(57)【要約】【課題】複数種の磁気作業物質を効果的にカスケード接続して必要な冷却、放熱温度を得ることができる磁気ヒートポンプ装置を提供する。【解決手段】磁気ヒートポンプ装置１は磁気作業体１１Ａ〜１１Ｄと、永久磁石６と、循環ポンプ２４と、ロータリ弁８、９と、熱交換器２１、２８を有する。磁気作業体のダクト１２に、複数種の磁気作業物質１３Ａ〜１３Ｃを、そのキュリー点が低い順に低温端１６から高温端１４に渡って充填することで各磁気作業物質をカスケード接続すると共に、各磁気作業物質を充填する寸法を、それぞれの温度変化が大きくなる所定の特定温度範囲に対応させた。【選択図】図１
2018080853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気熱量効果を有する磁気作業物質を、熱媒体が流通されるダクト内に充填して成る磁気作業体と、
前記磁気作業物質に印加される磁場の大きさを変更する磁場変更装置と、
前記磁気作業体の高温端と低温端の間で前記熱媒体を移動させる熱媒体移動装置と、
前記高温端側の前記熱媒体を放熱させるための放熱側の熱交換器と、
前記低温端側の前記熱媒体に吸熱させるための吸熱側の熱交換器とを備えた磁気ヒートポンプ装置において、
前記磁気作業体のダクトに、複数種の前記磁気作業物質を、そのキュリー点が低い順に前記低温端から前記高温端に渡って充填することで前記各磁気作業物質をカスケード接続すると共に、
前記各磁気作業物質を充填する寸法を、それぞれの温度変化が大きくなる所定の特定温度範囲に対応させたことを特徴とする磁気ヒートポンプ装置。
【請求項２】
前記各磁気作業物質の温度変化が大きくなる特定温度範囲は、各磁気作業物質の半値幅の高温側の半分の温度から磁気エントロピー変化がピーク値となる温度までの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の磁気ヒートポンプ装置。
【請求項３】
前記各磁気作業物質の温度変化が大きくなる特定温度範囲は、各磁気作業物質をそれぞれ単体で前記ダクト内に充填した場合、その温度変化が飽和したときに前記低温端から前記高温端の間で温度変化が他の部分より大きくなっている範囲であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の磁気ヒートポンプ装置。
【請求項４】
前記各磁気作業物質の特定温度範囲が、低いものから高いものに渡って繋がるように、前記各磁気作業物質を前記ダクト内に充填したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちの何れかに記載の磁気ヒートポンプ装置。
【請求項５】
前記各磁気作業物質は、Ｇｄ系よりも磁気エントロピー変化が大きいが、稼働温度域が狭い材料であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちの何れかに記載の磁気ヒートポンプ装置。
【請求項６】
前記各磁気作業物質は、Ｍｎ系、又は、Ｌａ系の材料であることを特徴とする請求項５に記載の磁気ヒートポンプ装置。
【請求項７】
前記ダクトを、樹脂にて構成したことを特徴とする請求項１乃至請求項６のうちの何れかに記載の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、磁気作業物質の磁気熱量効果を利用した磁気ヒートポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フロン等の気体冷媒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（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。この磁気作業物質として従来Ｇｄ系の２次相転移材料が使用されていたが、近年ではこのＧｄ系の材料よりも磁気エントロピー変化が大きいＭｎ系或るいはＬａ系の２次相転移材料が利用されるようになって来ている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このＭｎ系、Ｌａ系の磁気作業物質は、励磁と消磁による磁気エントロピー変化が大きく、吸熱／放熱能力も大きいが、稼働温度域が狭く単体では必要される温度変化が得られないという欠点がある。そこで、キュリー点が低いものから高いものまで複数の磁気作業物質をダクト内にカスケード接続で充填し、常温から必要とする冷凍温度や給湯温度（放熱温度）までの温度変化をさせることが考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−５１４０９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、従来では各磁気作業物質をダクト内において、どのようにカスケード接続すれば効果的か、定量的に検討されていなかったのが現実である。
【０００６】
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、複数種の磁気作業物質を効果的にカスケード接続して必要な冷却、放熱温度を得ることができる磁気ヒートポンプ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】
【０００７】
本発明の磁気ヒートポンプ装置は、磁気熱量効果を有する磁気作業物質を、熱媒体が流通されるダクト内に充填して成る磁気作業体と、磁気作業物質に印加される磁場の大きさを変更する磁場変更装置と、磁気作業体の高温端と低温端の間で熱媒体を移動させる熱媒体移動装置と、高温端側の熱媒体を放熱させるための放熱側の熱交換器と、低温端側の熱媒体に吸熱させるための吸熱側の熱交換器とを備えたものであって、磁気作業体のダクトに、複数種の磁気作業物質を、そのキュリー点が低い順に低温端から高温端に渡って充填することで各磁気作業物質をカスケード接続すると共に、各磁気作業物質を充填する寸法を、それぞれの温度変化が大きくなる所定の特定温度範囲に対応させたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明の磁気ヒートポンプ装置は、上記発明において各磁気作業物質の温度変化が大きくなる特定温度範囲は、各磁気作業物質の半値幅の高温側の半分の温度から磁気エントロピー変化がピーク値となる温度までの範囲であることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明の磁気ヒートポンプ装置は、上記各発明において各磁気作業物質の温度変化が大きくなる特定温度範囲は、各磁気作業物質をそれぞれ単体でダクト内に充填した場合、その温度変化が飽和したときに低温端から高温端の間で温度変化が他の部分より大きくなっている範囲であることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明の磁気ヒートポンプ装置は、上記各発明において各磁気作業物質の特定温度範囲が、低いものから高いものに渡って繋がるように、各磁気作業物質をダクト内に充填したことを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明の磁気ヒートポンプ装置は、上記各発明において各磁気作業物質は、Ｇｄ系よりも磁気エントロピー変化が大きいが、稼働温度域が狭い材料であることを特徴とする。
【００１２】
請求項６の発明の磁気ヒートポンプ装置は、上記発明において各磁気作業物質は、Ｍｎ系、又は、Ｌａ系の材料であることを特徴とする。
【００１３】
請求項７の発明の磁気ヒートポンプ装置は、上記各発明においてダクトを、樹脂にて構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、磁気熱量効果を有する磁気作業物質を、熱媒体が流通されるダクト内に充填して成る磁気作業体と、磁気作業物質に印加される磁場の大きさを変更する磁場変更装置と、磁気作業体の高温端と低温端の間で熱媒体を移動させる熱媒体移動装置と、高温端側の熱媒体を放熱させるための放熱側の熱交換器と、低温端側の熱媒体に吸熱させるための吸熱側の熱交換器とを備えた磁気ヒートポンプ装置において、磁気作業体のダクトに、複数種の磁気作業物質を、そのキュリー点が低い順に低温端から高温端に渡って充填することで各磁気作業物質をカスケード接続すると共に、各磁気作業物質を充填する寸法を、それぞれの温度変化が大きくなる所定の特定温度範囲に対応させたので、請求項５や請求項６の発明の如く磁気エントロピー変化は大きいが、稼働温度域が狭い磁気作業物質を使用した場合にも、それらを効果的にカスケード接続して、低温端の温度から高温端の温度まで大きな温度変化が得られるようになり、ヒートポンプとして必要な冷却温度まで下げ、或いは、放熱温度まで上げられるようになる。
【００１５】
この場合、請求項２の発明の如く、上記発明の各磁気作業物質の温度変化が大きくなる特定温度範囲は、各磁気作業物質の半値幅の高温側の半分の温度から磁気エントロピー変化がピーク値となる温度までの範囲である。
【００１６】
また、請求項３の発明の如く、上記各発明の各磁気作業物質の温度変化が大きくなる特定温度範囲は、各磁気作業物質をそれぞれ単体でダクト内に充填した場合、その温度変化が飽和したときに低温端から高温端の間で温度変化が他の部分より大きくなっている範囲である。
【００１７】
更に、請求項４の発明の如く各磁気作業物質の特定温度範囲が、低いものから高いものに渡って繋がるように、各磁気作業物質をダクト内に充填すれば、各磁気作業物質を最も効果的にカスケード接続して最も大きな温度変化を得ることができるようになる。
【００１８】
また、請求項７の発明の如くダクトを樹脂にて構成すれば、磁場の変更で温度が上昇し、或いは、低下する磁気作業物質から外部への熱損失を低減させることができるようになると共に、ダクトを介して高温端から低温端に熱が流れることを妨げ、高温端と低温端の温度差を維持することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明を適用した実施例の磁気ヒートポンプ装置の全体構成図である。
【図２】図１の磁気ヒートポンプ用ＡＭＲ（Ａｃｔｉｖｅ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｏｒ）の断面図である。
【図３】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図である。
【図４】図１の磁気ヒートポンプ装置で使用する磁気作業物質の物性を示すＴ・（−ΔＳ）線図である。
【図５】図１の磁気ヒートポンプ装置で使用する磁気作業物質の物性を示すダクト内の充填長さと温度で説明した図である。
【図６】冷凍能力５００Ｗの磁気ヒートポンプ装置を５００Ｗ用の磁気ヒートポンプ用ＡＭＲで構成した場合の構成図である。
【図７】冷凍能力５００Ｗの磁気ヒートポンプ装置を、１００Ｗ用の磁気ヒートポンプ用ＡＭＲ５台を並列接続して構成した場合の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明を適用した実施例の磁気ヒートポンプ装置１の全体構成図、図２は磁気ヒートポンプ装置１の磁気ヒートポンプ用ＡＭＲ２の断面図を示している。尚、実施例の磁気ヒートポンプ装置１の目標冷凍能力は１００Ｗとする。
【００２１】
（１）磁気ヒートポンプ装置１の構成
先ず、図２の磁気ヒートポンプ用ＡＭＲ２について説明する。磁気ヒートポンプ装置１の磁気ヒートポンプ用ＡＭＲ２は、中空筒状の筐体３と、この筐体３内の軸心にあって、軸対称となる周面に一対（二個）の永久磁石６（磁場発生部材）が放射状に取り付けられた回転体７とを備える。回転体７の軸の両端は筐体３によって回転自在に軸支されると共に、更に図示しない減速機を介してサーボモータに連結され、このサーボモータにより回転制御される。これら回転体７や永久磁石６等により後述する磁気作業物質１３に印加される磁場の大きさを変更する磁場変更装置が構成される。また、回転体７の軸には後述するロータリ弁８、９（図１）が連結される。
【００２２】
一方、筐体３の内周には、永久磁石６の二倍の個数である四本の磁気作業体１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄが、永久磁石６の外周面に近接する状態で周方向に等間隔で固定されている。実施例の場合、磁気作業体１１Ａと１１Ｃが回転体７を挟んで軸対称位置に配置され、磁気作業体１１Ｂと１１Ｄが回転体７を挟んで軸対称位置に配置されている（図２）。各磁気作業体１１Ａ〜１１Ｄは、断面が筐体３の内周に沿った円弧状となる中空のダクト１２内に、磁気熱量効果を有する複数種（実施例では三種類）の第１〜第３の磁気作業物質１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃをカスケード接続して成る磁気作業物質１３を、熱媒体（ここでは水）が流通可能にそれぞれ充填したものである（図１）。
【００２３】
尚、実施例ではダクト１２を断熱性の高い樹脂材料にて構成している。これにより、後述する如き磁場の変更（励磁と消磁）で温度が上昇し、或いは、低下する磁気作業物質１３から大気（外部）への熱損失を低減させ、軸方向の伝熱を防いでいる。また、磁気作業体１１Ａ〜１１Ｄについては後に詳述する。
【００２４】
そして、係る磁気ヒートポンプ用ＡＭＲ２を組み込んだ図１の磁気ヒートポンプ装置１の全体構成図において、各磁気作業体１１Ａ〜１１Ｄは、一端（図１における左端）に高温端１４を有し、他端（図１における右端）に低温端１６を有している。そして、磁気作業体１１Ａの高温端１４に高温配管１７Ａ及び１７Ｂが接続され、実施例ではそれと軸対称位置にある磁気作業体１１Ｃの高温端１４に高温配管１７Ｃ及び１７Ｄが接続され、磁気作業体１１Ｂの高温端１４に高温配管１７Ｅ及び１７Ｆが接続され、実施例ではそれと軸対称位置にある磁気作業体１１Ｄの高温端１４に高温配管１７Ｇ及び１７Ｈが接続されて各配管が筐体３から引き出されている。
【００２５】
また、磁気作業体１１Ａの低温端１６に低温配管１８Ａ及び１８Ｂが接続され、実施例ではそれと軸対称位置にある磁気作業体１１Ｃの低温端１６に低温配管１８Ｃ及び１８Ｄが接続され、磁気作業体１１Ｂの低温端１６に低温配管１８Ｅ及び１８Ｆが接続され、実施例ではそれと軸対称位置にある磁気作業体１１Ｄの低温端１６に低温配管１８Ｇ及び１８Ｈが接続されて各配管が筐体３から引き出され、これらにより、熱媒体（水）の循環経路が構成されている。
【００２６】
そして、各磁気作業体１１Ａ、１１Ｃ、１１Ｂ、１１Ｄの各高温配管１７Ａ、１７Ｃ、１７Ｅ、１７Ｇがロータリ弁８の一方の接続ポート８Ａに接続され、各磁気作業体１１Ａ、１１Ｃ、１１Ｂ、１１Ｄの各高温配管１７Ｂ、１７Ｄ、１７Ｆ、１７Ｈがロータリ弁８の他方の接続ポート８Ｂに接続されている。ロータリ弁８は更に流出ポート８Ｃと流入ポート８Ｄを有しており、前述したサーボモータにより内部の弁体が回転されて接続ポート８Ａを流出ポート８Ｃに連通し、且つ、接続ポート８Ｂを流入ポート８Ｄに連通する状態と、接続ポート８Ａを流入ポート８Ｄに連通し、且つ、接続ポート８Ｂを流出ポート８Ｃに連通する状態とに切り換える。
【００２７】
ロータリ弁８の流出ポート８Ｃは、配管１９を介して放熱側の熱交換器２１の入口に接続され、この熱交換器２１の出口は配管２２、ヒータ２３を介して循環ポンプ２４の吸込側に接続されている。そして、この循環ポンプ２４の吐出側が配管２６を介してロータリ弁８の流入ポート８Ｄに接続されて排熱側の循環経路が構成されている。
【００２８】
一方、各磁気作業体１１Ａ、１１Ｃ、１１Ｂ、１１Ｄの各低温配管１８Ａ、１８Ｃ、１８Ｅ、１８Ｇはロータリ弁９の一方の接続ポート９Ａに接続され、各磁気作業体１１Ａ、１１Ｃ、１１Ｂ、１１Ｄの各低温配管１８Ｂ、１８Ｄ、１８Ｆ、１８Ｈがロータリ弁９の他方の接続ポート９Ｂに接続されている。ロータリ弁９は更に流出ポート９Ｃと流入ポート９Ｄを有しており、前述したサーボモータにより内部の弁体が回転されて接続ポート９Ａを流出ポート９Ｃに連通し、且つ、接続ポート９Ｂを流入ポート９Ｄに連通する状態と、接続ポート９Ａを流入ポート９Ｄに連通し、且つ、接続ポート９Ｂを流出ポート９Ｃに連通する状態とに切り換える。
【００２９】
ロータリ弁９の流出ポート９Ｃは、配管２７を介して吸熱側の熱交換器２８の入口に接続され、この熱交換器２８の出口は配管２９を介してロータリ弁９の流入ポート９Ｄに接続されて吸熱側の循環経路が構成されている。これら循環ポンプ２４、ロータリ弁８、９や各配管により、各磁気作業体１１Ａ〜１１Ｄの高温端１４と低温端１６の間で熱媒体を往復移動させる熱媒体移動装置が構成される。
【００３０】
（２）磁気ヒートポンプ装置１の動作
以上の構成の磁気ヒートポンプ装置１の動作について説明する。先ず、回転体７が０°の位置（図２に示す位置）にあるとき、永久磁石６、６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１１Ａ、１１Ｃの磁気作業物質１３に印加される磁場の大きさは増大し、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１１Ｂ、１１Ｄの磁気作業物質１３に印加される磁場の大きさは減少し、消磁されて温度が低下する。
【００３１】
また、回転体７が０°の位置（図２）にあるとき、ロータリ弁８は接続ポート８Ａを流出ポート８Ｃに連通し、且つ、接続ポート８Ｂを流入ポート８Ｄに連通する状態とし、ロータリ弁９は接続ポート９Ａを流入ポート９Ｄに連通し、且つ、接続ポート９Ｂを流出ポート９Ｃに連通する状態とする。
【００３２】
そして、循環ポンプ２４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２４→配管２６→ロータリ弁８の流入ポート８Ｄから接続ポート８Ｂ→高温配管１７Ｆ及び１７Ｈ→９０°及び２７０°の位置の磁気作業体１１Ｂ及び１１Ｄ→低温配管１８Ｆ及び１８Ｈ→ロータリ弁９の接続ポート９Ｂから流出ポート９Ｃ→配管２７→吸熱側の熱交換器２８→配管２９→ロータリ弁９の流入ポート９Ｄから接続ポート９Ａ→低温配管１８Ａ及び１８Ｃ→０°及び１８０°の位置の磁気作業体１１Ａ及び１１Ｃ→高温配管１７Ａ及び１７Ｃ→ロータリ弁８の接続ポート８Ａから流出ポート８Ｃ→配管１９→放熱側の熱交換器２１→配管２２→ヒータ２３→循環ポンプ２４の順で循環される状態となる。
【００３３】
磁気作業体１１Ａ、１１Ｃ中の熱媒体（水）は磁気作業体１１Ａ、１１Ｃの軸方向に振動し、熱を低温端１６から高温端１４へ伝達し、高温端１４で高温となった熱媒体（水）が高温配管から放熱側の熱交換器２１に流出し、仕事分の熱量を外部（外気等）に放出し、低温端１６で低温となった熱媒体（水）が低温配管から吸熱側の熱交換器２８に流出し、被冷却体３１から吸熱し、当該被冷却体３１を冷却する。即ち、消磁されて温度が低下した磁気作業体１１Ｂ、１１Ｄの磁気作業物質１３に放熱し、冷却された熱媒体（水）は、吸熱側の熱交換器２８で被冷却体３１から吸熱し、当該被冷却体３１を冷却した後、当該熱媒体（水）は、励磁されて温度が上昇した磁気作業体１１Ａ、１１Ｃの磁気作業物質１３から吸熱してそれを冷却し、放熱側の熱交換器２１に戻り、仕事分の熱量を外部（外気等）に放出する。
【００３４】
次に、回転体７を永久磁石６、６と共に９０°回転させると、０°と１８０°との位置にある磁気作業体１１Ａ、１１Ｃの磁気作業物質１３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１１Ｂ、１１Ｄの磁気作業物質１３は、励磁されて温度が上昇する。このとき、ロータリ弁８、９も回転体７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に破線矢印で示すように、循環ポンプ２４→配管２６→ロータリ弁８の流入ポート８Ｄから接続ポート８Ｂ→高温配管１７Ｂ及び１７Ｄ→０°及び１８０°の位置の磁気作業体１１Ａ及び１１Ｃ→低温配管１８Ｂ及び１８Ｄ→ロータリ弁９の接続ポート９Ｂから流出ポート９Ｃ→配管２７→吸熱側の熱交換器２８→配管２９→ロータリ弁９の流入ポート９Ｄから接続ポート９Ａ→低温配管１８Ｅ及び１８Ｇ→９０°及び２７０°の位置の磁気作業体１１Ｂ及び１１Ｄ→高温配管１７Ｅ及び１７Ｇ→ロータリ弁８の接続ポート８Ａから流出ポート８Ｃ→配管１９→放熱側の熱交換器２１→配管２２→ヒータ２３→循環ポンプ２４の順で循環される状態となる。
【００３５】
この回転体７の回転と各ロータリ弁８、９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１１Ａ〜１１Ｄの高温端１４と低温端１６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１１Ａ〜１１Ｄの磁気作業物質１３からの吸熱／放熱を繰り返すことによって、各磁気作業体１１Ａ〜１１Ｄの高温端１４と低温端１６の温度差が徐々に拡大し、やがて吸熱側の熱交換器２８に繋がる各磁気作業体１１Ａ〜１１Ｄの低温端１６の温度は磁気作業物質１３の冷凍能力と被冷却体３１の熱負荷とがバランスする温度まで低下し、放熱側の熱交換器２１に繋がる各磁気作業体１１Ａ〜１１Ｄの高温端１４の温度は熱交換器２１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。
【００３６】
（３）熱交換器２１、２８
上述した如く吸熱／放熱の繰り返しにより、各磁気作業体１１Ａ〜１１Ｄの高温端１４と低温端１６の温度差は広がり、磁気作業物質１３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３はこのように温度変化が飽和した状態における高温端１４と低温端１６の温度をＬ１とＬ２で示している。この図からも明らかな如く高温端１４、低温端１６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。
【００３７】
このような小さい温度差で外部（外気や被冷却体３１）と熱交換することができるように、実施例では放熱側の熱交換器２１と吸熱側の熱交換器２８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、本発明の如き磁気ヒートポンプ装置１により所要の能力を得る上で極めて好適である。
【００３８】
（４）磁気作業体１１Ａ〜１１Ｄの磁気作業物質１３（カスケード接続）
次に、図４、図５を参照しながら、各磁気作業体１１Ａ〜１１Ｄのダクト１２内に充填する第１〜第３の磁気作業物質１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃのカスケード接続について説明する。前述した如く各磁気作業体１１Ａ〜１１Ｄの樹脂製のダクト１２内には、磁気作業物質１３を構成する複数種の磁気作業物質、実施例では三種類の第１〜第３の磁気作業物質１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃがカスケード接続されるかたちでそれぞれ充填されている。
【００３９】
図４は実施例の各磁気作業物質１３Ａ〜１３ＣのＴ・（−ΔＳ）線図を示している。尚、Ｔは温度（Ｋ、又は、℃）、（−ΔＳ）は磁気エントロピー変化（Ｊ／ｋｇＫ）である。また、実施例では第１〜第３の磁気作業物質１３Ａ〜１３Ｃとして三種類のＭｎ系、又は、Ｌａ系材料を使用している。このＭｎ系、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。
【００４０】
即ち、図４中のＬ３は第１の磁気作業物質１３Ａの物性、Ｌ４は第２の磁気作業物質１３Ｂの物性、Ｌ５は第３の磁気作業物質１３Ｃの物性をそれぞれ示している。実施例の第１の磁気作業物質１３Ａは磁気的な相転移点であるキュリー点Ｔｃ１を有する２次相転移材料、第２の磁気作業物質１３Ｂはキュリー点Ｔｃ２を有する２次相転移材料、第３の磁気作業物質１３Ｃはキュリー点Ｔｃ３を有する２次相転移材料である。
【００４１】
また、図４に示す如く、第１の磁気作業物質１３Ａの磁気エントロピー変化（−ΔＳ）は、ある磁束密度（Ｔ）のキュリー点Ｔｃ１付近の温度Ｔｐ１にピーク値（−ΔＳＭａｘ）を持ち、第２の磁気作業物質１３Ｂの磁気エントロピー変化（−ΔＳ）は、ある磁束密度（Ｔ）のキュリー点Ｔｃ２付近の温度Ｔｐ２にピーク値（−ΔＳＭａｘ）を持ち、第３の磁気作業物質１３Ｃの磁気エントロピー変化（−ΔＳ）は、ある磁束密度（Ｔ）のキュリー点Ｔｃ３付近の温度Ｔｐ３にピーク値（−ΔＳＭａｘ）を持つ。この図４から明らかな如く、横軸の温度に対して、縦軸の各磁気作業物質１３Ａ〜１３Ｃの磁気エントロピー変化（−ΔＳ）は何れも、それぞれのキュリー点付近にあるピーク値（−ΔＳＭａｘ）を頂点とした比較的急峻な山型となる。
【００４２】
そして、実施例では先ず各キュリー点がＴｃ１＜Ｔｃ２＜Ｔｃ３の関係となるように各磁気作業物質１３Ａ〜１３Ｃが選択され、最も低いキュリー点Ｔｃ１を有する第１の磁気作業物質１３Ａが各磁気作業体１１Ａ〜１１Ｄのダクト１２内の低温端１６側に充填され、最も高いキュリー点Ｔｃ３を有する第３の磁気作業物質１３Ｃが各磁気作業体１１Ａ〜１１Ｄのダクト１２内の高温端１４側に充填され、中間のキュリー点Ｔｃ２を有する第２の磁気作業物質１３Ｂが各磁気作業体１１Ａ〜１１Ｄのダクト１２内において、第１の磁気作業物質１３Ａと第３の磁気作業物質１３Ｃの間に充填され、それらがカスケード接続されることで磁気作業物質１３が構成されている。
【００４３】
即ち、各磁気作業体１１Ａ〜１１Ｄのダクト１２内の磁気作業物質１３は、低温端１６側から高温端１４側に渡って、各磁気作業物質１３Ａ〜１３Ｃが、第１の磁気作業物質１３Ａ（最も低いキュリー点Ｔｃ１を有する）、第２の磁気作業物質１３Ｂ（中間のキュリー点Ｔｃ２を有する）、第３の磁気作業物質１３Ｃ（最も高いキュリー点Ｔｃ３を有する）の順で充填されるかたちでカスケード接続されている。
【００４４】
ここで、磁気作業物質がどのような温度幅で有効であるかを示す指標として、磁気エントロピー変化（−ΔＳ）の半値幅ΔＴがある。この半値幅ΔＴとは、図４に示したＴ・（−ΔＳ）曲線のピーク値（−ΔＳＭａｘ）の１／２の（−ΔＳ）の値の温度変化幅であり、この半値幅ΔＴが当該磁気作業物質の稼働温度域（或いは、動作温度幅）となる。
【００４５】
前述した如く各磁気作業物質１３Ａ〜１３Ｃの磁気エントロピー変化（−ΔＳ）は何れもピーク値（−ΔＳＭａｘ）を頂点とした比較的急峻な山型となるため、稼働温度域である半値幅ΔＴも狭いが、この半値幅ΔＴの高温側の半分（ピーク値（−ΔＳＭａｘ）から温度が高い側の半分）の温度からピーク値（−ΔＳＭａｘ）となる温度までの範囲（図４のＬ３に対して記入した２本の破線で挟まれる範囲で例示）で温度変化が大きくなる。これを磁気作業体１１Ａ〜１１Ｄの低温端１６から高温端１４までの長さをＹとして、この長さＹに対応させて示したものが図５である。
【００４６】
図５の横軸は磁気作業物質１３Ａ〜１３Ｃの充填長さであり、低温端１６を基点としてここからＹの長さの位置が高温端１４とする。また、図中Ｌ６は第１の磁気作業物質１３Ａを低温端１６から高温端１４まで全て充填し、前述した如く温度変化が飽和したときの低温端１６から高温端１４に渡る各部の温度を示し、Ｌ７は同じく第２の磁気作業物質１３Ｂを低温端１６から高温端１４まで全て充填したときの各部の温度、Ｌ８は同じく第３の磁気作業物質１３Ｃを低温端１６から高温端１４まで全て充填したときの各部の温度を示している。
【００４７】
尚、図中Ｘ１は第１の磁気作業物質１３Ａの前述した温度変化が大きくなる範囲（半値幅ΔＴの高温側の半分の温度からピーク値（−ΔＳＭａｘ）となる温度までの範囲：以下、特定温度範囲と云う）、Ｘ２は第２の磁気作業物質１３Ｂの温度変化が大きくなる特定温度範囲、Ｘ３は第３の磁気作業物質１３Ｃの温度変化が大きくなる特定温度範囲をそれぞれ示しており、各特定温度範囲Ｘ１〜Ｘ３は低温端１６から高温端１４まで充填された当該磁気作業物質において、他の部分より温度変化が大きくなっている。
【００４８】
若し、単体の第１の磁気作業物質１３Ａを低温端１６から高温端１４まで全て充填したときには、低温端１６の温度Ｔ１から高温端１４の温度Ｔ３までの温度変化しか得られない（Ｌ６）。また、単体の第２の磁気作業物質１３Ｂを低温端１６から高温端１４まで全て充填したときには、低温端１６の温度Ｔ２から高温端１４の温度Ｔ５までの温度変化しか得られない（Ｌ７）。更に、単体の第３の磁気作業物質１３Ｃを低温端１６から高温端１４まで全て充填したときには、低温端１６の温度Ｔ４から高温端１４の温度Ｔ６までの温度変化しか得られないことが図５から分かる（Ｌ８）。
【００４９】
そこで、本発明では各磁気作業物質１３Ａ〜１３Ｃの前述した温度変化が大きくなる特定温度範囲Ｘ１〜Ｘ３が、低いものから高いものに渡って繋がるように各磁気作業物質１３Ａ〜１３Ｃをダクト１２内に充填するようにした。
【００５０】
先ず、第１の磁気作業物質１３Ａの特定温度範囲の上側の境界点が第２の磁気作業物質１３Ｂの特定温度範囲の下側の境界点に一致若しくは近似し、第２の磁気作業物質１３Ｂの特定温度範囲の上側の境界点が第３の磁気作業物質１３Ｃの特定温度範囲の下側の境界点に一致若しくは近似し、第１の磁気作業物質１３Ａの特定温度範囲の下側の境界点若しくはその付近から、第３の磁気作業物質１３Ｃの特定温度範囲の上側の境界点若しくはその付近までの間で所要の温度変化（図５の温度Ｔ１から温度Ｔ６の温度変化）が得られる物性の磁気作業物質を第１〜第３の磁気作業物質１３Ａ〜１３Ｃとして選定した。
【００５１】
そして、図５中の低温端１６から長さＹ１の位置までのダクト１２内に最も低いキュリー点Ｔｃ１を有する第１の磁気作業物質１３Ａ、この長さＹ１の位置から長さＹ２の位置までのダクト１２内に次に高いキュリー点Ｔｃ２を有する第２の磁気作業物質１３Ｂ、この長さＹ２の位置から高温端１４（低温端１６から長さＹの位置）までのダクト１２内に最も高いキュリー点Ｔｃ３を有する第３の磁気作業物質１３Ｃをそれぞれ充填してカスケード接続するものとすると、第１の磁気作業物質１３Ａの温度変化が大きくなる特定温度範囲Ｘ１を低温端１６から長さＹ１の位置までの寸法に対応させ、第２の磁気作業物質１３Ｂの温度変化が大きくなる特定温度範囲Ｘ２をこの長さＹ１の位置から長さＹ２の位置までの寸法に対応させ、第３の磁気作業物質１３Ｃの温度変化が大きくなる特定温度範囲Ｘ３をこの長さＹ２の位置から長さＹ３の位置（高温端１４の位置）までの寸法に対応させた。
【００５２】
これにより、稼働温度域が狭いＭｎ系、Ｌａ系の磁気作業物質１３Ａ〜１３Ｃを使用した場合にも、それらを最も効果的にカスケード接続して、図５に示す如く低温端１６の温度Ｔ１から高温端１４の温度Ｔ６まで最も大きな温度変化が得られるようになり、ヒートポンプとして必要な冷却温度まで下げ、或いは、暖房・給湯等の放熱温度まで上げられるようになった。
【００５３】
（５）磁気ヒートポンプ装置１の並列接続
次に、図６は目標とする冷凍能力を５００Ｗとし、それを一台の磁気ヒートポンプ用ＡＭＲ２で構成した場合の磁気ヒートポンプ装置１の例を示している。係る大出力を得るためには大型の筐体３を必要とし、それに繋がる配管３２、３３（前述した例の高温配管や低温配管）の数も非常に多数にのぼって部品点数が多くなる。また、ロータリ弁８、９も大型化し、構造も複雑化する問題がある。
【００５４】
一方、図７に示す如く図１の例の１００Ｗ用の磁気ヒートポンプ装置１の磁気ヒートポンプ用ＡＭＲ２（筐体３）とロータリ弁８、９のセットを５台準備し、これをロータリ弁３６、３７間に並列接続するようにすれば、図６の場合に比して配管の本数を削減し、ロータリ弁８、９、３６、３７も小型化することができる。また、デッドスペースも少なくなると共に、配管から伝熱される熱ロスも低減される。更に、１００Ｗ用の磁気ヒートポンプ用ＡＭＲ２を流用して５００Ｗ用の磁気ヒートポンプ装置１を構成することができるので、設計・生産にかかるコストも削減することができるようになる。
【００５５】
尚、実施例では磁気作業物質１３を三種類の磁気作業物質１３Ａ〜１３Ｃをカスケード接続して構成したが、それに限らず、目標とする冷凍能力に応じて、二種類、或いは、四種類以上の磁気作業物質をカスケード接続してもよい。その場合にも、本発明の趣旨を逸脱しない範囲でダクト１２内に各磁気作業物質を充填するものとする。
【００５６】
また、磁気ヒートポンプ装置の全体構成も実施例に限られるものでは無く、熱媒体移動装置も循環ポンプ２４やロータリ弁８、９に代えて、所謂ディスプレーサで構成してもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１  磁気ヒートポンプ装置
２  磁気ヒートポンプ用ＡＭＲ
３  筐体
６  永久磁石（磁場変更装置）
７  回転体（磁場変更装置）
８、９  ロータリ弁（熱媒体移動装置）
１１Ａ〜１１Ｄ  磁気作業体
１２  ダクト
１３、１３Ａ〜１３Ｃ  磁気作業物質
１４  高温端
１６  低温端
２１、２８  熱交換器
２４  循環ポンプ（熱媒体移動装置）
【図１】
2018080853.tif 000003
【図２】
2018080853.tif 000004
【図３】
2018080853.tif 000005
【図４】
2018080853.tif 000006
【図５】
2018080853.tif 000007
【図６】
2018080853.tif 000008
【図７】
2018080853.tif 000009