(57)【要約】【課題】位相差を望ましい状態に調節可能な熱磁気サイクル装置を提供する。【解決手段】車両用空調装置１０は、熱磁気サイクル装置のひとつである磁気熱量効果型ヒートポンプ装置（ＭＨＰ装置）１１を備える。ＭＨＰ装置１１は、複数の磁気熱量素子（ＭＣＥ素子）１２を備える。ＭＨＰ装置１１は、ＭＣＥ素子１２に与えられる磁場を変調する磁場変調装置１３と、熱輸送媒体の往復流を生じさせる熱輸送装置１４とを備える。ＭＨＰ装置１１は、磁場変調装置１３と熱輸送装置１４との間に、磁場波形の位相と、流れ波形の位相との位相差を調節する位相調節器７１、７２を備える。制御装置１８は、気泡等に起因して遅れた流れ位相を取得する。制御装置１８は、取得位相差が望ましい目標位相差に一致するように位相調節器７１、７２を制御する。【選択図】図１
2018091598.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部磁場の強弱により発熱と吸熱とを生じる磁気熱量素子（１２）、
前記磁気熱量素子に印加される外部磁場を変調する磁場変調装置（１３）、
前記磁気熱量素子に高温端と低温端とを生成するように、前記磁気熱量素子と熱交換する熱輸送媒体の往復流を発生させる熱輸送装置（１４）、
前記磁場変調装置が発生する前記外部磁場の変化の磁場位相と前記熱輸送装置が発生する前記往復流の流れ位相との間の位相差を調節する位相調節器（７１、７２、５７１、５７２）、および
前記位相調節器を制御する制御装置（１８）を備え、
前記制御装置は、
前記熱輸送媒体の往復流の流れ位相（ＰＨｆ）、または前記磁気熱量素子に生じる前記発熱または前記吸熱の変化が示す反応位相（ＰＨｔｒ）を取得する位相取得部（１８ａ、９１８ｂ、Ａ１８ｂ）、および
前記流れ位相、または前記反応位相に基づいて前記位相調節器を制御する制御部（１８ｃ、９１８ｃ）を備える熱磁気サイクル装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記磁場位相と前記流れ位相との間の位相差を取得する位相差取得部（１８ｂ）を備え、
前記位相取得部（１８ａ）は、前記流れ位相を取得し、
前記制御部（１８ｃ）は、前記位相差取得部により取得された取得位相差（ＰＨｒ）が、望ましい目標位相差（ＰＨｔ）に向けて接近するように前記位相調節器を制御し、
前記目標位相差は、前記流れ位相が前記磁場位相に対して遅れた遅れ位相差であり、
前記取得位相差は、目標位相差よりさらに遅れた遅れ位相差である請求項１に記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記磁場位相と前記流れ位相との間の位相差を取得位相差として取得し、前記取得位相差と前記目標位相差との間の誤差位相差（ＰＨｅ）を減少させるように前記位相調節器を制御する請求項２に記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記取得位相差を、前記目標位相差を含む目標範囲（ＰＨｐ）の中に制御する請求項２または請求項３に記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項５】
前記位相調節器は、前記磁場変調装置と前記熱輸送装置との間に設けられ、それらの間の機械的な連動関係における位相差を調節する請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項６】
前記位相調節器は、進み方向（ＡＤＶ）と遅れ方向（ＲＥＴ）とに対応して設けられ、作動流体が入れられた複数の容積室（７５、７６）を区画形成する部材（７３、７４）を備える請求項５に記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項７】
前記制御部は、複数の前記容積室の容積比を調節することにより前記位相差を制御する請求項６に記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記位相調節器にダンピング機能を与えて前記位相差を制御する請求項６に記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項９】
さらに、前記容積室に気泡を注入することにより前記ダンピング機能を与える気泡注入器（３７９、４７９）を備え、
前記制御部は、前記気泡注入器を制御することにより前記位相差を制御する請求項８に記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項１０】
前記作動流体の気体溶解度は既知であり、
前記気泡注入器は、前記作動流体の温度を調節することにより前記容積室に気泡を注入する温度調節器を有する請求項９に記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項１１】
前記位相調節器（５７１、５７２）は、前記磁場変調装置と前記磁気熱量素子との相対的な位置をずらす請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項１２】
前記位相調節器は、前記磁気熱量素子を移動させるよう構成されている請求項１１に記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項１３】
前記位相取得部は、
前記熱輸送媒体の往復流の流れ位相を取得する流れ位相取得部（１８ａ）を備え、
さらに、
前記磁場位相と前記流れ位相との位相差を取得位相差として取得する位相判定部（１８ｂ）を備え、
前記制御部（１８ｃ）は、前記取得位相差（ＰＨｒ）が、望ましい目標位相差（ＰＨｔ）に向けて接近するように前記位相調節器を制御する請求項１から請求項１２のいずれかに記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項１４】
さらに、前記熱輸送媒体の往復流を観測する流れセンサ（３１、３２、５３１）を備え、
前記流れ位相取得部は、前記流れセンサの出力に基づいて前記流れ位相を検出する請求項１３に記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項１５】
さらに、前記熱輸送媒体の状態を観測するセンサ（３５、３６）を備え、
前記流れ位相取得部は、前記センサの出力に基づいて前記流れ位相を推定する請求項１３に記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項１６】
前記位相調節器は、前記磁気熱量素子に、ＡＭＲサイクルとしての高い能力を発揮させることができる位相差に制御される請求項１から請求項１５のいずれかに記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項１７】
外部磁場の強弱により発熱と吸熱とを生じる磁気熱量素子（１２）、
前記磁気熱量素子に印加される外部磁場を変調する磁場変調装置（１３）、
前記磁気熱量素子に高温端と低温端とを生成するように、前記磁気熱量素子と熱交換する熱輸送媒体の往復流を発生させる熱輸送装置（１４）、および
前記磁場変調装置と前記磁気熱量素子との相対的な位置をずらすことにより、前記磁場変調装置が発生する磁場変化の位相と前記熱輸送装置が発生する前記往復流の位相との間の位相差を調節する位相調節器（５７１、５７２）を備える熱磁気サイクル装置。
【請求項１８】
前記位相調節器は、前記磁気熱量素子を移動させるよう構成されている請求項１７に記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項１９】
前記位相取得部（９１８ｂ）は、前記磁場変調装置が発生する前記外部磁場の変化に起因して前記磁気熱量素子に生じる前記発熱または前記吸熱の変化の遅れを含むように、前記反応位相を算出し、
前記制御部（９１８ｃ）は、前記流れ位相と前記反応位相との関係を目標関係に向けて接近させるように前記位相調節器を制御する請求項１に記載の熱磁気サイクル装置。
【請求項２０】
前記位相取得部（９１８ｂ）は、前記磁場変調装置が発生する前記外部磁場の変化に起因して前記磁気熱量素子に生じる前記発熱または前記吸熱の変化を観測することにより前記反応位相を検出する反応センサ（Ａ８１、Ｂ８１）を備え、
前記制御部（９１８ｃ）は、前記流れ位相と前記反応位相との関係を目標関係に向けて接近させるように前記位相調節器を制御する請求項１に記載の熱磁気サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この明細書における開示は、磁性体の温度特性を利用する熱磁気サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１−５は、磁性体の温度特性を利用して運動エネルギと熱エネルギとの相互変換を提供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のひとつとして、磁気熱量効果型ヒートポンプ装置（以下、ＭＨＰ装置という）が開示されている。この装置は、磁場の強さの変化と、熱を輸送する媒体の往復流とを利用している。
【０００３】
磁場変化と往復流との位相関係は、熱磁気サイクル装置として望ましい運転状態を実現するために重要な要素である。望ましい位相関係を実現するために、磁場変調装置と、熱輸送装置との間には、回転位相を調節する位相変換機構が設けられている。従来技術として列挙された先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２３７５４５号公報
【特許文献２】特開２０１２−４７３８５号公報
【特許文献３】特開２０１２−２２９６３４号公報
【特許文献４】特開２０１２−２２９８３１号公報
【特許文献５】特開２０１４−６２６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術では、望ましい位相が実現できない場合がある。例えば、熱輸送媒体として利用される液体に気泡が混入した場合、熱輸送媒体は圧縮性を帯びる。さらに、気泡の量が変化すると、熱輸送媒体の圧縮性が変化する。圧縮性の変化は、機械的な構成から想定される位相と、実際の熱輸送媒体の流れが示す位相とに誤差を生じさせる。
【０００６】
別の観点では、磁場の変化に対して、磁気熱量素子における磁気熱量効果の反応が遅れる場合がある。この場合、流れと、吸熱または発熱とが、望ましい状態からずれる場合がある。例えば、磁気熱量素子が発熱しても、その熱が熱輸送媒体によって十分に運ばれない。さらに、反応の遅れは、外気温、熱輸送媒体の種類、部品の劣化などの要因によって変化する場合がある。
【０００７】
別の観点では、実現可能な簡単な構成で位相差を調節することができない。特に、回転軸に設けられた位相変換機構は、機構自身の回転を許容するための装置を必要とする。例えば、回転部と静止部とにまたがる流体回路などが必要である。
【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】
開示されるひとつの目的は、往復流の位相変化による影響を抑制した熱磁気サイクル装置を提供することである。
【００１０】
開示される他のひとつの目的は、磁気熱量素子における磁気熱量効果の反応遅れによる影響を抑制した熱磁気サイクル装置を提供することである。
【００１１】
開示されるさらに他のひとつの目的は、流れ位相の変化、または反応位相の変化があっても機能を維持できる熱磁気サイクル装置を提供することである。
【００１２】
開示されるさらに他のひとつの目的は、簡単な構成の位相調節器を備え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】
【００１３】
ここに開示された熱磁気サイクル装置は、外部磁場の強弱により発熱と吸熱とを生じる磁気熱量素子（１２）、磁気熱量素子に印加される外部磁場を変調する磁場変調装置（１３）、磁気熱量素子に高温端と低温端とを生成するように、磁気熱量素子と熱交換する熱輸送媒体の往復流を発生させる熱輸送装置（１４）、磁場変調装置が発生する外部磁場の変化の磁場位相と熱輸送装置が発生する往復流の流れ位相との間の位相差を調節する位相調節器（７１、７２、５７１、５７２）、および位相調節器を制御する制御装置（１８）を備え、制御装置は、熱輸送媒体の往復流の流れ位相（ＰＨｆ）、または磁気熱量素子に生じる発熱または吸熱の変化が示す反応位相（ＰＨｔｒ）を取得する位相取得部（１８ａ、９１８ｂ、Ａ１８ｂ）、および流れ位相、または反応位相に基づいて位相調節器を制御する制御部（１８ｃ、９１８ｃ）を備える。
【００１４】
開示される熱磁気サイクル装置によると、以下に述べる有利な作用効果が得られる。位相取得部は、熱輸送媒体の往復流の流れ位相、または磁気熱量素子に生じる発熱または吸熱の変化が示す反応位相を取得する。しかも、制御部は、流れ位相、または反応位相に基づいて位相調節器を制御する。このため、流れ位相が取得される場合には、往復流の流れ位相が、予定された位相からずれることがあっても、望ましい位相差が実現される。また、反応位相が取得される場合には、反応位相が、予定された位相からずれることがあっても、望ましい位相差が実現される。また、流れ位相と反応位相との両方が取得される場合には、流れ位相または反応位相が予定された位相からずれることがあっても、望ましい位相差が実現される。
【００１５】
ここに開示された熱磁気サイクル装置は、外部磁場の強弱により発熱と吸熱とを生じる磁気熱量素子（１２）、磁気熱量素子に印加される外部磁場を変調する磁場変調装置（１３）、磁気熱量素子に高温端と低温端とを生成するように、磁気熱量素子と熱交換する熱輸送媒体の往復流を発生させる熱輸送装置（１４）、および磁場変調装置と磁気熱量素子との相対的な位置をずらすことにより、磁場変調装置が発生する磁場変化の位相と熱輸送装置が発生する往復流の位相との間の位相差を調節する位相調節部（５７１、５７２）を備える。
【００１６】
開示される熱磁気サイクル装置によると、磁場変調装置と磁気熱量素子との相対的な位置をずらすことにより、磁場変化の位相と往復流の位相との間の位相差が調節される。このため、簡単な構成の位相調節器を採用することができる。
【００１７】
この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的な手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態に係る車両用空調装置のブロック図である。
【図２】ＭＨＰ装置の断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。
【図４】位相調節器の断面図である。
【図５】流れセンサの断面図である。
【図６】第１実施形態の作動を示すフローチャートである。
【図７】磁場と流れを示す波形図である。
【図８】位相遅れと能力との関係を示すグラフである。
【図９】第２実施形態の作動を示すフローチャートである。
【図１０】温度とガス発生量との関係を示すグラフである。
【図１１】圧力とガス発生量との関係を示すグラフである。
【図１２】ガス量と位相遅れとの関係を示すグラフである。
【図１３】第３実施形態の作動を示すフローチャートである。
【図１４】第３実施形態における位相調節器の断面図である。
【図１５】第４実施形態の作動を示すフローチャートである。
【図１６】第４実施形態における位相調節器の断面図である。
【図１７】第５実施形態のＭＨＰ装置の断面図である。
【図１８】第５実施形態のＭＨＰ装置の断面図である。
【図１９】第５実施形態のＭＨＰ装置の断面図である。
【図２０】磁場と流れを示す波形図である。
【図２１】第６実施形態におけるＭＨＰ装置の断面図である。
【図２２】荷重（Ｔｄ）と活性化量（ＲＭ）との関係を示すグラフである。
【図２３】第６実施形態の作動を示すフローチャートである。
【図２４】第７実施形態におけるＭＨＰ装置の断面図である。
【図２５】第８実施形態におけるＭＨＰ装置の断面図である。
【図２６】第９実施形態におけるＭＨＰ装置のブロック図である。
【図２７】第９実施形態の作動を示すフローチャートである。
【図２８】ポンプ作動と流れと磁場と反応とを示す波形図である。
【図２９】第１０実施形態におけるＭＨＰ装置のブロック図である。
【図３０】第１０実施形態の作動を示すフローチャートである。
【図３１】第１１実施形態におけるＭＨＰ装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび／または構造的に対応する部分および／または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および／または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。
【００２０】
第１実施形態
図１において、第１実施形態は熱機器の一例である車両用空調装置１０を提供する。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。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。
【００２１】
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。
【００２２】
ＭＨＰ装置１１は、磁気熱量素子１２を備える。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、外部磁場の強弱により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、ガドリニウム系材料、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。
【００２３】
ひとつのＭＣＥ素子１２とそれに関連する要素は、磁気熱量素子ユニットを構成する。磁気熱量素子ユニットは、ＭＣＤ（Magneto-Caloric effect Device）ユニットとも呼ばれる。ＭＨＰ装置１１は、ＭＣＥ素子１２の磁気熱量効果を利用する。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。
【００２４】
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、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。
【００２５】
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、ＭＣＥ素子１２に高温端と低温端とを生成するように、熱輸送媒体を流す。
【００２６】
ＭＣＥ素子１２と熱交換する熱輸送媒体は一次媒体と呼ばれる。一次媒体は、不凍液、水、油などの流体によって提供することができる。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を往復的に移動させる。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、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。
【００２７】
ＭＨＰ装置１１は、動力源としてのモータ（ＭＴＲ）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。ＭＨＰ装置１１の動力源として設けられたモータ１５は、車載の電池によって駆動される。
【００２８】
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、ひとつのＭＣＥ素子１２において、一次媒体の往復的な流れを生じさせる。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熱輸送媒体の往復流をＭＣＤユニット内に生じさせる。
【００２９】
ＭＨＰ装置１１は、位相調節器７１、７２を備える。位相調節器７１、７２は、位相調節部を提供する。位相調節器７１、７２は、磁場変調装置１３が発生する磁場変化の位相と熱輸送装置１４が発生する往復流の位相との間の位相差を調節する。位相調節器７１、７２は、磁場変調装置１３によって発生される磁場の周期的変化と、熱輸送装置１４によって発生される熱輸送媒体の流れ方向の周期的変化との間の位相差を調節する。位相調節器７１、７２は、磁場変調装置１３と熱輸送装置１４との間に設けられている。位相調節器７１、７２は、磁場変調装置１３と熱輸送装置１４との間の機械的な連動関係における位相差を調節する。位相調節器７１、７２は、回転方向に関する機械的な位相差を調節する。この実施形態では、熱輸送装置１４がふたつのポンプ４１、４２を備えるから、ふたつの位相調節器７１、７２が用いられている。
【００３０】
ひとつの位相調節器７１は、磁場変調装置１３のための回転軸と熱輸送装置１４との間に設けられている。位相調節器７１は、磁場変調装置１３のための回転軸とポンプ４１との間に設けられている。ひとつの位相調節器７２は、磁場変調装置１３のための回転軸と熱輸送装置１４との間に設けられている。位相調節器７２は、磁場変調装置１３のための回転軸とポンプ４２との間に設けられている。
【００３１】
車両用空調装置１０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熱機器でもある。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。高温系統１６は、ＭＨＰ装置１１によって得られた低温を利用する熱機器でもある。高温系統１６と低温系統１７とは、熱輸送媒体を一次媒体とし、この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、５６を備える。熱交換器５１、５６の構成は、参照によって導入することができる特開２０１４−６２６８２号公報にも開示されている。
【００３２】
車両用空調装置１０は、制御装置（ＣＮＴＲ）１８を備える。制御装置１８は、電子制御装置（Electronic Control Unit）である。制御装置１８は、処理装置（ＣＰＵ）と、プログラムを記憶する記憶媒体としてのメモリ（ＭＭＲ）とを有する。制御装置１８は、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を備えるマイクロコンピュータによって提供される。記憶媒体は、コンピュータによって読み取り可能なプログラムを非一時的に格納している。記憶媒体は、半導体メモリまたは磁気ディスクによって提供されうる。プログラムは、制御装置１８によって実行されることによって、制御装置１８をこの明細書に記載される装置として機能させ、この明細書に記載される制御方法を実行するように制御装置１８を機能させる。制御装置１８が提供する機能的ブロックは、意図的に手段と特定される場合にのみ手段と扱われるべきである。
【００３３】
ＭＨＰ装置１１は、複数のセンサを備える。センサは、検出対象として意図された物理量を検出し、検出された物理量を示す電気信号を出力する。センサは、制御装置１８と電気的に接続されており、出力信号は、制御装置１８に入力される。
【００３４】
ＭＨＰ装置１１は、少なくともひとつの流れセンサを備える。ＭＨＰ装置１１は、複数のＭＣＥ素子１２のそれぞれ、すなわち複数の作業室のそれぞれに対応して、複数の流れセンサを備えることができる。また、ＭＨＰ装置１１は、代表的なＭＣＥ素子１２、すなわち代表的な作業室における流れを検出するために、ひとつの流れセンサを備えることができる。
【００３５】
図中には、ふたつの流れセンサ３１、３２が例示されている。流れセンサ３１、３２は、熱輸送媒体の往復流の方向を示す電気信号を出力する。流れセンサ３１、３２は、順方向の流れＦＮと、逆方向の流れＦＭとを示す異なる電気信号を出力する。流れセンサ３１、３２は、熱輸送媒体の流れ方向の切り替わりタイミングを検出するために利用される。流れセンサ３１、３２は、熱輸送媒体の流れ方向の転流タイミングを検出するために利用される。流れセンサ３１、３２は、往復流の位相を検出するために利用される。言い換えると、流れセンサ３１、３２は、往復流の位相を取得するために利用される。
【００３６】
ＭＨＰ装置１１は、少なくともひとつの位相センサを備える。図中には、ふたつの位相センサ３３、３４が例示されている。位相センサ３３、３４は、位相調節器７１、７２の入出力間における回転方向に関する位相差を示す電気信号を出力する。位相調節器７１、７２とは、入力軸の回転位相を検出する入力回転センサと、出力軸の回転位相を検出する出力回転センサとを含む。これら入力回転センサからの出力と、出力回転センサからの出力との差によって位相調節器７１、７２の位相差を示すことができる。
【００３７】
位相調節器７１、７２は、磁場変調装置１３と熱輸送装置１４との間における、回転方向に関する機械的な位相差を調節する。よって、位相センサ３３、３４は、磁場変調装置１３と熱輸送装置１４との間における、回転方向に関する機械的な位相差を検出している。すなわち、位相センサ３３、３４は、位相調節器７１、７２によって生成される機械的な位相差を検出している。この機械的な位相差は、位相調節器７１、７２をフィードバック制御するために利用される。
【００３８】
ＭＨＰ装置１１は、少なくともひとつの温度センサ３５を備える。温度センサ３５は、ＭＨＰ装置１１の温度を示す電気信号を出力する。温度センサ３５は、ＭＨＰ装置１１の高温端の温度または低温端の温度を検出するために利用される。温度センサ３５は、熱輸送媒体の中における気泡の発生量と相関関係をもつ変数としての温度を検出ために利用される。温度センサ３５は、熱輸送媒体の状態を観測するセンサのひとつである。多くの場合、高温端の温度は、気泡の発生量と強い相関をもつ。温度センサ３５は、熱輸送媒体の温度、またはＭＨＰ装置１１が設置された環境の温度、例えば車両のエンジンルームの温度を検出し、検出された温度を示す電気信号を出力するように構成されてもよい。
【００３９】
ＭＨＰ装置１１は、少なくともひとつの圧力センサ３６を備える。圧力センサ３６は、ＭＨＰ装置１１における熱輸送媒体の圧力を示す電気信号を出力する。圧力センサ３６は、ＭＨＰ装置１１の高温端または低温端における熱輸送媒体の圧力を検出するために利用される。圧力センサ３６は、熱輸送媒体の中における気泡の発生量と相関関係をもつ変数としての圧力を検出ために利用される。圧力センサ３６は、熱輸送媒体の状態を観測するセンサのひとつである。多くの場合、作業室２６の中でも熱輸送媒体の圧力が低下する部位の圧力は、気泡の発生量と強い相関をもつ。
【００４０】
制御装置１８は、車両用空調装置１０の制御可能な複数の要素を制御する。例えば、制御装置１８は、ＭＨＰ装置１１の作動と停止とを少なくとも切換えるようにモータ１５を制御する。制御装置１８は、ＭＨＰ装置１１をヒートポンプとして機能させるように、モータ１５を経由して、磁場変調装置１３と熱輸送装置１４とを制御する。制御装置１８は、ＭＣＥ素子１２の両端に高温端と低温端とを発生させるように、モータ１５を経由して、磁場変調装置１３と熱輸送装置１４とを制御する。
【００４１】
図２において、ＭＨＰ装置１１が図示されている。一群のＭＣＥ素子１２は、ＭＣＥ素子１２の長手方向、すなわち一次媒体の流れ方向に沿って配置された複数の部分を有する。複数の部分のそれぞれを構成する材料は、キュリー温度が異なる。複数の部分は、異なる温度帯において高い磁気熱量効果（ΔＳ（Ｊ／ｋｇＫ））を発揮する。高温端に近い部分は、定常運転状態において高温端に現れる温度の近傍において高い磁気熱量効果を発揮する材料組成を有する。中温部に近い部分は、定常運転状態において中温部に現れる温度の近傍において高い磁気熱量効果を発揮する材料組成を有する。低温端に近い部分は、定常運転状態において低温端に現れる温度の近傍において高い磁気熱量効果を発揮する材料組成を有する。
【００４２】
ＭＣＥ素子１２のそれぞれの部分が高い磁気熱量効果を発揮する温度帯は、高効率温度帯と呼ばれる。複数の部分は、高温端と低温端との間において高効率温度帯が並ぶように直列に配列されている。定常運転において高温端と低温端との間に作り出される定常温度差を複数の部分が分担する。これにより、それぞれの部分において高い効率が得られる。言い換えると、ＭＣＥ素子１２は、定常温度差が得られるときに、それぞれの素子ユニットが所定の閾値を上回る磁気熱量効果を発揮するように調節されている。
【００４３】
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、熱輸送媒体の往復的な流れＦＭ、ＦＮを発生させる。モータ１５は、磁場変調装置１３を提供するロータコア２４を回転させる。
【００４４】
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。ひとつのＭＣＥ素子１２に対応付けられたふたつの気筒は、相補的に作動する。これにより、ひとつのＭＣＥ素子１２の長手方向に沿って流れる一次媒体の往復流が提供される。この実施形態では、ＭＨＰ装置１１は、熱的に並列接続された複数のＭＣＥ素子１２を備える。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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、１０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。
【００４８】
作業室２６は、一次媒体を流すための一次通路を提供する。ハウジング２１は、一次媒体を流すための複数の一次通路を区画形成する通路部材でもある。作業室２６内には、その長手方向に沿って一次媒体が流れる。一次媒体は、作業室２６内を長手方向に沿って往復するように流れる。
【００４９】
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。
【００５０】
ひとつのＭＣＥ素子１２は、ＭＨＰ装置１１の軸方向に沿って長手方向を有する棒状に形成されている。ＭＣＥ素子１２は、作業室２６内を流れる一次媒体と十分に熱交換できる形状に形成されている。それぞれのＭＣＥ素子１２は、素子ベッドとも呼ばれる。
【００５１】
ＭＣＥ素子１２は、磁場変調装置１３によって印加、または除去される外部磁場の影響下に置かれる。すなわち、回転軸２２が回転すると、ＭＣＥ素子１２を磁化させるための外部磁場が印加された状態と、ＭＣＥ素子１２から上記外部磁場が除去された状態とが交互に切換えられる。
【００５２】
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通路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、二次媒体を流すためのポンプ５４を備える。ポンプ５４は、二次媒体が熱交換器５１、通路５２、および熱交換器５３を循環的に流れるように二次媒体を流す。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。
【００５３】
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５６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通路５７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５８を備える。例えば、熱交換器５８は、二次媒体と空気との熱交換を提供する。低温系統１７は、二次媒体を流すためのポンプ５９を備える。ポンプ５９は、二次媒体が熱交換器５６、通路５７、および熱交換器５８を循環的に流れるように二次媒体を流す。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。
【００５４】
熱交換器５１、５６は、複数のＭＣＥ素子１２の両端に、対称的に配置されている。熱交換器５１、５６は、互いに対応する構成要素を有している。以下では、熱交換器５６が詳細に説明されている。この説明は、熱交換器５１にも適用することができる。熱交換器５６は、ボディ６１を有する。ボディ６１は、複数の部材を組み合わせることによって形成されている。
【００５５】
ボディ６１は、一次媒体を流すための複数の一次通路６２を区画形成する通路部材である。複数の一次通路６２は、複数の作業室２６の延長上に位置している。複数の一次通路６２は、熱交換器５６に周方向に沿って等間隔に配置されている。ボディ６１は、二次媒体を流すための複数の二次通路６３を区画形成する通路部材でもある。ボディ６１は、一次媒体と二次媒体との間の熱交換を促進するために、それらの間に高い熱伝達率を実現できるように形成されている。この実施形態では、ボディ６１は、アルミニウム系の金属製である。ボディ６１は、銅系の金属製、または樹脂材料製でもよい。
【００５６】
図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における熱交換器５６の断面を示す。図２は、図３のＩＩ−ＩＩ線における断面である。ひとつの一次通路６２は、ひとつの作業室２６に対応している。図示の例では、１０個の一次通路６２が設けられている。一次通路６２は、円柱状の熱交換器５６を軸方向に沿って貫通している。一次通路６２内には、熱交換に寄与する広い面積を提供するために、複数のフィンが配置されている。
【００５７】
熱交換器５６は、二次媒体が流れるための二次通路６３を有する。ボディ６１は、二次通路６３を区画形成している。二次通路６３は、熱交換器５６の周方向に沿って延びている。二次通路６３は、入口から出口に向かう一方向の通路である。二次通路６３は、熱交換器５６の周方向に沿って一方向に延びる通路である。二次通路６３は、複数の一次通路６２の近傍を通過している。二次通路６３は、複数の一次通路６２の近傍を順に通過している。二次通路６３は、複数の一次通路６２の近傍を一度ずつ通過する。二次通路６３は、円柱状の熱交換器５６の径方向外側部分を一周するように形成されている。二次通路６３内には、熱交換に寄与する広い面積を提供するために、複数のフィンが配置されている。
【００５８】
図２に戻り、ふたつの熱交換器５３、５８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５８より高温になる高温側熱交換器である。熱交換器５３は、室内熱交換器とも呼ばれる。熱交換器５８は、熱交換器５３より低温になる低温側熱交換器である。熱交換器５８は、室外熱交換器とも呼ばれる。車両用空調装置１０は、高温側の熱交換器５３、および／または低温側の熱交換器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。
【００５９】
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、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、熱交換器５８は上記冷却器として用いることができる。
【００６０】
ＭＨＰ装置１１が温熱供給源として利用されるとき、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、熱交換器５８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、熱交換器５８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、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、熱交換器５８を通過した空気は、その後に、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。
【００６１】
図１に戻り、制御装置１８は、位相調節器７１、７２を制御する。制御装置１８は、磁場変調装置１３による磁場変化の磁場位相と熱輸送装置１４による往復流の流れ位相との間の位相差が目標位相差に一致するように位相調節器７１、７２を制御する。モータ１５と磁場変調装置１３、例えばポンプ４２とは、直結されている。よって、磁場変調装置１３による磁場変化の磁場位相は、モータ１５の回転位置として観測することができる。この実施形態では、位相センサ３３、３４からの電気信号に基づいて、磁場変調装置１３による磁場変化の磁場位相を観測することができる。
【００６２】
磁場変調装置１３による磁場変化の磁場位相は、磁場の強さが、ＭＣＥ素子１２に所定能力を上回る磁気熱量効果を発揮させることができる基準の磁場の強さと交差するタイミングによって示される。
【００６３】
往復流の流れ位相は、流れセンサ３１、３２からの電気信号に基いて観測することができる。往復流の流れ位相は、往復流の転流タイミングによって示される。
【００６４】
制御装置１８は、複数の機能ブロック１８ａ−１８ｃを有する。機能ブロック１８ａは、熱輸送装置１４による往復流の流れ位相を取得する流れ位相取得部を提供する。流れ位相は、流れ位相を直接的に検出すること、すなわち観測することによって取得することができる。また、流れ位相は、流れ位相と相関をもつ物理量に基いて推定すること、すなわち推測することよっても取得することができる。この実施形態では、流れセンサ３１、３２から出力された電気信号に基いて、流れ位相が検出される。
【００６５】
機能ブロック１８ｂは、取得された取得流れ位相が、ＭＨＰ装置１１が高い効率で機能できる目標位相と一致しているか否かを判定する位相判定部を提供する。ここでは、取得流れ位相と、磁場変調装置１３による磁場変化の磁場位相との間の位相差が利用される。取得流れ位相に基いて算出される位相差は、実位相差と呼ぶことができる。実位相差は、熱輸送媒体の圧縮性、熱輸送媒体の漏れなど多様な要因に起因して、機械的構成に基いて実現されるべき計算位相差からずれている。多くの場合、実位相差は、計算位相差より遅れている。言い換えると、磁場変化の位相に対して往復流の位相は、遅れている。機能ブロック１８ａ、１８ｂにより、位相差を取得するための位相差取得部が提供される。
【００６６】
ＭＨＰ装置１１がＡＭＲサイクルとして高い効率を発揮するには、取得位相差は、所定の遅れ量である目標位相差であることが望ましい。目標位相差は、流れ位相が磁場位相に対して遅れた遅れ位相差である。ところが、上述の気泡などに起因して、実位相差は、目標位相差からずれる。取得位相差は、目標位相差よりさらに遅れた遅れ位相差である。よって、機械的な構成に基く計算によって位相調節器７１、７２を制御するだけでは、実位相差を目標位相差に一致させることは困難である。そこで、この実施形態では、実位相差が、目標位相差と一致するように位相調節器７１、７２が制御される。
【００６７】
機能ブロック１８ｃは、取得された流れ位相に基いて算出される実位相差が、目標位相差に接近するように、そして一致するように、位相調節器７１、７２を制御する制御部を提供する。機能ブロック１８ｃは、取得された実位相差を、目標位相差に一致させるように位相調節器７１、７２をフィードバック制御するフィードバック制御部でもある。実位相差と目標位相差との差が、所定の許容範囲内にある場合、実位相差は目標位相差に一致していると評価することができる。
【００６８】
図４において、位相調節器７１、７２の断面が図示されている。位相調節器７１、７２は、ベーン型の位相調節器である。位相調節器７１と位相調節器７２とは、同じ構造である。以下、位相調節器７１について説明する。位相調節器７１は、ハウジング７３と、ロータ７４とを有する。ハウジング７３は、内部にロータ７４を収容する。ハウジング７３とロータ７４とは、それらの間に、作動流体のための容積室７５、７６を区画形成する。容積室７５、７６は、ハウジング７３の内側に設けられたシュー部分と、ロータ７４の外側に設けられたベーン部分との間に周方向に沿って広がっている。
【００６９】
位相調節器７１は、回転可能な入力軸と回転可能な出力軸との間の回転方向に関する位相差を調節する。ハウジング７３は、入力軸と出力軸との一方に連結されている。ロータ７４は、入力軸と出力軸との他方に連結されている。例えば、ハウジング７３は、ポンプ４１に連結されており、ロータ７４はロータコア２４に連結されている。容積室７５、７６の容積は可変である。容積室７５、７６の容積は、ハウジング７３とロータ７４との間の位相差に応じて変化する。
【００７０】
ハウジング７３とロータ７４とが、回転方向ＲＴへ向けて回転する場合、ハウジング７３に対して、ロータ７４は、進み方向ＡＤＶと遅れ方向ＲＥＴとへ相対回転することができる。例えば、第１の容積室７５（進角室とも呼ばれる）の容積が減少し、第２の容積室７６（遅角室とも呼ばれる）の容積が増加する場合、ハウジング７３に対するロータ７４の位相は進み方向ＡＤＶへ変化する。第１の容積室７５の容積が増加し、第２の容積室７６の容積が減少する場合、ハウジング７３に対するロータ７４の位相は遅れ方向ＲＥＴへ変化する。このように、位相調節器７１は、進み方向ＡＤＶと遅れ方向ＲＥＴとに対応して設けられ、作動流体が入れられた複数の容積室７５、７６を区画形成する部材としてハウジング７３とロータ７４とを備える。
【００７１】
位相調節器７１は、容積室７５、７６への作動流体の供給と、容積室７５、７６からの作動流体の排出とを制御する流体機械（ＦＤ）７８を有する。流体機械７８は、ポンプと制御弁とによって提供することができる。
【００７２】
図５において、流れセンサ３１、３２の断面が図示されている。流れセンサ３１、３２は、熱輸送媒体の流れ方向を直接的に観測する。流れセンサ３１、３２は、光学式の流れ方向センサとも呼ぶことができる。流れセンサ３１と流れセンサ３２とは、同じ構造である。以下、流れセンサ３１について説明する。流れセンサ３１は、熱輸送媒体の流れに応じて移動するフロート３７を備える。フロート３７は、作業室２６内に配置されている。流れセンサ３１は、フロート３７の位置を光学的に検出する光学センサ３８、３９を有する。光学センサ３８がフロート３７を検出するとき、熱輸送媒体の流れ方向は順方向ＦＮである。光学センサ３９がフロート３７を検出するとき、熱輸送媒体の流れ方向は逆方向ＦＭである。
【００７３】
図６において、制御装置１８は、位相制御処理１９０を実行する。位相制御処理１９０は、冷凍機としてのＭＨＰ装置１１の出力が最大化されるように、位相調節器７１、７２を制御する。
【００７４】
図７は、磁場ＭＧの波形と、流れＦＬの波形とを示す。図８は、位相遅れＲＴＤに対するＭＨＰ装置１１の出力Ｑを示している。実際の磁場波形ＭＧｒに対して、流れ波形ＦＬｔが目標位相差ＰＨｔだけ遅れているときに、能力Ｑは、最大値となる。目標位相差ＰＨｔは、ＭＣＥ素子１２に、ＡＭＲサイクルとしての高い能力を発揮させることができる位相差である。目標位相差ＰＨｔは、磁場の強さがＭＣＥ素子１２に所定の磁気熱量効果を発揮させる水準ＭＧｔｈに到達したタイミングと、熱輸送媒体の流れが転流するタイミングとの位相差である。
【００７５】
熱輸送媒体の中に気泡が発生すると、気泡の圧縮性に起因して、流れの位相は遅れる。気泡が発生した場合の実際の流れ波形ＦＬｒは、理想的な流れ波形ＦＬｔより誤差位相差ＰＨｅだけ遅れる。このとき、実際の磁場波形ＭＧｒに対して、実際の流れ波形ＦＬｒは、取得された取得位相差ＰＨｒだけ遅れている。
【００７６】
能力Ｑを最大値の近傍に維持するには、位相遅れＲＴＤが所定の目標範囲ＰＨｐの中に維持される必要がある。取得位相差ＰＨｒが、目標位相差ＰＨｔを含む目標範囲ＰＨｐの中に制御されることによって、閾値Ｑｔｈ以上の高い能力が発揮される。
【００７７】
制御装置１８は、熱輸送媒体の中に気泡が発生しても、磁場波形ＭＧｒと流れ波形ＦＬｒとの間に観測され、取得される取得位相差ＰＨｒが、目標位相差ＰＨｔを含む目標範囲ＰＨｐの中に制御されるように、位相調節器７１、７２を制御する。
【００７８】
図６に戻り、ステップ１９１において、制御装置１８は、流れセンサ３１、３２によって熱輸送媒体の流れを観測することにより、流れセンサ３１、３２の出力に基いて流れ位相を検出する。ステップ１９１は、流れ位相を取得する機能ブロック１８ａを提供する。ステップ１９１は、熱輸送媒体の往復流の流れ位相を取得する流れ位相取得部を提供する。流れ位相は、熱輸送媒体の実際の流れを観測することによって取得される。よって、気泡が発生していても、気泡に起因して遅れた流れ位相が観測される。
【００７９】
ステップ１９２において、制御装置１８は、位相遅れ量が目標値に一致しているか否かを判定する。ステップ１９２は、位相遅れが適正であるか否かを判定する機能ブロック１８ｂを提供する。ステップ１９２は、外部磁場の変化の磁場位相と、流れ位相取得部によって取得された取得流れ位相とに基いて取得位相差ＰＨｒを取得する位相判定部を提供する。ここでは、磁場位相は、モータ１５と磁場変調装置１３との機械的な連動関係に基いて固定的に特定することができる。ステップ１９２では、取得位相差ＰＨｒが、目標範囲ＰＨｐの中にあるか否かが判定される。
【００８０】
ステップ１９３において、制御装置１８は、位相調節器７１、７２を制御する。制御装置１８は、取得された取得位相差ＰＨｒが、望ましい目標位相差ＰＨｔに向けて接近するように位相調節器７１、７２を制御する。制御装置１８は、取得位相差ＰＨｒを目標位相差ＰＨｔを含む目標範囲ＰＨｐの中に制御する。制御装置１８は、取得位相差ＰＨｒを目標範囲ＰＨｐの中に維持するように位相調節器７１、７２を制御する。制御装置１８は、取得位相差ＰＨｒと目標位相差ＰＨｔとの間の誤差位相差ＰＨｅを減少させるように位相調節器７１、７２を制御しているともいえる。位相調節器７１、７２の制御は、フィードバック制御によって提供されている。ステップ１９３は、位相変換器を制御する機能ブロック１８ｃを提供する。ステップ１９３は、制御部を提供する。ステップ１９３では、複数の容積室７５、７６の容積比を調節することにより位相差が制御される。
【００８１】
これにより、位相調節器７１、７２は、磁場波形ＭＧｒと流れ波形ＦＬｒとの間の位相差が目標値ＰＨｔに一致するように制御される。なお、この実施形態では、一致とは、磁場波形ＭＧｒと流れ波形ＦＬｒとの間の位相差が目標値ＰＨｔに数学的に一致する状態と、磁場波形ＭＧｒと流れ波形ＦＬｒとの間の位相差が目標値ＰＨｔを含む範囲ＰＨｐの中にある状態とを含む。
【００８２】
以上に述べた実施形態は、熱輸送媒体の中のガス発生に起因する往復流の位相ずれ（位相遅れ）を取得する。さらに、取得された位相ずれに応じて、磁場変調装置１３と熱輸送装置１４との間の位相差が調節される。この調節は、ＭＨＰ装置１１の出力を最大値の近傍に維持するように実行される。この結果、ＭＨＰ装置１１は、熱輸送媒体の中に気泡が発生するなど、熱輸送媒体の流れに変化を生じさせる外乱が発生しても、高い能力を維持することができる。位相遅れの判定は、センサによって観測された流れ波形に基いて実行される。よって、気泡などの外乱に起因する流れ波形の位相遅れ量が正確に検出される。この結果、望ましい位相差への修正が正確に実行される。位相差の調節は、位相調節器７１、７２によって実行される。この実施形態によると、磁場変化と往復流との位相差を、望ましい状態に調節可能な熱磁気サイクル装置が提供される。
【００８３】
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、熱輸送媒体の流れを流れセンサ３１、３２によって観測することによって流れ位相が取得されている。これに代えて、この実施形態では、気泡の発生、すなわち熱輸送媒体の中におけるガス成分の量を予測することにより、流れ位相が取得される。
【００８４】
図９に図示されるように、ステップ２９１において、制御装置１８は、流れ位相を推定する。流れ位相は、熱輸送媒体の流方向を観測することなしに、推定される気泡量と、熱輸送装置１４が発生する流れ波形の基準位相とから推定される。熱輸送媒体の中に発生する気泡には、飽和圧力および／または飽和温度を下回ることによって発生する気泡と、キャビテーションによって発生する気泡とが含まれる。この実施形態では、飽和条件から推定される気泡量Ｇｖｓと、キャビテーションから推定される気泡量Ｇｖｃとに基いて、全気泡量Ｇｖが推定される。
【００８５】
図１０は、温度ＴＰ（℃）および圧力Ｐｒ（ＭＰａ）に基づいて推定される気泡量Ｇｖｓ（ＴＰ、Ｐｒ）（ｍ３）を示すグラフである。温度ＴＰは、ＭＨＰ装置１１における最も気泡が発生しやすい部位の温度である。圧力Ｐｒは、ＭＨＰ装置１１における最も気泡が発生しやすい部位の圧力である。この実施形態では、ＭＨＰ装置１１は、圧力センサを備える。気泡量Ｇｖｓは、熱輸送媒体の中に溶存している気体成分が、圧力の低下および／または温度の低下によって発生させる気泡量を示している。
【００８６】
図１１は、圧力Ｐｒ（ＭＰａ）および温度ＴＰ（℃）に基いて推定される気泡量Ｇｖｃ（ＴＰ、Ｐｒ）（ｍ３）を示すグラフである。作業室２６の形状に起因して、熱輸送媒体はキャビテーションを生じ、気泡を発生させる場合がある。気泡量Ｇｖｃは、熱輸送媒体の中にキャビテーションによって発生する気泡量を示している。
【００８７】
図１２は、気泡量Ｇｖに対する流れ波形の位相遅れ量ＲＴＤを示すグラフである。気泡量Ｇｖは、気泡量Ｇｖｓと気泡量Ｇｖｃとの和である。気泡量Ｇｖが多いほど、位相遅れ量は大きくなる。
【００８８】
ステップ２９１は、流れ位相取得部を提供する。この実施形態では、気泡量Ｇｖｓと気泡量Ｇｖｃとの両方が利用される。これに代えて、気泡量Ｇｖｓおよび気泡量Ｇｖｃのいずれか一方だけが利用されてもよい。ステップ２９１は、温度センサ３５および／または圧力センサ３６の出力に基いて流れ位相を推定する。
【００８９】
この実施形態でも、磁場変化と往復流との位相差を、望ましい状態に調節可能な熱磁気サイクル装置が提供される。しかも、流れ波形の位相差は、流れを直接的に観測することなく、関連物理量から推定される。よって、比較的簡単な構成によって望ましい位相差を実現することができる。
【００９０】
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、位相調節器７１、７２の容積室７５、７６の容積を調節することにより位相差が調節される。これに代えて、この実施形態では、容積室７５、７６の中に、意図された容量の気泡を発生させることにより、位相差を望ましい位相差に調節するためのダンピング特性が付与される。この実施形態では、少なくともひとつの容積室７５、７６の中に、意図された容量の気泡が注入される。
【００９１】
図１３に図示されるように、ステップ３９３では、容積室７５、７６に意図された気泡を供給することによって位相差が調節される。よって、この実施形態における制御部は、位相調節器７１、７２にダンピング機能を与えて位相差を制御する。
【００９２】
図１４に図示されるように、位相調節器７１、７２は、第１の容積室７５に気泡を注入する気泡源（ＢＳ）３７９を備える。気泡源３７９は、容積室７５に気泡を注入することによりダンピング機能を与える気泡注入器を提供する。制御部は、気泡注入器を制御することにより位相差を制御する。気泡源３７９によって第１の容積室７５に気泡が注入されると、気泡の圧縮性によってロータ７４は進み方向ＡＤＶへ回転しやすくなる。気泡源３７９は、容積室７５、７６への気泡の注入と、気泡の除去とを実行可能である。気泡源３７９は、第１の容積室７５と第２の容積室７６との両方に気泡を注入可能に構成されてもよい。気泡源３７９は、第２の容積室７６だけに気泡を注入可能に構成されてもよい。
【００９３】
気泡量は、誤差位相差ＰＨｅに応じて設定される。気泡は、位相調節器７１、７２に、誤差位相差ＰＨｅに相当するダンピング機能を追加する。この結果、位相調節器７１、７２は、熱輸送媒体の中における気泡の発生に起因する位相遅れを補償するように進み方向ＡＤＶへ回転する。これにより、磁場変調装置１３と熱輸送装置１４との間の位相差は、望ましい位相差（目標位相差ＰＨｔ）に向けて接近する。この実施形態によると、比較的簡単な構成によって望ましい位相差を実現することができる。
【００９４】
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、容積室７５、７６に気泡が注入される。これに代えて、この実施形態では、作動流体に気泡を発生させるように作動流体の温度が調節される。
【００９５】
図１５に図示されるように、ステップ４９３では、作動流体に気泡を発生させるように作動流体の温度が調節される。発生した気泡は、位相差を調節するようにダンピング機能を追加する。
【００９６】
図１６に図示されるように、位相調節器７１、７２は、作動流体の温度を調節する温度調節器（ＨＴ）４７９を備える。温度調節器４７９は、作動流体の温度を調節することにより容積室７５に気泡を注入する温度調節器を提供する。温度調節器４７９は、気泡注入器を提供する。作動流体の気体溶解度は既知である。よって、温度によって気泡量を正確に制御することができる。温度調節器４７９の一例は、熱輸送媒体を加熱するヒータである。
【００９７】
この実施形態でも、位相調節器７１、７２は、熱輸送媒体の中における気泡の発生に起因する位相遅れを補償するように進み方向ＡＤＶへ回転する。これにより、磁場変調装置１３と熱輸送装置１４との間の位相差は、目標位相差ＰＨｔに向けて接近する。この実施形態によると、比較的簡単な構成によって望ましい位相差を実現することができる。
【００９８】
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、磁場変調装置１３と熱輸送装置１４との間に位相調節器７１、７２が設けられている。これに代えて、この実施形態では、ＭＣＥ素子１２を移動させることにより、磁場変化の位相と往復流の位相との間の位相差を調節する。
【００９９】
図１７は、車両用空調装置１０のＭＨＰ装置１１を示す断面図である。なお、理解を容易にするために、複数の部品の図示が省略されている。例えば、熱交換器は図示されない。この実施形態では、ＭＣＥ素子１２は、周方向に関して移動可能なハウジング５２１の中に収容されている。ハウジング５２１は、磁場変調装置１３の回転方向に沿って移動可能である。このハウジング５２１は、作業室を形成する部材でもある。ハウジング５２１は、ＭＣＥ素子１２のための容器を提供する部材でもある。ハウジング５２１とＭＣＥ素子１２とは、磁気熱量効果を取り出すためのベッドとも呼ばれる。
【０１００】
ＭＨＰ装置１１は、ハウジング５２１を移動させるための位相調節器５７１、５７２を備える。位相調節器５７１、５７２は、磁場変調装置１３とＭＣＥ素子１２との相対的な位置をずらす。位相調節器５７１、５７２は、ハウジング５２１を移動させることができる種々の機構によって提供される。例えば、回転機構、直線移動機構、円軌道移動機構などが用いられる。ＭＨＰ装置１１は、複数の流れセンサ５３１を備える。複数の流れセンサ５３１は、作業室の両端に位置づけられている。この結果、往復流の位相の変化が迅速に検出される。
【０１０１】
磁場変調装置１３は、永久磁石を含む回転子と、磁束を通すためのヨーク５２７とを有する。磁場変調装置１３は、永久磁石を回転移動させることにより、ＭＣＥ素子１２に作用する磁場を周期的に変動させる。位相調節器５７１、５７２は、ハウジング５２１とＭＣＥ素子１２とを同時に移動させる。これにより、磁場がＭＣＥ素子１２に作用するタイミングがずらされる。結果的に、磁場の変動の位相が変化する。
【０１０２】
この実施形態では、ＭＨＰ装置１１に含まれる調節可能な要素のうち、ＭＣＥ素子１２を移動させる。よって、磁場変調装置１３および／または熱輸送装置１４に依存することなく、磁場変化の位相と、往復流の位相との間の位相差を調節することができる。ＭＣＥ素子１２は、磁場変調装置１３の回転方向に沿って移動する。よって、可変部分は磁場変調装置１３の中にあるともいえる。このため、往復流の位相に不可避の変化が生じる場合でも、ＡＭＲサイクルとして望ましい位相差を実現できる。
【０１０３】
図１８は、基準位置における磁場変調装置１３とＭＣＥ素子１２との相対的な位置関係を示す断面図である。ＭＣＥ素子１２とハウジング５２１とを含むベッドは、所定の範囲内で回転方向へ移動可能である。ハウジング５２１の基準位置０を想定する場合、ハウジング５２１は、進角方向および／または遅角方向へ移動することができる。例えば、ハウジング５２１を破線で図示される遅角した位置へ移動させる場合を想定する。位相調節器５７１、５７２は、ハウジング５２１を回転方向にずらす。この場合、ハウジング５２１は、回転方向に沿って位相ＰＨｍだけ移動する。位相ＰＨｍは、ＭＣＥ素子１２に関する磁場変化の位相でもある。
【０１０４】
図１９は、磁場変化の位相を遅らせた場合の相対的な位置関係を示す断面図である。磁場変調装置１３が矢印方向へ回転する場合、ハウジング５２１が図示されるように移動することにより、ＭＣＥ素子１２に作用する磁場変化は、位相ＰＨｍだけ遅れる。こうして、位相調節器５７１、５７２は、磁場変化の位相を変化させる。この結果、位相調節器５７１、５７２は、磁場変化の位相と往復流の位相との間の位相差を調節する。
【０１０５】
図２０は、磁場変化ＭＧの波形と往復流ＦＬの波形とを示す波形図である。ＭＨＰ装置１１の機械的な構成によって規定される磁場変化ＭＧの基本波形ＭＧ１は、破線で図示されている。位相調節器５７１、５７２により、磁場変化ＭＧは、太い実線で図示される遅れ波形ＭＧｄのように位相ＰＨｍだけ遅れる。ＭＨＰ装置１１の機械的な構成によって規定される往復流ＦＬの基本波形ＦＬ１は、一点鎖線で図示されている。往復流ＦＬは、例えば、気泡の混入、部分的なキャビテーションなどにより、細い実線で図示される遅れ波形ＦＬｄのように位相ＰＨｆだけ遅れることがある。
【０１０６】
制御装置１８は、磁場変化の磁場位相ＰＨｍと往復流の流れ位相ＰＨｆとの位相差ＰＨｒを取得する。制御装置１８は、取得した位相差ＰＨｒが、望ましい目標位相差ＰＨｔに向けて接近するように位相調節器５７１、５７２を制御する。
【０１０７】
この実施形態では、磁場変調装置１３は、自らの回転により、ＭＣＥ素子１２およびハウジング５２１に作用する磁場を変調する。ＭＣＥ素子１２およびハウジング５２１は、回転方向に関して所定角度範囲に渡ってのみ移動可能である。ＭＣＥ素子１２およびハウジング５２１の移動は、磁場変調装置１３とＭＣＥ素子１２との相対的な位置をずらすことである。ＭＣＥ素子１２に対して磁場変調装置１３が発生する磁場変化の位相が変化する。熱輸送装置１４が発生する往復流の位相は、装置の機械的構成、または運転状態により決まる。よって、ＭＣＥ素子１２およびハウジング５２１の移動は、磁場変化の位相と往復流の位相との間の位相差を調節する。
【０１０８】
この実施形態では、制御装置１８は、磁場変化の磁場位相ＰＨｍと往復流の流れ位相ＰＨｆとの位相差ＰＨｒを取得する。制御装置１８は、取得した位相差ＰＨｒが、望ましい目標位相差ＰＨｔに向けて接近するように位相調節器５７１、５７２を制御する。
【０１０９】
この実施形態によると、磁場変化の位相と往復流の位相との位相差を調節するために、ハウジング５２１、すなわちＭＣＥ素子１２を回転方向へ移動させている。このため、駆動力を伝達する回転軸２２に位相調節器を装着することなく、位相差を調節することができる。
【０１１０】
第６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。この実施形態は、位相調節器５７１、５７２の具体例を開示する。この実施形態では、位相調節器５７１、５７２は、直線移動機構であるねじ送り機構によって提供される。
【０１１１】
図２１は、位相調節器５７１（５７２）を示す。位相調節器５７１は、動力源としてのモータ６７５と、モータ６７５によって駆動される送りねじ６７６とを有する。位相調節器５７１は、送りねじ６７６に設けられたねじと嵌合するナットが形成されたステージ６７７を有する。ステージ６７７は、送りねじ６７６の長手方向に沿って直線的に移動する軌道を有する。
【０１１２】
ステージ６７７とハウジング５２１とは、ステー６７８によって連結されている。ステー６７８は、ステージ６７７の直線的な移動をハウジング５２１の回転移動に変換する変換器である。ステー６７８は、歪ゲージ６７９を備える。歪ゲージ６７９は、ハウジング５２１に発生する荷重を計測する。
【０１１３】
図２２は、ハウジング５２１に発生する荷重Ｔｄと、ＭＣＥ素子１２の活性化量ＲＭとの関係を示す。ハウジング５２１内には、ＭＣＥ素子１２が固定されている。ＭＣＥ素子１２の温度が高効率温度帯に到達すると、ＭＣＥ素子１２は活性化し、磁場変調装置１３の磁場に反応する。磁場変調装置１３によりＭＣＥ素子１２に生じるトルクは、ハウジング５２１に表れる。ここでは、磁場変調装置１３によりＭＣＥ素子１２に生じるトルクは、ハウジング５２１に荷重Ｔｄとなって表れる。ハウジング５２１の荷重Ｔｄは、ハウジング５２１に連結されたステー６７８の歪となる。
【０１１４】
ＭＣＥ素子１２がカスケード接続されている場合、高効率温度帯に到達したＭＣＥ素子１２の量に応じた荷重Ｔｄがハウジング５２１に発生する。よって、歪ゲージ６７９が検出する荷重Ｔｄは、高効率温度帯に到達したＭＣＥ素子１２の活性化量ＲＭを示す成分を含む。例えば、歪ゲージ６７９の出力のうち、磁場変調装置１３の回転に同期した交流成分は、磁場変化を示す。歪ゲージ６７９の出力のうち、交流成分の最大値、または振幅は、ＭＣＥ素子１２の活性化量ＲＭを示している。
【０１１５】
制御装置１８は、歪ゲージ６７９によりＭＣＥ素子１２の活性化量ＲＭ、すなわち反応状態を検出する。反応状態は、ＭＣＥ素子１２の全体に占める活性化された素子の割合を示す。制御装置１８は、歪ゲージ６７９の出力（荷重Ｔｄ）に基づいて、ＭＨＰ装置１１の制御状態を切換える。ここでは、歪ゲージ６７９の出力から、活性化量ＲＭを示す成分が抽出される。具体的には、歪ゲージ６７９の出力（荷重Ｔｄ）は、起動制御と定常制御との間の閾値Ｔｈを示す指標として利用される。
【０１１６】
図２３において、制御装置１８は制御処理６９５を実行する。制御装置１８は、ステップ６９６において、歪ゲージ６７９から荷重Ｔｄを入力する。制御装置１８は、ステップ６９７において、荷重Ｔｄを判定する。ここでは、荷重Ｔｄは、閾値Ｔｈと比較される。荷重Ｔｄが閾値Ｔｈを下回るか否かが判定される。結果が肯定的な場合、ステップ６９８へ進む。結果が否定的な場合、ステップ６９９へ進む。荷重Ｔｄが閾値Ｔｈを下回る場合、活性化量ＲＭは、ＭＨＰ装置１１が高温端と低温端との温度差を維持するためには不十分であると判定される。ステップ６９８では、起動制御が実行される。起動制御では、ＭＣＥ素子１２の活性化量ＲＭを増加させるための制御が実行される。ステップ６９９では、定常制御が実行される。
【０１１７】
この実施形態によると、比較的簡単な位相調節器５７１により磁場変化の位相を変えることができる。このため、往復流の位相を流れセンサ５３１により検出して磁場変化の位相と往復流の位相との位相差を望ましい値に制御することができる。また、ハウジング５２１に作用する荷重Ｔｄが活性化量ＲＭを判定するための指標として利用される。活性化量ＲＭに基づいて、起動制御と定常制御との切り換えを実行することができる。
【０１１８】
第７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。この実施形態は、位相調節器５７１、５７２の具体例を開示する。この実施形態では、位相調節器５７１、５７２は、直線移動機構である流体機構によって提供される。
【０１１９】
図２４は、位相調節器５７１（５７２）を示す。位相調節器５７１は、空気、油などの流体を動力源とする流体機構である。位相調節器５７１は、流体シリンダ７７５と、流体シリンダ７７５により延び出し量が調節されるロッド７７６とを有する。位相調節器５７１は、ロッド７７６に固定され、ロッド７７６により位置が調節されるステージ７７７を有する。ステー６７８は、ステージ７７７とハウジング５２１との間に設けられている。ステー６７８は、歪ゲージ６７９を有している。この実施形態でも、先行する実施形態と同様の作用効果が得られる。
【０１２０】
第８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。この実施形態は、位相調節器５７１、５７２の具体例を開示する。この実施形態では、位相調節器５７１、５７２は、回転移動機構であるギヤ機構によって提供される。
【０１２１】
図２５において、位相調節器５７１（５７２）は、動力源としてのモータ８７５と、モータ８７５によって直接的に駆動される第１ギヤ８７６とを有する。位相調節器５７１は、第１ギヤ８７６と噛み合っている第２ギヤ８７７を有する。第２ギヤ８７７は、ステー８７８を有する。第２ギヤ８７７は、ステー８７８と共に回動する。ステー８７８は、ハウジング５２１と第２ギヤ８７７とを連結している。第１ギヤ８７６、第２ギヤ８７７、およびステー８７８は、回動機構を提供する。
【０１２２】
モータ８７５が回転すると、第１ギヤ８７６が回転する。第１ギヤ８７６の回転により、第２ギヤ８７７も回転する。第２ギヤ８７７の回転により、ハウジング５２１が移動する。ＭＣＥ素子１２の活性化量ＲＭは、ハウジング５２１を移動させるためのトルクとして観測可能である。よって、モータ８７５のための駆動トルクを観測することにより、活性化量ＲＭを知ることができる。この実施形態では、先行する実施形態における荷重Ｔｄに代えて、モータ８７５に作用する反力トルクを用いる。この実施形態でも、先行する実施形態と同様の作用効果が得られる。
【０１２３】
第９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。先行する実施形態では、流れセンサ（ＦＤ）３１によって流れ位相ＰＨｆが検出される。制御装置１８は、流れセンサ３１から、流れ位相ＰＨｆを取得する。これに代えて、または加えて、この実施形態では、反応位相ＰＨｔｒを取得するために、位相センサ（ＭＤ）９３３が用いられる。
【０１２４】
ＭＣＥ素子１２は、磁場の変動に対して、磁気熱量効果によって熱的に反応する。ＭＣＥ素子１２は、磁場の変動に反応して、発熱と吸熱とを発生する。よって、発熱または吸熱から、反応波形の位相を取得できる。この反応波形の位相が反応位相ＰＨｔｒである。ＭＣＥ素子１２の反応は、一定時間の遅れ、または可変時間の遅れを生じる。磁場の変動の周波数が低い場合には、遅れによる影響は小さい。一方、磁場の変動の周波数が高い場合には、遅れによる影響は無視できない。そこで、この実施形態では、ＭＣＥ素子１２の反応の遅れを含む反応位相ＰＨｔｒを取得し、遅れによる影響を抑制するようにＭＨＰ装置１１の位相を制御する。
【０１２５】
図２６には、この実施形態におけるＭＨＰ装置１１がモデル化されて図示されている。ＭＨＰ装置１１は、ＭＣＥ素子１２と、磁場変調装置（ＭＡＧＤ）１３と、熱輸送装置（ＨＹＤＤ）１４、制御装置（ＣＮＴＲ）１８と、位相調節器（ＰＨＡＤ）７１とを有する。磁場変調装置１３は、ＭＣＥ素子１２に作用する磁場を変化させる。熱輸送装置１４は、ＭＣＥ素子１２と熱交換する作業流体の流れを生じさせる。制御装置１８は、流れ位相取得部１８ａ、反応位相取得部９１８ｂ、および制御部９１８ｃを有する。位相調節器７１は、ＭＣＥ素子１２に対する磁場と流れの位相を調節する。
【０１２６】
流れセンサ３１は、熱輸送装置１４によって生成される作動流体の流れを検出する。流れ位相取得部１８ａは、流れセンサ３１によって検出された流れから、流れ位相ＰＨｆを取得する。流れ位相ＰＨｆは、基準位置と、流れとの差によって示される。流れ位相ＰＨｆは、後述の位相センサ９３３によって検出された信号と、流れセンサ３１によって検出された信号との位相差によって示される。
【０１２７】
位相センサ９３３は、磁場変調装置１３、熱輸送装置１４、またはモータ１５の作動を検出する。位相センサ９３３は、例えば、回転位置センサ、磁気センサなどによって提供される。位相センサ９３３は、位相を規定するための基準位置を特定する。位相センサ９３３は、基準位置センサでもある。
【０１２８】
反応位相取得部９１８ｂは、位相センサ９３３によって検出された信号から、反応位相ＰＨｔｒを取得する。反応位相取得部９１８ｂは、磁場変調装置１３が発生する外部磁場の変化に起因してＭＣＥ素子１２に生じる発熱または吸熱の変化の遅れを含むように、反応位相ＰＨｔｒを算出する。反応位相ＰＨｔｒは、機械的構成から想定される位相と、ＭＣＥ素子１２の反応遅れとから算出することができる。
【０１２９】
ＭＣＥ素子１２が一定時間の反応遅れを生じる場合、反応位相取得部９１８ｂは、位相センサ９３３が検出する基準位置と、ＭＣＥ素子１２の反応遅れを加えて反応位相ＰＨｔｒを算出する。ＭＣＥ素子１２は、固定時間の反応遅れを生じる場合がある。ＭＣＥ素子１２は、可変時間の反応遅れを生じる場合がある。この場合、反応位相取得部９１８ｂは、位相センサ９３３が検出する基準位置と、可変時間の反応遅れとに基づいて反応位相ＰＨｔｒを算出する。
【０１３０】
可変時間の反応遅れは、例えば環境温度、圧力、定常負荷などの少なくともひとつを含むパラメータによって変化する。そこで、反応位相取得部９１８ｂは、少なくともひとつのパラメータに応じて可変時間の反応遅れを算出する。この場合、反応位相ＰＨｔｒは、位相センサ９３３が検出する基準位置と、算出された可変時間の遅れとから算出される。
【０１３１】
制御部（ＦＢ）９１８ｃは、流れ位相ＰＨｆと、反応位相ＰＨｔｒとの関係を目標関係に向けて接近させるように位相調節器（ＰＨＡＤ）７１を制御する。制御部９１８ｃは、例えば、位相調節器７１をフィードバック制御する。制御部９１８ｃは、例えば、流れ位相ＰＨｆと反応位相ＰＨｔｒとの位相差を算出し、算出された位相差を目標位相差に向けて接近させ、一致させる。制御部９１８ｃは、例えば、流れ位相ＰＨｆと反応位相ＰＨｔｒとの位相差をゼロ（０）にするように位相調節器７１を制御する。制御部９１８ｃは、例えば、比例積分制御、比例積分微分制御、最適レギュレータ制御など多様な制御方法を利用することができる。
【０１３２】
図２７は、この実施形態の作動を示すフローチャートである。ＭＨＰ装置１１が停止状態から運転状態に移行すると、制御装置１８は、位相制御処理９９０を実行する。
【０１３３】
ステップ９９１では、制御装置１８は、流れ位相ＰＨｆを検出する。流れ位相ＰＨｆは、流れセンサ３１から検出される。
【０１３４】
ステップ９９２では、制御装置１８は、反応位相ＰＨｔｒを算出する。制御装置１８は、位相センサ９３３が示す基準位置と、少なくともひとつのパラメータとに基づいて、反応位相ＰＨｔｒを算出する。パラメータを外気温度Ｔａｍとする場合、基準位置と、実験的に決められる関数ｆ（Ｔａｍ）とに基づいて、反応位相ＰＨｔｒを算出することができる。
【０１３５】
ステップ９９３では、制御装置１８は、位相調節器７１をフィードバック制御する。ステップ９９３は、少なくとも比例制御を含むことができる。この場合、ステップ９９３は、位相差を算出するステップ９９３ａ、制御量を算出するステップ９９３ｂ、および位相調節器７１を制御するステップ９９３ｃを含む。ステップ９９３ｂでは、位相差に比例した制御量が算出される。
【０１３６】
図２８は、磁場変調装置１３と熱輸送装置１４とに関連する波形図である。この図では、理解を助けるために、流速およびＭＣＥ素子１２の反応が、正弦波状に簡単化されている。磁気熱量効果熱輸送装置１４を提供するポンプの作動は、ポンプ波形ＰＭｒで示される。実際の流れは、流れ波形ＦＬｒで示される。ポンプ波形ＰＭｒに対して、流れ波形ＦＬｒは、流れ位相ＰＨｆだけ遅れている。ポンプ波形ＰＭｒが最大流速を発揮している時刻より、流れ波形ＦＬｒにおいて極大値が観測される時刻は、流れ位相ＰＨｆだけ遅れている。磁場変調装置１３の作動は、磁場波形ＭＧｒで示される。ＭＣＥ素子１２の磁気熱量効果は、熱的波形ＴＲｒで示される。熱的波形ＴＲｒは、磁場変調装置１３が発生する外部磁場の変化に起因してＭＣＥ素子１２に生じる発熱または吸熱の反応を示している。磁場の変化に対して、ＭＣＥ素子１２の反応は、反応位相ＰＨｔｒだけ遅れている。磁場波形ＭＧｒが最大磁場を発揮している時刻より、熱的波形ＴＲｒにおいて極大値が観測される時刻は、反応位相ＰＨｔｒだけ遅れている。
【０１３７】
この実施形態では、流れ波形ＦＬｒにおいて極大値が観測される時刻と、熱的波形ＴＲｒにおいて極大値が観測される時刻とが目標関係となるように位相調節器７１が制御される。目標関係は、ＭＨＰ装置１１の運転効率が高くなるように予め設定されている。例えば、流れ波形ＦＬｒにおいて極大値が観測される時刻と、熱的波形ＴＲｒにおいて極大値が観測される時刻とが一致するように位相調節器７１が制御される。これに代えて、流れ波形ＦＬｒが熱的波形ＴＲｒよりやや先行するような位相差を目標関係としてもよい。また、流れ波形ＦＬｒが熱的波形ＴＲｒよりやや遅れるような位相差を目標関係としてもよい。目標関係は、ＭＨＰ装置１１の機械的な構成に応じて設定することができる。
【０１３８】
この実施形態によると、熱的波形ＴＲｒの遅れに起因する悪影響が抑制される。例えば、熱的波形ＴＲｒの遅れが変化しても、ＭＨＰ装置１１の出力変動を抑制することができる。例えば、熱的波形ＴＲｒの遅れが変化しても、ＭＨＰ装置１１を高い効率で運転することができる。
【０１３９】
さらに、この実施形態では、熱的波形ＴＲｒの遅れに相当する反応位相ＰＨｔｒを算出している。これにより、比較的簡単な装置を採用可能である。
【０１４０】
この実施形態によると、流れ波形ＦＬｒの遅れに起因する悪影響と、熱的波形ＴＲｒの遅れに起因する悪影響との両方が抑制される。例えば、流れ波形ＦＬｒの遅れ、または、熱的波形ＴＲｒの遅れが変化しても、ＭＨＰ装置１１の出力変動を抑制することができる。例えば、流れ波形ＦＬｒの遅れ、または、熱的波形ＴＲｒの遅れが変化しても、ＭＨＰ装置１１を高い効率で運転することができる。
【０１４１】
第１０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。先行する実施形態では、反応位相ＰＨｔｒが算出されている。これに代えて、この実施形態では、反応位相ＰＨｔｒが検出される。
【０１４２】
図２９には、この実施形態におけるＭＨＰ装置１１がモデル化されて図示されている。ＭＨＰ装置１１は、ＭＣＥ素子１２の反応、すなわち磁気熱量効果に起因する変化を直接的に検出する反応センサＡ８１を備える。反応センサＡ８１は、磁場変調装置１３が発生する外部磁場の変化に起因してＭＣＥ素子１２に生じる発熱または吸熱の熱的波形ＴＲｒを観測する。反応センサＡ８１は、ＭＣＥ素子１２の温度変化を観測する。反応センサＡ８１は、磁気熱量効果に起因するＭＣＥ素子１２自身の温度変化を検出する。反応センサＡ８１は、温度センサによって提供される。反応センサＡ８１は、ＭＣＥ素子１２の表面に設けられた温度センサによって提供される。反応センサＡ８１は、ＭＣＥ素子１２の磁気熱量効果を模擬するセンサ、透磁率の変化を検出するセンサなど多様なセンサによって提供されてもよい。
【０１４３】
反応センサＡ８１は、ＭＣＥ素子１２を提供する複数の部分のうち、ひとつの部分の温度を検出するように、または、複数の部分の温度を検出するように設置されている。反応センサＡ８１は、ＭＨＰ装置１１が起動された後に、最初に磁気熱量効果を発揮する部分の温度を検出するように設置されている。これにより、ＭＨＰ装置１１が起動された後の初期から位相制御を開始することができる。
【０１４４】
反応位相取得部Ａ１８ｂは、位相センサ９３３によって検出された信号と、反応センサＡ８１によって検出された信号から、反応位相ＰＨｔｒを取得する。反応位相取得部Ａ１８ｂは、磁場変化に対するＭＣＥ素子１２の反応の遅れを含むように、反応位相ＰＨｔｒを検出する。この実施形態では、反応位相ＰＨｔｒは、基準位置からの熱的波形ＴＲｒの遅れによって示されている。
【０１４５】
図３０は、この実施形態の作動を示すフローチャートである。ＭＨＰ装置１１が停止状態から運転状態に移行すると、制御装置１８は、位相制御処理Ａ９０を実行する。ステップＡ９２ｂでは、制御装置１８は、反応位相ＰＨｔｒを検出する。このため、実際の作動状態に適合した正確な反応位相ＰＨｔｒが取得される。例えば、ＭＨＰ装置１１が設置された環境に外乱磁場がある場合、ＭＣＥ素子１２が劣化した場合、他の外乱がある場合でも正確な反応位相ＰＨｔｒが取得される。
【０１４６】
この実施形態では、熱的波形ＴＲｒの遅れに相当する反応位相ＰＨｔｒが、直接的に検出される。これにより、正確に位相を制御することができる。
【０１４７】
第１１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。先行する実施形態では、ひとつの反応センサＡ８１を用いる。これに代えて、この実施形態では、反応位相ＰＨｔｒを検出するために、複数の反応センサＢ８１が用いられる。
【０１４８】
図３１には、この実施形態におけるＭＨＰ装置１１がモデル化されて図示されている。ＭＣＥ素子１２は、カスケード接続された複数の部分を有する。複数の部分のそれぞれは、異なるキュリー温度を有している。複数の部分は、高温端と低温端との間の負荷温度差を、分担するようにカスケード接続されている。ＭＨＰ装置１１が初期環境温度から起動される場合、複数の部分の中の一部が最初に磁気熱量効果を発揮する。その最初に反応する部分は、初期環境温度に依存する。例えば、寒冷な初期環境温度では、低温端の近くの部分が最初に反応する。例えば、温暖な初期環境温度では、高温端の近くの部分が最初に反応する。
【０１４９】
ＭＣＥ素子１２は、複数の部分のそれぞれに対応して、複数の反応センサＢ８１を有する。複数の反応センサＢ８１のひとつは、ひとつの部分の温度を検出する。複数の反応センサＢ８１の検出信号は、制御装置１８に入力される。複数の検出信号は、反応位相ＰＨｔｒを検出するために利用される。
【０１５０】
複数の検出信号は、選択器Ｂ１８ｄに入力される。選択器Ｂ１８ｄは、最初に反応する検出信号を選択する。選択された検出信号は、最初に反応した素子部分の位相を示す。よって、選択された検出信号は、反応位相取得部Ａ１８ｂに入力される。反応位相取得部Ａ１８ｂは、反応位相ＰＨｔｒを取得する。残部の構成、および反応位相ＰＨｔｒが取得された後の作動は、他の実施形態を参照することができる。
【０１５１】
この実施形態によると、初期環境温度が寒冷であるときと、初期環境温度が温暖であるときとで、異なる素子部分の反応が選択される。よって、初期環境温度が変化しても、早期から反応位相ＰＨｔｒを検出することができる。さらに、早期に反応位相ＰＨｔｒに応じた位相制御を開始することができる。
【０１５２】
他の実施形態
この明細書における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに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。
【０１５３】
上記実施形態では、斜板式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、熱輸送装置１４は、モータ１５によって駆動されない別体の装置として構成されてもよい。また、上記第１実施形態では、ポンプの１気筒に、ひとつの作業室２６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。
【０１５４】
上記実施形態では、車両用空調装置１０が提供される。これに代えて、住宅用の空調装置を提供してもよい。また、水を加熱または冷却する装置、例えば給湯装置または冷水機を提供してもよい。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。
【０１５５】
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が提供される。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を提供してもよい。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。
【０１５６】
上記実施形態では、ベーン型の位相調節器７１、７２が用いられている。これに代えて、多様な形式の位相調節器を利用することが可能である。例えば、ヘリカル歯車の噛み合いを利用した位相調節器、または遊星歯車機構を利用した位相調節器などを利用可能である。上記実施形態では、作動流体を利用した容積調節型の位相調節器７１、７２が用いられている。これに代えて、電動機の回転角、またはトルク伝達を制御するクラッチ機構を用いて位相差を調節する位相調節器が用いられてもよい。
【０１５７】
上記実施形態では、単一のモータ１５が利用されている。これに代えて、磁場変調装置１３のためのモータと、熱輸送装置１４のためのモータとを採用してもよい。この場合、ふたつのモータの回転位相を調節することによって、磁場変化の位相と、往復流の位相との位相差を調節することができる。この場合、ふたつのモータと、それらを制御する制御回路とによって位相調節部が提供される。
【０１５８】
上記実施形態では、流れセンサ３１、３２、５３１は、光学センサによってフロート３７を観測する。これに代えて、超音波式センサ、磁気的センサ、機械的接触スイッチなど多様なセンサを利用してフロート３７を観測してもよい。また、流れセンサ３１、３２、５３１は、フロート３７を観測する。これに代えて、熱輸送媒体の中に生じる気泡を観測してもよい。また、流れセンサ３１、３２、５３１は、圧力センサ、カルマン渦センサ、熱線式センサなど、多様な検出原理を利用して提供することができる。
【０１５９】
流れセンサ３１、３２、５３１は、例えば、熱輸送媒体の圧力を検出するセンサにより提供することができる。熱輸送媒体の圧力は、往復流の状態、すなわち往復流の波形を示す。流れセンサ３１、３２、５３１は、例えば、熱輸送媒体の温度を検出するセンサにより提供することができる。ＡＭＲサイクルでは、熱輸送媒体の温度は、往復流の状態、すなわち往復流の波形を示す。このため、簡単な温度センサにより往復流の波形が検出される。
【０１６０】
上記実施形態では、磁場変動の位相は、ＭＨＰ装置１１の機械的構成により規定される。これに代えて、磁場変化の位相をセンサにより検出してもよい。例えば、ハウジング５２１に表れるトルクのうち、交流成分は、磁場変動を示している。このため、歪ゲージ６７９の出力の交流成分により磁場変化の位相を検出してもよい。
【０１６１】
上記実施形態に代えて、ＭＨＰ装置１１の能力に基づいて流れ位相を検出してもよい。例えば、ＭＨＰ装置１１の能力が最大となるように位相調節器７１、７２を探索的に制御することができる。この場合には、磁場位相と流れ位相との位相差が取得されると同時に、取得位相差を目標位相差へ向けて接近させる制御とが同時に実行される。よって、磁場位相と流れ位相との位相差を取得する部は内包されている。
【０１６２】
また、磁場変調装置１３を駆動するための仕事量から流れの位相を検出してもよい。例えば、磁場変調装置１３、すなわちロータコア２４を回転させるためのトルクを検出するトルクセンサ、歪ゲージを利用することができる。仕事量は、磁場位相と流れ位相との位相差に応じて変化する。よって、トルクセンサ、歪ゲージからの出力に基づいて位相差を観測することができる。この場合も、磁場位相と流れ位相との位相差を取得する部は内包されているといえる。
【符号の説明】
【０１６３】
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  磁気熱量素子（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、１８  制御装置、
１８ａ  機能ブロック（流れ位相取得部、位相差取得部）、
１８ｂ  機能ブロック（反応位相判定部、位相差取得部）、
１８ｃ  機能ブロック（制御部）、
２１  ハウジング、５２１  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、
３１、３２  流れセンサ、５３１  流れセンサ、
３３、３４  位相センサ、３５  温度センサ、３６  圧力センサ、
４１、４２  ポンプ、５１、５３、５６、５８  熱交換器、
５２、５７  通路、５４、５９  ポンプ、
６１  ボディ、６２  一次通路、６３  二次通路、
７１、７２  位相調節器、５７１、５７２  位相調節器、
７３  ハウジング、７４  ロータ、７５、７６  容積室、
４７９  気泡注入器、ＡＤＶ  進み方向、  ＲＥＴ  遅れ方向、
ＰＨｅ  誤差位相差、ＰＨｐ  目標範囲、ＰＨｒ  取得位相差、
ＰＨｔ  目標位相差、  Ａ８１、Ｂ８１  反応センサ。
【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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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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