(57)【要約】【課題】耐圧性能と断熱性能とが両立された素子ベッド等を提供する。【解決手段】磁気熱量効果素子ベッド２は、容器３と磁気熱量効果素子４とを備える。容器３は、磁気熱量効果素子４を収容している。磁気熱量効果素子４は、高温端１１と低温端１２と間に配置されている。容器３は、熱輸送媒体５を流すための作業室３ａを区画形成する。容器３は、熱移動を抑制する断熱層３２と、熱輸送媒体５の圧力に抗するための耐圧層３１とを有する。耐圧性能と断熱性能とが両立される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温端（１１）と低温端（１２）と間に配置された磁気熱量効果素子（４）と、
前記磁気熱量効果素子を収容し、熱輸送媒体（５）を流すための作業室（３ａ）を区画形成する容器（３）とを備え、
前記容器は、
前記磁気熱量効果素子および前記熱輸送媒体における熱移動を抑制する断熱層（３２、２３２、３３２、４３２、５３２、６３２、７３２、８３２）と、
前記作業室における前記熱輸送媒体の圧力に抗するための耐圧層（３１、２３１、３３１、４３１、６３１）とを備える磁気熱量効果素子ベッド。
【請求項２】
前記耐圧層は、前記断熱層より外側に位置している請求項１に記載の磁気熱量効果素子ベッド。
【請求項３】
前記断熱層は、前記耐圧層より内側に位置している請求項１または請求項２に記載の磁気熱量効果素子ベッド。
【請求項４】
前記断熱層の断熱性能は、前記高温端（１１）と前記低温端（１２）との間において変化している請求項１から請求項３のいずれかに記載の磁気熱量効果素子ベッド。
【請求項５】
前記断熱層（４３２、５３２、６３２、７３２、８３２）の厚さは、前記高温端（１１）と前記低温端（１２）との間において変化している請求項１から請求項４のいずれかに記載の磁気熱量効果素子ベッド。
【請求項６】
前記断熱層（５３２、７３２、８３２）の厚さは、前記高温端（１１）と前記低温端（１２）との間において部分的に大きい請求項５に記載の磁気熱量効果素子ベッド。
【請求項７】
前記断熱層（７３２、８３２）は、部分的に厚さが大きい部分（７３５−７３８、８３５−８３８）を有する請求項６に記載の磁気熱量効果素子ベッド。
【請求項８】
前記断熱層と前記耐圧層とは、材料および／または構造が徐々に変化する傾斜材料によって提供されている請求項１から請求項７のいずれかに記載の磁気熱量効果素子ベッド。
【請求項９】
前記断熱層は、前記作業室に面して配置されることにより、前記磁気熱量効果素子および前記熱輸送媒体と直接的に接触しており、
前記耐圧層は、前記容器の壁の厚さ方向（ＴＤ）に関して前記断熱層より外面に位置しており、
前記断熱層は、前記容器の壁を厚さ方向（ＴＤ）に通る熱移動と、前記容器の壁を長さ方向（ＬＤ）に通る熱移動との両方を抑制している請求項１から請求項８のいずれかに記載の磁気熱量効果素子ベッド。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれかに記載の磁気熱量効果素子ベッド（２）と、
前記磁気熱量効果素子に印加される外部磁場を変調する磁場変調装置（６）と、
前記磁気熱量効果素子と熱交換する熱輸送媒体を前記外部磁場の変化に同期して流す熱輸送装置（７）とを備える磁気熱サイクル装置。
【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、磁気熱量効果素子ベッドおよび磁気熱サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、磁気熱量効果素子ベッドおよび磁気熱サイクル装置を開示する。いわゆる磁気熱量効果素子ベッドは、磁気熱量効果素子と、容器とを含む。容器は、磁気熱量効果素子を収容する。容器は、磁気熱量効果素子に磁場を印加することを許容し、しかも、磁気熱量効果素子と熱交換するように熱輸送媒体が流れることを許容する。容器は、温度分布を損なう熱移動を抑制するための断熱部を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２３７４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１が開示する構成では、断熱層としての空洞を区画するための部材が、依然として、熱伝導に起因する損失を生じる。また、磁気熱サイクル装置の能力および／または効率を高めるためには、高周波数での磁場変調、および熱輸送媒体の速い流れを必要とする。熱輸送媒体の速い流れは、高い耐圧性をもつ容器を必要とする。しかし、熱移動の抑制と、高い耐圧性とを両立することは困難であった。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、磁気熱量効果素子ベッドおよび磁気熱サイクル装置にはさらなる改良が求められている。
【０００５】
開示されるひとつの目的は、耐圧性能と断熱性能とが両立された磁気熱量効果素子ベッドおよび磁気熱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】
【０００６】
ここに開示された磁気熱量効果素子ベッドは、高温端（１１）と低温端（１２）と間に配置された磁気熱量効果素子（４）と、磁気熱量効果素子を収容し、熱輸送媒体（５）を流すための作業室（３ａ）を区画形成する容器（３）とを備え、容器は、磁気熱量効果素子および熱輸送媒体における熱移動を抑制する断熱層（３２、２３２、３３２、４３２、５３２、６３２、７３２、８３２）と、作業室における熱輸送媒体の圧力に抗するための耐圧層（３１、２３１、３３１、４３１、６３１）とを備える。
【０００７】
開示された磁気熱量効果素子ベッドによると、容器は、断熱性能を提供するための断熱層と、耐圧性能を提供するための耐圧層とを有する。このため、耐圧性能と断熱性能とが両立される。この結果、高温端と低温端との間における温度分布を維持しながら、熱輸送媒体の速い流れを許容することができる。
【０００８】
ここに開示された磁気熱サイクル装置は、上記磁気熱量効果素子ベッド（２）と、磁気熱量効果素子に印加される外部磁場を変調する磁場変調装置（６）と、磁気熱量効果素子と熱交換する熱輸送媒体を外部磁場の変化に同期して流す熱輸送装置（７）とを備える。開示される磁気熱サイクル装置によると、高い効率、または高い出力を得ることができる。
【０００９】
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】
【００１０】
【図１】第１実施形態の磁気熱サイクル装置のブロック図である。
【図２】磁気熱量効果素子ベッドの断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面を示す斜視図である。
【図４】第２実施形態の素子ベッドの斜視図である。
【図５】第３実施形態の素子ベッドの断面図である。
【図６】第４実施形態の素子ベッドの斜視図である。
【図７】第５実施形態の素子ベッドの断面図である。
【図８】第６実施形態の素子ベッドの断面図である。
【図９】第７実施形態の素子ベッドの断面図である。
【図１０】第８実施形態の素子ベッドの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
第１実施形態
図１は、磁気熱サイクル装置を示すブロック図である。磁気熱サイクル装置は、磁気熱量効果型ヒートポンプ装置１を提供する。磁気熱量効果型ヒートポンプ装置１は、ＭＨＰ装置１と呼ばれる。ＭＨＰは、Ｍａｇｎｅｔｏ−ｃａｌｏｒｉｃ  ｅｆｆｅｃｔ  Ｈｅａｔ  Ｐｕｍｐである。ＭＨＰ装置１は、磁気ヒートポンプ装置とも呼ばれる。ＭＨＰ装置１は、例えば、空調装置、冷蔵庫、冷凍庫などの熱機器に利用される。この実施形態では、ＭＨＰ装置１は、乗り物用空調装置を提供する。
【００１３】
この明細書において乗り物の語は広義の意味で使用される。すなわち、乗り物の語は、乗員室または荷室を有する移動体、例えば、走行車両、船舶、飛行機を含む。さらに、乗り物の語は、シミュレーション機器、アミューズメント機器などの非移動体を含む。
【００１４】
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。
【００１５】
ＭＨＰ装置１は、磁気熱量効果素子ベッド２を備える。磁気熱量効果素子ベッド２は、素子ベッド２と呼ばれる。素子ベッド２は、容器３と、磁気熱量素子４を有する。磁気熱量素子４は、ＭＣＥ素子４と呼ばれる。ＭＨＰ装置１は、ＭＣＥ素子４の磁気熱量効果を利用する。容器３は、作業室３ａを内部に区画形成している。容器３は、ＭＣＥ素子４を収容する。ＭＣＥ素子４は、作業室３ａの中に収容されている。容器３は、ＭＣＥ素子４に磁場を印加することを許容し、しかも、ＭＣＥ素子４と熱交換するように熱輸送媒体５が流れることを許容する。熱輸送媒体５は、不凍液、水、油、気体などの流体によって提供することができる。容器３は、非磁性材料により形成されている。
【００１６】
ＭＣＥ素子４は、磁気熱量効果を有する磁気作業物質を含む。ＭＣＥは、Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｃａｌｏｒｉｃ  Ｅｆｆｅｃｔとも呼ばれる。ＭＣＥ素子４は、高温端１１と低温端１２と間に配置されている。ＭＣＥ素子４は、外部磁場の強弱により発熱と吸熱とを生じる。容器３とＭＣＥ素子４とは、熱輸送媒体５の流路を形成するように、配置されている。
【００１７】
図１において、ＭＣＥ素子４は、複数の素子を有する。図示されている素子の数は、例示である。複数の素子は、定常運転時に得られる目標値としての温度勾配を分担する。温度勾配は、ＭＨＰ装置１が長時間にわたって運転される結果として得られる。例えば、定常運転時に得られる温度勾配は、乗り物用空調装置として利用できる高温と低温とを提供する。複数の素子は、ＭＣＥ素子４の長手方向、すなわち熱輸送媒体５の流れ方向に沿って配置されている。このようなＭＣＥ素子４における複数の素子の配置は、カスケード配置と呼ばれる。
【００１８】
複数の素子のそれぞれを構成する材料は、キュリー温度が異なる。複数の素子は、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。高温端に近い素子は、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。中温部に近い素子は、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。低温端に近い素子は、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。
【００１９】
この実施形態では、ＭＣＥ素子４は、複数の粒によって提供されている。複数の粒は、容器３の中に充填されている。複数の粒は、それらの間に、熱輸送媒体５の流路を提供する。この結果、ＭＣＥ素子４と熱輸送媒体５との間の良好な熱交換が提供される。ＭＣＥ素子４は、熱輸送媒体５を流すための複数のマイクロチャンネルを形成する板状、ブロック状など多様な形状によって提供することができる。
【００２０】
ＭＣＥ素子４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４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４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４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。磁性体は、例えばガドリニウム系材料であってもよい。また、マンガン、鉄、リンおよびゲルマニウムの混合物であってもよい。
【００２１】
ＭＨＰ装置１は、磁場変調装置６（ＭＧＦＭ）と熱輸送装置７（ＦＬＤＭ）とを備える。磁場変調装置６と熱輸送装置７とは、ＭＣＥ素子４をＡＭＲ（Ａｃｔｉｖｅ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ）サイクルとして機能させる。磁場変調装置６と熱輸送装置７とは、同期的に作動する。
【００２２】
磁場変調装置６は、ＭＣＥ素子４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ように外部磁場を変調する。磁場変調装置６は、ＭＣＥ素子４を強い磁界内に置く励磁状態と、ＭＣＥ素子４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６は、ＭＣＥ素子４が強い外部磁場の中に置かれる励磁期間、およびＭＣＥ素子４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６は、外部磁場を生成するための磁力源、例えば永久磁石、又は電磁石を備えることができる。
【００２３】
磁場変調装置６は、素子ベッド２および／または永久磁石を移動させ、素子ベッド２と永久磁石との間の距離を周期的に、かつ相対的に変化させる機構によって提供される。磁場変調装置６は、例えば、固定の素子ベッド２に対して、永久磁石を回転移動させる回転機構を含むことができる。
【００２４】
熱輸送装置７は、ＭＣＥ素子４が放熱または吸熱する熱を輸送するための熱輸送媒体５流すための流体機器を備える。熱輸送装置７は、ＭＣＥ素子４と熱交換する熱輸送媒体５をＭＣＥ素子４に沿って流す装置である。熱輸送装置７は、ＭＣＥ素子４に高温端と低温端とを生成するように、熱輸送媒体５を流す。熱輸送装置７は、例えば、磁場変調装置６による外部磁場の変化に同期して熱輸送媒体５を往復的に流す。熱輸送装置７は、熱輸送媒体５を流すためのポンプを含むことができる。熱輸送装置７は、熱輸送媒体５の流れを制御するための複数の通路、および弁機構を備えることができる。
【００２５】
ＭＨＰ装置１は、乗り物用空調装置を提供するための空調装置８（ＨＶＡＣ）を有する。空調装置８は、暖房、換気、および空調のためのユニットとも呼ばれる。空調装置８は、高温端１１に得られる高温、および／または低温端１２に得られる低温を利用する。高温および／または低温は、ＭＣＥ素子４から取り出されてもよく、熱輸送媒体５から取り出されてもよい。
【００２６】
図２において、容器３は、ＭＣＥ素子４を収容する作業室３ａを区画形成している。容器３は、熱輸送媒体５を流すための作業室３ａを区画形成している。図示されている素子の数は、例示である。容器３は、複数の層を有する。容器３は、耐圧層３１と、断熱層３２とを有する。容器３は、３層以上であってもよい。容器３は、例えば、耐圧層３１と、断熱層３２との間に中間層を有することができる。耐圧層３１は、筒状である。断熱層３２は、筒状である。
【００２７】
耐圧層３１と断熱層３２とは、作業室３ａを区画形成している。容器３の壁の厚さ方向ＴＤにおいて、耐圧層３１は、断熱層３２より外側に位置している。耐圧層３１は、外部温度に直接的に接触している。外部温度は、ＭＨＰ装置１が置かれた自然環境、または、ＭＨＰ装置１を構成する機構の内部温度である。容器３の壁の厚さ方向ＴＤにおいて、断熱層３２は、耐圧層３１より内側に位置している。断熱層３２は、ＭＣＥ素子４と直接的に接触している。断熱層３２は、作業室の中の熱輸送媒体５と直接的に接触している。
【００２８】
耐圧層３１の内側面と、断熱層３２の外側面とは、接着剤によって接着されている。耐圧層３１と断熱層３２との間の境界は、耐圧層３１と断熱層３２との特徴によって明確に形成されている。耐圧層３１と断熱層３２とは、それらの材質および／または構造によって特徴付けられている。耐圧層３１と断熱層３２とは、耐圧層３１と断熱層３２との間の相対的な差によって特徴付けられている。
【００２９】
耐圧層３１は、断熱層３２と比べて、主として作業室３ａにおける熱輸送媒体５の圧力に抗するための耐圧機能を担っている。耐圧層３１は、断熱層３２よりも機械的強度が高い。耐圧層３１は、断熱層３２よりも許容応力が高い。許容応力は、作業室３ａの内部圧力に対して層の破壊を生じることのない限界値として定義できる。耐圧層３１は、断熱層３２よりも縦弾性係数、すなわちヤング率が高い。この実施形態では、耐圧層３１は、非磁性の金属製である。
【００３０】
耐圧層３１は、例えば、オーステナイト系ステンレス（ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１０Ｓなど）、純チタン、またはチタン合金などによって提供することができる。耐圧層３１は、セラミックス、または高強度エンジニアリングプラスチックによって提供されてもよい。
【００３１】
断熱層３２は、耐圧層３１と比べて、主としてＭＣＥ素子３および／または熱輸送媒体５における熱移動を抑制する断熱機能を担っている。熱移動は、ＭＣＥ素子３および／または熱輸送媒体５からの熱移動と、ＭＣＥ素子３および／または熱輸送媒体５への熱移動との両方を含む。断熱層３２は、耐圧層３１よりも熱伝導率が低い。断熱層３２は、耐圧層３１よりも長さ方向ＬＤにおける熱伝導率が低い。長さ方向ＬＤは、ＭＣＥ素子４の長さ方向である。長さ方向ＬＤは、高温端と低温端との間における温度勾配の方向でもある。断熱層３２は、耐圧層３１よりも厚さ方向ＴＤにおける熱伝導率が低い。厚さ方向ＴＤは、容器３の壁の厚さ方向である。厚さ方向ＴＤは、ＭＣＥ素子４または熱輸送媒体５と、外界との間における容器３の厚さ方向である。断熱層３２は、耐圧層３１よりも厚い。これにより、断熱層３２は、厚さ方向ＴＤに関して、耐圧層３１よりも低い熱伝導を提供する。言い換えると、断熱層３２は、耐圧層３１よりも高い保温性能を発揮する。この実施形態では、断熱層３２は、非磁性の樹脂製である。
【００３２】
断熱層３２は、例えば、樹脂、発泡樹脂、真空層などによって提供することができる。断熱層３２は、セラミックス、または高強度エンジニアリングプラスチックによって提供されてもよい。
【００３３】
図３は、素子ベッド２の斜視図であって、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面が図示されている。作業室３ａには、ＭＣＥ素子４が充填されている。ＭＣＥ素子４の粒の間には、熱輸送媒体５のための通路が形成されている。耐圧層３１は、多面形の断面をもつ筒状である。耐圧層３１は、ＭＣＥ素子４の長さ方向ＬＤの両端を除く全周を囲んでいる。断熱層３２は、多面形の断面をもつ筒状である。断熱層３２は、ＭＣＥ素子４の長さ方向ＬＤの両端を除く全周を囲んでいる。
【００３４】
以上に述べた実施形態によると、素子ベッド２における耐圧性能と断熱性能とが両立される。断熱層３２は、作業室３ａに面して配置されることにより、ＭＣＥ素子４および熱輸送媒体５と直接的に接触している。このため、ＭＣＥ素子４および熱輸送媒体５の熱移動を抑制しやすい。耐圧層３１は、容器の壁の厚さ方向ＴＤに関して断熱層３２より外面に位置している。このため、熱移動は断熱層３２によって抑制されており、耐圧層３１は、もっぱら耐圧性能の要求を満たすように設計することができる。断熱層３２は、容器３の壁を厚さ方向ＴＤに通る熱移動と、容器３の壁を長さ方向ＬＤに通る熱移動との両方を抑制している。
【００３５】
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、断熱層３２は、筒状である。これに代えて、この実施形態では、断熱層２３２は、複数の平板片２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄを有する。
【００３６】
図４に図示されるように、容器３は、耐圧層２３１と、断熱層２３２とを有する。耐圧層２３１は、作業室３ａの角部において、作業室３ａに面しているか、作業室３ａに近接している。断熱層２３２は、複数の平板片２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄを有する。複数の平板片２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄは、多面形断面をもつ作業室３ａの各面に配置されている。作業室３ａの角部には、断熱層２３２がないか、または、薄い断熱層２３２の材料が配置されている。複数の平板片２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄは、それぞれが互いに独立している。複数の平板片２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄは、平板片２３２ａと平板片２３２ｂとの間、平板片２３２ｂと平板片２３２ｃとの間、および平板片２３２ｃと平板片２３２ｄとの間において、互いに連結されていてもよい。
【００３７】
この実施形態でも、素子ベッド２における耐圧性能と断熱性能とが両立される。さらに、簡単な形状の断熱層２３２を利用することができる。その結果、素子ベッド２のコストを抑制することができる。
【００３８】
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、耐圧層３１の厚さおよび断熱層３２の厚さは、長さ方向ＬＤに沿って一定である。これに代えて、この実施形態では、耐圧層３３１の厚さおよび／または断熱層３３２の厚さは、高温端（１１）と低温端（１２）との間において、すなわち長さ方向ＬＤに沿って、徐々に変化している。
【００３９】
図５に図示されるように、耐圧層３３１の厚さは、長さ方向ＬＤに沿って、徐々に変化している。耐圧層３３１の厚さは、高温端１１における厚さより、低温端１２における厚さのほうが小さい。耐圧層３３１の厚さは、高温端１１における厚さより、低温端１２における厚さのほうが大きくてもよい。この結果、耐圧層３３１は、容器３の部位ごとに、求められる耐圧性能を提供する。徐々に変化する厚さは、ＭＣＥ素子４によって生じる圧力損失の増減に適合した耐圧性能を提供する。徐々に変化する厚さは、応力の集中を抑制する。
【００４０】
断熱層３３２の厚さは、長さ方向ＬＤに沿って、徐々に変化している。断熱層３３２の厚さは、高温端１１における厚さより、低温端１２における厚さのほうが大きい。断熱層３３２の厚さは、高温端１１における厚さより、低温端１２における厚さのほうが小さくてもよい。断熱層３３２の厚さの変化は、熱伝導を変化させる。この結果、断熱層３３２の断熱性能は、高温端１１と低温端１２との間において変化している。
【００４１】
断熱層３３２の厚さは、用途に応じて設定される。例えば、低温端１２の低温が利用される用途においては、低温が維持されやすいように、断熱層３３２は、低温端１２における厚さが、高温端１１における厚さより大きいことが望ましい。この結果、断熱層３３２は、容器３の部位ごとに、求められる断熱性能を提供する。徐々に変化する厚さは、温度勾配に適合した断熱性能を提供する。
【００４２】
なお、耐圧層３３１のみの厚さ、または断熱層３３２のみの厚さを長さ方向ＬＤに沿って徐々に変化させてもよい。この実施形態でも、素子ベッド２における耐圧性能と断熱性能とが両立される。さらに、容器３の部位に応じて望ましい耐圧性能および／または容器３の部位に応じて望ましい断熱性能が提供される。
【００４３】
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。この実施形態では、耐圧層４３１のみの厚さが、長さ方向ＬＤ、すなわち温度勾配に沿って、徐々に変化している。
【００４４】
図６に図示されるように、耐圧層４３１の厚さは、長さ方向ＬＤに沿って一定である。断熱層４３２の厚さは、長さ方向ＬＤに沿って徐々に変化している。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。
【００４５】
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。この実施形態では、低温端１２に近い部分にのみ断熱層５３２が設けられている。
【００４６】
図７に図示されるように、耐圧層５３１の厚さは、長さ方向ＬＤに沿って一定である。断熱層５３２は、長さ方向ＬＤにおける低温端１２の近傍部分にのみ設けられている。断熱層５３２は、高温端１１の近傍部分には設けられていない。よって、高温端１１と低温端１２との間の一部分のみにおいて、断熱層５３２による断熱効果を与えることができる。ＭＣＥ素子４の体積は、低温端１２の近傍部分より、高温端１１の近傍部分において大きい。よって、高温端１１と低温端１２との間の一部分のみにおいて、ＭＣＥ素子４の体積を大きくすることができる。この結果、断熱層５３２の厚さは、高温端１１と低温端１２との間において部分的に大きい。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。
【００４７】
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。上記実施形態では、耐圧層３１と断熱層３２との境界は明確である。これに代えて、この実施形態では、耐圧層６３１と断熱層６３２との間において、材料および／または構造が、連続的に徐々に変化している。このため、容器３は、明確な境界を備えない。
【００４８】
図８に図示されるように、容器３は、耐圧層６３１と、断熱層６３２と、中間層６３３とを有している。中間層６３３は、耐圧層６３１と断熱層６３２との間の性質を有している。耐圧層６３１、断熱層６３２、および中間層６３３は、容器３の厚さ方向ＴＤにおいて材料組成および／または構造が連続的に変化している。容器３は、容器３の厚さ方向ＴＤに関する材料組成および／または構造に基づいて、おおよそ耐圧層６３１と、断熱層６３２と、中間層６３３とに分類することができる。このため、容器３は、容器３の厚さ方向ＴＤにおいて材料組成および／または構造が、少なくとも３段階に変化しているともいえる。容器３は、最外層に耐圧層６３１を有している。容器３は、最内層に断熱層６３２を有している。このように、容器３の壁は、その中に少なくとも耐圧層６３１と断熱層６３２とを提供している。この実施形態では、耐圧層６３１と、断熱層６３２と、中間層６３３との厚さを特定することは困難である。しかし、耐圧層６３１の厚さは、断熱層６３２の厚さより小さい。
【００４９】
容器３は、セラミックス材料製である。容器３の壁は、厚さ方向ＴＤにおいて材料密度が徐々に変化する傾斜材料である。断熱層６３２と耐圧層６３１とは、材料および／または構造が徐々に変化する傾斜材料によって提供されている。この結果、厚さ方向ＴＤにおいて材料特性が徐々に変化する。耐圧層６３１は、例えば、セラミックス材料が高密度に詰められた部分として特徴付けられる。断熱層６３２は、セラミックス材料が耐圧層６３１より低密度に詰められた部分、すなわちセラミックス材料が多孔質となっている部分として特徴づけられる。容器３は、長さ方向ＬＤ、すなわち熱輸送媒体５の流れ方向に沿って材質および／または構造が変化する傾斜材料であってもよい。
【００５０】
なお、断熱層６３２の断熱性能は、高温端１１と低温端１２との間において変化してもよい。この実施形態でも、素子ベッド２における耐圧性能と断熱性能とが両立される。さらに、傾斜材料によって容器３を提供することができる。傾斜材料は、材質および／または構造が連続的に変化するから、応力の集中が抑制される。
【００５１】
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。上記実施形態では、断熱層３２は、ＭＣＥ素子４より径方向の外側に配置されている。これに代えて、断熱層７３２は、熱輸送媒体５が滞留するおそれがある空洞に向けて突出していてもよい。
【００５２】
図９において、ＭＣＥ素子４は、複数の素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを有する。断熱層７３２は、複数の素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに隣接することにより、複数の素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを支持する複数の支持部を有している。断熱層７３２の厚さは、高温端１１に近いほど薄く、低温端１２に近いほど厚い。
【００５３】
複数の支持部は、支持部厚さ傾斜Ｔ４を規定している。例えば、低温端１２に近いＭＣＥ素子４ａを支持する支持部の厚さＴ４Ｌは、高温端１１に近いＭＣＥ素子４ｅを支持する支持部の厚さＴ４Ｈより大きい。中間部におけるＭＣＥ素子４ｃを支持する支持部の厚さＴ４Ｍは、厚さＴ４Ｈと厚さＴ４Ｌとの間にある。よって、断熱層７３２の複数の支持部における厚さは、低温端１２に近いほど厚い。
【００５４】
さらに、長さ方向ＬＤに沿って隣り合う２つの素子の間には、空洞Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃ、Ｃｄが形成されている。これら空洞Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃ、Ｃｄは、２つの素子の間において熱輸送媒体５の滞留を生じるおそれがある。断熱層７３２は、空洞Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃ、Ｃｄの中に向けて突出する複数の突出部７３５、７３６、７３７、７３８を有する。複数の突出部７３５−７３８のそれぞれは、矩形の突出部である。複数の突出部７３５−７３８のそれぞれは、空洞Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃ、Ｃｄの一部を埋めるように突出している。断熱層７３２は、部分的に厚さが大きい突出部７３５−７３８を有する。言い換えると、断熱層７３２の厚さは、高温端１１と低温端１２との間において部分的に大きい。
【００５５】
複数の突出部７３５−７３８は、空洞部厚さ傾斜ＴＣを規定している。例えば、低温端１２に近い空洞Ｃａにおける断熱層７３２の厚さＴＣＣは、高温端１１に近い空洞Ｃｄにおける断熱層７３２の厚さＴＣＨより大きい。中間部における空洞Ｃｃにおける断熱層７３２の厚さＴＣＨは、厚さＴＣＨと厚さＴＣＣとの間にある。複数の突出部７３５−７３８の突出量は、支持部厚さ傾斜Ｔ４からの突出量として把握することができる。複数の突出量は、低温端１２に近いほど厚い。
【００５６】
この実施形態でも、素子ベッド２における耐圧性能と断熱性能とが両立される。さらに、熱輸送媒体５の滞留を抑制するように断熱層７３２が突出部７３５−７３８を提供する。また、支持部厚さ傾斜Ｔ４は、複数の素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの体積、すなわちＭＣＥ素子４の充填量を高温端１１と低温端１２との間で変化させることを可能とする。
【００５７】
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。上記実施形態では、断熱層７３２は、矩形の突出部７３５−７３８によって提供されている。これに代えて、複数の突出部は、熱輸送媒体５の流れに対する抵抗を抑制した形状を有していてもよい。
【００５８】
図１０において、断熱層８３２は、複数の突出部８３５、８３６、８３７、８３８を有する。複数の突出部８３５−８３８は、熱輸送媒体５の流れとの抵抗を抑制するために、滑らかな表面を与えられている。これにより、熱輸送媒体５の流れがスムーズになる。なお、突出部８３５−８３８の形状は、図示されるような波型、三角型、半円型など多様な形状をとることができる。この実施形態でも、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。さらに、熱輸送媒体５の流れが妨げられない。
【００５９】
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。
【００６０】
上記実施形態では、耐圧層３１を外側に配置し、断熱層３２を内側に配置した。これに代えて、耐圧層３１を内側に配置し、断熱層３２を外側に配置してもよい。比較的薄い耐圧層３１により熱伝達量が抑制される。この結果、素子ベッドにおける耐圧性能と断熱性能とが両立される。
【符号の説明】
【００６１】
１  磁気熱量効果型ヒートポンプ装置（ＭＨＰ装置）、
２  素子ベッド、  ３  容器、  ３ａ  作業室、
４  磁気熱量効果素子（ＭＣＥ素子）、  ５  熱輸送媒体、
６  磁場変調装置（ＭＧＦＭ）、
７  熱輸送装置（ＦＬＤＭ）、  ８  空調装置（ＨＶＡＣ）、
１１  高温端、  １２  低温端、
３１  耐圧層、  ３２  断熱層、
２３１  耐圧層、  ２３２  断熱層、
２３２ａ−２３２ｄ  平板片、
３３１  耐圧層、  ３３２  断熱層、
４３１  耐圧層、  ４３２  断熱層、
５３１  耐圧層、  ５３２  断熱層、
６３１  耐圧層、  ６３２  断熱層、  ６３３  中間層、
４ａ−４ｅ  複数の素子、  Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃ、Ｃｄ  空洞、
７３２  断熱層、  ７３５−７３８  突出部、
８３２  断熱層、  ８３５−８３８  突出部、
Ｔ４  支持部厚さ傾斜、  ＴＣ  空洞部厚さ傾斜、
ＬＤ  長さ方向、  ＴＤ  厚さ方向。
【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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