(57)【要約】【課題】    構成が簡素で運転中の制御も容易な磁気冷凍装置を提供する。【解決手段】  本発明の磁気冷凍装置１００は、磁気作業物質２を収納するドラム３を回転させることにより、磁気作業物質２を磁場発生手段１によって形成される磁場中に出入させ、磁気作業物質２に接触する熱媒体用流路７内を遠心力を利用して熱媒体６を流し、磁化されて温度上昇した磁気作業物質２と熱交換して温度上昇した熱媒体６を排熱側熱交換器１２−１を通過させて排熱すると共に、消磁されて温度降下した磁気作業物質２と熱交換して温度降下した熱媒体６を冷却側熱交換器１２−２を通過させて熱交換対象を冷却する。【選択図】    図１
2006112709.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場を発生する磁場発生手段と；
磁場の増減に応じて温度が変化する磁気作業物質と；
前記磁気作業物質を担持し、かつ前記磁気作業物質を回転させて、前記磁場発生手段により形成される磁場中へ出入させる回転手段と；
前記磁気作業物質と熱交換を行う熱媒体と；
前記磁気作業物質と前記熱媒体とが前記磁気作業物質の回転中に熱交換するように配置された熱媒体用流路と；
前記熱媒体用流路に接続されて前記熱媒体と熱交換対象との間で熱交換を行う熱交換器とを備える；
磁気冷凍装置。
【請求項２】
前記熱媒体用流路は前記回転の中心に対して半径方向成分を持ち、前記磁気作業物質と共に回転運動すると共に、前記熱媒体が前記熱媒体用流路内を半径方向外側へ流れるように構成される；
請求項１に記載の磁気冷凍装置。
【請求項３】
前記回転手段は、前記磁気作業物質及び前記熱媒体用流路を搭載する容器であって、前記容器を回転することにより、前記磁気作業物質及び前記熱媒体用流路が回転するように構成され；
前記容器中に、前記回転の中心から複数個の前記磁気作業物質が放射状に配置され；
複数個の前記熱媒体用流路は、それぞれ前記磁気作業物質に接して形成され；
前記回転による遠心力を利用して、前記熱媒体が前記熱媒体用流路内を前記磁気作業物質と接触して流れる；
請求項２に記載の磁気冷凍装置。
【請求項４】
前記熱交換器として第１の熱交換器と第２の熱交換器を有し；
前記容器に近接して設けられ、前記第１の熱交換器に連なり前記熱媒体が流れる第１の流入路の入口と第１の流出路の出口を有する第１の当て板を定位置に備え；
前記第１の流入路の入口と前記第１の流出路の出口が前記磁場中に設けられ；
前記容器の回転中に、前記磁場中にあるいずれかの前記熱媒体用流路（本請求項において、以下、第１の熱媒体用流路という。）の熱媒体出口と熱媒体入口がそれぞれ前記第１の流入路の入口と前記第１の流出路の出口に重なったときに、前記第１の熱媒体用流路、前記第１の流入路、前記第１の熱交換器と前記第１の流出路を前記熱媒体が循環する第１の熱媒体循環路が形成され；
前記容器に近接して設けられ、前記第２の熱交換器に連なり前記熱媒体が流れる第２の流入路の入口と第２の流出路の出口を有する第２の当て板を定位置に備え；
前記第２の流入路の入口と前記第２の流出路の出口が前記磁場外に設けられ；
前記容器の回転中に、前記磁場外にあるいずれかの前記熱媒体用流路（本請求項において、以下、第２の熱媒体用流路という。）の熱媒体出口と熱媒体入口がそれぞれ前記第２の流入路の入口と前記第２の流出路の出口に重なったときに、前記第２の熱媒体用流路、前記第２の流入路、前記第２の熱交換器と前記第２の流出路を前記熱媒体が循環する第２の熱媒体循環路が形成される；
請求項３に記載の磁気冷凍装置。
【請求項５】
前記熱交換器として第１の熱交換器と第２の熱交換器を有し；
前記容器の回転中に、前記磁場中にあるいずれかの前記熱媒体用流路（本請求項において、以下、第３の熱媒体用流路という。）から、前記容器の外周から溢れた熱媒体を回収する第１の受皿を定位置に備え；
前記第１の熱交換器に連なり前記熱媒体が流れる第１の流入路の入口と第１の流出路の出口を前記磁場中に設け；
前記第３の熱媒体用流路、前記第１の受皿、前記第１の流入路、前記第１の熱交換器と前記第１の流出路を前記熱媒体が循環する第３の熱媒体循環路が形成され；
前記容器の回転中に、前記磁場外にあるいずれかの前記熱媒体用流路（本請求項において、以下、第４の熱媒体用流路という。）から、前記容器の外周から溢れた熱媒体を回収する第２の受皿を定位置に備え；
前記第２の熱交換器に連なり前記熱媒体が流れる第２の流入路の入口と第２の流出路の出口を前記磁場外に設け；
前記第４の熱媒体用流路、前記第２の受皿、前記第２の流入路、前記第２の熱交換器と前記第２の流出路を前記熱媒体が循環する第４の熱媒体循環路が形成される；
請求項３に記載の磁気冷凍装置。
【請求項６】
前記熱交換器として第１の熱交換器と第２の熱交換器を有し；
前記熱媒体用流路として第１の熱交換手段と第２の熱交換手段とを有し；
前記第１の熱交換手段は前記容器の周囲の前記磁場中にある定位置に配置されて、前記第１の熱交換手段の熱媒体出口は前記第１の熱交換器の第１の流入路の入口と接続され、前記第１の熱交換手段の熱媒体入口は前記第２の熱交換器の第２の流出路の出口と接続され；
前記第２の熱交換手段は前記容器の周囲の前記磁場外にある定位置に配置されて、前記第２の熱交換手段の熱媒体出口は前記第２の熱交換器の第２の流入路の入口と接続され、前記第２の熱交換手段の熱媒体入口は前記第１の熱交換器の第１の流出路の出口と接続され；
前記第１の熱交換手段、前記第１の熱交換器、前記第２の熱交換手段と前記第２の熱交換器とを前記熱媒体が循環する第５の熱媒体循環路が形成される；
請求項１に記載の磁気冷凍装置。
【請求項７】
磁場を発生する磁場発生手段と；
磁場の増減に応じて温度が変化する磁気作業物質と；
前記磁気作業物質に印加される磁場を増減させる磁場増減手段と；
前記磁気作業物質と熱交換を行う熱媒体と；
前記磁気作業物質と前記熱媒体との間で熱交換するように設けられた熱媒体用流路と；
前記熱媒体用流路に接続されて前記熱媒体と熱交換対象との間で熱交換を行う熱交換器とを備え、
前記熱媒体用流路における熱媒体の流動方向が一方向である；
磁気冷凍装置。
【請求項８】
前記磁場発生手段は定位置に固定され；
前記磁場増減手段は前記磁気作業物質を回転させることにより前記磁場発生手段により形成される磁場中に出入りさせる機構である；
請求項７に記載の磁気冷凍装置。
【請求項９】
前記熱媒体用流路は前記回転の中心に対して半径方向成分を持ち、前記磁気作業物質と共に回転する；
請求項８に記載の磁気冷凍装置。
【請求項１０】
前記磁気作業物質および前記熱媒体用流路は自身の中心を軸として回転する容器中に収容され、前記熱媒体が前記磁気作業物質に接触しながら流れるように共に前記容器の中心から放射状に複数形成され；
前記複数の熱媒体用流路はそれぞれ前記容器の半径方向に相互に距離を隔てて開口部として熱媒体出口と熱媒体入口を備え；
前記熱交換器の前記熱媒体用流路との接続部としての第１の流入路入口と第１の流出路出口は前記容器と摺動し且つ前記容器の回転により前記開口部に一致する位置に設けられている；
請求項９に記載の磁気冷凍装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気冷凍装置に関する。詳しくは、磁気熱量効果により温度変化した磁性体と熱交換した熱媒体を介して、冷凍を行う磁気冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ある種の磁気作業物質は磁化或いは消磁の際に大きな温度変化を示す。これは磁気熱量効果と呼ばれており、物理的には磁性体内部の磁気スピンの自由度が磁場によって影響を受け、その結果生じる磁気系のエントロピー変化に起因するものである。これを利用した冷凍機を磁気冷凍装置と呼ぶ。
【０００３】
図１３に、磁気冷凍の原理について説明するための図を示す。図１３では磁気冷凍の原理を一般的な気体冷凍と比較して示す。図１３に磁気冷凍のサイクルをステップａ〜ｄで示し、気体冷凍のサイクルをステップｅ〜ｈで示す。気体冷凍のサイクルでは、断熱圧縮された際には温度が上昇し（ステップｅ）、排熱し（ステップｆ）、断熱膨張した際には温度が降下し（ステップｇ）、吸熱して熱交換対象物を冷却する（ステップｈ）。磁気冷凍のサイクルにおいて、磁気熱量効果を示す磁気作業物質は、断熱磁化された際には温度が上昇し（ステップａ）、排熱し（ステップｂ）、断熱消磁された際には温度が降下し（ステップｃ）、吸熱して熱交換対象物を冷却する（ステップｄ）。このように、気体冷凍では圧縮による温度上昇と膨張による温度降下を利用して、熱の授受を行うことにより冷凍サイクルを形成するのに対し、磁気冷凍では、磁気作業物質を磁化することによる温度上昇、消磁することによる温度降下を利用して、熱の授受を行うことにより冷凍サイクルを形成する。
【０００４】
磁気冷凍装置と気体冷凍装置とを比較した場合、その違いとしては気体冷凍装置では冷凍サイクルを圧力と体積によってコントロールしているのに対し、磁気冷凍装置では磁場で制御していること、気体冷凍装置では冷媒がフロン等のガスであるのに対して、磁気冷凍装置では冷媒の代わりに固体である磁気作業物質を使うことが挙げられる。
【０００５】
磁気作業物質が固体であることにより、磁気作業物質内部の温度は一様に、かつほぼ同時に変化する。また気体冷凍装置に対してエントロピー密度が高くなる。このため磁気冷凍装置の特徴としては、（１）効率が高い、（２）フロンを用いない、（３）圧縮機を用いないので騒音振動が少ないなどの特徴がある。他方、（１）磁気作業物質に蓄えられた高密度の熱量を外部に取り出すための熱交換機構の工夫が必要であり、（２）大きな冷凍能力を得るためには現状の磁気作業物質では超電導磁石による高磁場が必要になる等の短所がある。しかしながら地球温暖化防止のために、フロンを用いない新しい冷凍技術の開発に期待が高まってきた。
【０００６】
図１４に、従来の磁気冷凍装置１３０の構成例を示す。図１４に示す磁気冷凍装置１３０は、４段階の動作によって冷凍サイクルを形成する。なお、冷凍機内部を循環し、熱の伝達を目的として用いる流体を熱媒体と称する。
【０００７】
第１段階では、熱媒体３１の流れを止め、上下に配置された磁気作業物質対３２、３３を上昇させ（第１段階の図に移動方向を矢印で示す）、磁場発生手段３４により発生した磁場の中へ下側の磁気作業物質３３を近づけて磁化し、上側の磁気作業物質３２を遠ざけて消磁する。この結果、下側の磁気作業物質３３は磁化されて温度が上昇し、上側の磁気作業物質３２は消磁されて温度が降下する。
【０００８】
第２段階では、ポンプ３５を運転し、かつ流路操作弁３６を調節し、熱媒体３１の流れの方向（第２段階の図に矢印で示す）を、排熱部３７から消磁されて温度降下した上側の磁気作業物質３２へ、冷却部３８から磁化されて温度上昇した下側の磁気作業物質３３へとし、熱媒体３１と磁気作業物質３２、３３で熱の授受を行う。また、上側の磁気作業物質３２で熱交換して温度降下した熱媒体３１は冷却部３８へ流れて熱交換対象３９を冷却し、下側の磁気作業物質３３で熱交換して温度上昇した熱媒体３１は排熱部へ流れて排熱される。
【０００９】
第３段階では，再び熱媒体３１の流れを止め、第１段階とは逆に磁気作業物質対３２、３３を下降させ（第３段階の図に移動方向を矢印で示す）、磁場発生手段３４により発生した磁場の中へ上側の磁気作業物質３２を近づけて磁化し、下側の磁気作業物質３３を遠ざけて消磁する。この結果、上側の磁気作業物質３２は磁化されて温度が上昇し、下側の磁気作業物質３３は消磁されて温度が降下する。
【００１０】
第４段階では、ポンプ３５を運転し，かつ流路操作弁３６を調節し、熱媒体３１の流れの方向（第４段階の図に矢印で示す）を、第２段階とは逆にして、排熱部３７から消磁されて温度降下した下側の磁気作業物質３３へ、また冷却部３８から磁化されて温度上昇した上側の磁気作業物質３２へとし、熱媒体３１と磁気作業物質３２、３３で熱の授受を行う。また、下側の磁気作業物質３３で熱交換して温度降下した熱媒体３１は冷却部３８へ流れて熱交換対象３９を冷却し、上側の磁気作業物質３２で熱交換して温度上昇した熱媒体３１は排熱部へ流れて排熱される。
【００１１】
これら４段階の作業を１サイクルとして、冷凍サイクルが繰り返される（例えば特許文献１参照）。
【００１２】
この例では、磁気作業物質を磁化、消磁するために磁気作業物質を上下に移動させる機構を使用し、さらに、磁気作業物質内を流れる熱媒体の流れの方向を変える流路切替弁を用いている。この他に、磁気作業物質を磁化、消磁するために磁場発生手段を往復運動させ、さらに、磁気作業物質内を流れる熱媒体の流れの方向を変える流路切替弁を用いる磁気冷凍装置や、磁気作業物質を磁化、消磁するために磁場発生手段をオンオフ制御させ、熱媒体を磁気作業物質内で往復運動させるディスプレーサーを用いて熱交換させる磁気冷凍装置などがあった。
【００１３】
【特許文献１】特開２００２−１０６９９９号公報（段落００２７〜００６０、図１、３など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、従来の磁気冷凍装置では、磁気作業物質内を流れる熱媒体の流れの方向を変える流路切替弁や、磁気作業物質を磁化、消磁するために磁気作業物質を上下に移動させる機構或は磁場発生手段を往復運動させる機構、又は熱媒体を磁気作業物質内で往復運動させるディスプレーサーや磁場発生手段のオンオフの制御などが必要であったため、従来の磁気冷凍装置は、いずれも大掛かりな構成及び複雑な制御技術を必要とし、簡便でコンパクトな構成で、運転中の制御を容易に行える磁気冷凍装置は見当たらない。
【００１５】
本発明は、流路切替弁、磁気作業物質を往復運動させる機構、磁場発生手段を往復運動させる機構、及びディスプレーサーや磁場発生手段のオンオフの制御を無くすことにより、簡素でコンパクトな構成で、運転中の制御も容易な磁気冷凍装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述した課題を解決し，目的を達成するため，請求項１に記載の磁気冷凍装置は、例えば図１に示すように、磁場を発生する磁場発生手段１と、磁場の増減に応じて温度が変化する磁気作業物質２と、磁気作業物質２を担持し、かつ磁気作業物質２を回転させて、磁場発生手段１により形成される磁場中へ出入させる回転手段３と、磁気作業物質２と熱交換を行う熱媒体６と、磁気作業物質２と熱媒体６とが磁気作業物質２の回転中に熱交換するように配置された熱媒体用流路７と、熱媒体用流路７に接続されて熱媒体６と熱交換対象との間で熱交換を行う熱交換器１２（１２−１、１２−２）とを備える。
【００１７】
このように構成すると、所定の位置に担持された磁気作業物質を回転運動させて、磁場中に出入させて磁気作業物質の温度を変化させることにより、また、熱媒体用流路の回転運動により熱媒体の循環を生じさせることにより、従来の磁気冷凍装置では必要であった、流路切替弁、磁気作業物質を往復運動させる機構、磁場発生手段を往復運動させる機構、及びディスプレーサーを不要とし、また、磁場発生手段のオンオフ制御を無くしたことにより、簡素でコンパクトな構成で、運転中の制御も容易で、低コストの磁気冷凍装置を提供できる。
【００１８】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の磁気冷凍装置において、例えば図３に示すように、熱媒体用流路７は回転の中心４に対して半径方向成分を持ち、前記磁気作業物質２と共に回転運動すると共に、熱媒体６が熱媒体用流路７内を半径方向外側へ流れるように構成される。このように構成すると、回転による遠心力を利用して半径方向外側へ流れる熱媒体６の流れを作ることができ、熱媒体を流動させるためのポンプなどの必要ない簡便な構成の磁気冷凍装置を提供できる。
【００１９】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の磁気冷凍装置において、例えば図３に示すように、回転手段は、磁気作業物質２及び熱媒体用流路７を搭載する容器３であって、容器３を回転することにより、磁気作業物質２及び熱媒体用流路７が回転するように構成され、容器３中に、回転の中心４から複数個の磁気作業物質２が放射状に配置され、複数個の熱媒体用流路７は、それぞれ磁気作業物質２に接して形成され、回転による遠心力を利用して、熱媒体６が熱媒体用流路７内を磁気作業物質２と接触して流れる。なお、熱媒体用流路が磁気作業物質に接して形成される構成は、熱媒体用流路が磁気作業物質を挟んで形成されても良く、磁気作業物質を内包して形成されても良く、磁気作業物質の内部を貫通して形成されても良い。このように構成すると、熱媒体が磁気作業物質に接触しながら流れ、磁気作業物質と熱媒体間で効率の良い熱交換ができる磁気冷凍装置を提供できる。
【００２０】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の磁気冷凍装置において、例えば図１に示すように、熱交換器１２として第１の熱交換器１２−１と第２の熱交換器１２−２を有し、容器３に近接して設けられ、第１の熱交換器１２−１に連なり熱媒体６が流れる第１の流入路１３−１の入口１５−１と第１の流出路１４−１の出口１６−１を有する第１の当て板１１−１を定位置に備え（図４参照）、第１の流入路１３−１の入口１５−１と第１の流出路１４−１の出口１６−１が磁場中に設けられ、容器３の回転中に、磁場中にあるいずれかの熱媒体用流路７−１（以下、第１の熱媒体用流路という。）の熱媒体出口１０と熱媒体入口９がそれぞれ第１の流入路１３−１の入口１５−１と第１の流出路１４−１の出口１６−１に重なったときに、第１の熱媒体用流路７−１、第１の流入路１３−１、第１の熱交換器１２−１と第１の流出路１４−１を熱媒体６が循環する第１の熱媒体循環路が形成され、容器３に近接して設けられ、第２の熱交換器１２−２に連なり熱媒体６が流れる第２の流入路１３−２の入口１５−２と第２の流出路１４−２の出口１６−２を有する第２の当て板１１−２を定位置に備え、第２の流入路１３−２の入口１５−２と第２の流出路１４−２の出口１６−２が磁場外に設けられ、容器３の回転中に、磁場外にあるいずれかの熱媒体用流路７−２（以下、第２の熱媒体用流路という。）の熱媒体出口１０と熱媒体入口９（図３参照）がそれぞれ第２の流入路１３−２の入口１５−２と第２の流出路１４−２の出口１６−２に重なったときに、第２の熱媒体用流路７−２、第２の流入路１３−２、第２の熱交換器１２−２と第２の流出路１４−２を熱媒体６が循環する第２の熱媒体循環路が形成される。このように構成すると、熱媒体用流路７と熱交換器１２を連ねる熱媒体６の循環路で、周期的に定量ずつ熱媒体６を循環させる循環路を実現できる。
【００２１】
また、請求項５に記載発明は、請求項３に記載の磁気冷凍装置において、例えば図６に示すように、熱交換器１２として第１の熱交換器１２−１と第２の熱交換器１２−２を有し、容器３の回転中に、磁場中にあるいずれかの熱媒体用流路７−３（以下、第３の熱媒体用流路という。）から、容器３の外周から溢れた熱媒体６を回収する第１の受皿１７−１を定位置に備え、第１の熱交換器１２−１に連なり熱媒体６が流れる第１の流入路１３−１の入口１５−１と第１の流出路１４−１の出口１６−１を磁場中に設け、第３の熱媒体用流路７−３、第１の受皿１７−１、第１の流入路１３−１、第１の熱交換器１２−１と第１の流出路１４−１を熱媒体６が循環する第３の熱媒体循環路が形成され、容器３の回転中に、磁場外にあるいずれかの熱媒体用流路７−４（以下、第４の熱媒体用流路という。）から、容器３の外周から溢れた熱媒体６を回収する第２の受皿１７−２を定位置に備え、第２の熱交換器１２−２に連なり熱媒体６が流れる第２の流入路１３−２の入口１５−２と第２の流出路１４−２の出口１６−２を磁場外に設け、第４の熱媒体用流路７−４、第２の受皿１７−２、第２の流入路１３−２、第２の熱交換器１２−２と第２の流出路１４−２を熱媒体６が循環する第４の熱媒体循環路が形成される。このように構成すると、熱媒体用流路７と熱交換器１２を連ねる熱媒体６の循環路で、連続的に循環できる循環路を実現できる。
【００２２】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の磁気冷凍装置において、例えば図７に示すように、熱交換器１２として第１の熱交換器１２−１と第２の熱交換器１２−２を有し、熱媒体用流路として第１の熱交換手段２６−１と第２の熱交換手段２６−２とを有し、第１の熱交換手段２６−１は容器３の周囲の磁場中にある定位置に配置されて、第１の熱交換手段２６−１の熱媒体出口１０は第１の熱交換器１２−１の第１の流入路１３−１の入口１５−１と接続され、第１の熱交換手段２６−１の熱媒体入口９は第２の熱交換器１２−２の第２の流出路１４−２の出口１６−２と接続され、第２の熱交換手段２６−２は容器３の周囲の磁場外にある定位置に配置されて、第２の熱交換手段２６−２の熱媒体出口１０は第２の熱交換器１２−２の第２の流入路１３−２の入口１５−２と接続され、第２の熱交換手段２６−２の熱媒体入口９は第１の熱交換器１２−１の第１の流出路１４−１の出口１６−１と接続され、第１の熱交換手段２６−１、第１の熱交換器１２−１、第２の熱交換手段２６−２と第２の熱交換器１２−２とを熱媒体６が循環する第５の熱媒体循環路が形成される。このように構成すると熱媒体用流路と熱交換器１２を連ねる熱媒体６の循環路で、ポンプ１９を用いて、効率よく連続的に循環できる循環路を実現できる。
【００２３】
また、請求項７に記載の磁気冷凍装置は、例えば図１に示すように、磁場を発生する磁場発生手段１と、磁場の増減に応じて温度が変化する磁気作業物質２と、磁気作業物質２に印加される磁場を増減させる磁場増減手段と、磁気作業物質２と熱交換を行う熱媒体６と、磁気作業物質２と熱媒体６との間で熱交換するように設けられた熱媒体用流路７と、熱媒体用流路７に接続されて熱媒体６と熱交換対象との間で熱交換を行う熱交換器１２（１２−１、１２−２）とを備え、熱媒体用流路７における熱媒体６の流動方向が一方向である。ここにおいて、流動方向が一方向とは、逆方向の流れがないことをいい、間歇的に一方向に流れる場合を含むものとする。このように構成すると、熱媒体６の流動方向を一方向にしているので、流路切替弁や流路切替スイッチを不要とし、簡素でコンパクトな構成で、運転中の制御も容易で、低コストの磁気冷凍装置を提供できる。
【００２４】
また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の磁気冷凍装置において、例えば図１に示すように、磁場発生手段１は定位置に固定され、磁場増減手段は磁気作業物質２を回転させることにより磁場発生手段１により形成される磁場中に出入りさせる機構である。このように構成すると、磁気作業物質２の回転手段３をもって磁気作業物質２を磁場中に出入りさせる機構として機能させることにより、断熱磁化、断熱消磁でき、磁気冷凍装置を小型軽量にできる。
【００２５】
また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の磁気冷凍装置において、例えば図３に示すように、熱媒体用流路７は回転の中心４に対して半径方向成分を持ち、磁気作業物質２と共に回転する。このように構成すると、回転を利用して半径方向外側へ流れる熱媒体６の流れを形成でき、熱媒体を流動させるためのポンプなどの必要ない簡便な構成の磁気冷凍装置を提供できる。
【００２６】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の磁気冷凍装置において、例えば図３、図４に示すように、磁気作業物質２および熱媒体用流路７は自身の中心を軸４として回転する容器３中に収容され、熱媒体６が磁気作業物質２に接触しながら流れるように共に容器３の中心から放射状に複数形成され、複数の熱媒体用流路７はそれぞれ容器３の半径方向に相互に距離を隔てて開口部として熱媒体出口１０と熱媒体入口９を備え、熱交換器１２の熱媒体用流路７との接続部として流入路入口１５（１５−１、１５−２）と流出路出口１６（１６−１、１６−２）は容器３と摺動し且つ容器３の回転により開口部に一致する位置に設けられている。このように構成すると、熱媒体用流路７と熱交換器１２を連ねる熱媒体６の循環路で、周期的に定量ずつ熱媒体６を循環させる循環路を実現できる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、磁気作業物質を回転運動させて、磁場中を出入させることにより、従来の磁気冷凍装置では必要であった、流路切替弁、磁気作業物質を往復運動させる機構、磁場発生手段を往復運動させる機構、及びディスプレーサーを不要とし、また、磁場発生手段のオンオフ制御を無くしたことにより、簡素でコンパクトな構成で、運転中の制御も容易で、低コストの磁気冷凍装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に図面に基き、本発明の実施の形態について説明する。
【００２９】
図１に本発明の第１の実施の形態における磁気冷凍装置１００の構成例を示す。図１（ａ）は全体図、図１（ｂ）は熱媒体流路の部分拡大図である。図において、１は磁場を発生する磁場発生手段であり、例えば、永久磁石、電磁石、超電導マグネットなどの強力な磁場を発生する磁石が使用され、定位置に固定されている。２は磁気作業物質（（ｂ）参照）で、磁場の増減に応じて温度が変化する。すなわち、磁気作業物質は磁気熱量効果を示し、磁化した際には温度が上昇し、消磁した際には温度が降下する。３は磁気作業物質を搭載する容器としての磁気作業物質ドラム（以下、ドラムという。）である。ドラム３は、この場合磁気作業物質２を担持しかつ磁気作業物質２を回転させて、磁場発生手段１により形成される磁場中へ出入りさせる回転手段として機能する。磁気作業物質２としては、例えばガドリニウム系磁性材料が用いられる。ドラム３は例えば非磁性であって熱伝導性が低い金属やプラスチックなどの非磁性材料で製作される。なお、容器の形状は円筒型に限られず、例えば円盤型であっても良い。図１（ｂ）は熱媒体流路７内を、熱媒体６が磁気作業物質２に接して矢印の向きに（ドラム３の半径方向に）流れる様子を示す。
【００３０】
図２にドラム３内の磁気作業物質２の配置例を示す。図２（ａ１）、（ａ２）には支持部材５を用いる場合のドラム３の上面側から見た配置と、そのＡ−Ａ断面を、図２（ｂ１）、（ｂ２）には支持部材５を用いない場合のドラム３の上面側から見た配置と、そのＢ−Ｂ断面を示す。ドラム３は、図示しない原動機等により駆動され、ドラム３の中心に位置する回転軸４の周りに回転可能に形成されている。ドラム３内部には、ドラム３の中心から複数の板状の磁気作業物質２が半径方向に放射状に配設されている。図２（ｂ１）、（ｂ２）に示すように、磁気作業物質２を回転軸４に接触させて配設しても良く、図２（ａ１）、（ａ２）に示すように、回転軸４と磁気作業物質２の間に、磁気作業物質２を支持する支持部材５を介在させて配設しても良い。磁気作業物質２はドラム３に固定され、ドラム３と共に回転する。なお、複数の磁気作業物質２は相互に熱的に絶縁されていることが望ましいが、図２（ｂ１）、（ｂ２）に示すように、隣接した磁気作業物質２同士が軸への取付け部でも接触しない程度の太さを回転軸４に持たせることで、隣接した磁気作業物質２間の熱伝導による熱損失を防ぐことができる。また、原動機等としては、例えば、３相誘導電動機や直流ブラシレス電動機等を使用できる。
【００３１】
ここで図１に戻り、磁気冷凍装置１００の説明を続ける。磁場発生手段１の磁極は、ドラム３のおよそ手前側半分を挟むように定位置に固定され、磁場発生手段１が発生する磁場は、ドラム３のほぼ手前側半分に印加される。すなわち、ドラム３のほぼ手前側半分が磁場中にあり、ほぼ奥側半分が磁場外にある。例えば、ドラム３は矢印の向き（反時計回り）に回転すると、磁場外にある磁気作業物質２ａ、２ｂ、…、２ｎ（図２参照）は、順次磁場中に入り、さらに回転すると、順次磁場外に出て来る。磁気作業物質２ａ、２ｂ、…、２ｎは磁場中に入ったときに断熱磁化されて温度上昇し、磁場外に出たときに断熱消磁されて温度降下する。回転を継続することにより、磁気作業物質２ａ、２ｂ、…、２ｎは、磁場発生手段１が発生する磁場に周期的に出入りし、温度上昇と温度降下を繰り返す。
このように、磁気作業物質２に印加される磁場を増減させる磁場増減手段は、磁気作業物質２を回転させて磁場発生手段１により形成される磁場中へ出入させる機構であり、回転手段であるドラム３とドラム３を駆動する図示しない原動機とにより構成される。
【００３２】
図３はドラム３内の構成を概念的に示す図である。板状の磁気作業物質２は、ドラム３に固定され、回転軸４の回りに回転可能である。磁気作業物質２に接触して熱媒体６が流れる熱媒体用流路７が形成され、ドラム３が回転すると、遠心力によりドラム３の中心から外周方向へ、熱媒体６が熱媒体用流路７内を磁気作業物質２の両側を、磁気作業物質２に接触して流れ、磁気作業物質２と熱媒体６が熱交換する。すなわち遠心作用によりドラム３の外周側の熱媒体の静圧が，中心側よりも高くなる現象を熱媒体６の移送の手段として用いている。ここにおいて、熱媒体用流路７は回転の中心４に対して半径方向成分を持ち、磁気作業物質２と共に回転運動すると共に、熱媒体６が熱媒体用流路７内を半径方向外側へ流れるように構成されている。また、熱媒体６としては熱伝達係数の大きい媒体が好ましい。水、アルコール系などの液体が好ましいが、遠心力が利用できる程度の密度を有する気体であっても良い。
【００３３】
図３は、ドラム３内に板状の磁気作業物質２が４枚中心軸に対象に配置されている例を示す。磁気作業物質２に接触する４本の熱媒体用流路７（１枚の磁気作業物質２を２個の熱媒体用流路７で挟んだ構成としてもよいが、本実施の形態では便宜上、１枚の磁気作業物質２に対応した熱媒体流路７をまとめて１本と数える。また、図３において簡略のため、破断面下の３つの熱媒体用流路７は、磁気作業物質２、熱媒体６とまとめて表示する。）が形成されており、ドラム３の上下両面８において、各熱媒体用流路７の半径方向両端、すなわち中心側の端と外周側の端に当たる位置に開口部として熱媒体入口９と熱媒体出口１０が設けられている。これらの熱媒体入口９、熱媒体出口１０も磁気ドラム３と共に、回転軸４の回りに回転する。熱媒体用流路７が磁気作業物質２に接して形成される構成は、熱媒体用流路７が磁気作業物質２を挟んで形成されても良く、磁気作業物質２を内包して形成されても良く、磁気作業物質２の内部を貫通して形成されても良い。熱媒体６が磁気作業物質２に接触しながら流れることにより、磁気作業物質２と熱媒体６間で効率の良い熱交換ができる。また、磁気作業物質２の形状は、板状矩形に限られず、固体であれば、中心側で薄く外周側で厚い扇型であっても良く、多孔質にして孔中を熱媒体が流れるようにしても良い。
【００３４】
図４にドラム３への熱交換器１２の配置例を示す。ドラム３内には、図３に示す各熱媒体用流路７が設けられている。ドラム３の上下両面８に近接して当て板１１（１１−１、１１−２）が定位置に設けられ、当て板１１−１には、熱交換器１２−１の熱媒体用流路７に対する接続部として、熱交換器１２−１に連なる熱媒体６の流入路１３−１の入口１５−１と流出路１４−１の出口１６−１が形成されている。また、当て板１１−２には、熱交換器１２−２の熱媒体用流路７に対する接続部として、熱交換器１２−２に連なる熱媒体６の流入路１３−２の入口１５−２と流出路１４−２の出口１６−２が形成されている（図４では記載を省略）。なお、当て板１１の素材は非磁性であって熱伝導性が低いものが望ましく、非磁性の金属の他、非磁性のプラスチックなどでも良い。ここに近接とは、ドラム３が固定された当て板１１の近くでスムースに回転し、かつ熱媒体６がドラム３と当て板１１の隙間から外部に漏れないように、または、複数の熱媒体流路７間を熱媒体６が移動しないようにドラムの上下面８や熱媒体入口９、熱媒体出口１０、又は当て板１１などを構成可能な距離を言う。また、当て板１１とドラムの上下両面８との間の熱媒体入口９、熱媒体出口１０の周囲に、例えば、ゴム等の弾性材料を用いて摺動させることにより熱媒体６の漏洩防止構造を構成しても良い。
【００３５】
当て板１１は定位置に固定されており、したがって流入路の入口１５（１５−１，１５−２）、流出路の出口１６（１６−１，１６−２）は定位置にある。他方、熱媒体用流路７がドラム３の回転に伴って円周方向に移動するとき、熱媒体入口９、熱媒体出口１０も同時に円周方向に移動する。そして、熱媒体入口９と流出路の出口１６の位置及び開口部の開口寸法が合致し、熱媒体出口１０と流入路の入口１５の位置及び開口部の開口寸法が合致するように、また、回転中に、熱媒体入口９と流出路の出口１６の位置が合致したときに、同時に、熱媒体出口１０と流入路の入口１５の位置も合致するように、当て板１１に流入路の入口１５と流出路の出口１６が形成される。なお、各入口と出口の開口部の開口寸法が完全に合致しなくても良く、例えば、流出路の出口１６や流入路の入口１５がそれぞれ熱媒体入口９、熱媒体出口１０よりも円周方向寸法が長くても良く、熱媒体入口９と流出路の出口１６間及び熱媒体出口１０と流入路の入口１５間で開口部の位置が合致し、熱媒体６が同時に流れる流路ができれば良い。
【００３６】
そして、ドラム３の回転中に、熱媒体入口９と流出路の出口１６（１６−１，１６−２）の位置が合致し、熱媒体出口１０と流入路の入口１５（１５−１，１５−２）の位置が合致したときに、熱媒体用流路７−熱媒体出口１０−流入路の入口１５−流入路１３（１３−１，１３−２）―熱交換器１２（１２−１，１２−２）−流出路１４（１４−１，１４−２）−流出路の出口１６−熱媒体入口９−熱媒体用流路７からなる熱媒体６の循環路が形成され、熱媒体６は回転による遠心力の作用により、上記の順序で循環路中を循環する。
【００３７】
図３のように熱媒体用流路７が４本あれば、１回転中に４回循環路が形成され、熱媒体用流路７がＮ本あれば、１回転中にＮ回循環路が形成されることになる。
【００３８】
ここで、再度、図１を参照する。磁場発生手段１は磁気作業物質２を搭載したドラム３を挟んで設けられ、ドラム３のほぼ手前側半分に磁場が印加される。すなわち、ドラム３のほぼ手前側半分が磁場中に入り、磁気作業物質２が磁化される。この領域を磁化側Ｍ１ということとする。また、ドラム３のほぼ奥側半分が磁場外になり、磁気作業物質２が消磁される。この領域を消磁側Ｍ２ということとする。
【００３９】
本実施の形態による磁気冷凍装置１００は、第１の熱交換器１２−１としての排熱側熱交換器、第２の熱交換器１２−２としての冷却側熱交換器と２つの熱交換器１２を備える。これらの熱交換器として、例えばフィンチューブ式、シェルチューブ式、プレート式の熱交換器を使用できる。
【００４０】
排熱側熱交換器１２−１は、第１の流入路１３−１と第１の流出路１４−１を介して第１の当て板１１−１に接続される。第１の流入路の入口１５−１及び第１の流出路の出口１６−１は磁場中、すなわち磁化側Ｍ１にある。
【００４１】
ドラム３の回転中に、熱媒体入口９と第１の流出路の出口１６−１の位置が合致し、熱媒体出口１０と第１の流入路の入口１５−１の位置も合致したときに、熱媒体用流路７−第１の流入路の入口１５−１−第１の流入路１３−１−排熱側熱交換器（第１の熱交換器）１２−１―第１の流出路１４−１−第１の流出路の出口１６−１−熱媒体用流路７からなる第１の熱媒体循環路としての排熱用循環路が形成され、このとき、熱媒体用流路７及び磁気作業物質２は磁場中にあるので、磁気作業物質２の温度は上昇しており、熱媒体用流路７内で熱媒体６は磁気作業物質２により温度上昇し、この温度上昇した熱媒体６が排熱側熱交換器１２−１に導かれて、第１の熱交換対象を暖める。第１の熱交換対象は、例えば他の熱媒体でも良く、空気であって、実質的には空中に排熱されても良い。
【００４２】
他方、冷却側熱交換器１２−２は、第２の流入路１３−２と第２の流出路１４−２を介して第２の当て板１１−２に接続される。第２の流入路の入口１５−２及び第２の流出路の出口１６−２は磁場外、すなわち消磁側Ｍ２にある。
【００４３】
ドラム３の回転中に、熱媒体入口９と第２の流出路の出口１６−２の位置が合致し、熱媒体出口１０と第２の流入路の入口１５−２の位置も合致したときに、熱媒体用流路７−第２の流入路の入口１５−２−第２の流入路１３−２−冷却側熱交換器（第２の熱交換器）１２−２−第２の流出路１４−２−第２の流出路の出口１６−２−熱媒体用流路７からなる第２の熱媒体循環路としての冷却用循環路が形成され、このとき、熱媒体用流路７及び磁気作業物質２は磁場外にあるので、磁気作業物質２の温度は降下しており、熱媒体用流路７内で熱媒体６は磁気作業物質２により温度降下し、この温度降下した熱媒体６が冷却側熱交換器１２−２に導かれて、第２の熱交換対象を冷却する。第２の熱交換対象は、例えば他の熱媒体でも良く、食品などの冷却対象物でも良い。
【００４４】
図１では、当て板１１−１と当て板１１−２とは、ドラム３の反対側の側面に近接して設けられ（図４参照）、排熱側熱交換器１２−１の第１の流入路の入口１５−１、第１の流出路の出口１６−１は冷却側熱交換器１２−２の第２の流入路の入口１５−２、第２の流出路の出口１６−２と回転軸４に対して対象位置に設けられている。したがって、１つの熱媒体用通路７に関しては、排熱用循環路が形成されてから、ドラム３が１８０度回転すると冷却用循環路が形成され、さらに１８０度回転すると排熱用循環路が形成され、このように１８０度回転する毎に、排熱用循環路と冷却用循環路が交互に形成される。
【００４５】
他方、１つの熱媒体用通路７−１について排熱用循環路が形成されているとき、当該熱媒体用通路７−１に関して回転軸４に対して対象位置に設けられている他の熱媒体通路７−２については冷却用循環路が形成されており、したがって、排熱側熱交換器１２−１で第１の熱交換対象を暖める熱交換と冷却側熱交換器１２−２で第２の熱交換対象を冷却する熱交換が同時に行なわれる。
【００４６】
熱媒体用通路７がＮ本ある場合には、ドラム３が１回転する間に排熱用循環路及び冷却用循環路がそれぞれＮ回形成され、排熱側熱交換器１２−１及び冷却側熱交換器１２−２にそれぞれＮ回新たに温度上昇した熱媒体６、温度降下した熱媒体６が送り込まれる。
【００４７】
図５にドラム３内の構成例を示す。（ａ）は排熱側（排熱用交換器１２−１が接続される第１の当て板１１−１がある側）から見た図、（ｂ）は中心軸を通る断面図、（ｃ）は冷却側（冷却用交換器１２−２が接続される第２の当て板１１−２がある側）から見た図を示す。図５（ａ）、（ｃ）では４本の熱媒体用流路７ａ〜７ｄが設けられており、排熱側から見ると、ドラム３は回転軸４の回りに矢印のように反時計方向に回転し、冷却側から見ると、ドラム３は矢印のように時計方向に回転している。熱媒体用流路７ａ、７ｂは消磁側Ｍ２にあるが、順次磁化側Ｍ１に入り、次いで、順次消磁側Ｍ２に入り、これを繰り返す。熱媒体用流路７ｃ、７ｄは磁化側Ｍ１にあるが、順次消磁側Ｍ２に入り、次いで、順次磁化側Ｍ１に入り、これを繰り返す。
【００４８】
図５（ａ）では、磁場中にある各熱媒体用流路７−１（７ｃ，７ｄ）において、回転軸４とドラム３の半径方向内側に示した破線の間に熱媒体入口９が設けられ、ドラム３の筒部内壁とドラム３の半径方向外側に示した破線の間に熱媒体出口１０が設けられている。そして、排熱側の第１の当て板１１−１には、例えば熱媒体用流路７−１（７ｃ）のある位置で、熱媒体出口１０に合致する位置に第１の流入路の入口１５−１が設けられ、熱媒体入口９に合致する位置に第１の流出路の出口１６−１が設けられており（図４参照）、熱媒体用流路７−１（７ｃ）−第１の流入路の入口１５−１−第１の流入路１３−１−排熱側熱交換器（第１の熱交換器）１２−１―第１の流出路１４−１−第１の流出路の出口１６−１−熱媒体用流路７−１（７ｃ）からなる第１の熱媒体循環路としての排熱用循環路が形成され、熱媒体６が循環する。このとき、遠心力の作用により、熱媒体用流路７−１（７ｃ）内では図５（ｂ）の下半分の矢印のように熱媒体６が流れる。
ドラム３の回転と共に、第１の熱媒体循環路を構成する熱媒体用流路７−１は順次入れ替わる。図では、７ｃ→７ｄ→７ａ→７ｂ→７ｃのようにサイクリックに入れ替わる。
【００４９】
図５（ｃ）でも、磁場外にある各熱媒体用流路７−２（７ａ，７ｂ）において、回転軸４とドラム３の半径内側に示した破線の間に熱媒体入口９が設けられ、ドラム３の筒部内壁とドラム３の半径外側に示した破線の間に熱媒体出口１０が設けられている。そして、冷却側の第２の当て板１１−２には、例えば熱媒体用流路７−２（７ａ）のある位置で、熱媒体出口１０に合致する位置に第２の流入路の入口１５−２が設けられ、熱媒体入口９に合致する位置に第２の流出路の出口１６−２が設けられており、熱媒体用流路７−２（７ａ）−第２の流入路の入口１５−２−第２の流入路１３−２−冷却側熱交換器（第２の熱交換器）１２−２―第２の流出路１４−２―第２の流出路の出口１６−２−熱媒体用流路７−２（７ａ）からなる第２の熱媒体循環路としての冷却用循環路が形成され、熱媒体６が循環する。このとき、遠心力の作用により、熱媒体用流路７−２内では図５（ｂ）の上半分の矢印のように熱媒体６が流れる。
ドラム３の回転と共に、第２の熱媒体循環路を構成する熱媒体用流路７−２は順次入れ替わる。図では、７ａ→７ｂ→７ｃ→７ｄ→７ａのようにサイクリックに入れ替わる。
【００５０】
ドラム３の外周部（円筒部）は隙間なく非磁性金属などで一体的に形成され、上下面において、各熱媒体用流路７ａ〜７ｄの熱媒体入口９と熱媒体出口１０を除いては当て板１１−１又は１１−２との間は、例えばゴム等の弾性材料を用いて全面がシールされている。或いはドラム３の上下面は、各熱媒体用流路７ａ〜７ｄの熱媒体入口９と熱媒体出口１０を除いて非磁性金属などで一体的に成形され、さらに熱媒体入口９と熱媒体出口１０の周辺部のみにゴム等の弾性部材が取り付けられてシールされ、これらいずれのケースにおいても熱媒体６が漏洩しないように形成されている。
【００５１】
このように、本実施の形態における磁気冷凍装置１００は、主として、磁場発生手段１、磁気作業物質２、ドラム３、原動機（図示しない）、熱媒体６、熱媒体用流路７、熱交換器１２とで構成される。磁場発生手段１、原動機及び２つの熱交換器１２、すなわち排熱側熱交換器１２−１及び冷却側熱交換器１２−２は定位置に固定されている。磁気作業物質２に印加される磁場を増減する磁場増減手段は、ドラム３を原動機を用いて回転することにより磁場を増減するようにして構成される。
【００５２】
磁気作業物質２、熱媒体用流路７、熱媒体用流路７を流れる熱媒体６は、ドラム３と共に回転して、熱媒体用流路７内で回転による磁場への出入りにより温度変化した磁気作業物質２と熱媒体６との熱交換が行われ、熱媒体用流路７は熱交換手段としての機能を有する。熱媒体用流路７の熱媒体入口９（中心側）、熱媒体出口１０（外周側）が、ドラム３の側面の固定位置に設けられた当て板１１に開口された流出路の出口１６、流入路の入口１５と合致したときに、２つの熱媒体循環路、すなわち排熱用熱媒体循環路と冷却用熱媒体循環路とが形成され、排熱側熱交換器１２−１及び冷却側熱交換器１２−２で他の熱媒体と熱交換が行われる。
【００５３】
磁気作業物質２は、ドラム３中に回転中心から複数本が放射状に配置され、熱媒体用流路７は磁気作業物質２の両側に接触して形成され、熱媒体６は回転運動による遠心力を利用して、熱媒体循環路が形成されたときに、熱媒体用流路７内を磁気作業物質２と接触しながら、回転中心から外周側へ流れる。ここで、熱媒体用流路７は直線状に限られず、回転の中心４に対して半径方向外向成分を有する部分が回転中心から外周側に連続して形成されても良く、断続的に形成されても良い（即ち熱媒体用流路７が回転中心側から外周側に至る流路の途中において流路の方向が周方向にだけ向いている部分があっても良い）。また、流路の方向が半径方向外向き成分を有する部分の形状は、例えば渦巻き状でも、放物線状でも良い。このように構成すると、ポンプなどの移送手段を用いなくても遠心力を利用して熱媒体６を熱媒体用流路７内を半径方向外側へ流すことができる。
【００５４】
次ぎに、本実施の形態における磁気冷凍装置１００の運転中における、各部の様子を説明する。
【００５５】
熱媒体用流路７内の熱媒体６は、図示しない原動機等によりドラム３が回転されることで回転軸４のまわりに回転される。先ず排熱側について見ると、開口部（各熱媒体用流路７の熱媒体入口９及び熱媒体出口１０）の位置が第１の当て板１１−１の第１の流入路の入口１５−１又は第１の流出路の出口１６−１と合致した時に、熱媒体６は回転軸４のまわりに回転運動しているドラム３の遠心作用により、熱媒体用流路７の半径方向外周側の熱媒体出口１０より排熱側熱交換器（第１の熱交換器）１２−１へ流出すると共に、排熱側熱交換器１２−１内からは熱媒体６がドラム３内の熱媒体用流路７中へ半径方向中心側の熱媒体入口１０から流入する。その際磁気作業物質２に接するように設けられた熱媒体用流路７の寸法や、ドラム３の回転速度等に応じて、熱媒体用流路７内の熱媒体６と、排熱側熱交換器１２−１、第１の流入路１３−１及び第１の流出路１４−１内の熱媒体６とが、ちょうど入替わってしまうように、第１の当て板１１−１の開口部の寸法及び形状を調整することが望ましい。
【００５６】
また、ドラム３において、開口部以外の上下両面はシールされているため、また、開口部の位置が第１の当て板１１−１の第１の流入路の入口１５−１又は第１の流出路の出口１６−１と合致していない熱媒体用流路７は、第１の当て板１１−１で開口部が塞がれるため、これらの位置にある熱媒体用流路７内の熱媒体６は、磁気作業物質２と共にドラム３の回転運動により消磁側Ｍ２へ移動する。
【００５７】
そして、消磁側Ｍ２へ移動した熱媒体６は、消磁側Ｍ２において消磁されて温度降下した磁気作業物質２と熱の授受を行い温度が降下する。その後、開口部（各熱媒体用流路７の熱媒体入口９及び熱媒体出口１０）の位置が第２の当て板１１−２の第２の流入路の入口１５−２又は第２の流出路の出口１６−２と合致した時に、熱媒体６はドラム３の遠心作用により、熱媒体用流路７の半径方向外周側の熱媒体出口１０より冷却側熱交換器（第２の熱交換器）１２−２へ流出すると共に、冷却側熱交換器１２−２内からは熱媒体６がドラム３内の熱媒体用流路７中へ半径方向中心側の熱媒体入口９から流入する。冷却側の第２の当て板１１−２の開口部の寸法・形状については排熱側と同様に、熱媒体用流路７の寸法や、ドラム３の回転速度等に応じて、熱媒体用流路７内の熱媒体６と冷却側熱交換器１２−２、第２の流入路１３−２及び第２の流出路１４−２内の熱媒体６とが、ちょうど入替わってしまうように調整することが望ましい。
【００５８】
ドラム３において開口部以外の上下両面はシールされているため、また、開口部の位置が第２の当て板１１−２の第２の流入路の入口１５−２又は第２の流出路の出口１６−２と合致していない熱媒体用流路７は、第２の当て板１１−２で開口部が塞がれるため、これらの位置にある熱媒体用流路７内の熱媒体６は、磁気作業物質２と共にドラム３の回転運動により磁化側Ｍ１へ移動する。
【００５９】
そして、磁化側Ｍ１へ移動した熱媒体６は、磁化側Ｍ１において磁化されて温度上昇した磁気作業物質２と熱の授受を行い温度が上昇する。その後、開口部（各熱媒体用流路７の熱媒体入口９及び熱媒体出口１０）の位置が第１の当て板１１−１の第１の流入路の入口１５−１又は第１の流出路の出口１６−１と合致した時に、熱媒体６はドラム３の遠心作用により、熱媒体用流路７の半径方向外周側の熱媒体出口１０より排熱側熱交換器（第１の熱交換器）１２−１へ流出すると共に、排熱側熱交換器１２−１内からは熱媒体６がドラム３内の熱媒体用流路７中へ半径方向中心側の熱媒体入口９から流入する。
【００６０】
このように、ドラム３の回転に伴って形成される第１の熱媒体循環路としての排熱用熱媒体循環路を通って、ドラム３の熱媒体用流路７内の熱媒体６と、排熱側熱交換器１２−１、第１の流入路１３−１及び第１の流出路１４−１内の熱媒体６とが入れ替わる。また、ドラム３の回転に伴って形成される第２の熱媒体循環路としての冷却用熱媒体循環路を通って、ドラム３の熱媒体用流路７内の熱媒体６と、冷却側熱交換器１２−２、第２の流入路１３−２及び流出路１４−２内の熱媒体６とが入れ替わる。
【００６１】
このように本実施の形態では，ドラム３の回転中に、熱媒体用流路７の熱媒体入口９、熱媒体出口１０の位置が、それぞれ熱交換器１２の流入路出口１６、流出路入口１５の位置と合致し、熱媒体用流路７と熱交換器１２とが互いに連通するある一定の時間のみ間歇的に熱媒体６の移送が行われる。
【００６２】
本実施の形態における磁気冷凍装置は、熱媒体６の移送にドラム３の回転に基く遠心力を利用しているので、従来の磁気冷凍装置と比較して、流路切替弁、磁気作業物質を往復運動させる機構、磁場発生手段を往復運動させる機構、ディスプレーサー等の磁気作業物質内を流れる熱媒体の流れの方向を変える手段、及びポンプ等の熱媒体移送手段を使用しない。また、磁場発生手段のオンオフ制御手段などを必要としない。また、磁気冷凍装置の運転中に駆動される部分がドラム３のみであり、簡素な構造にでき、ドラム３は定常で一方向に回転運動をしており、さらに熱媒体の流れ方向が一方向である。なお、流動方向が一方向とは、逆方向の流れがないことをいい、間歇的に一方向に流れる場合を含むものとする。これらのことより、複雑な制御を一切必要としない。このため、磁気冷凍装置全体の簡素化、低コスト化、及び運転時における操作の簡略化を図ることが可能になる。すなわち、簡素でコンパクトな構成で、運転中の制御も容易で、低コストの磁気冷凍装置を提供できる。
【００６３】
図６に本発明の第２の実施に形態における磁気冷凍装置１１０の構成例を示す。図６において、第１の実施の形態と同じ機能を呈する部分には同一の符号を付して説明を省略する。磁場発生手段１、磁気作業物質２、原動機等（図示しない）、熱媒体６、熱交換器１２は第１の実施の形態と同じである。図６（ａ）は装置構成の概略を示す断面図、図６（ｂ）は上から見た熱媒体用流路７（７−３，７−４）の配置を示す図である。
【００６４】
図６（ａ）に示すように、ドラム３、熱媒体用流路７の熱媒体入口９及び熱媒体出口１０が第１の実施の形態と異なる。当て板１１は存在せず、ドラム３の上面８に熱媒体入口９及び熱媒体出口１０が設けられ（下面には設けられない）、ドラム３の下に熱媒体出口１０から溢出する熱媒体６を受ける受皿１７（１７−１，１７−２）が設けられる。受皿１７は定位置に固定して設けられる。ドラム３の外周側の上側が開けられ、ドラム３の回転運動による遠心力の作用により、熱媒体６が熱媒体用流路７内を中心側から外周側に流れ、外周側から熱媒体６が溢れ出るように構成されている。
【００６５】
図６（ｂ）に示すように、回転中心側では、例えば、隣接する熱媒体流路７間を仕切り、かつ隣接する熱媒体流路７間に隙間ができないように熱媒体流路７を並べて配置し、磁化側Ｍ１及び消磁側Ｍ２において、それぞれ熱交換器１２を通って戻った熱媒体６が、複数の熱媒体流路７に注がれるように構成される。熱媒体流路７において、戻った熱媒体６が熱媒体流路７に注がれる部分が熱媒体入口９に該当し、熱媒体６が外周側から溢れ出る部分が熱媒体出口１０に該当する。
【００６６】
磁化側Ｍ１にある第３の熱媒体用流路７−３において、磁化されて温度上昇した磁気作業物質２と熱の伝授を行い温度が上昇した熱媒体６は、ドラム３の磁化側Ｍ１の熱媒体出口１０から溢出し、磁化側Ｍ１の定位置にある第１の受皿１７−１に収納される。また、消磁側Ｍ２にある第４の熱媒体用流路７−４において、消磁されて温度降下した磁気作業物質２と熱の伝授を行い温度が降下した熱媒体６は、消磁側Ｍ２の熱媒体出口１０から溢出し、消磁側Ｍ２の定位置にある第２の受皿１７−２に収納される。第１の受皿１７−１に収納された熱媒体６は、第１の流入路１３−１から排熱側熱交換器（第１の熱交換器）１２−１に送られ、第１の熱交換対象を暖め、第１の流出路１４−１から熱媒体入口９を介して、磁化側Ｍ１にある第３の熱媒体用流路７−３に戻される。また、冷却側受皿１７−２に収納された熱媒体６は、第２の流入路１３−２から冷却側熱交換器（第２の熱交換器）１２−２に送られ、第２の熱交換対象を冷却し、第２の流出路１４−２から熱媒体入口９を介して、消磁側Ｍ２にある第４の熱媒体用流路７−４に戻される。なお、図６において、１５−１、１５−２はそれぞれ磁化側Ｍ１、消磁側Ｍ２にある第１の流入路の入口、第２の流入路の入口としての受皿１７−１、１７−２のドレインであり、１６−１、１６−２はそれぞれ磁化側Ｍ１、消磁側Ｍ２にある第１の流出路の出口、第２の流出路の出口としての熱媒体６の注ぎ口である。なお、ドラム３の外周部において、第１の受皿１７−１と第２の受皿１７−２の間の隙間では、熱媒体６が熱媒体出口１０から溢出しないように、ドラム３の上に閉止カバー１８が固定されている。
【００６７】
また、磁化側Ｍ１にある複数本の流路が第３の熱媒体用流路７−３に該当し、これら複数本の流路７−３の熱媒体出口１０から溢出した熱媒体６が第１の受皿１７−１に収容され、排熱側熱交換器１２−１を通った後、磁化側Ｍ１にある第１の流出路の出口１６−１から、これら複数本の流路７−３に熱媒体入口９を通して注がれる。また、消磁側Ｍ２にある複数本の流路が第４の熱媒体用流路７−４に該当し、これら複数本の流路７−４の熱媒体出口１０から溢出した熱媒体６が第２の受皿１７−２に収容され、冷却側熱交換器１２−２を通った後、消磁側Ｍ２にある第２の流出路の出口１６−２から、これら複数本の流路７−４に熱媒体入口９を通して注がれる。
【００６８】
これにより、第３の熱媒体用流路７−３−熱媒体出口１０−第１の受皿１７−１−第１の流入路の入口１５−１−第１の流入路１３−１−第１の熱交換器１２−１−第１の流出路１４−１−第１の流出路の出口１６−１−熱媒体入口９−第３の熱媒体用流路７−３を熱媒体６が循環する第３の熱媒体循環路が形成され、第４の熱媒体用流路７−４−熱媒体出口１０−第２の受皿１７−２−第１の流入路の入口１５−２−第２の流入路１３−２−第２の熱交換器１２−２−第２の流出路１４−２−第２の流出路の出口１６−２−熱媒体入口９−第４の熱媒体用流路７−４を熱媒体６が循環する第４の熱媒体循環路が形成される。なお、熱媒体６を熱交換器１２（１２−１，１２−２）に送り、熱媒体用流路７（７−３，７−４）に戻すためにポンプ等の移送手段（図示しない）を用いても良い。
【００６９】
本実施の形態における磁気冷凍装置１１０は、流路切替弁、磁気作業物質を往復運動させる機構、磁場発生手段を往復運動させる機構、ディスプレーサー等の磁気作業物質内を流れる熱媒体の流れの方向を変える手段、磁場発生手段のオンオフ制御手段などを必要としない。また、磁気冷凍装置の運転中に駆動される部分がドラム３のみであり、簡素な構造にでき、ドラム３は定常で一方向に回転運動をしており、さらに流体の流れ方向が一方向である。これらのことより、複雑な制御を一切必要としない。このため、簡素でコンパクトな構成で、運転中の制御も容易で、低コストの磁気冷凍装置を提供できる。
【００７０】
図７に本発明の第３の実施の形態における磁気冷凍装置１２０の構成例を示す。図７において、第１の実施の形態と同じ機能を呈する部分には同一の符号を付して説明を省略する。磁場発生手段１、磁気作業物質２、原動機等（図示しない）、熱媒体６、熱交換器１２は第１の実施の形態と同じである。ドラム３、熱交換手段（第１の実施の形態では熱媒体用流路７に該当）が第１の実施の形態と異なる。また、ドラム３に熱媒体６が出入する開口部がなく、当て板１１も存在しない。
【００７１】
本実施の形態では、ドラム３の外周部（円筒部）において、ドラム３の外周部に接し、かつ相対的に摺動可能なように周辺固定部分２１（２１−１，２１−２）が定位置に固定して配置され、この周辺固定部分２１に固定されて熱媒体用流路７としての熱交換手段２６（２６−１，２６−２）が固定配管され、その配管中を熱媒体６が流れる。熱交換器１２として第１の熱交換器１２−１と第２の熱交換器１２−２を有し、熱交換手段２６として第１の熱交換手段２６−１と第２の熱交換手段２６−２とを有する。
【００７２】
排熱側熱交換器（第１の熱交換器）１２−１への第１の流入路１３−１がドラム３の磁化側Ｍ１にある第１の周辺固定部分２１−１に配管された第１の熱交換手段２６−１の熱媒体出口１０に、排熱側熱交換器１２−１からの第１の流出路１４−１がドラム３の消磁側Ｍ２にある第２の周辺固定部分２１−２に配管された第２の熱交換手段２６−２の熱媒体入口９（図の裏側）に接続され、冷却用熱交換器（第２の熱交換器）１２−２への第２の流入路１３−２がドラム３の消磁側Ｍ２にある第２の周辺固定部分２１−２に配管された冷却側熱交換手段２６−２の熱媒体出口１０に、冷却側熱交換器１２−２からの第２の流出路１４−２がドラム３の磁化側Ｍ１にある第１の周辺固定部分２１−１に配管された排熱側熱交換手段２６−１の熱媒体入口９（図の裏側）に接続される。
【００７３】
これにより、排熱側熱交換器（第１の熱交換器）１２−１−第１の流出路１４−１−熱媒体入口９−第２の熱交換手段２６−２−熱媒体出口１０−第２の流入路１３−２−冷却側熱交換器（第２の熱交換器）１２−２−第２の流出路１４−２−熱媒体入口９−第１の熱交換手段２６−１−熱媒体出口１０−第１の流入路１３−１−排熱側熱交換器（第１の熱交換器）１２−１からなる第５の熱媒体循環路が形成される。第５の熱媒体循環路は定位置にある。また、ポンプ等の熱媒体移送手段１９が排熱側熱交換器１２−１への流入路１３−１の途中に挿入される。なお熱媒体移送手段１９は、上記の位置に限られず、排熱側熱交換器１２−１、第２の熱交換手段２６−２、冷却側熱交換器１２−２、第１の熱交換手段２６−１を連結する第５の熱媒体循環路のどこに挿入しても良い。
【００７４】
ドラム３内の磁気作業物質２は回転運動をすることにより，周期的に消磁側Ｍ２と磁化側Ｍ１の移動を繰り返すため，常に消磁側Ｍ２の磁気作業物質２は低温になり、磁化側Ｍ１の磁気作業物質２は高温になる。熱媒体６は、排熱側熱交換器１２−１から、第２の熱交換手段２６−２に入り、消磁されて温度降下した磁気作業物質２と熱の授受を行い温度が降下する。次に、熱媒体６は冷却側熱交換器１２−２を通過し、このとき熱交換対象を冷却した後、第１の熱交換手段２６−１に入り、磁化されて温度上昇した磁気作業物質２と熱の授受を行い温度が上昇する。そして再び排熱側熱交換器１２−１に入り、このとき熱交換対象を暖める。以上の動作が繰り返され、磁気冷凍が行われる。ここで熱媒体６と磁気作業物質２との熱の授受は、第１の熱交換手段２６−１及び第２の熱交換手段２６−２において熱伝導又は／及び熱輻射により行なわれる。
【００７５】
また、周辺固定部分２１（２１−１，２１−２）に熱交換手段２６（２６−１，２６−２）が取り付けられる場合には、熱媒体６と磁気作業物質２との熱の授受は両者の間にドラム３の外周部と周辺固定部分２１を介したうえで、熱交換手段２６により行われる。前述のように熱交換手段２６は周辺固定部分２１に固定されて配管されており、ドラム３は回転するのであるから、ドラム３の外周部と熱交換手段２６、周辺固定部分２１とは相対的に摺動することになり、この摺動面を介してドラム３中の磁気作業物質２と熱媒体６とが熱伝導又は／及び熱輻射により熱交換するのである。また、熱交換手段２６と周辺固定部分２１が一体的に構成される場合には、熱交換手段２６が直接にドラム３の表面と接触し、摺動する。なお、第１の実施の形態のように遠心力を利用していないので、熱媒体６の循環の駆動はポンプ１９によって行われる。
【００７６】
図８及び図９に第３の実施の形態における具体的な配管位置の例を示す。図８（ａ１）、（ｂ１）、図９（ｃ１）、（ｄ１）にドラム３の上面側から見た配管位置を、図８（ａ２）、（ｂ２）、図９（ｃ２）、（ｄ２）にそれぞれの断面（Ａ−Ａ〜Ｄ−Ｄ断面）を示す。図８（ａ１）、（ａ２）の例では、ドラム３の上下両面が周辺固定部分２２（２２−１，２２−２）であり、磁化側Ｍ１に配置された第１の熱交換手段２７−１、消磁側Ｍ２に配置された第２の熱交換手段２７−２が共に、上面及び下面にまたがって、磁化側Ｍ１の第１の固定部分２２−１、消磁側Ｍ２の第２の固定部分２２−２に外接して配管されている。配管は平行する複数の直線配管を端部で接続して形成される（端部の接続部分は省略して図示している）。なお、この場合、ドラム３の上下面８と固定部分２２とは互に摺動することになる。
【００７７】
図８（ｂ１）、（ｂ２）の例では、ドラム３の外周部（円筒部）に周辺固定部分２３（２３−１，２３−２）があり、磁化側Ｍ１に配置された第１の熱交換手段２８−１、消磁側Ｍ２に配置された第２の熱交換手段２８−２が共に、磁化側Ｍ１の第１の固定部分２３−１、消磁側Ｍ２の第２の固定部分２３−２に外接して配管されている。配管は例えば図７のように同じ半径の複数の半円配管を端部で接続して形成される（図８においては端部の接続部分は省略して図示している）。なお、この場合、ドラム３の外周部（円筒面）と固定部分２３とは互に摺動することになる。
【００７８】
図９（ｃ１）、（ｃ２）の例では、回転手段としての、磁気作業物質を搭載するドラムは存在せず、回転軸４及び回転軸４に取り付けられて磁気作業物質２を支持する支持部材５（図示されない）が回転手段として機能する。ドラムの上下両面に代わってその位置に周辺固定部分２４（２４−１，２４−２）が固定的に配置され、磁化側Ｍ１に配置された第１の熱交換手段２９−１、消磁側Ｍ２に配置された第２の熱交換手段２９−２が共に、上面側及び下面側にまたがって、磁化側Ｍ１の第１の固定部分２４−１、消磁側Ｍ２の第２の固定部分２４−２に内接して配管されている。配管は複数の同心の半円配管を端部で接続して形成される（端部の接続部分は省略して図示している）。なお、この場合、磁気作業物質２と固定部分２４、熱交換手段２９（２９−１，２９−２）とは互に摺動することになる。また磁気作業物質２と熱媒体６との間の熱の授受は、主として磁気作業物質２と熱交換手段２９との接触を介して行われる。
【００７９】
図９（ｄ１）、（ｄ２）の例では、回転手段としての、磁気作業物質を搭載するドラムは存在せず、回転軸４及び回転軸４に取り付けられて磁気作業物質２を支持する支持部材５（図示されない）が回転手段として機能する。ドラムの外周部（円筒部）に代わってその位置に周辺固定部分２５（２５−１，２５−２）が固定的に配置され、磁化側Ｍ１に配置された第１の熱交換手段３０−１、消磁側Ｍ２に配置された第２の熱交換手段３０−２がそれぞれ、磁化側Ｍ１の第１の固定部分２５−１、消磁側Ｍ２の第２の固定部分２５−２に内接して配管されている。配管は例えば図７のように同じ半径の複数の半円配管を端部で接続して形成される（図９においては端部の接続部分は省略して図示している）。なお、この場合、磁気作業物質２と固定部分２５、熱交換手段３０（３０−１，３０−２）とは互に摺動することになる。また磁気作業物質２と熱媒体６との間の熱の授受は、主として磁気作業物質２と熱交換手段３０との接触を介して行われる。これらの例のように、熱媒体６の流路でもある熱交換手段２６〜３０は、固定部分２１〜２５に外接して配管されていても、内接して配管されていても良い。
【００８０】
また、ドラム３内の板状の磁気作業物質２は、できるだけ多く熱交換手段２９〜３０の配管に接触するように、例えば、配管の凹凸と同じ切り欠きを入れる、中心部で薄く外周側で厚い扇型にするなどの工夫をすることが望ましい。なお、図７、図８、図９に関して、以上の説明では周辺固定部分２１〜２５が存在する場合について説明したが、熱交換手段２６〜３０自体で定位置を保つことができれば周辺固定部分２１〜２５は無くても良い。また、以上の説明では支持部材５で磁気作業物質２を支持する場合を説明したが、回転軸４が磁気作業物質２を支持しても良い。
【００８１】
本実施の形態では、熱媒体移送手段１９を用いて熱媒体６の移送は連続的に行われる。なお図７においてはドラム３に近接して配置された熱交換手段２６の位置は、ドラム３とは独立して定位置に固定されている。また本実施の形態では、磁場増減はドラム３等の回転手段の回転によって行っており、回転手段及び回転手段を回転する図示しない原動機等が磁場増減手段を兼ねている。
【００８２】
本実施の形態における磁気冷凍装置は、流路切替弁、磁気作業物質を往復運動させる機構、磁場発生手段を往復運動させる機構、ディスプレーサー等の磁気作業物質内を流れる熱媒体の流れの方向を変える手段及び磁場発生手段のオンオフ制御手段などを必要としない。また、磁気冷凍装置の運転中に駆動される部分がドラム３及び熱媒体移送手段１９のみであり、簡素な構造にでき、ドラム３は定常で一方向に回転運動をしており、さらに流体の流れ方向が一方向である。これらのことより、複雑な制御を一切必要としない。このため、簡素でコンパクトな構成で、運転中の制御も容易で、低コストの磁気冷凍装置を提供できる。
【００８３】
次に本発明による磁気冷凍装置を冷蔵庫に応用した例を説明する。第４の実施の形態として、本発明の第３の実施形態の磁気冷凍装置１２０を用いた冷蔵庫の例を説明する。
【００８４】
図１０に本発明の第４の実施形態における冷蔵庫の例の斜視図を示す。この冷蔵庫５１は外形が直方体状に形成されており、内部に冷蔵室６２と機械室５９を有する（図１１参照）。５２は冷蔵室扉、６０は機械室扉であり、７８−１、７８−２はそれぞれ冷蔵室扉５２の取っ手、機械室扉６０の取っ手である。５７は排熱窓、７７は吸気窓である。
【００８５】
図１１は、図１０の冷蔵庫５１の内部構成の例を示す斜視図である。図１１（ａ）は全体図、図１１（ｂ）は外壁の部分拡大図である。冷蔵室６２と機械室５９とは仕切壁５８によって区画され、それぞれの室には手前に冷蔵室扉５２、機械室扉６０を有する（図１０参照）。また外部は外装板５３により覆われている。冷蔵室６２は周囲を内装板５４により囲まれると共に断熱材５５を内装板５４と外装板５３の間に有し、外部との熱の授受を防止している。また冷蔵庫５１の底面にはベースプレート６１を有している。本冷蔵庫５１では電動機７１，ポンプ６７（図７の熱媒体移送手段１９に相当）、送風ファン７４などの駆動部は図示しない商用電源をエネルギー源としている。
【００８６】
なお冷蔵庫５１で、機械室５９の外気と接する側面には外装板５３に開口部として排熱窓５７と吸気窓７７とを有する。機械室５９内で排熱窓５７の近傍には後述する排熱用熱交換器６８（図７の１２−１相当）を設置する。吸気窓７７と排熱窓５７とにより外気を機械室５９内に流通させることにより、冷蔵室６２内へ侵入した熱を冷蔵庫５１の外部へ、ファン７４を用いて又は外気の循環により排出させる。この冷蔵庫５１では、冷蔵室６２の冷却手段として本発明の磁気冷凍装置１２０（第３の実施形態）を用いているので、図７も参照しながら説明する。磁場発生手段１に相当する構成として、略直方体形状の２個一対の永久磁石７０が磁気作業物質ドラム３の両面に近接し、且つドラム３の両面及び２個の永久磁石７０のドラム３に対向する両面がそれぞれ平行になるように配設されている。２個一対の永久磁石７０は磁石固定架台７５により定位置に固定され磁石固定架台７５は冷蔵庫機械室５９の側板に固定される。
【００８７】
永久磁石７０の取り付け位置は例えばシムなどを利用することで微調整が可能である。前記ドラム３は、回転軸４をカップリング７２により可変速電動機７１の駆動軸と連結されて回転駆動される。可変速電動機７１は電動機取付架台７３によりベースプレート６１に固定されている。冷蔵庫５１においては、ドラム３及び熱交換手段２８（２８−１，２８−２）として、図８（ｂ１）及び（ｂ２）に示す形態のものが用いられている。即ち、ドラム３内の磁気作業物質２の配置及び熱媒体６と磁気作業物質２との間の熱交換手段２８の態様は、図８（ｂ１）及び（ｂ２）で示すとおりであって、熱交換手段２８として示されている複数の配管は、（図示しないが）それらの端部において相互に接続され、熱交換手段２８への熱媒体６の流入部及び熱交換手段２８からの熱媒体６の流出部においては、それぞれ一本の配管に統合され、熱媒体配管６６に接続されている。熱媒体配管６６は図７の流入路１３−１，１３−２及び流出路１４−１，１４−２に相当するものであり、熱媒体配管６６中を熱媒体６が流れる。
熱媒体移送用ポンプ６７は図７の熱媒体移送手段１９に相当するもので、遠心羽根車とそれを回転駆動する可変速電動機を有する構造を備え、例えばボルト等によりベースプレート６１に固定される。
【００８８】
排熱用熱交換器６８及び冷却用熱交換器６９（それぞれ図７の１２−１及び１２−２に相当）は、フィン・チューブ式熱交換器であり、それぞれ送風ファン７４を備えて、熱媒体６と外気並びに熱媒体６と冷蔵室６２内空気との熱交換を促進するようにしている。
またこの冷蔵庫５１は、冷蔵室６２内部にその室内温度を検出する温度センサ７６を有している。温度センサ７６により検出された温度の信号は図示しない信号ケーブルを経由して、図示しない温度コントローラへ伝達される。温度コントローラには予め目標とすべき冷蔵室室内温度指令値が入力されており、温度コントローラ内部で検出された温度の信号値と比較され、その偏差量に基づいて温度コントローラは磁気冷凍装置１２０の冷凍能力を調整する。
【００８９】
例えば、現在の運転状態よりも冷凍能力の増大が必要な場合は、温度コントローラは可変速電動機７１及び熱媒体移送用ポンプ６７に対して回転速度を上昇するような信号をそれぞれ独立に出力する。これによりドラム３の回転速度が上昇するから、磁気作業物質２の単位時間あたりの磁化、消磁回数が増加するので冷凍能力が増大する。そしてドラム３で増加した冷凍能力を適切に冷凍負荷において作用させる即ち冷凍能力の増大効果を発揮させるため、熱媒体６の単位時間あたりの循環量を増大するように構成している。またこの場合、排熱用熱交換器６８及び冷却用熱交換器６９において、共に伝熱負荷が増大するため、これらの熱交換器６８，６９における伝熱量を増大（伝熱を促進）させるように、それぞれの熱交換器６８，６９の送風ファン７４の回転速度を増加させ風量の増大を図ることが好ましい。
【００９０】
なお上記においては、磁場発生手段ｌに相当する構成として、２個一対の永久磁石７０を用いた場合において冷凍能力の増大が必要となった場合の対応について説明した。この場合は永久磁石７０によって形成される磁場の強さ（磁束密度）が一定であるため、磁気作業物質２が磁場に出入りすることにより発生する温度差は一定である。よって、熱媒体６が熱交換手段２８−１及び２８−２を通過する間に変化する温度差（熱交換手段２８−１及び２８−２の入口と出口との間での熱媒体６の温度の差）には自ずと限界があるので冷凍能力の増大の要求に対しては、ドラム３の回転速度の上昇並びに熱媒体６の流量増加によって対応した例を示したが、別の例として、磁場発生手段１を電磁石で構成した場合を考えると、磁場の強さ（磁束密度）は電磁石に印加する電圧を上昇することで増強することが出来、結果として磁気作業物質２が磁場へ出入りすることにより発生する温度差を増大できる。従って熱交換手段２８−１及び２８−２の出入口における熱媒体６の温度差も増大できる。このため排熱用熱交換器６８においては、外気と熱媒体６との温度差が大きくなるので、ドラム３の回転速度が一定であり、熱媒体６の単位時間あたりの循環量が一定であっても外気への放熱量を増大でき、一方冷却用熱交換器６９においては冷蔵室６２内空気と熱媒体６との温度差が大きくなるので、ドラム３の回転速度が一定であり熱媒体６の単位時間あたりの循環量が一定であっても冷蔵室６２内空気からの吸熱量を増大できる。従ってこの方法を用いればドラム３の回転速度及び熱媒体６の単位時間あたりの循環量をそれぞれ一定としても熱媒体の温度差を大とすることにより熱負荷側にいっそう多量の熱の移送ができることとなるので、ドラム３の回転速度や熱媒体６の循環量を増加する必要はない。なおこの場合であっても、それぞれの熱交換器６８，６９の送風ファン７４の回転速度は上昇させるほうが好ましい。
【００９１】
次に熱媒体６の循環経路内における動きを追いながら、熱媒体の作用を温度変化も含めて説明する。
【００９２】
図１２は熱媒体６の温度変化の様子を、その存在する場所に対して模式的に表わした図である。熱媒体６は、磁化側（Ｍｌ側）に配置された熱交換手段２８−１を通過して熱媒体移送用ポンプ６７に流入し、そして熱媒体移送用ポンプ６７から吐出される熱媒体６は磁化により温度上昇した磁気作業物質２により加熱され、温度が高い状態にあり、そのまま熱媒体用配管６６を通って排熱用熱交換器６８に至る（（イ）の状態）。排熱用熱交換器６８を通過する間に熱媒体６は、外気により冷却されて熱交換器６８出口に至る（（ロ）の状態）。次に熱媒体用配管６６を経由して消磁側（Ｍ２側）熱交換手段２８−２人口に至る（（ハ）の状態）。ここで熱媒体６は消磁され温度の低下した磁気作業物質２と熱交換し、温度が低下して該熱交換手段２８−２出口に至る（（ニ）の状態）。次にまた熱媒体用配管６６を経由して冷却用熱交換器６９の入口に至る（（ホ）の状態）。熱交換器６９内で熱媒体６は冷蔵室６２内の空気を冷却し、即ち冷蔵室６２内の空気により暖められ熱交換器６９の出口に至る（（ヘ）の状態）。
【００９３】
熱媒体６は再び熱媒体用配管６６を経由して、ドラム３の磁化側（Ｍｌ側）熱交換手段２８−１の入口に至る（（ト）の状態）。熱交換手段２８−１に入った熱媒体６は、磁化により温度上昇した磁気作業物質２と熱交換することにより加熱され前記熱交換手段２８−１の出口に至る（（チ）の状態）。ここから熱媒体６は再び熱媒体用通路６６を通って熱媒体移送用ポンプ６７に流入し、ポンプ６７から吐出されて排熱側熱交換器６８の入口に至る。このときの熱媒体６の温度は図１２の（イ）の状態である。以降同様にサイクルを繰り返す事により、低温度の冷蔵室６２内の熱を高温度の外気に汲み上げ放熱することにより、冷蔵室６２内を低温度に保持する。なお、本実施の形態における熱交換器６８、６９の入口、出口は図７における熱交換器１２（１２−１、１２−２）と流入路１３（１３−１、１３−２）、流出路１４（１４−１、１４−２）の接続部に相当する。
【００９４】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は以上の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、実施の形態に種々の変更を加えられることは明白である。
【００９５】
例えば、第１の実施の形態では、排熱側熱交換器と冷却側熱交換器への流入路の入口及び流出路の出口は異なる当て板（１１−１及び１１−２）に形成したが、同じ当て板に形成しても良い。即ち排熱側熱交換器及び冷却側熱交換器への流入路及び流出路を共に同一の当て板に配設しても良い。また、当て板はドラムの上下面でなく、外周部に設けても良い。また、第３の実施の形態では、熱媒体循環路が１つの場合を説明したが、排熱側と冷却側に分けて２つの熱媒体循環路を設けても良い。また、例えば、本実施の形態では、磁気作業物質を収納する回転手段としての容器としてドラムを使用する例を説明したが、容器の形状は円筒状に限定されず、例えば円盤状でも、角柱状でも良い。また、回転手段は容器に限られず、磁気作業物質を担持して回転させ、磁場中へ出入させるものであれば良い。また、磁気作業物質に接するように形成する熱媒体用流路の形状も矩形に限定されず、扇型でも良い。また、本明細書では磁気冷凍装置について冷凍機能を重視して説明したが、これらの磁気冷凍装置の排熱を暖房その他加熱用途に利用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明は、構成が簡素で運転中の制御も容易な磁気冷凍装置を提供できるので、例えば冷蔵庫、冷凍庫、エアコンディショナーなどへの応用ができる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の第１の実施の形態における磁気冷凍装置の構成例を示す図である。
【図２】ドラム内の磁気作業物質の配置例を示す図である。
【図３】ドラム内の構成を概念的に示す図である。
【図４】ドラムへの熱交換器の配置例を示す図である。
【図５】ドラム内の構成例を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態における磁気冷凍装置の構成例を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態における磁気冷凍装置の構成例を示す図である。
【図８】第３の実施の形態における具体的な配管位置の例を示す図である。
【図９】第３の実施の形態における具体的な配管位置の例を示す図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態における冷蔵庫の斜視図である。
【図１１】図１０の冷蔵庫の内部構成を示す斜視図である。
【図１２】熱媒体の温度変化を存在場所に対して模式的に表わした図である。
【図１３】磁気冷凍の原理を説明するための図である。
【図１４】従来の磁気冷凍装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００９８】
１    磁場発生手段
２、２ａ〜２ｎ  磁気作業物質
３    磁気作業物質ドラム（回転手段、容器）
４    回転軸
５    支持部材
６    熱媒体
７、７−１〜７−４、７ａ〜７ｄ  熱媒体用流路
８    ドラムの上面、下面
９    熱媒体入口
１０  熱媒体出口
１１、１１−１、１１−２  当て板
１２、１２−１、１２−２  熱交換器
１３、１３−１、１３−２  流入路
１４、１４−１、１４−２  流出路
１５、１５−１、１５−２  流入路の入口
１６、１６−１、１６−２  流出路の出口
１７、１７−１、１７−２  受皿
１８  閉止カバー
１９  熱媒体移送手段
２１〜２５、２１−１〜２５−１、２１−２〜２５−２  ドラムの周辺固定部分
２６〜３０、２６−１〜３０−１、２６−２〜３０−２  熱交換手段
３１  熱媒体
３２、３３  磁気作業物質
３４  磁場発生手段
３５  ポンプ
３６  流路操作弁
３７  排熱部
３８  冷却部
３９  熱交換対象
５１  冷蔵庫
５２  冷蔵室扉
５３  外装板
５４  内装板
５５  断熱材
５７  排熱窓
５８  仕切壁
５９  機械室
６０  機械室扉
６１  ベースプレート
６２  冷蔵室
６６  熱媒体配管（１３−１，１３−２，１４−１，１４−２に相当）
６７  熱媒体移送用ポンプ（１９に相当）
６８  排熱用熱交換器（１２−１に相当）
６９  冷却用熱交換器（１２−２に相当）
７０  永久磁石（１に相当）
７１  可変速電動機（ドラム回転駆動用）
７２  カップリング
７３  電動機取付架台
７４  送風ファン
７５  磁石固定架台
７６  温度センサ
７７  吸気窓
７８−１、７８−２  取っ手（把手）
１００、１１０、１２０、１３０  磁気冷凍装置
Ｍ１  磁化側
Ｍ２  消磁側
【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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