(57)【要約】【課題】連続した温度勾配の発生を容易にしつつ、長手方向に対する直交断面における温度分布の均一化を図ることが可能な熱交換器を提供する。【解決手段】ＭＣＭ熱交換器１０は、複数の第１の撚線１２Ａを束ねて構成された第１の集合体１１Ａと、第１の集合体１１Ａが収容された容器１３と、を備え、それぞれの第１の撚線１２Ａは、複数の線材を相互に撚り合わせて構成されており、複数の線材は、第１のキュリー点ＴＣ１を有する第１の磁気熱量効果材料で構成された第１の線材１２１と、第１のキュリー点ＴＣ１とは異なる第２のキュリー点ＴＣ２を有する第２の磁気熱量効果材料で構成された第２の線材１２２と、を含む。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第１の撚線を束ねて構成された第１の集合体と、
前記第１の集合体が収容された容器と、を備え、
それぞれの前記第１の撚線は、複数の線材を相互に撚り合わせて構成されており、
複数の前記線材は、
第１のキュリー点を有する第１の磁気熱量効果材料で構成された第１の線材と、
前記第１のキュリー点とは異なる第２のキュリー点を有する第２の磁気熱量効果材料で構成された第２の線材と、を含む熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器であって、
前記容器は、
一方の端部に位置する第１の開口と、
他方の端部に位置する第２の開口と、を有しており、
前記第１の開口から前記第２の開口に向かう第１の方向と、前記第１の集合体の延在方向とが実質的に平行である熱交換器。
【請求項３】
請求項２に記載の熱交換器であって、
前記熱交換器は、複数の第２の撚線を束ねて構成された第２の集合体を備え、
それぞれの前記第２の撚線は、前記線材を相互に撚り合わせて構成され、
前記第２の集合体は、前記第１の方向に沿って前記第１の集合体に対して前記第２の開口側に位置するように、前記容器に収容されており、
第１の比は、前記第１の撚線を構成する前記第１の線材の本数と前記第２の線材の本数との比であり、
第２の比は、前記第２の撚線を構成する前記第１の線材の本数と前記第２の線材の本数との比であり、
前記第１の比と前記第２の比が相互に異なる熱交換器。
【請求項４】
請求項３に記載の熱交換器であって、
前記第１の撚線を構成する前記第１の線材の本数は、前記第２の撚線を構成する前記第１の線材の本数に対して相対的に多く、
前記第１の撚線を構成する前記第２の線材の本数は、前記第２の撚線を構成する前記第２の線材の本数に対して相対的に少ない熱交換器。
【請求項５】
請求項４に記載の熱交換器であって、
前記熱交換器は、
複数の第３の撚線を束ねて構成された第３の集合体と、
複数の第４の撚線を束ねて構成された第４の集合体と、を備え、
前記第３の撚線は、複数の前記第１の線材を相互に撚り合わせて構成され、
前記第４の撚線は、複数の前記第２の線材を相互に撚り合わせて構成されており、
前記第３の集合体は、前記第１の方向において前記第１の集合体に対して前記第１の開口側に位置するように、前記容器に収容され、
前記第４の集合体は、前記第１の方向において前記第２の集合体に対して前記第２の開口側に位置するように、前記容器に収容されている熱交換器。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の少なくとも一つの熱交換器と、
前記線材に磁場を印加すると共に前記磁場の大きさを変更する磁場変更手段と、
配管を介して前記熱交換器にそれぞれ接続された第１及び第２の外部熱交換器と、
前記磁気変更手段により前記線材に印加される磁場の大きさの変更に伴って、前記熱交換器から前記第１の外部熱交換器又は前記第２の外部熱交換器に流体を供給する流体供給手段と、を備えた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、磁気熱量効果を利用した磁気ヒートポンプ装置に用いられる熱交換器、及び、その熱交換器を備えた磁気ヒートポンプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気熱量効果型ヒートポンプ装置に用いられる磁気熱量素子として、連続した温度勾配の発生を容易にするために、第１材料により形成された第１ブロックと、第２材料により形成された第２ブロックと、第１ブロックと第２ブロックとの間の隣接部分に設けられた混合部と、を直列に接続（所謂、カスケード接続）したものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
この磁気熱量素子において、第１材料は、第１温度帯において磁気熱量効果を発揮し、第２材料は、第１温度帯と部分的に重複する第２温度帯において磁気熱量効果を発揮し、混合部には、第１材料と第２材料とが混合状態で存在している。また、第１及び第２ブロックを構成する素子部材の形状として、棒状体が例示されている（特に特許文献１の段落［０１０７］参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−９９０４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の第１ブロック、混合部、及び第２ブロックがカスケード接続された熱交換器において、素子部材を棒状とすることで、十分に大きな比表面積を確保しつつ圧力損失の低下を図ることができる。しかしながら、上記の混合部において、第１材料からなる棒状体と、第２材料からなる棒状体を単に収容すると、第１材料と第２材料が偏って分布することで、磁気熱量素子の長手方向に対する直交断面における温度分布が不均一となってしまう場合がある、という問題がある。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、連続した温度勾配の発生を容易にしつつ、長手方向に対する直交断面における温度分布の均一化を図ることが可能な熱交換器、及び、その熱交換器を備えた磁気ヒートポンプ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
［１］本発明に係る熱交換器は、複数の第１の撚線を束ねて構成された第１の集合体と、前記第１の集合体が収容された容器と、を備え、それぞれの前記第１の撚線は、複数の線材を相互に撚り合わせて構成されており、複数の前記線材は、第１のキュリー点を有する第１の磁気熱量効果材料で構成された第１の線材と、前記第１のキュリー点とは異なる第２のキュリー点を有する第２の磁気熱量効果材料で構成された第２の線材と、を含む熱交換器である。
【０００８】
［２］上記発明において、前記容器は、一方の端部に位置する第１の開口と、他方の端部に位置する第２の開口と、を有しており、前記第１の開口から前記第２の開口に向かう第１の方向と、前記第１の集合体の延在方向とが実質的に平行であってもよい。
【０００９】
［３］上記発明において、前記熱交換器は、複数の第２の撚線を束ねて構成された第２の集合体を備え、それぞれの前記第２の撚線は、前記線材を相互に撚り合わせて構成され、前記第２の集合体は、前記第１の方向に沿って前記第１の集合体に対して前記第２の開口側に位置するように、前記容器に収容されており、第１の比は、前記第１の撚線を構成する前記第１の線材の本数と前記第２の線材の本数との比であり、第２の比は、前記第２の撚線を構成する前記第１の線材の本数と前記第２の線材の本数との比であり、前記第１の比と前記第２の比が相互に異なってもよい。
【００１０】
［４］上記発明において、前記第１の撚線を構成する前記第１の線材の本数は、前記第２の撚線を構成する前記第１の線材の本数に対して相対的に多く、前記第１の撚線を構成する前記第２の線材の本数は、前記第２の撚線を構成する前記第２の線材の本数に対して相対的に少なくてもよい。
【００１１】
［５］上記発明において、前記熱交換器は、複数の第３の撚線を束ねて構成された第３の集合体と、複数の第４の撚線を束ねて構成された第４の集合体と、を備え、前記第３の撚線は、複数の前記第１の線材を相互に撚り合わせて構成され、前記第４の撚線は、複数の前記第２の線材を相互に撚り合わせて構成されており、前記第３の集合体は、前記第１の方向において前記第１の集合体に対して前記第１の開口側に位置するように、前記容器に収容され、前記第４の集合体は、前記第１の方向において前記第２の集合体に対して前記第２の開口側に位置するように、前記容器に収容されていてもよい。
【００１２】
［６］本発明に係る磁気ヒートポンプ装置は、上記の少なくとも一つの熱交換器と、前記線材に磁場を印加すると共に前記磁場の大きさを変更する磁場変更手段と、配管を介して前記熱交換器にそれぞれ接続された第１及び第２の外部熱交換器と、前記磁気変更手段により前記線材に印加される磁場の大きさの変更に伴って、前記熱交換器から前記第１の外部熱交換器又は前記第２の外部熱交換器に流体を供給する流体供給手段と、を備えた磁気ヒートポンプ装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、相互に異なるキュリー点を有する第１及び第２の線材を含む複数の線材を撚り合わせることで第１の撚線を構成し、さらに、その第１の撚線を複数束ねることで第１の集合体を構成する。これにより、熱交換器内での連続した温度勾配の発生を容易にしつつ、熱交換器の長手方向に対する直交断面における温度分布の均一化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の実施形態における磁気ヒートポンプ装置の全体構成を示す図であり、ピストンが第１の位置にある状態を示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態における磁気ヒートポンプ装置の全体構成を示す図であり、ピストンが第２の位置にある状態を示す図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態におけるＭＣＭ熱交換器の構成を示す分解斜視図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態におけるＭＣＭ熱交換器の断面図であり、ＭＣＭ熱交換器を長手方向に沿って切断した断面図である。
【図５】図５（ａ）は、本発明の実施形態における第１の集合体の断面図であって、図４のVA-VA線に沿った図であり、図５（ｂ）は、本発明の実施形態における第１の撚線の断面図である。
【図６】図６（ａ）は、本発明の実施形態における第２の集合体の断面図であって、図４のVIA-VIA線に沿った断面図であり、図６（ｂ）は、本発明の実施形態における第２の撚線の断面図である。
【図７】図７（ａ）は、本発明の実施形態における第３の集合体の断面図であって、図４のVIIA-VIIA線に沿った断面図であり、図７（ｂ）は、本発明の実施形態における第３の撚線の断面図である。
【図８】図８（ａ）は、本発明の実施形態における第４の集合体の断面図であって、図４のVIIIA-VIIIA線に沿った断面図であり、図８（ｂ）は、本発明の実施形態における第４の撚線の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１及び図２は本発明の実施形態における磁気ヒートポンプ装置の全体構成を示す図、図３及び図４は本発明の第１実施形態におけるＭＣＭ熱交換器を示す図、図５（ａ）〜図８（ａ）は本実施形態における第１〜第４の集合体の断面図、図５（ｂ）〜図８（ｂ）は本実施形態における第１〜第４の撚線の断面図である。
【００１７】
本実施形態における磁気ヒートポンプ装置１は、磁気熱量効果（Magnetocaloric effect）を利用したヒートポンプ装置であり、図１及び図２に示すように、第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０と、ピストン３０と、永久磁石４０と、低温側熱交換器５０と、高温側熱交換器６０と、ポンプ７０と、配管８１〜８４と、切替弁９０と、を備えている。
【００１８】
本実施形態における第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０が本発明における熱交換器の一例に相当し、本実施形態におけるピストン３０及び永久磁石４０が本発明における磁気変更手段の一例に相当し、低温側熱交換器５０及び高温側熱交換器６０が本発明における第１及び第２の外部熱交換器の一例に相当し、本実施形態における配管８１〜８４が本発明における配管の一例に相当し、本実施形態におけるポンプ７０及び切替弁９０が本発明における流体供給手段の一例に相当する。
【００１９】
第１のＭＣＭ熱交換器１０は、図３及び図４に示すように、第１〜第４の集合体１１Ａ〜１１Ｄと、当該集合体１１Ａ〜１１Ｄが収容された容器（ケース）１３と、容器１３の両端の接続された端末部材１６，１７と、を備えている。第１〜第４の集合体１１Ａ〜１１Ｄは、当該集合体１１Ａ〜１１Ｄを構成する撚線の種類が異なる点で相違する。
【００２０】
本実施形態における第１〜第４の集合体１１Ａ〜１１Ｄが本発明における第１〜第４の集合体の一例に相当し、本実施形態における容器１３が本発明における容器の一例に相当する。
【００２１】
なお、第１のＭＣＭ熱交換器１０を構成する集合体の数は、上記の数に特に限定されず、５以上の集合体を用いて第１のＭＣＭ熱交換器を構成してもよい。また、本実施形態では第１〜第４の集合体１１Ａ〜１１Ｄを一つの容器１３に収容しているが、ＭＣＭ熱交換器の構成は特にこれに限定されない。例えば、第１〜第４の集合体を別々の容器にそれぞれ収容して、これらの容器を相互に連結することでＭＣＭ熱交換器を構成してもよい。
【００２２】
第１の集合体１１Ａは、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、複数の第１の撚線１２Ａを束ねて構成されている。複数の第１の撚線１２Ａは、当該第１の撚線１２Ａの長手方向に対して交差する方向に相互に束ねられている。換言すれば、第１の撚線１２Ａの側面同士が接触するように、複数の第１の撚線１２Ａが相互に隣接している。その結果、第１の撚線１２Ａの側面同士の間には流路１２３（図５（ａ）参照）が形成されている。
【００２３】
それぞれの第１の撚線１２Ａは、３本の線材を相互に撚り合わせて構成されている。具体的には、２本の第１の線材１２１と１本の第２の線材１２２を撚り合わせることで第１の撚線１２Ａが形成されている。すなわち、本実施形態では、それぞれの第１の撚線１２Ａを構成する第１の線材１２１の本数（Ｎ１）と第２の線材１２２の本数（Ｎ２）の比が、２：１となっている（Ｎ１：Ｎ２＝２：１）。この第１の撚線１２Ａにおける比（Ｎ１：Ｎ２＝２：１）が、本発明における第１の比の一例に相当する。なお、それぞれの第１の撚線１２Ａを構成する線材の本数は、複数であれば特に限定されない。
【００２４】
線材の撚り合わせ方としては、特に限定されないが、例えば、集合撚り、同心撚り、複合撚り等を例示することができる。集合撚りとは、複数の線材を一纏めにして、これらを集合体の軸を中心に同一方向に撚り合わせる撚り方である。同心撚りとは、芯線を中心として当該芯線の周りに複数の線材に同心円状を撚り合わせる撚り方である。複合撚りとは、複数の線材を同心撚り又は集合撚りに撚り合わせた子撚線を、さらに同心撚り又は集合撚りに撚り合わせる撚り方である。
【００２５】
本実施形態では、第１及び第２の線材１２１，１２２を撚り合わせて第１の撚線１２Ａを構成し、複数の第１の撚線１２Ａを複数束ねることで第１の集合体１１Ａを構成している。このため、図５（ａ）に示すように、第１の集合体１１Ａにおいて、第１の線材１２１が偏ることなく実質的に均等に配置されていると共に、第２の線材１２２も偏ることなく実質的に均等に配置されている。
【００２６】
第１及び第２の線材１２１，１２２は、磁気熱量効果を有する磁気熱量効果材料（ＭＣＭ：Magnetocaloric Effect Material）から構成されている。このＭＣＭから構成される線材１２１，１２２に磁場を印加すると、電子スピンが揃うことで磁気エントロピーが減少し、当該線材１２１，１２２は発熱して温度が上昇する。一方、線材１２１，１２２から磁場を除去すると、電子スピンが乱雑となり磁気エントロピーが増加し、当該線材１２１，１２２は吸熱して温度が低下する。
【００２７】
この線材１２１，１２２を構成するＭＣＭは、磁性体であれば特に限定されないが、例えば、１０℃〜３０℃程度の常温域にキュリー点（キュリー温度）を有し、常温域で高い磁気熱量効果を発揮する磁性体であることが好ましい。こうしたＭＣＭの具体例としては、例えば、ガドリニウム（Ｇｄ）、ガドリニウム合金、ランタン−鉄−シリコン（Ｌａ−Ｆｅ−Ｓｉ）系化合物等を例示することができる。
【００２８】
特に、本実施形態では、第１の線材１２１は、第１のキュリー点ＴＣ１を有する第１のＭＣＭから構成されており、この第１のＭＣＭは、第１の温度範囲ＲＴＣ１において磁気熱量効果を発現する。これに対し、第２の線材１２２は、第２のキュリー点ＴＣ２を有する第２のＭＣＭから構成されており、この第２のＭＣＭは、第２の温度範囲ＲＴＣ２において磁気熱量効果を発現する。この第２の線材１２２の第２のキュリー点ＴＣ２は、第１の線材１２１の第１のキュリー点ＴＣ１に対して相対的に高くなっている（ＴＣ２＞ＴＣ１）。
【００２９】
すなわち、本実施形態では、第１の線材１２１と第２の線材１２２は、相互に異なるキュリー点ＴＣ１，ＴＣ２を有するＭＣＭから構成されている。また、本実施形態では、第１の温度範囲ＲＴＣ１と第２の温度範囲ＲＴＣ２とが相互に異なっており、第２の温度範囲ＲＴＣ２の全体が第１の温度範囲ＲＴＣ１の全体に対して相対的に高くなっている（ＲＴＣ２＞ＲＴＣ１）。なお、第２の温度範囲ＲＴＣ２の少なくとも一部が第１の温度範囲ＲＴＣ１から逸脱していれば、第１の温度範囲ＲＴＣ１と第２の温度範囲ＲＴＣ２が部分的に重複してもよい。
【００３０】
本実施形態における第１の線材１２１が本発明における第１の線材の一例に相当し、本実施形態における第２の線材１２２が本発明における第２の線材の一例に相当する。また、本実施形態における第１のキュリー点ＴＣ１が本発明における第１のキュリー点の一例に相当し、本実施形態における第２のキュリー点ＴＣ２が本発明における第２のキュリー点の一例に相当する。
【００３１】
本実施形態における第１及び第２の線材１２１，１２２は、円形の断面形状を有する線材であるが、第１及び第２の線材１２１，１２２が円形以外の断面形状を有してもよい。第１及び第２の線材１２１，１２２の線径としては、特に限定されないが、例えば、０．０１〜１ｍｍであることが好ましい。
【００３２】
第２の集合体１１Ｂは、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、複数の第２の撚線１２Ｂを束ねて構成されている。この第２の撚線１２Ｂも、３本の線材を相互に撚り合わせて構成されている。この第２の撚線１２ｂは、１本の第１の線材１２１と２本の第２の線材１２２を撚り合わせることで形成されている点で、上述の第１の撚線１２Ａと相違する。すなわち、本実施形態では、それぞれの第２の撚線１２Ｂを構成する第１の線材１２１の本数（Ｎ１）と第２の線材１２２の本数（Ｎ２）の比が、１：２となっている（Ｎ１：Ｎ２＝１：２）。この第２の撚線１２Ｂにおける比（Ｎ１：Ｎ２＝１：２）が、本発明における第２の比の一例に相当する。なお、それぞれの第２の撚線１２Ｂを構成する線材の本数は、複数であれば特に限定されない。
【００３３】
複数の第２の撚線１２Ｂは、当該第２の撚線１２Ｂの長手方向に対して交差する方向に相互に束ねられている。その結果、第２の撚線１２Ｂの側面同士の間に流路１２３（図６（ａ）参照）が形成されている。
【００３４】
本実施形態では、上述の第１の集合体１１Ａと同様に、第１及び第２の線材１２１，１２２を撚り合わせて第２の撚線１２Ｂを構成し、複数の第２の撚線１２Ｂを複数束ねることで第２の集合体１１Ｂを構成している。このため、図６（ａ）に示すように、第２の集合体１１Ｂにおいて、第１の線材１２１が偏ることなく実質的に均等に配置されていると共に、第２の線材１２２も偏ることなく実質的に均等に配置されている。
【００３５】
第３の集合体１１Ｃは、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、複数の第３の撚線１２Ｃを束ねて構成されている。この第３の撚線１２Ｃも、３本の線材を相互に撚り合わせて構成されている。具体的には、この第３の撚線１２Ｃは、３本の第１の線材１２１を撚り合わせることで形成されており、第２の線材１２２を用いていない。すなわち、本実施形態では、それぞれの第３の撚線１２Ｃを構成する第１の線材１２１の本数（Ｎ１）と第２の線材１２２の本数（Ｎ２）の比が、３：０となっている（Ｎ１：Ｎ２＝３：０）。なお、それぞれの第３の撚線１２Ｃを構成する線材の本数は、複数であれば特に限定されない。
【００３６】
複数の第３の撚線１２Ｃは、当該第３の撚線１２Ｃの長手方向に対して交差する方向に相互に束ねられている。その結果、第３の撚線１２Ｃの側面同士の間に流路１２３（図７（ａ）参照）が形成されている。
【００３７】
第４の集合体１１Ｃは、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、複数の第４の撚線１２Ｄを束ねて構成されている。この第４の撚線１２Ｄも、３本の線材を相互に撚り合わせて構成されている。具体的には、この第４の撚線１２Ｄは、３本の第２の線材１２２を撚り合わせることで形成されており、第１の線材１２１を用いていない。すなわち、本実施形態では、それぞれの第４の撚線１２Ｄを構成する第１の線材１２１の本数（Ｎ１）と第２の線材１２２の本数（Ｎ２）の比が、０：３となっている（Ｎ１：Ｎ２＝０：３）。なお、それぞれの第４の撚線１２Ｄを構成する線材の本数は、複数であれば特に限定されない。
【００３８】
複数の第４の撚線１２Ｄは、当該第４の撚線１２Ｄの長手方向に対して交差する方向に相互に束ねられている。その結果、第４の撚線１２Ｄの側面同士の間に流路１２３（図８（ａ）参照）が形成されている。
【００３９】
図３、図４及び図５（ａ）〜図８（ａ）に示すように、第１〜第４の集合体１１Ａ〜１１Ｄを収容する容器１３は、収容部１４と蓋部１５を備えており、断面矩形の筒型の形状を有している。この容器１３は、その一方の端部に第１の開口１３１を有していると共に、その他方の端部に第２の開口１３２を有している。なお、容器１３の形状は、筒型であれば、特に上記に限定されず、例えば、円形や多角形の断面を有してもよい。
【００４０】
本実施形態における容器１３の第１の開口１３１が本発明における容器の第１の開口の一例に相当し、本実施形態における容器１３の第２の開口１３２が本発明における容器の第２の開口の一例に相当する。
【００４１】
収容部１４は、容器１３の底板を構成する底部１４１と、容器１３の両側の側壁を構成する一対の側部１４２，１４３と、を備えている。一対の側部１４２，１４３の上端の間に開口１４４が形成されており、その結果、収容部１４は、その軸方向に対して実質的に直交する方向に沿った断面において、コ字状（略Ｕ字状）の断面形状を有している。
【００４２】
蓋部１５は、矩形板状の部材である。この蓋部１５が一対の側部１４２，１４３の上端に固定されている。収容部１４の開口１４４が蓋部１５により閉塞されることで、容器１３が形成されている。
【００４３】
第１〜第４の集合体１１Ａ〜１１Ｄは、当該集合体１１Ａ〜１１Ｄの長手方向（図中のＹ軸方向）と、容器１３の軸方向（第１の開口１３１から第２の開口１３２に向かう方向）とが実質的に一致するように、容器１３内に収容されている。本実施形態では、第１の開口１３１から第２の開口１３２に近づくに従って、第３の集合体１１Ｃ、第１の集合体１１Ａ、第２の集合体１１Ｂ、及び、第４の集合体１１Ｄの順となるように、第１〜第４の集合体１１Ａ〜１１Ｄが並べられている。
【００４４】
すなわち、本実施形態では、本実施形態では、第１の開口１３１から第２の開口１３２に近づくに従って、第１〜第４の撚線１２Ａ〜１２Ｄを構成する線材として、第１の線材１２１の本数（Ｎ１）が減少するのに対し、第２の線材１２２の本数（Ｎ２）が増加しており、第１の線材１２１の本数（Ｎ１）と第２の線材１２２の本数（Ｎ２）の比（Ｎ１：Ｎ２）が、［３：０］→［２：１］→［１：２］→［０：３］と段階的に変化している。
【００４５】
なお、第１の開口１３１から第２の開口１３２に近づくに従って、第１の線材１２１の本数（Ｎ１）が減少し、第２の線材１２２の本数（Ｎ２）が増加するのであれば、第１〜第４の撚線１２Ａ〜１２Ｄにおける第１の線材１２１の本数（Ｎ１）と第２の線材１２２の本数（Ｎ２）の比（Ｎ１：Ｎ２）は特に上記に限定されない。
【００４６】
第１の端末部材（連結部材）１６は、図３及び図４に示すように、連結口１６１と、当該連結口１６１よりも大きな接続口１６２と、を備えている。この第１の端末部材１６としては、例えば、熱収縮チューブ、樹脂成形品、或いは、金属加工品等を用いることができる。
【００４７】
この第１の端末部材１６の接続口１６２には、容器１３の一方の端部が挿入され、容器１３の端部に第１の端末部材１６が固定されている。また、この第１の端末部材１６の連結口１６１には、第１の低温側配管８１が連結されており、図１に示すように、第１のＭＣＭ熱交換器１０は、この第１の低温側配管８１を介して、低温側熱交換器５０に連通している。
【００４８】
第２の端末部材１７も、上述の第１の端末部材１６と同様の構成を有している。この第２の端末部材１７の接続口１７２には、容器１３の他方の端部が挿入され、容器１３の端部に第２の端末部材１７が固定されている。また、この第２の端末部材１７の連結口１７１には、第１の高温側配管８３が連結されており、図１に示すように、第１のＭＣＭ熱交換器１０は、この第１の高温側配管８３を介して、高温側熱交換器６０に連通している。
【００４９】
第２のＭＣＭ熱交換器２０の容器２３にも第１〜第４の集合体２１Ａ〜２１Ｄが収容されている（図２参照）。そして、第１のＭＣＭ熱交換器１０と同様、容器２３の一方の端部が第１の端末部材に挿入されており、第１の端末部材が容器２３に固定されている。また、当該容器２３の他方の端部が第２の端末部材に挿入されており、第２の端末部材が容器２３に固定されている。この第２のＭＣＭ熱交換器２０は、第１の端末部材の連結口２６１に連結された第２の低温側配管８２を介して、低温側熱交換器５０に連通している。また、この第２のＭＣＭ熱交換器２０は、第２の端末部材の連結口２７１に連結された第２の高温側配管８４を介して、高温側熱交換器６０に連通している。
【００５０】
なお、第２のＭＣＭ熱交換器２０の第１〜第４の集合体２１Ａ〜２１Ｄは、第１のＭＣＭ熱交換器１０の第１〜第４の集合体１１Ａ〜１１Ｄと同じ構成を有している。また、第２のＭＣＭ熱交換器２０の容器２３も、第１のＭＣＭ熱交換器１０の容器１３と同じ構成を有している。さらに、第２のＭＣＭ熱交換器２０の端末部材も、第１のＭＣＭ熱交換器１０の端末部材１６，１７と同じ構成を有している。
【００５１】
例えば、本実施形態における磁気ヒートポンプ装置１を用いた空気調和装置を冷房として機能させる場合には、低温側熱交換器５０と室内の空気との間で熱交換を行うことで室内を冷やすと共に、高温側熱交換器６０と室外との間で熱交換を行うことで室外に放熱する。
【００５２】
これに対し、当該空気調和装置を暖房として機能させる場合には、高温側熱交換器６０と室内の空気との間で熱交換を行うことで室内を暖めると共に、低温側熱交換器５０と室外の空気との間で熱交換を行うことで室外から吸熱する。
【００５３】
以上のように、２つの低温側配管８１，８２と２つの高温側配管８３，８４によって、４つの熱交換器１０，２０，５０，６０を含む循環路が形成されており、ポンプ７０によって当該循環路内に液体媒体が圧送される。液体媒体の具体例としては、例えば、水、不凍液、エタノール溶液、または、これらの混合物等の液体を例示することができる。本実施形態における液体媒体が、本発明における流体の一例に相当する。
【００５４】
２つのＭＣＭ熱交換器１０，２０は、ピストン３０の内部に収容されている。このピストン３０は、アクチュエータ３５によって、一対の永久磁石４０の間を往復移動することが可能となっている。具体的には、ピストン３０は、図１に示すような「第１の位置」と、図２に示すような「第２の位置」との間を往復移動することが可能となっている。なお、アクチュエータ３５の一例としては、例えば、エアシリンダ等を例示することができる。
【００５５】
ここで、「第１の位置」は、第１のＭＣＭ熱交換器１０が永久磁石４０の間に介在せず、第２のＭＣＭ熱交換器２０が永久磁石４０の間に介在するようなピストン３０の位置である。これに対し、「第２の位置」は、第１のＭＣＭ熱交換器１０が永久磁石４０の間に介在し、第２のＭＣＭ熱交換器２０が永久磁石４０の間に介在しないようなピストン３０の位置である。
【００５６】
なお、第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０に代えて、永久磁石４０をアクチュエータ３５により往復移動させてもよい。或いは、永久磁石４０に代えて、コイルを有する電磁石を用いてもよく、この場合には、ＭＣＭ熱交換器１０，２０又は磁石を移動させる機構が不要となる。また、コイルを有する電磁石を用いる場合には、ＭＣＭ熱交換器１０，２０の線材１２１，１２２に対する磁場の印加／除去に代えて、線材１２１，１２２に印加した磁場の大きさ（強度）を変更するようにしてもよい。
【００５７】
切替弁９０は、第１の高温側配管８３と第２の高温側配管８４に設けられている。この切替弁９０は、上述のピストン３０の動作に連動して、ポンプ７０により液体媒体の供給先を、第１のＭＣＭ熱交換器１０、又は、第２のＭＣＭ熱交換器２０に切り替えると共に、高温側熱交換器６０の接続先を、第２のＭＣＭ熱交換器２０、又は、第１のＭＣＭ熱交換器１０に切り替えることが可能となっている。
【００５８】
次に、本実施形態における磁気ヒートポンプ装置１の動作について、図１及び図２を参照しながら説明する。
【００５９】
先ず、ピストン３０を図１に示す「第１の位置」に移動させると、第１のＭＣＭ熱交換器１０の第１〜第４の集合体１１Ａ〜１１Ｄが消磁されてその温度が低下する。その一方で、第２のＭＣＭ熱交換器２０の第１〜第４の集合体２１Ａ〜２１Ｄが着磁されてその温度が上昇する。
【００６０】
これと同時に、切替弁９０によって、ポンプ７０→第１の高温側配管８３→第１のＭＣＭ熱交換器１０→第１の低温側配管８１→低温側熱交換器５０→第２の低温側配管８２→第２のＭＣＭ熱交換器２０→第２の高温側配管８４→高温側熱交換器６０→ポンプ７０からなる「第１の経路」が形成される。
【００６１】
このため、消磁によって温度が低下した第１のＭＣＭ熱交換器１０の第１〜第４の集合体１１Ａ〜１１Ｄによって液体媒体が冷却され、当該液体媒体が低温側熱交換器５０に供給されて、当該低温側熱交換器５０が冷却される。
【００６２】
一方、着磁されて温度が上昇した第２のＭＣＭ熱交換器２０の第１〜第４の集合体２１Ａ〜２１Ｄによって液体媒体が加熱され、当該液体媒体は高温側熱交換器６０に供給されて、当該高温側熱交換器６０が加熱される。
【００６３】
次いで、ピストン３０を図２に示す「第２の位置」に移動させると、第１のＭＣＭ熱交換器１０の第１〜第４の集合体１１Ａ〜１１Ｄが着磁されてその温度が上昇する。その一方で、第２のＭＣＭ熱交換器２０の第１〜第４の集合体２１Ａ〜２１Ｄが消磁されてその温度が低下する。
【００６４】
これと同時に、切替弁９０によって、ポンプ７０→第２の高温側配管８４→第２のＭＣＭ熱交換器２０→第２の低温側配管８２→低温側熱交換器５０→第１の低温側配管８１→第１のＭＣＭ熱交換器１０→第１の高温側配管８３→高温側熱交換器６０→ポンプ７０からなる「第２の経路」が形成される。
【００６５】
このため、消磁によって温度が低下した第２のＭＣＭ熱交換器２０の第１〜第４の集合体２１Ａ〜２１Ｄによって液体媒体が冷却され、当該液体媒体が低温側熱交換器５０に供給されて、当該低温側熱交換器５０が冷却される。
【００６６】
一方、着磁されて温度が上昇した第１のＭＣＭ熱交換器１０の第１〜第４の集合体１１Ａ〜１１Ｄによって液体媒体が加熱され、当該液体媒体は高温側熱交換器６０に供給されて、当該高温側熱交換器６０が加熱される。
【００６７】
以上に説明したピストン３０の「第１の位置」と「第２の位置」との間の往復移動により、第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０の第１〜第４の集合体１１Ａ〜１１Ｄ，２１Ａ〜２１Ｄに対する磁場の印加と除去を繰り返す。そして、第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０が定常運転状態に至ると、第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０の第１〜第４の集合体１１Ａ〜１１Ｄ，２１Ａ〜２１Ｄに所定の温度勾配が発生する。
【００６８】
すなわち、第１のＭＣＭ熱交換器１０の第１〜第４の集合体１１Ａ〜１１Ｄにおいて、第１の低温側配管８１側の端部が最低温であり、第１の高温側配管８３側の端部が最高温である温度勾配が発生する。同様に、第２のＭＣＭ熱交換器２０の第１〜第４の集合体２１Ａ〜２１Ｄにおいても、第２の低温側配管８２側の端部が最低温であり、第２の高温側配管８４側の端部が最高温である温度勾配が発生する。
【００６９】
ここで、一般的に、ＭＣＭ熱交換器に発生した温度勾配がＭＣＭのキュリー点から外れる部分を含んでいる場合には、十分な磁気熱量効果を得ることができない。
【００７０】
これに対し、本実施形態では、第１の低温側配管８１側に位置する第３の集合体１１Ｃの第３の撚線１２Ｃが、第１のキュリー点ＴＣ１を有する第１の線材１２１で構成されているのに対し、第１の高温側配管８３側に位置する第４の集合体１１Ｄの第４の撚線１２Ｄが、第２のキュリー点ＴＣ２を有する第２の線材１２２で構成されており、第２のキュリー点ＴＣ２が、第１の線材１２１の第１のキュリー点ＴＣ１に対して相対的に高くなっている（ＴＣ２＞ＴＣ１）。このため、定常運転状態における第１のＭＣＭ熱交換器１０の第１〜第４の集合体１１Ａ〜１１Ｄに発生する温度勾配が広くても、効率的に磁気熱量効果を得ることができる。
【００７１】
また、例えばＭＣＭのロット毎の性能差等により、ＭＣＭのキュリー点が変化することがある。このような場合には、カスケード接続したＭＣＭに発生する温度勾配の連続性が十分でない場合がある。
【００７２】
これに対し、本実施形態では、第１の線材１２１と第２の線材１２２を混在させた第１及び第２の集合体１１Ａ，１１Ｂを、第３の集合体１１Ｃと第４の集合体１１Ｄとの間に介在させている。これにより、第１のＭＣＭ熱交換器１０内に連続した温度勾配を容易に発生させることができる。
【００７３】
さらに、本実施形態では、第１の開口１３１から第２の開口１３２に近づくに従って、第３の集合体１１Ｃ、第１の集合体１１Ａ、第２の集合体１１Ｂ、及び、第４の集合体１１Ｄの順番で、第１〜第４の集合体１１Ａ〜１１Ｄが並べられている。
【００７４】
すなわち、本実施形態では、第１の開口１３１から第２の開口１３２に近づくに従って、第１〜第４の撚線１２Ａ〜１２Ｄを構成する線材として、第１の線材１２１の本数（Ｎ１）と第２の線材１２２の本数（Ｎ２）の比（Ｎ１：Ｎ２）が段階的に変化するように、第１〜第４の集合体１１Ａ〜１１Ｄが並べられている。このため、第１のＭＣＭ熱交換器１０内に発生する温度勾配をスムーズにすることができる。
【００７５】
さらに、本実施形態では、相互に異なるキュリー点ＴＣ１，ＴＣ２を有する第１及び第２の線材１２１，１２２を撚り合わせて第１の撚線１２Ａを構成し、複数の第１の撚線１２Ａを複数束ねることで第１の集合体１１Ａが構成されている。同様に、第１及び第２の線材１２１，１２２を撚り合わせて第２の撚線１２Ｂを構成し、複数の第２の撚線１２Ｂを複数束ねることで第２の集合体１１Ｂが構成されている。
【００７６】
このため、図５（ａ）及び図６（ａ）に示すように、第１及び第２の集合体１１Ａ，１１Ｂにおいて、第１の線材１２１が偏ることなく実質的に均等に配置されていると共に、第２の線材１２２も偏ることなく実質的に均等に配置されているので、第１のＭＣＭ熱交換器２０内での長手方向に対する直交断面における温度分布の均一化を図ることができる。
【００７７】
第２のＭＣＭ熱交換器２０についても、上述の第１のＭＣＭ熱交換器１０と同様の効果を得ることができる。
【００７８】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００７９】
上述した磁気ヒートポンプ装置の構成は一例であり、本発明に係る熱交換器をＡＭＲ（Active Magnetic Refrigerataion）方式の他の磁気ヒートポンプ装置に適用してもよい。
【００８０】
例えば、磁気ヒートポンプ装置が有するＭＣＭ熱交換器の数は特に限定されない。例えば、磁気ヒートポンプ装置が、１個或いは３個以上のＭＣＭ熱交換器を備えていてもよい。
【００８１】
また、上述の実施形態では、磁気ヒートポンプ装置を家庭用或いは自動車等の空気調和装置に適用した例について説明したが、特にこれに限定されない。例えば、用途に応じた適切なキュリー温度を有するＭＣＭを選定することで、冷凍機のような極低温域での用途、或いは、ある程度高温域での用途に、本発明に係る磁気ヒートポンプ装置を適用してもよい。
【００８２】
また、本実施形態では、第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０が同一の構成を有しているが、特にこれに限定されず、これらが異なる構成を有してもよい。例えば、第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０で、異なる仕様の集合体を用いたり、集合体の数を異ならせてもよい。
【符号の説明】
【００８３】
１…磁気ヒートポンプ装置
１０…第１のＭＣＭ熱交換器
１１Ａ〜１１Ｄ…第１〜第４の集合体
１２Ａ〜１２Ｄ…第１〜第４の撚線
１２１…第１の線材
１２２…第２の線材
１２３…流路
１３…容器
１３１…第１の開口
１３２…第２の開口
１４…収容部
１４１底部
１４２，１４３…側部
１４４…開口
１５…蓋部
１６…第１の端末部材
１６１…連結口
１６２…接続口
１７…第２の端末部材
１７１…連結口
１７２…接続口
２０…第２のＭＣＭ熱交換器
２１Ａ〜２１Ｄ…第１〜第４の集合体
２３…容器
２６１…第１の連結口
２７１…第２の連結口
３０…ピストン
３５…アクチュエータ
４０…永久磁石
５０…低温側熱交換器
６０…高温側熱交換器
７０…ポンプ
８１〜８２…第１〜第２の低温側配管
８３〜８４…第３〜第４の高温側配管
９０…切替弁
【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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