(57)【要約】【課題】板状磁気作業体の積層を容易に行なうことができる磁気作業体ユニット及びこれを使用した磁気ヒートポンプ装置を提供する。【解決手段】磁気作業体ユニット２６Ａ〜２６Ｄは、熱媒体が通過する流路を形成する矩形ダクト２７Ａ〜２７Ｄの対向内面間に、前記熱媒体の通流方向から見てジグザグ形状に積層された複数の板状磁気作業体２８を備えている。この磁気作業体ユニット２６Ａ〜２６Ｄに対して励磁及び消磁を交互に行なうことにより、磁気ヒートポンプ装置を構成する。【選択図】図３
2018151119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体が通過する流路を形成する矩形ダクトの対向内面間に、前記熱媒体の通流方向から見てジグザグ形状に積層された複数の板状磁気作業体を備えていることを特徴とする磁気作業体ユニット。
【請求項２】
前記板状磁気作業体は、前記熱媒体の通流方向に延長する波状の折り曲げ部を有することを特徴とする請求項１に記載の磁気作業体ユニット。
【請求項３】
前記板状磁気作業体は、前記矩形ダクトの対向内面に接触する一端側に間隔規制片が折り曲げ形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気作業体ユニット。
【請求項４】
熱媒体が通流される請求項１から３の何れか一項に記載の磁気作業体ユニットと、
該磁気作業体ユニットの磁気作業体に印加される磁場の大きさを変更する磁場変更機構と、
前記磁気作業体ユニットの高温端及び低温端間で前記熱媒体を移動させる熱媒体移動機構と、
前記高温端側の前記熱媒体を放熱させる放熱側熱交換器と、
前記低温端側の前記熱媒体に吸熱させる吸熱側熱交換器と
を備えたことを特徴とする磁気ヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気熱量効果を有する板状磁気作業体ユニット及びこれを使用した磁気ヒートポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フロン等の気体媒体を使用した従来の蒸気圧縮冷凍装置に代わり、磁気作業物質が励磁と消磁の際に大きな温度変化を生じさせる性質である磁気熱量効果を利用した磁気ヒートポンプ装置が近年注目されている。
この磁気ヒートポンプ装置では、液媒体の通流路に磁気作業物質を配置し、磁気熱量効果で熱媒体と熱交換するようにしている。従来は、磁気作業物質を粒状に成形し、粒状の磁気作業物質を筒状ケース内に収納し、この筒状ケース内に液媒体を流通させるようにしている。
このように、磁気作業物質を粒状に成形した場合には、液媒体との接触面積を増やすことができる反面、熱媒体の流路抵抗が大きくなり、効率の良い熱交換を行なうことができないという課題がある。
このため、熱媒体の流路抵抗を低減するために、特許文献１及び２に記載された磁気作業体が提案されている。
【０００３】
特許文献１では、磁気作業物質を断面で多数のブレードを櫛歯状に整列させた２つのモジュールを、一方のモジュールブレード間に他方のモジュールのブレードが挿入されるように互い違いに組み合わせて、ブレード間に形成される隙間に熱媒体を通過させるようにしている。
また、特許文献２では、粉末原料を用いて溶融急冷法により薄帯体を形成し、４枚積層して板状の積層体を形成し、この積層体に対して切断、研削、研磨などを行なって主たる面に０．１ｍｍの深さで奥行きに延びる溝を形成した材料片を制作し、この材料片を加熱し、水素を吸収させた材料片を積層してマイクロチャネルとなる熱交換器を製造するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１５−５２４９０８号公報
【特許文献２】特開２０１４−４４００３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載の従来例にあっては、２種類の複数のブレードを有する２種類のモジュールを押出成型によって一体成型するので、ブレードの枚数や厚み等を変更する場合には一々押出成型金型を形成する必要があり、任意のブレード枚数のモジュールを低コストで容易に形成することができないという未解決の課題がある。
また、上記特許文献２に記載の従来例にあっては、４枚の薄帯体を積層して積層体を形成し、この積層体に対して、両側面側を残して切断、研削，研磨を行なって熱媒体流路となる溝を形成して材料片を形成し、この材料片を積層することにより、マイクロチャネルとなる熱交換器を製造するので、製造工程が複雑となるとともに、切断、研削及び研磨という機械加工を伴うので、材料片を容易に形成することができないという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記特許文献１及び２に記載された従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、磁気作業物質で形成された板状体を、隙間を開けながら容易に積層することが可能な磁気作業体ユニット及びこれを使用した磁気ヒートポンプ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る磁気作業体ユニットの一態様は、熱媒体が通過する流路を形成する矩形ダクトの対向内面間に、当該対向内面の間距離より長い磁気作業物質で形成された複数の板状体を、前記熱媒体の通流方向から見てジグザグ形状に積層している。
また、本発明に係る磁気ヒートポンプ装置の一態様は、熱媒体が通流される上述した磁気作業体ユニットと、該磁気作業体ユニットの磁気作業体に印加される磁場の大きさを変更する磁場変更機構と、前記磁気作業体ユニットの高温端及び低温端間で前記熱媒体を移動させる熱媒体移動機構と、前記高温端側の前記熱媒体を放熱させる放熱側熱交換器と、前記低温端側の前記熱媒体に吸熱させる吸熱側熱交換器とを備えている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一態様によれば、矩形ダクト内に、磁気作業物質で形成された複数の板状体を熱媒体の通流方向から見てジグザグ状に積層することで、熱媒体流路を備えた磁気作業体ユニットを容易に形成することができる。
また、上記構成を有する磁気作業体ユニットを組み込むことにより、簡易な構成の磁気ヒートポンプ装置を容易に製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る磁気ヒートポンプ装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１のヒートポンプ本体を示す断面図である。
【図３】図１の磁気作業体ユニットを示す断面図である。
【図４】図３の板状磁気作業体を示す斜視図である。
【図５】磁気作業物質の温度とエントロピー変化との関係を示す特性線図である。
【図６】温度変化が飽和した状態における磁気作業体の高温端と低温端の温度を示す特線図である。
【図７】本発明に係る磁気作業体ユニットの第２の実施形態を示す斜視図である。
【図８】図７の板状磁気作業体を示す斜視図である。
【図９】板状磁気作業体の変形例を示す断面図である。
【図１０】ヒートポンプ本体の変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、図面を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
また、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００１０】
〔第１の実施形態〕
まず、本発明の一の態様を表す磁気ヒートポンプ装置の一実施形態について説明する。
〔磁気ヒートポンプ装置の構成〕
磁気ヒートポンプ装置１０は、図１に示すように、ヒートポンプ本体１１と、高温側切換弁１２と、放熱側熱交換器１３と、ヒータ１４と、循環ポンプ１５と、低温側切換弁１６と、吸熱側熱交換器１７とを備えている。
【００１１】
ヒートポンプ本体１１は、ヒートポンプ用ＡＭＲ（Ａｃｔｉｖｅ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｏｒ）を構成するものである。このヒートポンプ本体１１は、図２に示すように、図示しないサーボモータに減速機を介して連結されて一方向に回転駆動される回転軸２１と、この回転軸２１に所定間隔を保って固定された磁気ヨーク上下一対の支持円板２２及び２３とを備えている。
支持円板２２の支持円板２３との対向面には、外周縁側に１８０°の間隔で、直方体状の永久磁石２４Ａ及び２４Ｂが接線方向に延長して配置されている。同様に、支持円板２３の支持円板２２との対向面には、直方体状の永久磁石２５Ａ及び２５Ｂが永久磁石２４Ａ及び２４Ｂと対向するように配置されている。
【００１２】
ここで、永久磁石２４Ａは支持円板２２側が例えばＳ極、永久磁石２５Ａと対向する面がＮ極に着磁されている。永久磁石２４Ｂは支持円板２２側がＮ極、永久磁石２５Ｂと対向する面がＳ極となるように着磁されている。永久磁石２５Ａは、永久磁石２４Ａとの対向面がＳ極、支持円板２３側がＮ極となるように着磁されている。永久磁石２５Ｂは、永久磁石２４Ｂとの対向面がＮ極、支持円板２３側がＳ極となるように着磁されている。
したがって、永久磁石２４ＡのＮ極→永久磁石２５ＡのＳ極→支持円板２３→永久磁石２５ＢのＳ極及びＮ極→永久磁石２４ＢのＳ極及びＮ極→支持円板２２→永久磁石２４ＡのＳ極に至る磁路が形成される。
【００１３】
支持円板２２及び２３間には、永久磁石２４Ａ及び２４Ｂの回転軌跡と、永久磁石２５Ａ及び２５Ｂの回転軌跡との間に円周方向で反時計方向に０°及び１８０°の位置と、９０°及び２７０°の位置とに計４つの磁気作業体ユニット２６Ａ及び２６Ｂ、２６Ｃ及び２６Ｄが固定配置されている。これら磁気作業体ユニット２６Ａ〜２６Ｄは、磁気作業体ユニット２６Ａが例えば永久磁石２４Ａ及び２５Ａ（又は２４Ｂ及び２５Ｂ）に対向し、磁気作業体ユニット２６Ｂが永久磁石２４Ｂ及び２５Ｂ（又は２４Ａ及び２５Ａ）に対向している励磁状態となっているときに、磁気作業体ユニット２６Ｃ及び２６Ｄは永久磁石２４Ａ，２４Ｂ及び２５Ａ，２５Ｂとは対向しない消磁状態となっている。
【００１４】
磁気作業体ユニット２６Ａ〜２６Ｄのそれぞれは、断面矩形の中空形状を有する４つの矩形ダクト２７Ａ〜２７Ｄと、これら矩形ダクト２７Ａ〜２７Ｄ内に軸方向から見てジグザグ状に積層された複数の板状磁気作業体２８とで構成されている。
矩形ダクト２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ及び２７Ｄのそれぞれは、断熱性の高い樹脂材料で形成されている。これにより、後述する磁気熱量効果を有する板状磁気作業体の外部への熱損失を低減させ、長手方向への伝熱を防いでいる。各矩形ダクト２７Ａ〜２７Ｄは、図３に示すように、上端を開放した有底角筒部２７ａと、この有底角筒部２７ａの上端を閉塞する蓋部２７ｂとで構成されている。各矩形ダクト２７Ａ〜２７Ｄの長さは及び幅は永久磁石２４Ａ，２４Ｂ及び２５Ａ，２５Ｂの長さ及び幅と等しく設定されているが、必ずしも両者を一致させる必要はない。
【００１５】
矩形ダクト２７Ａの長手方向の高温端２９Ｈには、例えば水でなる熱媒体が通る２本の高温側配管ＰＨ１１及びＰＨ１２が連結され、長手方向の低温端２９Ｌには、水でなる熱媒体が通る２本の低温側配管ＰＬ１１及びＰＬ１２が連結されている。
矩形ダクト２７Ｂの長手方向の高温端２９Ｈには、例えば水でなる熱媒体が通る２本の高温側配管ＰＨ２１及びＰＨ２２が連結され、長手方向の低温端２９Ｌには、水でなる熱媒体が通る２本の低温側配管ＰＬ２１及びＰＬ２２が連結されている。
矩形ダクト２７Ｃの長手方向の高温端２９Ｈには、例えば水でなる熱媒体が通る２本の高温側配管ＰＨ３１及びＰＨ３２が連結され、長手方向の低温端２９Ｌには、水でなる熱媒体が通る２本の低温側配管ＰＬ３１及びＰＬ３２が連結されている。
矩形ダクト２７Ｄの長手方向の高温端２９Ｈには、例えば水でなる熱媒体が通る２本の高温側配管ＰＨ４１及びＰＨ４２が連結され、長手方向の低温端２９Ｌには、水でなる熱媒体が通る２本の低温側配管ＰＬ４１及びＰＬ４２が連結されている。
【００１６】
複数の板状磁気作業体２８は、励磁と消磁の際に大きな温度変化を生じさせる性質である磁気熱量効果を発揮する磁気作業物質で厚さ１ｍｍ程度の平板状に形成されている。各板状磁気作業体２８は、長さが各矩形ダクト２７Ａ〜２７Ｄの内側長さと等しく設定され、幅が矩形ダクト２７Ａ〜２７Ｄの内側幅より長く設定されている。このため各板状磁気作業体２８を各矩形ダクト２７Ａ〜２７Ｄ内に配置したときに、板状磁気作業体２８の幅方向両端が矩形ダクト２７Ａ〜２７Ｄの内側面に接触した状態で、断面で見て右下がり又は左下がりに傾斜した状態で配置される。
【００１７】
各磁気作業体ユニット２６Ａ〜２６Ｄを構成するには、矩形ダクト２７Ａを代表として説明する。先ず、矩形ダクト２７Ａの蓋部２７ｂを取り外した状態で、図３に示すように、例えば下面板２７ｃ及び左側面板２７ｄが接合する左下角部に、板状磁気作業体２８の一方の幅方向の左端２８ａを接触させ、この接触状態を維持しながら、幅方向の右端２８ｂを矩形ダクト２７Ａの右側面板２７ｅに接触させる。
このときに、板状磁気作業体２８の幅が矩形ダクト２７Ａの左側面板２７ｄ及び右側面板２７ｅの内面間幅より長く設定されているので、板状磁気作業体２８の幅方向の右端２８ｂが右側面板２７ｅの内面に接触した状態で、板状磁気作業体２８が図３で見て右上がりに傾斜して配置される。
【００１８】
次いで、次の板状磁気作業体２８の幅方向の右端２８ｂを既に配置した板状磁気作業体２８の右端２８ｂ及び矩形ダクト２７Ａの右側面板２７ｅに接触させた状態で、左端２８ａを矩形ダクト２７Ａの左側面板２７ｄに接触させる。これにより、板状磁気作業体２８が図３で見て左上がりに傾斜して配置される。このため、上下２枚の板状磁気作業体２８で二等辺三角形状の熱媒体通路が形成される。
以上の作業を順次繰り返すことにより、矩形ダクト２７Ａ内に複数の板状磁気作業体２８を順次ジグザグ状に積層することができ、矩形ダクト２７Ａの有底角筒部２７ａの上端まで板状磁気作業体２８を積層したら有底角筒部２７ａの上部を蓋部２７ｂで閉塞し、この蓋部２７ｂを有底角筒部２７ａに固定することにより、磁気作業体ユニット２６Ａを構成することができる。
【００１９】
このとき、矩形ダクト２７Ａ内には、板状磁気作業体２８を位置決めする部材を設ける必要がなく、単に板状磁気作業体２８を順次積層するだけでよいので、磁気作業体ユニット２６Ａを容易且つ低生産コストで製作することができる。
また、板状磁気作業体３１は、図４に示すように、長手方向に高い磁気熱量効果を発揮する温度帯が異なる複数例えば第１磁気作業物質ＭＭ１、第２磁気作業物質ＭＭ２及び第３磁気作業物質ＭＭ３の３つの磁気作業物質を例えば温度帯が順に高くなるように配列して構成することが好ましい。一例として、３つの磁気作業物質ＭＭ１〜ＭＭ３として、温度Ｔとエントロピー変化（−ΔＳ）〔Ｊ／ｋｇ・Ｋ〕との関係が、図５に表されるものが選択されている。
【００２０】
すなわち、第１磁気作業物質ＭＭ１は図５の特性曲線Ｌ１で示すように、一番低いキュリー点付近の温度Ｔｐ１でエントロピー変化（−ΔＳ）がピークとなる山形特性を有し、第２磁気作業物質ＭＭ２は、図５の特性曲線Ｌ２で示すように、第１磁気作業物質ＭＭ１より高いキュリー点付近の温度Ｔｐ２でエントロピー変化（−ΔＳ）がピークとなる山形特性を有し、第３磁気作業物質ＭＭ３は、第２磁気作業物質ＭＭ２より高いキュリー点付近の温度Ｔｐ３でエントロピー変化（−ΔＳ）がピークとなる山形特性を有するＭｎ系材料又はＬａ系材料が使用されている。
【００２１】
これらＭｎ系材料又はＬａ系材料は、従来使用されていたＧｄ系材料よりも励磁／消磁による磁気エントロピー変化（−ΔＳ）が大きく、吸熱／放熱能力も高い。しかしながら、各材料の高い磁気熱量効果を発揮する稼働温度域（駆動温度スパン）がＧｄ系材料よりも狭いため、単体で使用したのでは常温から必要とする冷凍／放熱（給湯等）温度まで温度変化をさせることができない。
このため、第１磁気作業物質ＭＭ１、第２磁気作業物質ＭＭ２及び第３磁気作業物質ＭＭ３を板状磁気作業体２８の長手方向に並べて配置することにより、必要な温度範囲で高い磁気熱量効果を得ることができる。
なお、磁気作業体ユニット２６Ａ〜２６Ｄは、板状磁気作業体２８を積層したままでもよいが、板状磁気作業体２８を確実に固定する場合には、矩形ダクト２７Ａ〜２７Ｄの左右側面板２７ｄ及び２７ｅに板状磁気作業体２８の幅方向端部をロウ付け等の接合手段で接合する。
【００２２】
高温側切換弁１２は、例えばロータリ弁、電磁弁、ポペット弁等で構成され、ロータ２１の回転に伴って切換制御される。この高温側切換弁１２は、矩形ダクト２７Ａ〜２７Ｄと接続される接続ポート１２Ａ及び１２Ｂと、放熱側熱交換器１３の入口に接続される流出ポート１２Ｃと、循環ポンプ１５の吐出側に接続される流入ポート１２Ｄとを備えている。そして、高温側切換弁１２は、前述したロータ２１の回転に同期して接続ポート１２Ａを流出ポート１２Ｃに連通し、且つ、接続ポート１２Ｂを流入ポート１２Ｄに連通する状態と、接続ポート１２Ａを流入ポート１２Ｄに連通し、且つ、接続ポート１２Ｂを流出ポート１２Ｃに連通する状態とに切り換えられる。
【００２３】
接続ポート１２Ａには、ヒートポンプ本体１１から引き出された各高温側配管ＰＨ１１〜ＰＨ４１が接続され、接続ポート１２Ｂには、ヒートポンプ本体１１から引き出された高温側配管ＰＨ１２〜ＰＨ４２が接続されている。
高温側切換弁１２の流出ポート１２Ｃは、配管４１を介して放熱側熱交換器１３の入口に接続され、この放熱側熱交換器１３の出口は配管４２、この配管４２の途中に配置されたヒータ１４を介して循環ポンプ１５の吸込側に接続されている。そして、この循環ポンプ１５の吐出側が配管４３を介して高温側切換弁１２の流入ポート１２Ｄに接続されて排熱側の循環経路が構成されている。
【００２４】
低温側切換弁１６は、前述した高温側切換弁１２と同様に、例えばロータリ弁、電磁弁、ポペット弁等で構成され、ロータ２１の回転に伴って切換制御される。この低温側切換弁１６は、矩形ダクト２６Ａ〜２６Ｄと接続される接続ポート１６Ａ及び１６Ｂと、吸熱側熱交換器１７と接続される流出ポート１６Ｃ及び流入ポート１６Ｄとを備えている。
接続ポート１６Ａには、ヒートポンプ本体１１から引き出された各低温側配管ＰＬ１１〜ＰＬ４１が接続され、接続ポート１６Ｂには、ヒートポンプ本体１１から引き出された低温側配管ＰＬ１２〜ＰＬ４２が接続されている。また、流出ポート１６Ｃは配管４４を介して吸熱側熱交換器１７の入口に接続され、流入ポート１６Ｄは配管４５を介して吸熱側熱交換器１７の出口に接続され、吸熱側の循環経路が構成されている。
【００２５】
そして、低温側切換弁１６は、前述したロータ２１の回転に同期して接続ポート１６Ａを流出ポート１６Ｃに連通し、且つ、接続ポート１６Ｂを流入ポート１６Ｄに連通する状態と、接続ポート１６Ａを流入ポート１６Ｄに連通し、且つ、接続ポート１６Ｂを流出ポート１２Ｃ連通する状態とに切り換えられる。
これら循環ポンプ１５、高温側切換弁１２、低温側切換弁１６や各配管により、各磁気作業体ユニット２６Ａ〜２６Ｄの高温端２９Ｈと低温端２９Ｌの間で熱媒体を往復移動させる熱媒体移動機構が構成される。
【００２６】
［磁気ヒートポンプ装置１０の動作］
次に上記構成を有する磁気ヒートポンプ装置１０の動作について説明する。
先ず、ヒートポンプ本体１１の支持円板２２及び２３が０°の位置（図２に示す位置）にあるとき、永久磁石２４Ａ，２５Ａ及び２４Ｂ，２５Ｂが０°及び１８０°の位置にあるので、この０°及び１８０°の位置にある磁気作業体ユニット２６Ａ、２６Ｂに印加される磁場の大きさは増大し、板状磁気作業体２８が励磁されて温度が上昇する
一方、これと９０°位相が異なる９０°及び２７０°の位置にある磁気作業体ユニット２６Ｃ、２６Ｄに印加される磁場の大きさは減少し、板状磁気作業体２８が消磁されて温度が低下する。
【００２７】
また、支持円板２２及び２３が０°の位置（図２）にあるとき、高温側切換弁１２は接続ポート１２Ａを流出ポート１２Ｃに連通し、且つ、接続ポート１２Ｂを流入ポート１２Ｄに連通する状態とし、低温側切換弁１６は接続ポート１６Ａを流入ポート１６Ｄに連通し、且つ、接続ポート１６Ｂを流出ポート１６Ｃに連通する状態とする。
そして、循環ポンプ１５の運転により、熱媒体（水）は図１に実線矢印で示すように、循環ポンプ１５→配管４３→高温側切換弁１２の流入ポート１２Ｄから接続ポート１２Ｂ→高温側配管ＰＨ３２及びＰＨ４２→９０°及び２７０°の位置の磁気作業体ユニット２６Ｃ及び２６Ｄ→低温側配管ＰＬ３２及びＰＬ４２→低温側切換弁１６の接続ポート１６Ｂから流出ポート１６Ｃ→配管４４→吸熱側熱交換器１７→配管４５→低温側切換弁１６の流入ポート１６Ｄから接続ポート１６Ａ→低温側配管ＰＬ１１及びＰＬ２１→０°及び１８０°の位置の磁気作業体ユニット２６Ａ及び２６Ｂ→高温側配管ＰＨ１１及びＰＨ２１→高温側切換弁１２の接続ポート１２Ａから流出ポート１２Ｃ→配管４１→放熱側熱交換器１３→配管４２→ヒータ１４→循環ポンプ１５の順で循環される状態となる。
【００２８】
磁気作業体ユニット２６Ａ、２６Ｂ中の熱媒体（水）は磁気作業体ユニット２６Ａ、２６Ｂの軸方向に振動し、熱を低温端２９Ｌから高温端２９Ｈへ伝達し、高温端２９Ｈで高温となった熱媒体（水）が高温側配管から放熱側熱交換器１３に流出し、仕事分の熱量を外部（外気等）に放出し、低温端２９Ｌで低温となった熱媒体（水）が低温側配管から吸熱側熱交換器１７に流出し、被冷却体５１から吸熱し、被冷却体５１を冷却する。
すなわち、消磁されて温度が低下した磁気作業体ユニット２６Ｃ、２６Ｄに放熱し、冷却された熱媒体（水）は、吸熱側熱交換器１７で被冷却体５１から吸熱し、この被冷却体５１を冷却した後、熱媒体（水）は、励磁されて温度が上昇した磁気作業体ユニット２６Ａ、２６Ｂから吸熱してそれを冷却し、放熱側熱交換器１３に戻り、仕事分の熱量を外部（外気等）に放出する。
【００２９】
次に、支持円板２２及び２３を永久磁石２４Ａ，２５Ａ及び２４Ｂ，２５Ｂとともに反時計方向に９０°回転させると、０°と１８０°との位置にある磁気作業体ユニット２６Ａ、２６Ｂは消磁されて温度が低下し、９０°及び２７０°の位置にある磁気作業体ユニット２６Ｃ、２６Ｄは、励磁されて温度が上昇する。このとき、高温側切換弁１２、低温側切換弁１６がロータリ弁で構成される場合、支持円板２２，２３と共にその弁体が９０°回転されるため、今度は熱媒体（水）が図１に点線矢印で示すように、循環ポンプ１５→配管４３→高温側切換弁１２の流入ポート１２Ｄから接続ポート１２Ｂ→高温側配管ＰＨ１２及びＰＨ２２→０°及び１８０°の位置の磁気作業体ユニット２６Ａ及び２６Ｂ→低温側配管ＰＬ１２及びＰＬ２２→低温側切換弁１６の接続ポート１６Ｂから流出ポート１６Ｃ→配管４４→吸熱側熱交換器１７→配管４５→低温側切換弁１６の流入ポート１６Ｄから接続ポート１６Ａ→低温側配管ＰＬ３１及びＰＬ４１→９０°及び２７０°の位置の磁気作業体ユニット２６Ｃ及び２６Ｄ→高温側配管ＰＨ３１及びＰＨ４１→高温側切換弁１２の接続ポート１２Ａから流出ポート１２Ｃ→配管４１→放熱側熱交換器１３→配管４２→ヒータ１４→循環ポンプ１５の順で循環される状態となる。
【００３０】
この支持円板２２及び２３の回転と高温側切換弁１２及び低温側  切換弁１６の切り換えを比較的高速の回転数とタイミングで行い、各磁気作業体ユニット２６Ａ〜２６Ｄの高温端２９Ｈと低温端２９Ｌの間で熱媒体（水）を往復移動させ、励磁／消磁される各磁気作業体ユニット２６Ａ〜２６Ｄからの吸熱／放熱を繰り返すことによって、各磁気作業体ユニット２６Ａ〜２６Ｄの高温端２９Ｈと低温端２９Ｌの温度差が徐々に拡大し、やがて吸熱側熱交換器１７に繋がる各磁気作業体ユニット２６Ａ〜２６Ｄの低温端２９Ｌの温度は磁気作業体ユニット２６Ａ〜２６Ｄの冷凍能力と被冷却体５１の熱負荷とがバランスする温度まで低下し、放熱側熱交換器１３に繋がる各磁気作業体ユニット２６Ａ〜２６Ｄの高温端２９Ｈの温度は放熱側熱交換器１３の放熱能力と冷凍能力とがバランスして略一定温度になる。
【００３１】
上述した如く吸熱／放熱の繰り返しにより、各磁気作業体ユニット２６Ａ〜２６Ｄの高温端２９Ｈと低温端２９Ｌの温度差は広がり、磁気作業物質の能力に釣り合った温度差になった時点で温度変化は飽和することになる。ここで、図６はこのように温度変化が飽和した状態における高温端２９Ｈと低温端２９Ｌの温度をＬ２１とＬ２２で示している。この図からも明らかなように高温端２９Ｈ、低温端２９Ｌが共に励磁と消磁による吸熱と放熱の影響を受け、所定の温度幅（実施例では２Ｋ程）をもって上下する。
【００３２】
このような小さい温度差で外部（外気や被冷却体５１）と熱交換することができるように、実施例では放熱側熱交換器１３と吸熱側熱交換器１７の双方、又は、何れか一方をマイクロチャンネル型の熱交換器で構成している。マイクロチャンネル型の熱交換器は他の形式の熱交換器と比較して伝熱係数が高い上、単位体積当たりの伝熱面積も広いので、本発明のような磁気ヒートポンプ装置１０により所要の能力を得る上で極めて好適である。
そして、磁気作業体ユニット２６Ａ〜２６Ｄの高温端２９Ｈ又は低温端２９Ｌに供給される熱媒体は、積層された板状磁気作業体２８間の隙間で形成される熱媒体通路を通って高温端２９Ｈから低温端２９Ｌ側へ又は低温端２９Ｌから高温端２９Ｈ側へ流れる。このとき、隙間で構成される熱媒体通路は軸方向に直線状に形成されているので、流路抵抗が少なく、圧力損失も少なくなる。
【００３３】
また、板状磁気作業体２８は平板形状のまま使用することができ、切削、研削、研磨等の機械加工を必要としないので、切り屑が発生することがなく、高価な磁気作業物質を有効に使用することができる。
また、磁気作業体ユニット２６Ａ〜２６Ｄの各板状磁気作業体２８間の隙間を調整するには、各板状磁気作業体２８の幅を調整することにより、矩形ダクト２７Ａ〜２７Ｄ内に挿入したときの傾斜角を変更することができ、幅を矩形ダクト２７Ａ〜２７Ｄの内側幅に近づけるように狭くすれば傾斜角が水平に近づき、幅を矩形ダクト２７Ａ〜２７Ｄの内側幅から離れる方向に広くすることにより傾斜角を垂直方向に大きくすることができる。
【００３４】
このように、上記第１の実施形態によると、矩形ダクト２７Ａ〜２７Ｄに積層する板状磁気作業体２８の幅を矩形ダクト２７Ａ〜２７Ｄの内側幅より広くすることにより、板状磁気作業体を矩形ダクト２７Ａ〜２７Ｄ内にジグザグ形状に積層するだけで、所定隙間の熱媒体流路を形成することができ、磁気作業体ユニット２６Ａ〜２６Ｄを容易に且つ低コストで製作することができる。しかも、矩形ダクト２７Ａ〜２７Ｄ内に位置決め用部材を設ける必要がないので、矩形ダクト２７Ａ〜２７Ｄを容易に製作することができる。
【００３５】
したがって、この磁気作業体ユニット２６Ａ〜２６Ｄを組込んだヒートポンプ本体１１を容易に低コストで製作することができ、延いては磁気ヒートポンプ装置１０全体を容易に低コストで製作することができる。
なお、上記第１の実施形態では、支持円板２２及び２３間に磁気作業体２８を配置した矩形ダクト２７Ａ〜２７Ｄを設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、磁気作業体を配置した矩形ダクト数は任意数に設定することができるとともに、ロータ２１に配置する永久磁石数も任意に設定することができる。要は励磁状態の磁気作業体と消磁状態の磁気作業体数が等しくなるようにすればよい。
【００３６】
［第２の実施形態］
次に、本発明に係る磁気作業体の第２の実施形態について図７及び図８を伴って説明する。
この第２の実施形態では、板状磁気作業体の伝熱面積をより拡大するようにしたものである。
すなわち、第２の実施形態では、板状磁気作業体２８を、図７及び図８に示すように、平板形状に代えて、幅方向の両端側を除いて三角波状に折り曲げた折り曲げ部６１を有する形状としている。
そして、図８に示すように、板状磁気作業体２８を、第１の実施形態と同様に、矩形ダクト２７Ａ〜２７Ｄ内にそのまま積層することにより、積層した板状磁気作業体２８間に熱媒体流路を形成した磁気作業体ユニット２６Ａ〜２６Ｄを構成することができる。
【００３７】
その他の構成については、前述した第１の実施形態と同様の構成を有し、対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。
この第２の実施形態によると、板状磁気作業体２８が折り曲げ部６１を有するので、この折り曲げ部６１によって板状磁気作業体２８の伝熱面積を前述した第１の実施形態に比較して広くすることができるとともに、磁気作業物質量も増加するので、磁気熱量効果も向上させることができる。
【００３８】
なお、上記第１及び第２の実施形態では、板状磁気作業体２８を熱媒体の通流方向から見てジグザグ形状となるように積層する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図９に示すように、板状磁気作業体２８の幅方向の一端に矩形ダクト２７Ａ〜２７Ｄの左側面板２７ｄ又は右側面板２７ｅに沿う間隔規制片７１を折り曲げ形成することが好ましい。この場合には、一方の板状磁気作業体２８の間隔規制片７１の上端に他方の板状磁気作業体２８の間隔規制片７１とは反対側の端部を接触させるようにして交互に積層することにより、板状磁気作業体２８の間隔調整を正確に行なうことができ、均一な断面積の熱媒体流路を形成することができる。しかも、板状磁気作業体２８の幅方向の誤差を厚みの範囲内で許容することができる。
【００３９】
また、上記第１及び第２の実施形態では、矩形ダクト２７Ａ〜２７Ｄ内に左右側面板２７ｄ及び２７ｅ間に板状磁気作業体２８をジグザグ形状に積層した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、矩形ダクト２７Ａ〜２７Ｄの上面板及び下面板間に板状磁気作業体２８をジグザグ形状に積層してもよい。
また、上記第１及び第２の実施形態では、板状磁気作業体２８が高い磁気熱量効果を発揮する温度帯が異なる３つの磁気作業物質で構成されている場合について説明したが、これに限定されるものではなく、４つ以上の磁気作業物質で構成するようにしてもよい。
【００４０】
また、上記第１及び第２の実施形態では、磁気ヒートポンプ装置として永久磁石を回転させる形式とした場合について説明したが、これに限定されるものではない。たとえば、図１０に示すように、ヒートポンプ本体１１を、断面横Ｕ字状の磁気ヨーク８１の開放端側にそれぞれ永久磁石８２及び８３を対向して配置した直動体８４と直方体状の板状磁気作業体２８をジグザグ形状に積層した磁気作業体ユニット２６とを相対移動可能に配置するようにしてもよい。この場合、例えば直動体８４をリニアモータやボールねじ機構及びモータを利用した直動機構によって永久磁石８２及び８３と直行する方向に移動可能とし、この移動経路の途上における永久磁石８２及び８３の移動軌跡間に直方体状の磁気作業体ユニット２６を配置した構成とする。そして、直動体８４を往復動させることにより、磁気作業体ユニット２６の板状磁気作業体２８に対して励磁及び消磁を繰り返し行なうことができる。逆に、磁気作業体ユニット２６を往復動させるようにしてもよい。
さらには、ポンプ本体１１を固定配置されたステータとこのステータに対向して回転するロータとで構成し、ロータのステータとの対向面に永久磁石を配置し、ステータの永久磁石との対向面に円弧形状の磁気作業体ユニットを配置し、この磁気作業体ユニット内に板状磁気作業体２８をジグザグ状に配置するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０…磁気ヒートポンプ装置、１１…ヒートポンプ本体、１２…高温側切換弁、１３…放熱側熱交換器、１４…ヒータ、１５…循環ポンプ、１６…低温側切換弁、１７…吸熱側熱交換器、２１…回転軸、２２，２３…支持円板、２４Ａ，２４Ｂ，２５Ａ．２５Ｂ…永久磁石、２６，２６Ａ〜２６Ｄ…磁気作業体ユニット、２７Ａ〜２７Ｄ…矩形ダクト、２７ａ…有底角筒部、２７ｂ…蓋部、２８…板状磁気作業体、６１…折り曲げ部、７１…間隔規制片、８１…磁気ヨーク、８２，８３…永久磁石、８４…直動体
【図１】
2018151119.tif 000003
【図２】
2018151119.tif 000004
【図３】
2018151119.tif 000005
【図４】
2018151119.tif 000006
【図５】
2018151119.tif 000007
【図６】
2018151119.tif 000008
【図７】
2018151119.tif 000009
【図８】
2018151119.tif 000010
【図９】
2018151119.tif 000011
【図１０】
2018151119.tif 000012