(57)【要約】【課題】高温端および／または低温端における効率が改良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。【解決手段】磁気熱量効果素子ベッド２は、磁気熱量効果素子４を有する。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。磁気熱量効果素子ベッド２は、補助素子１４を有する。補助素子１４は、高温端１１および／または低温端１２に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記作業室の一端における端部領域である高温端（１１）と前記作業室の他端における端部領域である低温端（１２）と間に配置された磁気熱量効果素子（４）とを備え、
前記作業室の中の前記端部領域の少なくとも一方に配置されており、磁気熱量効果がないかごく小さい補助素子（１４）とを備える磁気熱量効果素子ベッド。
【請求項２】
前記補助素子は、前記端部領域における所定の容積を占め、前記端部領域における前記熱輸送媒体の量を抑制する請求項１に記載の磁気熱量効果素子ベッド。
【請求項３】
前記補助素子は、前記端部領域において前記熱輸送媒体と熱交換するように前記熱輸送媒体と接している請求項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】
前記補助素子は、熱的な再生器である請求項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】
前記補助素子が提供する前記熱輸送媒体のための流路断面積（Ａ１４）は、前記作業室の断面積（Ａ３）より小さく、かつ、前記磁気熱量効果素子が提供する前記熱輸送媒体のための流路断面積（Ａ４）より大きい（Ａ４＜Ａ１４＜Ａ３）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】
前記熱輸送媒体は、前記端部領域において流動可能であり、
前記補助素子は、前記端部領域において流動不可能である請求項１から請求項５のいずれかに記載の磁気熱量効果素子ベッド。
【請求項７】
前記補助素子は、非磁性の材料製である請求項１から請求項６のいずれかに記載の磁気熱量効果素子ベッド。
【請求項８】
前記補助素子は、導電性の材料製である請求項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】
前記補助素子は、前記高温端に配置されており、
前記補助素子は、渦電流損に起因するジュール熱を発生する材料製である請求項８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、
前記磁場変調装置は、前記磁気熱量効果素子および前記端部領域に前記外部磁場を与える磁性部材（６ａ）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。
【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】
磁気熱量効果素子は、高温端および／または低温端に端部を有する。ひとつの観点において、熱輸送媒体の流路断面積は、端部において急変する。このため、磁気熱量効果素子の中における流体力学的な条件と、磁気熱量効果素子の端部における流体力学的な条件との差が大きい。この差は、熱機器としての性能に影響する場合がある。
【０００５】
別の観点において、熱輸送媒体と磁気熱量効果素子との間の熱交換状態が、端部において突然に変化する。磁気熱量効果素子の内側では、熱輸送媒体は磁気熱量効果素子と熱交換できる。これに対して、磁気熱量効果素子の外側では、熱輸送媒体は磁気熱量効果素子と熱交換できない。このため、磁気熱量効果素子の中における熱的な条件と、磁気熱量効果素子の端部における熱的な条件との差が大きい。この差は、熱機器としての性能に影響する場合がある。
【０００６】
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。
【０００７】
開示されるひとつの目的は、高温端および／または低温端における効率が改良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。
【０００８】
開示される他のひとつの目的は、高温端および／または低温端における流体力学的な条件が改良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。
【０００９】
開示されるさらに他のひとつの目的は、高温端および／または低温端における熱的な条件が改良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】
【００１０】
ここに開示された磁気熱量効果素子ベッドは、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）と、作業室の端部領域である高温端（１１）と低温端（１２）と間に配置された磁気熱量効果素子（４）とを備え、作業室の中の端部領域の少なくとも一方に配置されており、磁気熱量効果がないかごく小さい補助素子（１４）とを備える。
【００１１】
ここに開示された磁気熱量効果素子ベッドによると、作業室の中の端部領域に磁気熱量効果がないかごく小さい補助素子が配置される。補助素子は、高温端だけ、低温端だけ、または高温端および低温端の両方に配置することができる。補助素子は、いわゆる巨大磁気熱量効果を期待されていない。補助素子は、磁気熱量効果がないかごく小さい。補助素子は、端部領域において所定の容積を占めるから、端部領域における熱輸送媒体の量を抑制する。この結果、端部領域におけるデッドボリュームが抑制される。デッドボリュームの抑制は、高温端および／または低温端における効率を高めるために貢献する。例えば、熱的な運搬効率が高められる。
【００１２】
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、磁場変調装置は、磁気熱量効果素子および端部領域に外部磁場を与える磁性部材（６ａ）を備える。この磁場変調装置によると、端部領域にも外部磁場が与えられるから、磁気熱量効果素子の全体に強い磁場を与えることができる。
【００１３】
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】
【００１４】
【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】第２実施形態の素子ベッドの斜視図である。
【図４】第３実施形態の素子ベッドの断面図である。
【図５】第４実施形態の素子ベッドの斜視図である。
【図６】補助素子の渦電流を示す斜視図である。
【図７】第５実施形態の素子ベッドの断面図である。
【図８】補助素子の斜視図である。
【図９】第６実施形態の補助素子の斜視図である。
【図１０】第７実施形態の補助素子の斜視図である。
【図１１】第８実施形態の補助素子の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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、百以上の桁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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。ＭＣＥ素子４は、作業室３ａの一端における端部領域である高温端１１と作業室３ａの他端における端部領域である低温端１２と間に配置されている。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。
【００２０】
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。
【００２１】
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（温度分布）を分担する。温度勾配は、高温端１１と低温端１２とを生成する。高温端１１および低温端１２の語は、素子ベッド２の中の部分的な領域を指している。高温端１１および低温端１２は、長さ方向ＬＤにおけるＭＣＥ素子２より外側の領域を指している。高温端１１および低温端１２よりさらに外側には、多くの場合、配管、ポンプ、弁機構などが配置されている。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。
【００２２】
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１１に近い素子は、定常運転状態において高温端１１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１２に近い素子は、定常運転状態において低温端１２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。
【００２３】
この実施形態では、ＭＣＥ素子４は、複数の粒４ａによって提供されている。複数の粒４ａは、容器３の中に充填されている。複数の粒４ａは、それらの間に、熱輸送媒体５の流路を提供する。ＭＣＥ素子４が提供する流路断面積Ａ４は、容器３が提供する断面積Ａ３の一部である。ＭＣＥ素子４は、その設置領域にほぼ一様に配置されている。この結果、ＭＣＥ素子４と流路とはほぼ均一に分散配置されている。流路断面積Ａ４は、長さ方向ＬＤに垂直な断面における分散した複数の流路の合計である。流路の分散的な配置は、ＭＣＥ素子４と熱輸送媒体５との間の良好な熱交換を提供する。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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。外部磁場は、厚さ方向ＴＤに沿って与えられる。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。
【００２７】
磁場変調装置６は、永久磁石を含む磁性部材６ａを備える。磁性部材６ａは、ＭＣＥ素子４の全体に外部磁場を印加可能である。磁性部材６ａの全長は、ＭＣＥ素子４の全長より長い。磁性部材６ａは、ＭＣＥ素子４と重複するように配置されている。磁性部材６ａは、素子ベッド２と重複するように配置されている。磁性部材６ａは、素子ベッド２のうち、ＭＣＥ素子４が配置された中央領域と重複するように配置されている。さらに、磁性部材６ａは、高温端１１と重複するように配置されている。磁性部材６ａと高温端１１とは、重複距離ＰＬだけ重複している。磁性部材６ａは、高温端１１にも、外部磁場の変化を与える。磁性部材６ａは、低温端１２と重複するように配置されている。磁性部材６ａと低温端１２とは、重複距離ＰＬだけ重複している。磁性部材６ａは、低温端１２にも、外部磁場の変化を与える。このように、磁場変調装置６は、素子ベッドが提供する端部領域にも、外部磁場の変化を作用させる。この磁場変調装置６によると、端部領域にも外部磁場が与えられるから、ＭＣＥ素子４の全体に強い磁場を与えることができる。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
素子ベッド２は、補助素子１４を有する。補助素子１４は、作業室３ａの中に配置されている。補助素子１４は、ＭＣＥ素子４の端部より外側に配置されている。補助素子１４は、素子ベッド２の中の高温端１１に配置されている。補助素子１４は、素子ベッド２の中の低温端１２に配置されている。補助素子１４は、素子ベッド２の中の高温端１１と、低温端１２との両方に配置されている。補助素子１４は、ＭＣＥ素子４と比べて、磁気熱量効果がないかごく小さい材料製である。補助素子１４は、いわゆる巨大な磁気熱量効果をもたない材料である。よって、補助素子１４は過剰なコストをかけることなく設けることができる。補助素子１４は、所定の容積を有する。補助素子１４は、所定の熱容量を有する。補助素子１４は、熱輸送媒体５との熱交換によって、熱輸送媒体５から高温または低温を受け取る。補助素子１４は、熱輸送媒体５から受け取った高温または低温を一時的に蓄える。また、補助素子１４は、熱輸送媒体５との熱交換によって、熱輸送媒体５に高温または低温を渡す。
【００３２】
図２は、素子ベッド４の断面を模式的に示している。容器３は、筒状である。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。作業室３ａは、長さ方向ＬＤと垂直な断面、すなわち熱輸送媒体５の流れ方向と垂直な断面において、断面積Ａ３を提供している。
【００３３】
ＭＣＥ素子４は、長さ方向ＬＤに沿ってカスケード接続されている。図示されている素子の数は、例示である。ＭＣＥ素子４は、複数の粒４ａによって提供されている。ＭＣＥ素子４を提供する複数の粒４ａは、容器３の中において、流路断面積Ａ４を提供している。
【００３４】
補助素子１４は、複数の粒１４ａによって提供されている。複数の粒１４ａは、容器３の中に充填されている。複数の粒１４ａは、それらの間に、熱輸送媒体５の流路を提供する。補助素子１４は、その設置領域（端部領域）にほぼ一様に配置されている。この結果、補助素子１４と流路とは、その設置領域にほぼ均一に分散して配置されている。補助素子１４と流路との均一で分散的な配置は、補助素子１４と熱輸送媒体５との間の良好な熱交換を提供する。補助素子１４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。
【００３５】
高温端１１および低温端１２は、熱輸送媒体５と補助素子１４とによって満たされている。熱輸送媒体５と補助素子１４とは、ＭＣＥ素子４に隣接する領域を満たしている。補助素子１４は、ＭＣＥ素子４に隣接する領域にだけ配置されていてもよい。よって、素子ベッド２の両端部分には、熱輸送媒体５だけで満たされる領域があってもよい。
【００３６】
補助素子１４を提供する複数の粒１４ａは、容器３の中において、流路断面積Ａ１４を提供している。流路断面積Ａ１４は、長さ方向ＬＤに垂直な断面における分散した複数の流路の合計である。流路断面積Ａ１４は、流路断面積Ａ４より大きい（Ａ４＜Ａ１４）。ただし、流路断面積Ａ１４は、作業室３ａの断面積Ａ３より小さい（Ａ１４＜Ａ３）。よって、補助素子１４が提供する熱輸送媒体５のための流路断面積Ａ１４は、作業室３ａの断面積Ａ３より小さく、かつ、ＭＣＥ素子４が提供する熱輸送媒体５のための流路断面積Ａ４より大きい（Ａ４＜Ａ１４＜Ａ３）。
【００３７】
高温端１１は、作業室３ａの一端における端部領域として所定の容積を提供する。補助素子１４は、高温端１１における所定の容積を占めている。補助素子１４は、熱輸送媒体５に代わって高温端１１における一部の容積を占めている。高温端１１における容積は、熱輸送媒体５と補助素子１４とによって満たされている。低温端１２は、作業室３ａの他端における端部領域として所定の容積を提供する。補助素子１４は、低温端１２における所定の容積を占めている。補助素子１４は、熱輸送媒体５に代わって低温端１２における一部の容積を占めている。この結果、高温端１１における容積は、熱輸送媒体５と補助素子１４とによって満たされている。このように、補助素子１４は、素子ベッド２が提供する端部領域に配置されている。補助素子１４は、端部領域において熱輸送媒体５の量を減少させる。素子ベッド２が提供する端部領域は、相対的に流動可能な熱輸送媒体５と、流動不可能な補助素子１４とによって満たされている。よって、補助素子１４は、端部領域における熱輸送媒体５の量を抑制する。この結果、ＭＣＥ素子４の端部における流体力学的な条件の急変が抑制される。
【００３８】
補助素子１４は、熱輸送媒体５のための流路を提供している。この結果、熱輸送媒体５は、高温端１１から補助素子１４の流路を通って、ＭＣＥ素子４の中に入ることができる。熱輸送媒体５は、ＭＣＥ素子４の中から補助素子１４の流路を通って、高温端１１に入ることができる。熱輸送媒体５は、低温端１２から補助素子１４の流路を通って、ＭＣＥ素子４の中に入ることができる。熱輸送媒体５は、ＭＣＥ素子４の中から補助素子１４の流路を通って、低温端１２に入ることができる。補助素子１４が提供する流路断面積Ａ１４は、ＭＣＥ素子４が提供する流路断面積Ａ４より大きい（Ａ４＜Ａ１４）。補助素子１４が提供する流路断面積Ａ１４は、作業室３ａが提供する断面積Ａ３より小さい（Ａ１４＜Ａ３）。補助素子１４が提供する流路断面積は、容器３が提供する流路断面積の一部である。よって、補助素子１４は、端部領域における流路断面積の急激な変化を抑制する。この結果、ＭＣＥ素子４の端部における流体力学的な条件の急変が抑制される。
【００３９】
低温端補助素子１４は、熱輸送媒体５と直接的に接触している。補助素子１４は、熱輸送媒体５のための流路を提供するように配置されている。補助素子１４は、熱輸送媒体５と熱交換する。補助素子１４は、熱輸送媒体５との熱交換によって熱輸送媒体５の熱を蓄熱する。この蓄熱には、高温を蓄える蓄熱と、低温を蓄える蓄冷との両方が含まれる。これにより、ＭＣＥ素子４の外側においても、熱輸送媒体５とは異なる非流動の補助素子１４による蓄熱が提供される。
【００４０】
熱輸送媒体５は、高温端１１に近いＭＣＥ素子４から流出した直後に、および、高温端１１に近いＭＣＥ素子４に流入する直前に、補助素子４と熱交換する。このとき、補助素子１４は、熱的な再生器として機能する。この結果、高温端１１に近いＭＣＥ素子４と接する熱輸送媒体５の温度変動幅が抑制される。熱輸送媒体５は、低温端１２に近いＭＣＥ素子４から流出した直後に、および、低温端１２に近いＭＣＥ素子４に流入する直前に、補助素子４と熱交換する。このとき、補助素子１４は、熱的な再生器として機能する。この結果、低温端１２に近いＭＣＥ素子４と接する熱輸送媒体５の温度変動幅が抑制される。
【００４１】
補助素子１４は、非磁性材料によって提供されている。補助素子１４は、非磁性の樹脂材料、または非磁性の金属材料によって提供される。例えば、補助素子１４は、樹脂、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、非磁性ステンレスによって提供される。補助素子１４は、高い熱伝導率を有する材料で作られることが望ましい。補助素子１４の材料は、熱輸送媒体５より高い熱伝導率を有することが望ましい。このような観点から、銅、銅合金、アルミニウム、または、アルミニウム合金は、望ましい材料のひとつである。補助素子１４と熱輸送媒体５との間の熱伝達率は、ＭＣＥ素子４と熱輸送媒体５との間の熱伝達率と同程度であることが望ましい。ただし、補助素子１４と熱輸送媒体５との間の熱伝達率は、ＭＣＥ素子４と熱輸送媒体５との間の熱伝達率より、低くても、高くてもよい。ＭＣＥ素子４の端部における補助素子１４の存在は、ＭＣＥ素子４の端部における熱的な条件の急変を抑制する。
【００４２】
以上に述べたこの実施形態によると、補助素子１４によって、端部領域におけるデッドボリュームが抑制される。デッドボリュームの抑制は、高温端１１および／または低温端１２における効率を高めるために貢献する。例えば、熱的な運搬効率が高められる。高温端１１および／または低温端１２における熱の取り出し効率が高められる。ひとつの観点では、補助素子１４によって、高温端１１および／または低温端１２における流体力学的な改良が図られる。また、別の観点では、補助素子１４によって、高温端１１および／または低温端１２における流体力学的な改良が図られる。
【００４３】
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、ＭＣＥ素子４は、複数の粒４ａによって提供されている。これに代えて、ＭＣＥ素子４は、多様な形状によって提供することができる。
【００４４】
図３において、ＭＣＥ素子４は、複数の板状部材２０４ａによって提供されている。板状部材２０４ａは、長さ方向ＬＤに沿って広がっている。複数の板状部材２０４ａは、それらの間に複数のマイクロチャンネルを流路として形成している。複数の板状部材２０４ａは、ＭＣＥ素子４の取扱いを容易にする。また、複数の板状部材２０４ａは、素子ベッド２の中において容易に位置決めすることができる。
【００４５】
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、補助素子１４は、複数の粒１４ａによって提供されている。これに代えて、補助素子１４は、多様な形状によって提供することができる。
【００４６】
図４に図示されるように、補助素子１４は、複数の板状部材３１４ａによって提供されている。板状部材３１４ａは、長さ方向ＬＤに沿って広がっている。複数の板状部材３１４ａは、それらの間に複数のマイクロチャンネルを流路として形成している。複数の板状部材３１４ａは、ＭＣＥ素子４に近接した領域にだけ配置されている。端部領域の中でも作業室３ａの両端には、熱輸送媒体５だけで満たされる領域が形成されている。このように、補助素子１４は、端部領域の中に偏って設けられても良い。この場合、補助素子１４は、ＭＣＥ素子４に近接するように配置される。複数の板状部材３１４ａは、ＭＣＥ素子４の取扱いを容易にする。また、複数の板状部材３１４ａは、素子ベッド２の中において容易に位置決めすることができる。
【００４７】
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、高温端１１の補助素子１４と、低温端１２の補助素子１４とは、同じ材料製である。これに代えて、高温端１１の補助素子１４は、磁場変化によって渦電流損による発熱を生じる材料によって提供することができる。
【００４８】
図５に図示されるように、高温端１１の補助素子１４を提供する板状部材４１４ａは、導電性の材料によって提供されている。板状部材４１４ａは、非磁性の材料製である。板状部材４１４ａは、金属製である。板状部材４１４ａは、非磁性のステンレス合金製である。板状部材４１４ａは、磁性部材６ａによる磁場変動の影響下にある。ただし、板状部材４１４ａは、非磁性であるから過剰に磁束を引き込まない。板状部材４１４ａは、磁性部材６ａから供給される磁束と鎖交するように配置されている。
【００４９】
低温端１２の補助素子１４を提供する板状部材３１４ａは、非導電性の材料によって提供されている。板状部材３１４ａは、例えば、樹脂製である。板状部材３１４ａは、渦電流損による顕著な発熱を生じない金属材料でもよい。例えば、板状部材３１４ａは、電気抵抗が小さい銅合金製でもよい。
【００５０】
図６に図示されるように、板状部材４１４ａは、電磁誘導による渦電流ＥＤＣを生じる。板状部材４１４ａには、磁場ＭＧＦの変動（鎖交磁束密度の変化）に起因する渦電流ＥＤＣが流れる。渦電流ＥＤＣは、渦電流損を生じ、板状部材４１４ａにジュール熱を発生させる。ジュール熱は、高温端１１において温度上昇を補助する。また、ジュール熱は、高温端１１の温度を維持するために貢献する。一方で、板状部材３１４ａは、ほとんどジュール熱を発生しない。このため、低温端１２における低温は、損なわれない。
【００５１】
この実施形態によると、補助素子１４に起因する流体力学的な改善と、熱的な改善とに加えて、高温端１１の補助素子１４に渦電流損に起因するジュール熱を発生させることができる。これにより、ＭＨＰ装置１の起動性能、または温度維持性能が向上する。
【００５２】
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、補助素子１４は、粒１４ａの表面、または板状部材２１４ａ、３１４ａ、４１４ａの表面で熱輸送媒体５と接触し、熱交換している。これに代えて、補助素子１４は、熱交換を促進するために、多様な表面形状を有することができる。
【００５３】
図７に図示されるように、補助素子１４は、板状部材５１４ａと、複数の突出部５１４ｂとを有する。板状部材５１４ａと、複数の突出部５１４ｂとは、連続した材料によって一体的に形成されている。板状部材５１４ａは、長さ方向ＬＤに沿って広がっている。複数の突出部５１４ｂは、作業室３ａの内部に向けて突出している。この実施形態でも、複数の突出部５１４ｂの間に、熱輸送媒体５のための流路が形成されている。複数の突出部５１４ｂは、高温端１１に配置された補助素子１４のように板状部材５１４ａの両面に突出してもよい。また、複数の突出部５１４ｂは、低温端１２に配置された補助素子１４のように板状部材５１４ａの両面に突出してもよい。この場合、板状部材５１４ａは、容器３の壁に沿って配置されている。
【００５４】
図８に図示されるように、複数の突出部５１４ｂは、円柱状に形成されている。複数の突出部５１４ｂは、角柱状であってもよい。この実施形態によると、熱輸送媒体５と補助素子１４との熱交換が促進される。
【００５５】
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。図９に図示されるように、補助素子１４は、板状部材６１４ａと、複数の突出部６１４ｂとを有する。板状部材６１４ａと、複数の突出部６１４ｂとは、連続した材料によって一体的に形成されている。複数の突出部６１４ｂは、長さ方向ＬＤに沿って広がっている。複数の突出部６１４ｂは、それぞれが、フィン状である。この実施形態でも、熱輸送媒体５と補助素子１４との熱交換が促進される。
【００５６】
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。図１０に図示されるように、補助素子１４は、板状部材７１４ａと、突出部７１４ｂとを有する。板状部材７１４ａと、突出部７１４ｂとは、別体の部材であり、ろう付け、接着などの接合手段によって接合されている。突出部７１４ｂが提供する面は、長さ方向ＬＤに沿って広がっている。突出部７１４ｂは、いわゆるコルゲートフィンによって提供することができる。この実施形態でも、熱輸送媒体５と補助素子１４との熱交換が促進される。
【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、固体の材料によって補助素子１４を提供している。これに代えて、補助素子１４は、内部に流体を備えていてもよい。
【００５８】
図１１に図示されるように、補助素子１４は、板状部材８１４ａと、複数の突出部８１４ｂとを有する。補助素子１４は、内部の空洞に、熱媒体８１４ｃを収容している。熱媒体８１４ｃは、補助素子１４の内部に封入されている。熱媒体８１４ｃは、流体である。熱媒体８１４ｃは、熱湯造媒体５が補助素子１４に対して相対的に流れても、補助素子１４に対しては固定されている。よって、熱媒体８１４ｃも、非流動の補助素子１４の一部として考えることができる。この実施形態によると、熱媒体８１４ｃによって、補助素子１４の熱的な性質を調節することができる。補助素子１４は、例えば、蓄熱性能が高い熱媒体８１４ｃを収容することができる。この場合、補助素子１４の蓄熱性能を調節することができる。
【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、高温端１１と低温端１２との両方に補助素子１４が配置されている。これに代えて、補助素子１４は、高温端１１または低温端１２のいずれか一方だけに配置されていてもよい。補助素子１４は、作業室３ａの中の２つの端部領域の少なくとも一方に配置することができる。素子ベッド２は、例えば、高温端１１にのみ補助素子１４を提供するための板状部材４１４ａを備え、低温端１２に補助素子１４を備えないことができる。
【００６１】
上記実施形態では、補助素子１４は、一様に配置されている。これに代えて、補助素子１４は、長さ方向ＬＤに沿って徐々に変化する密度で配置されてもよい。補助素子１４は、例えば、作業室３ａの端に向かうほど流路断面線Ａ１４が連続的に、または段階的に増加するように配置されてもよい。また、補助素子１４は、例えば、容器３の壁から離れるほど、すなわち作業室３ａの中央に近いほど流路断面線Ａ１４が連続的に、または段階的に増加するように配置されてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
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）、  ６ａ  磁性部材、
７  熱輸送装置（ＦＬＤＭ）、  ８  空調装置（ＨＶＡＣ）、
１１  高温端、  １２  低温端、  １４  補助素子、
４ａ  ＭＣＥ素子粒、  ２０４ａ  ＭＣＥ素子板状部材、
１４ａ  補助素子の粒、
３１４ａ−８１４ａ  補助素子の板状部材、
５１４ｂ−８１４ｂ  補助素子の突出部、
８１４ｃ  熱媒体、  ＥＤＣ  渦電流、
Ａ３  作業室の断面積、  Ａ４  ＭＣＥ素子の流路断面積、
Ａ１４  補助素子の流路断面積、
ＰＬ  重複範囲、  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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【図１１】
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