２は、磁場変調装置１３の一部と、熱輸送装置１４の一部とを有する。
【００６１】
直列に配置された２つのステージＳＴ１、ＳＴ２は、少なくともひとつのＭＣＥ素子１２ｃを共有する。しかも、このＭＣＥ素子１２ｃには、低温用の一次媒体ＰＦ１のための流路１２ｆと、高温用の一次媒体ＰＦ２のための流路１２ｇとが、薄い隔壁を隔てて交互に積層されるように形成されている。この結果、一次媒体ＰＦ１と一次媒体ＰＦ２とが、薄い隔壁の両側に流れる隣接熱交換部が提供される。しかも、ＭＣＥ素子１２ｃは、複数の隣接熱交換部を備える。
【００６２】
これにより、ＭＣＥ素子１２ｃにおいては、一次媒体ＰＦ１から一次媒体ＰＦ２への熱移動がＭＣＥ素子１２ｃの隔壁の熱伝導によって提供される場合がある。さらに、ＭＣＥ素子１２ｃは、一次媒体ＰＦ１と一次媒体ＰＦ２との間において磁気熱量効果を発揮する。よって、ＭＣＥ素子１２ｃにおいては、一次媒体ＰＦ１から一次媒体ＰＦ２への熱移動が、ＭＣＥ素子１２ｃの磁気熱量効果によっても提供される。例えば、ＭＣＥ素子１２ｃは、一次媒体ＰＦ１から吸熱した熱の一部を、一次媒体ＰＦ２へ放熱する。
【００６３】
図５、図６は、ＭＨＰ装置１１の一組の作業室２６ａ、２６ｂに対応する部分を示す模式化された断面図である。図中には、ＭＨＰ装置１１の周方向の断面が図示されている。
【００６４】
図５に図示されるように、第３のユニット１１ｃのためのＭＣＥ素子１２ｃは、流路１２ｄと低温媒体ギャラリＣＭＧとに連通する流路１２ｆを備える。流路１２ｆは、マイクロチャンネルと呼ばれる扁平な流路である。流路１２ｆは、クランク型に延びている。
【００６５】
図６に図示されるように、第３のユニット１１ｃのためのＭＣＥ素子１２ｃは、流路１２ｅと高温媒体ギャラリＨＭＧとに連通する流路１２ｇを備える。流路１２ｇは、マイクロチャンネルと呼ばれる扁平な流路である。流路１２ｇは、クランク型に延びている。
【００６６】
第３のＭＣＥ素子１２ｃは、複数の第１の流路１２ｆと、複数の第２の流路１２ｇとを有する。第１の流路１２ｆと第２の流路１２ｇとは、それらの流路１２ｆ、１２ｇが隔壁の両面に配置された隣接流路構造を提供するように配置されている。第１の流路１２ｆと第２の流路１２ｇとは、複数の隣接流路構造が提供されるように層状に配置されている。複数の第１の流路１２ｆと複数の第２の流路１２ｇとは、交互に層状に配置されている。流路１２ｆ、１２ｇの断面形状は、それら流路１２ｆ、１２ｇの積層方向に対して直交する方向に長手方向をもつ扁平な形状である。
【００６７】
図示されるように、熱輸送装置１４は、少なくとも２つの作業室２６ａ、２６ｂを形成するハウジング２１を有する。熱輸送装置１４は、第１のＭＣＥ素子１２ａと第３のＭＣＥ素子１２ｃとが配置された作業室２６ａ、２６ｂの両端に配置され、第１の熱輸送媒体ＰＦ１を往復的に流すための第１のポンプ、すなわち気筒Ｐ１ａ、Ｐ１ｂを有する。熱輸送装置１４は、第２のＭＣＥ素子１２ｂと第３のＭＣＥ素子１２ｃとが配置された作業室２６ａ、２６ｂの両端に配置され、第２の熱輸送媒体ＰＦ２を往復的に流すための第２のポンプ、すなわち気筒Ｐ２ａ、Ｐ２ｂを有する。
【００６８】
図示されるように、第１の作業室２６ａと第２の作業室２６ｂとの低温端１ａに対応付けられたポンプ４２の２つの気筒Ｐ１ａ、Ｐ２ａは、ほぼ同位相である。第１の作業室２６ａと第２の作業室２６ｂとの高温端１ｂに対応付けられたポンプ４１の２つの気筒Ｐ１ｂ、Ｐ２ｂは、ほぼ同位相である。ポンプ４１の２つの気筒Ｐ１ｂ、Ｐ２ｂとポンプ４２の２つの気筒Ｐ１ａ、Ｐ２ａとは、対向関係にある。これら対向関係にある２つの気筒は、ほぼ逆位相である。ひとつのユニット１１ａ、１１ｂの一次媒体ＰＦ１、ＰＦ２を流すための２つの対向気筒は、逆位相である。
【００６９】
図７、図８、図９は、ＭＣＥ素子１２ｃの模式化された斜視図である。図８、図９には、断面が図示されている。
【００７０】
図示されるように、第１のユニット１１ａの一次媒体ＰＦ１を流すための流路１２ｆの一方の開口は、第１の作業室２６ａに対応する領域に開口している。流路１２ｆの他方の開口は、第２の作業室２６ｂに対応する領域に開口している。第２のユニット１１ｂの一次媒体ＰＦ２を流すための流路１２ｇの一方の開口は、第２の作業室２６ｂに対応する領域に開口している。流路１２ｇの他方の開口は、第１の作業室２６ａに対応する領域に開口している。
【００７１】
第３のユニット１１ｃを提供するＭＣＥ素子１２ｃは、第１のユニット１１ａのための一次媒体ＰＦ１を流すための複数の流路１２ｆと、第２のユニット１１ｂのための一次媒体ＰＦ２を流すための複数の流路１２ｇとを有する。流路１２ｆ、１２ｇは、多数設けられている。流路１２ｆと流路１２ｇとの間には、ＭＣＥ素子１２ｃによって薄い隔壁が設けられている。複数の流路１２ｆと複数の流路１２ｇとは、ＭＣＥ素子１２ｃの内部に積層されるようにして形成されている。これにより、広い面積にわたって隔壁の熱伝達による熱交換が提供される。
【００７２】
モータ１５に電力が供給されると、モータ１５は、回転軸２２を回転させる。回転軸２２の回転によって、磁場変調装置１３は、ＭＣＥ素子１２に印加される磁場を周期的に、印加状態と、除去状態とに切替える。ＭＣＥ素子１２は、磁場の印加と、除去とに対応して、発熱と吸熱とを繰り返す。回転軸２２の回転によって、ポンプ４１、４２は、一次媒体ＰＦ１、ＰＦ２の往復流を生じさせる。一次媒体ＰＦ１は、ＭＣＥ素子１２ａと熱交換する。この結果、ＭＣＥ素子１２ａと一次媒体ＰＦ１とは、ＡＭＲサイクルとして機能し、低温端１ａから中間低温端１ｃへ熱を輸送する。一次媒体ＰＦ２は、ＭＣＥ素子１２ｂと熱交換する。この結果、ＭＣＥ素子１２ｂと一次媒体ＰＦ２とは、ＡＭＲサイクルとして機能し、中間高温端１ｄから高温端１ｂへ熱を輸送する。
【００７３】
ＭＣＥ素子１２ｃは、一次媒体ＰＦ１および一次媒体ＰＦ２の両方と熱交換する。ＭＣＥ素子１２ｃは、熱伝導によって、一次媒体ＰＦ１と一次媒体ＰＦ２との間における受動的な熱移動を提供する。例えば、一次媒体ＰＦ１の温度Ｔ１と一次媒体ＰＦ２の温度Ｔ２とがＴ１＞Ｔ２であるとき、ＭＣＥ素子１２ｃは、ＭＣＥ素子１２ｃの熱伝導によって、一次媒体ＰＦ１から一次媒体ＰＦ２への熱輸送を提供する。
【００７４】
さらに、ＭＣＥ素子１２ｃは、磁場の印加と除去とに対応して発熱と吸熱とを繰り返す。このとき、ＭＣＥ素子１２ｃは、磁気熱量効果によって、第１の熱輸送媒体と第２の熱輸送媒体との間における能動的な熱移動を提供する。例えば、ＭＣＥ素子１２ｃは、一次媒体ＰＦ１から吸熱した熱の少なくとも一部を、一次媒体ＰＦ２へ放熱する。この結果、ＭＣＥ素子１２ｃは、磁気熱量効果によって、一次媒体ＰＦ１から一次媒体ＰＦ２への能動的な熱輸送を提供する。この結果、第３のユニット１１ｃを提供するＭＣＥ素子１２ｃは、熱伝導および磁気熱量効果の両方によって、一次媒体ＰＦ１から一次媒体ＰＦ２への熱輸送を提供する。
【００７５】
ＭＨＰ装置１１がＡＭＲサイクルとして機能することにより、高温系統１６の温度は上昇し、低温系統１７の温度は低下する。車両用空調装置１０が暖房装置として利用されるとき、温度が低い外気を熱源として、室温を暖めるヒートポンプ作用が提供される。
【００７６】
図１に図示されるように、低温端１ａの温度ＴＣが外気の温度であるとき、ＭＨＰ装置１１により、高温端１ｂには温度ＴＨが提供される。安定的な運転状態において、第３のユニット１１ｃを提供するＭＣＥ素子１２ｃは、中間低温端１ｃから中間高温端１ｄへの熱輸送を提供する。ＭＣＥ素子１２ｃは、中間低温端１ｃの温度Ｔ１と、中間高温端１ｄの温度Ｔ２ｅとが、Ｔ１＜Ｔ２ｅである場合でも、熱輸送を可能とする。この実施形態によると、低温端１ａと高温端１ｂとの間に大きい温度差が得られる。
【００７７】
（第２実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、ポンプ４１の一つの気筒と、ポンプ４２の一つの気筒との間にひとつのユニットを設けた。これに代えて、この実施形態では、ＭＨＰ装置１１は、ひとつのポンプの２つの気筒の間に設けられたひとつのユニットを備える。図１０、図１１は、図５、図６に対応する断面図である。図１２、図１３、図１４は、図７、図８、図９に対応する断面図である。
【００７８】
図示されるように、第１のユニット１１ａは、ポンプ４２のひとつの気筒と、ポンプ４２の他のひとつの気筒との間に設けられる。第２のユニット１１ｂは、ポンプ４１のひとつの気筒と、ポンプ４１の他のひとつの気筒との間に設けられる。この構成でも、ひとつのユニットの両端に位置する気筒は逆位相である。第３のユニット１１ｃを提供するＭＣＥ素子２１２ｃは、Ｕ字形またはブラケット形の流路２１２ｆ、２１２ｇを有する。
【００７９】
低温媒体ギャラリＣＭＧは、第３のユニット１１ｃより低温側に設けられる。この構成によると、高温端１ｂから低温媒体ギャラリＣＭＧへの熱の逃げが抑制される。高温媒体ギャラリＨＭＧは、第３のユニット１１ｃより高温側に設けられる。この構成によると、高温媒体ギャラリＨＭＧから低温端１ａへの熱の逃げが抑制される。
【００８０】
（第３実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、ＭＨＰ装置１１の両端にポンプ４１、４２を配置し、一組の作業室２６ａ、２６ｂに、第１のユニット１１ａと第２のユニット１１ｂとを設けた。これに代えて、この実施形態では、ＭＨＰ装置１１は、中間位置に追加的なポンプ３４３を備える。図１５、図１６は、図５、図６に対応する断面図である。図１７、図１８、図１９は、図７、図８、図９に対応する断面図である。
【００８１】
図示されるように、第１のユニット１１ａは、ポンプ４２のひとつの気筒と、追加的なポンプ３４３のひとつの気筒との間に設けられる。第１のユニット１１ａの両端に位置付けられた２つの気筒は逆位相である。第２のユニット１１ｂは、ポンプ４１のひとつの気筒と、追加的なポンプ３４３のひとつの気筒との間に設けられる。第２のユニット１１ｂの両端に位置付けられた２つの気筒は逆位相である。ポンプ３４３は、例えば、カムとカムの外側に配置された複数の気筒とを有するラジアルピストンポンプによって提供することができる。第３のユニット１１ｃを提供するＭＣＥ素子３１２ｃは、Ｌ字形の流路３１２ｆ、３１２ｇを有する。
【００８２】
この構成によると、ひとつの作業室２６の半分を、一次媒体を流すだけのギャラリとして用いることなく、２つのユニット１１ａ、１１ｂをひとつの作業室２６の中に設けることができる。
【００８３】
（第４実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、ＭＨＰ装置１１のひとつの作業室２６ａの中に第１のユニット１１ａのＭＣＥ素子１２ａと第２のユニット１１ｂのＭＣＥ素子１２ｂとを設けた。これに代えて、この実施形態では、ＭＨＰ装置１１は、ひとつの作業室２６ａの中に第１のユニット１１ａのＭＣＥ素子１２ａを備え、他のひとつの作業室２６ｂの中に第２のユニット１１ｂのＭＣＥ素子１２ｂを備える。図２０、図２１は、図５、図６に対応する断面図である。
【００８４】
図示されるように、第１のユニット１１ａは、第１の作業室２６ａの半部に設けられたＭＣＥ素子１２ａと、同じ作業室２６ａの他の半部に設けられた低温媒体ギャラリＣＭＧとを有する。第２のユニット１１ｂは、第２の作業室２６ｂの半部に設けられたＭＣＥ素子１２ｂと、同じ作業室２６ｂの他の半部に設けられた高温媒体ギャラリＨＭＧとを有する。第３のユニット１１ｃを提供するＭＣＥ素子４１２ｃは、Ω型と呼びうる流路４１２ｆ、４１２ｇを有する。
【００８５】
この構成によると、ＭＣＥ素子４１２ｃの中に、長い流路４１２ｆ、４１２ｇを形成することができ、一次媒体ＰＦ１と一次媒体ＰＦ２との間の熱移動を大きくすることができる。
【００８６】
（第５実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、第１のユニット１１ａに割り当てられた第１温度帯ＲＧ１と、第２ユニット１１ｂに割り当てられた第２温度帯ＲＧ２とは、重複することなく低温側と高温側とに離れている。これに代えて、この実施形態では、第１のユニット１１ａに割り当てられた第１温度帯ＲＧ１と、第２ユニット１１ｂに割り当てられた第２温度帯ＲＧ２とが互いに重複している。しかも、それらの温度帯ＲＧ１、ＲＧ２は、高温端１ｂが配置された高温側において重複している。言い換えると、第１のユニット１１ａは、第３温度帯ＲＧ３、すなわち中間温度帯を越えて拡がる広い第１温度帯ＲＧ１を担当している。この結果、高温側の半部の熱的な能力は、低温側の半部の熱的な能力より大きい。図２２、図２３は、図５、図６に対応する断面図である。
【００８７】
図示されるように、第１のユニット１１ａは、第２の作業室２６ｂの中、すなわち先行する実施形態における低温媒体ギャラリＣＭＧの領域に、ＭＣＥ素子５１２ａを備える。ＭＣＥ素子５１２ａは、第２温度帯ＲＧ２において高い磁気熱量効果を発揮する素子である。ＭＣＥ素子５１２ａは、例えば、ＭＣＥ素子１２ｂと同じ素子によって提供することができる。ＭＣＥ素子５１２ａは、一次媒体ＰＦ１のための流路５１２ｄを有する。
【００８８】
さらに、第２の作業室２６ｂに対応して高温系統１６の熱交換器５５１が設けられる。熱交換器５５１は、高温端１ｂにおいて、一次媒体ＰＦ１と熱交換することにより、一次媒体ＰＦ１から高温系統１６へ熱を供給する。
【００８９】
この構成によると、低温端１ａでは、熱交換器５４から第１のユニット１１ａだけに熱が供給される。さらに、低温端１ａと中間低温端１ｃとの間の区間では、第１のユニット１１ａだけがヒートポンプ作用を発揮する。
【００９０】
中間低温端１ｃと中間高温端１ｄとの間の区間には、第３のユニット１１ｃを提供するＭＣＥ素子１２ｃが設けられている。ＭＣＥ素子１２ｃは、第１のユニット１１ａの素子として一次媒体ＰＦ１と協働してＡＭＲサイクルを提供する。さらに、ＭＣＥ素子１２ｃは、先行する実施形態と同様に、熱伝導によって、一次媒体ＰＦ１と一次媒体ＰＦ２との間の熱交換を提供する熱交換器として機能する。同時に、ＭＣＥ素子１２ｃは、磁気熱量効果によって、一次媒体ＰＦ１から吸熱した熱の一部を一次媒体ＰＦ２に放熱する。このように、第３のユニット１１ｃは、第１のユニット１１ａの低温側の部分と、第２のユニット１１ｂとを直列的に接続している。
【００９１】
一方、中間高温端１ｄと高温端１ｂとの間の区間では、第１のユニット１１ａと第２のユニット１１ｂとの両方がヒートポンプ作用を発揮する。さらに、高温端１ｂにおいては、一次媒体ＰＦ１と一次媒体ＰＦ２との両方から高温系統１６へ熱が供給される。このため、中間高温端１ｄと高温端１ｂとの間の区間においては、熱の逃げを抑制しながらヒートポンプ作用が提供される。このように高温側の熱輸送能力を低温側のそれより高くすることにより、高効率のヒートポンプ運転を実現できる。
【００９２】
（他の実施形態）
ここに開示される発明は、その発明を実施するための実施形態に何ら制限されることなく、種々変形して実施することが可能である。開示される発明は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、種々の組み合わせによって実施可能である。実施形態は追加的な部分をもつことができる。実施形態の部分は、省略される場合がある。実施形態の部分は、他の実施形態の部分と置き換え、または組み合わせることも可能である。実施形態の構造、作用、効果は、あくまで例示である。開示される発明の技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示される発明のいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。
【００９３】
また、上記実施形態では、斜板式ポンプ、またはラジアルピストンポンプによって多気筒ポンプを提供した。これに代えて、他の形式の容積型ポンプを利用してもよい。また、上記第１実施形態では、ポンプの１気筒に、一つの作業室を対応させて配置した。これに代えて、複数の気筒とひとつの作業室、またはひとつの気筒と複数の作業室、または複数の気筒と複数の作業室を対応させて配置してもよい。
【００９４】
また、上記実施形態では、車両用空調装置に本発明を適用した。これに代えて、住宅用の空調装置に本発明を適用してもよい。また、水を加熱する給湯装置として利用してもよい。また、上記実施形態では、室外の空気を主要な熱源とするＭＨＰ装置１１を説明した。これに代えて、水、土などの他の熱源を主要熱源として利用してもよい。
【００９５】
また、上記実施形態では、熱磁気サイクル装置の一形態であるＭＨＰ装置１１を説明した。これに代えて、熱磁気サイクル装置の一形態である熱磁気エンジン装置に本発明を適用してもよい。例えば、上記実施形態のＭＨＰ装置１１の磁場変化と熱輸送媒体の流れとの位相を調節することにより熱磁気エンジン装置を提供することができる。
【００９６】
上記実施形態では、ＭＣＥ素子１２ａ、１２ｂにマイクロチャンネルと呼ばれる多数の流路１２ｄ、１２ｅを形成した。これに代えて、ＭＣＥ素子１２ａ、１２ｂに、熱輸送媒体を流すことができる多数の丸孔、または角孔を設けてもよい。また、ＭＣＥ素子１２ａ、１２ｂを熱輸送媒体を流すことができる多孔質に形成してもよい。
【００９７】
上記実施形態では、２つのユニット１１ａ、１１ｂが直列的に接続された２段の熱磁気サイクル装置を説明した。発明は、２段に限定されることなく、３段、４段など多数のユニットを直列的に接続した熱磁気サイクル装置に適用することができる。
【００９８】
上記実施形態では、第３のユニット１１ｃには、ＭＣＥ素子１２ｃ、２１２ｃ、３１２ｃ、４１２ｃを設けた。これに代えて、ＭＣＥ素子１２ｃ、２１２ｃ、３１２ｃ、４１２ｃと同じ形状をもつ熱交換器を設けてもよい。この熱交換器は、熱伝導性に優れた材料、例えば、銅、アルミ、鉄などの金属によって作ることができる。
【００９９】
この構成では、第１のＭＣＥ素子１２ａと第２のＭＣＥ素子１２ｂとの間に配置された熱交換器１２ｃが提供される。この熱交換器１２ｃは、第１の熱輸送媒体ＰＦ１が流される複数の第１の流路１２ｆと、第２の熱輸送媒体ＰＦ２が流される複数の第２の流路１２ｇとを有する。第１の流路１２ｇと第２の流路１２ｇとは、それらの流路１２ｆ、１２ｇが隔壁の両面に配置された隣接流路構造を提供するように配置されている。さらに、第１の流路１２ｆと第２の流路１２ｇとは、複数の隣接流路構造が提供されるように層状に配置されている。これにより、低温用の一次媒体ＰＦ１と高温用の一次媒体ＰＦ２との間において、損失の少ない熱交換が提供される。
【符号の説明】
【０１００】
１０  車両用空調装置、  １１  磁気熱量効果型ヒートポンプ（ＭＨＰ）装置、
１２  磁気熱量（ＭＣＥ）素子、  １３  磁場変調装置、  １４  熱輸送装置、
１５  モータ、  １６  高温系統、  １７  低温系統、
２１  ハウジング、  ２２  回転軸、  ２３  収容室、  ２４  ロータコア、
２５  永久磁石、  ２６  作業室、  ４１、４２、３４３  ポンプ、
５１、５４、５５１  熱交換器、  ５２、５５  経路、  ５３、５６  熱交換器、
１１ａ  第１のユニット、  １１ｂ  第２のユニット、  １１ｃ  第３のユニット、
ＰＦ１  低温用の一次媒体、  ＰＦ２  高温用の一次媒体、
ＣＭＧ  低温媒体ギャラリ、  ＨＭＧ  高温媒体ギャラリ、
１２ａ、１２ｂ  ＭＣＥ素子、
１２ｃ、２１２ｃ、３１２ｃ、４１２ｃ  ＭＣＥ素子（熱交換器）、
１２ｆ、２１２ｆ、３１２ｆ、４１２ｆ  流路（第１の流路）、
１２ｇ、２１２ｇ、３１２ｇ、４１２ｇ  流路（第２の流路）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【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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