(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気熱量熱発生器（４０、６０、７０、９０、１００）において、前後に交互に流れる１次流体と呼ばれる熱伝達流体によって、磁気熱量要素（Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ２１、Ｍ２２、Ｍ１１１、Ｍ１１２、Ｍ１１３、Ｍ１１４、Ｍ２２１、Ｍ２２２、Ｍ２２３、Ｍ２２４）に流体接続する少なくとも１つの１次回路（Ｐ４０、Ｐ６０、Ｐ７０、Ｐ９０、Ｐ１００）を備え、前記磁気熱量要素（Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ２１、Ｍ２２、Ｍ１１１、Ｍ１１２、Ｍ１１３、Ｍ１１４、Ｍ２２１、Ｍ２２２、Ｍ２２３、Ｍ２２４）は、磁気システム（２）であって、各磁気熱量要素（Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ２１、Ｍ２２、Ｍ１１１、Ｍ１１２、Ｍ１１３、Ｍ１１４、Ｍ２２１、Ｍ２２２、Ｍ２２３、Ｍ２２４）において、磁気加熱相と磁気冷却相を交互に生成する、磁気システム（２）の可変磁界を受け、前記１次回路は、低温側（Ｆ）及び高温側（Ｃ）を備え、前記低温側（Ｆ）及び高温側（Ｃ）において、磁気熱量要素（Ｍ１１、Ｍ１２；Ｍ１１１、Ｍ１１２；Ｍ２１、Ｍ２２；Ｍ２２３、Ｍ２２４）は互いに流体接続される、磁気熱量熱発生器（４０、６０、７０、９０、１００）であって、
前記１次回路の前記高温側（Ｃ）及び前記低温側（Ｆ）は、少なくとも１つのバイパスパイプ（Ｄ５、Ｄ６、Ｄ９、Ｄ１０、Ｄ１2、Ｄ１３）によって注入ポイント（Ｉ６、Ｉ７、Ｉ１０、Ｉ１１，Ｉ１２，Ｉ１３）と呼ばれる前記１次回路の別のポイントに接続された少なくとも１つの出口ポイント（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ６、Ｓ７）を備え、前記１次流体が、前記出口ポイント（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ６、Ｓ７）から前記注入ポイント（Ｉ６、Ｉ７、Ｉ１０、Ｉ１１、Ｉ１２，Ｉ１３）に向かってだけ変位されることを可能にし、
前記磁気熱量要素（Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ２１、Ｍ２２、Ｍ１１１、Ｍ１１２、Ｍ１１３、Ｍ１１４、Ｍ２２１、Ｍ２２２、Ｍ２２３、Ｍ２２４）は、少なくとも２つの段階（Ｅ１、Ｅ２、Ｅ１０、Ｅ２０）に分配されること、及び、前記段階（Ｅ１、Ｅ１０）の一方の段階の前記磁気熱量要素（Ｍ１１、Ｍ１２；Ｍ１１１、Ｍ１１２）は前記低温側（Ｆ）で互いに流体接続され、前記段階（Ｅ２、Ｅ２０）の別の段階の前記磁気熱量要素（Ｍ２１、Ｍ２２、Ｍ２２３、Ｍ２２４）は前記高温側（Ｃ）で互いに流体接続され、
前記注入ポイント（Ｉ６、Ｉ７、Ｉ１１、Ｉ１２、Ｉ１３）は、前記磁気熱量要素（Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ２１、Ｍ２２、Ｍ１１１、Ｍ１１２、Ｍ１１３、Ｍ１１４、Ｍ２２１、Ｍ２２２、Ｍ２２３、Ｍ２２４）の前記２つの段階（Ｅ１、Ｅ２；Ｅ１０、Ｅ２０）の間に位置付けられることを特徴とする、熱発生器。
【請求項２】
前記バイパスパイプ（Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７、Ｄ８、Ｄ９、Ｄ１０、Ｄ１２、Ｄ１３）は、少なくとも１つの熱交換ゾーン（ＺＦ４、ＺＦ５、ＺＦ８、ＺＦ９、ＺＦ１１）によって２次回路（６）に熱接続されることを特徴とする、請求項１に記載の熱発生器。
【請求項３】
前記熱交換ゾーン（ＺＦ４、ＺＦ５、ＺＦ８、ＺＦ９、ＺＦ１１）は、前記１次流体と前記２次回路（６）の２次流体との間で逆流変位を達成するように設計されることを特徴とする、請求項２に記載の熱発生器。
【請求項４】
前記熱交換ゾーン（ＺＦ４、ＺＦ５、ＺＦ８、ＺＦ９）は、前記１次流体と前記２次回路（６）の前記２次流体との間で並流変位を達成するように設計されることを特徴とする、請求項２に記載の熱発生器。
【請求項５】
前記熱交換ゾーン（ＺＦ４、ＺＦ５、ＺＦ８、ＺＦ９、ＺＦ１１）は、前記１次流体と前記２次回路（６）の前記２次流体との間で交差流変位を達成するように設計されることを特徴とする、請求項２に記載の熱発生器。
【請求項６】
前記バイパスパイプ（Ｄ５、Ｄ６、Ｄ９、Ｄ１０、Ｄ１２、Ｄ１３）は、前記バイパスパイプ内で循環する前記１次流体の流量を調整するためのデバイス（５）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の熱発生器。
【請求項７】
前記少なくとも１つの出口ポイント（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ６、Ｓ７）は、前記１次回路の前記低温側（Ｆ）に位置付けられることを特徴とする、請求項１に記載の熱発生器。
【請求項８】
前記少なくとも１つの出口ポイントは、前記１次回路の前記高温側（Ｃ）に位置付けられることを特徴とする、請求項１に記載の熱発生器。
【請求項９】
請求項２に記載の磁気熱量熱発生器によって２次流体と呼ばれる流体を冷却するための方法であって、方法は、前記２次流体が循環する前記２次回路（６）を少なくとも１つの熱交換ゾーン（ＺＦ４、ＺＦ５、ＺＦ８、ＺＦ９、ＺＦ１１）によって前記磁気熱量熱発生器のバイパスパイプ（Ｄ５、Ｄ６、Ｄ９、Ｄ１０、Ｄ１２、Ｄ１３）に熱接続すること、及び、前記２次流体を前記２次回路（６）内で連続して循環させることであることを特徴とする、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気熱量熱発生器に関し、磁気熱量熱発生器は、前後に交互に流れる１次流体と呼ばれる熱伝達流体によって磁気熱量要素に流体接続する少なくとも１つの１次回路を備え、前記磁気熱量要素は、磁気システムであって、各磁気熱量要素において、磁気加熱相と磁気冷却相を交互に生成する、磁気システムの可変磁界を受け、前記１次回路は、低温側及び高温側を備え、低温側及び高温側において、磁気熱量要素は互いに流体接続される。
【０００２】
本発明はまた、磁気熱量熱発生器によって２次流体と呼ばれる流体を冷却するための方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
周囲温度における磁気冷凍技術は３０年以上の間知られており、環境配慮および持続可能な開発の観点からこの技術がもたらす利点は広く認識されている。また、この技術の発熱出力および効率の観点からの限界もまたよく知られている。その結果、この分野で行われる全ての研究は、磁化力、磁気熱量素子の性能、熱伝達流体と磁気熱量要素との間の熱交換表面、熱交換器の性能等の種々のパラメータを調整することによってこうした熱発生器の性能を改善する傾向がある。
【０００４】
これらの熱発生器は、或る材料の磁気熱量効果（ＭＣＥ：ｍａｇｎｅｔｏｃａｌｏｒｉｃ  ｅｆｆｅｃｔ）であって、その材料が可変磁界を受けると、その材料の温度が変動することにある、磁気熱量効果（ＭＣＥ）を使用する。こうした発生器において、磁気熱量材料は、磁化相と脱磁相の連続物を受け、熱交換が、１次流体と呼ばれる熱伝達流体によって実施されて、前記材料によって生成される熱エネルギーを収集し、これらの材料において考えられる最大の温度変動（温度勾配）を達成する。このために、１次流体の循環が交互に行われ、この１次流体が、磁気熱量材料を通過するチャネル又は細孔内で循環する。磁気熱量サイクルは、２つの相、すなわち、磁化相と脱磁相を含み、全ての相において利用可能なエネルギーに変換する。このサイクルは、数ヘルツの周波数まで繰返される。これらの相中で、１次流体は、磁気熱量材料を通って流れ、いわゆる磁化相中において材料の接触部において昇温する、又は、いわゆる脱磁相中において材料の接触部において降温することになる。前記材料のエントロピー変動に対応する磁気熱量効果は、材料の温度がそのキューリ温度に近いときに最大である。
【０００５】
ここで、磁気熱量熱発生器は、磁気熱量熱発生器が生成する熱エネルギーを少なくとも１つの外部アプリケーションとの間で交換できなければならない。この交換は、前記熱発生器によって生成される熱エネルギーを、前記磁気熱量熱発生器の外部にある１つ又は幾つかのアプリケーションに返還する、又は、前記磁気熱量熱発生器の外部にある１つ又は幾つかのアプリケーションとの間で熱交換するという目的を持つ１つ又は幾つかの熱交換器によって一般に達成される。これらの外部アプリケーションは、例えば、熱発生器、熱デバイス、又は格納容器を囲む空気である可能性がある。
【０００６】
古典的な構成において、磁気熱量熱発生器の磁気熱量要素は、熱交換器によって高温側で互いに接続され、対称的に、磁気熱量要素は、同様に、別の熱交換器によって低温側で互いに接続される。しかし、こうした構成が制限を有することを経験が示した。
【０００７】
これは、特に、発生器の低温側が利用されるときにそうである。１次流体の温度に関して大きな温度差を示すアプリケーション又は２次回路との熱交換を実施することは、発生器の低温側のかなりの加熱及び発生器の熱効率のかなりの低下をもたらす。換言すれば、熱発生器において確立される熱勾配が低下するため、磁気熱量効果によって生成される出力の一部が、この勾配を回復させるために使用されなければならず、その結果、出力のこの部分は、外部アプリケーション（複数可）によって利用又は使用されない可能性がある。
【０００８】
同様に、熱発生器の高温側が利用されるとき、発生器の高温側を冷却し、発生器の熱効率を低下させるというリスクが存在する。
【０００９】
熱発生器の出力を最適に利用するため、したがって、１次回路と２次回路との間での熱交換特性を最適化することが必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、先に述べた問題に対する解決策を提供することによってこれらの欠点を克服することを目標とする。そのために、本発明による磁気熱量熱発生器は、熱発生器と、冷凍されるか、冷却されるか、又は加熱される外部アプリケーション（複数可）との間の熱エネルギー伝達を最適化して、磁気熱量熱発生器内で確立される熱勾配及びその熱出力に考えられる最低の影響を及ぼすように設計される。本発明の別の主題は、２次回路内を循環する流体を連続的に冷却するのに特に適した磁気熱量熱発生器である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そのために、本発明は、プリアンブルに述べる種類の磁気熱量熱発生器を提供し、磁気熱量熱発生器は。１次回路の前記高温側及び前記低温側は、少なくとも１つのバイパスパイプによって注入ポイントと呼ばれる１次回路の別のポントに接続された少なくとも１つの出口ポイントを備え、１次流体が、出口ポイントから注入ポイント向かってだけ、一方向だけに変位されることを可能にすることを特徴とする。
【００１２】
好ましい実施形態において、磁気熱量要素は、少なくとも２つの段階に分配される可能性があり、前記段階の一方の段階の磁気熱量要素は低温側で互いに流体接続される可能性があり、前記段階の別の段階の磁気熱量要素は高温側で互いに流体接続される可能性がある。
【００１３】
第１の変形において、接続済みの２つの段階の磁気熱量要素は、絶えず反転磁気相内にある可能性がある。別の変形において、接続済みの２つの段階の磁気熱量要素は、絶えず同一磁気相内にある可能性がある。
【００１４】
本発明によれば、バイパスパイプは、少なくとも１つの熱交換ゾーンによって２次回路に熱接続される可能性がある。
【００１５】
更に、前記熱交換ゾーンは、１次流体と前記２次回路の２次流体との間で逆流変位か、並流変位か、又は交差流変位を達成するように設計される可能性がある。
【００１６】
バイパスパイプは、有利には、バイパスパイプ内で循環する１次流体の流量を調整するためのデバイスを備える可能性がある。
【００１７】
一実施形態において、前記少なくとも１つの出口ポイントは、１次回路の低温側に位置付けられる。この実施形態において、出口ポイントは、１次回路の高温側に位置付けられる可能性がある。
【００１８】
第２の実施形態において、注入ポイントは、１次回路の高温側に位置付けられる。この実施形態において、注入ポイントは、１次回路の低温側に位置付けられる可能性がある。
【００１９】
両方の実施形態において、注入ポイントは、変形として、磁気熱量要素の２つの段階の間に位置付けられる可能性がある。
【００２０】
更なる変形において、注入ポイントは、各段階の連続する磁気熱量要素の間に位置付けられる可能性がある。
【００２１】
本発明は、同様に、プリアンブルで述べた磁気熱量熱発生器によって２次流体と呼ばれる流体を冷却するための方法を提供し、方法は、少なくとも１つの熱交換ゾーンによって２次流体が磁気熱量熱発生器のバイパスパイプまで循環する２次回路に熱接続すること、及び、前記２次流体を前記２次回路内で連続して循環させることにあることを特徴とする。
【００２２】
こうした方法は、永続的に再生される２次流体の冷却を達成するのに特に適する。そのため、本方法は、２次回路内を流れる２次流体を冷却するために有利であり、２次回路は自分自身にループバックせず、また、２次回路内で、２次流体の油圧流及び熱流は連続である。
【００２３】
本発明及びその利点は、添付の図を参照して非限定的な例として挙げた実施形態の以下の説明においてよりよく明らかにされるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１Ａ】図１Ａは、逆の磁気相のうちの一方の磁気相にある、第１の実施形態の変形による熱発生器の２つの段階の略図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、逆の磁気相のうちの別の磁気相にある、第１の実施形態の変形による熱発生器の２つの段階の略図である。
【図２Ａ】図２Ａは、逆の磁気相のうちの一方の磁気相にある、第２の実施形態の変形による熱発生器の２つの段階の略図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、逆の磁気相のうちの別の磁気相にある、第２の実施形態の変形による熱発生器の２つの段階の略図である。
【図３Ａ】図３Ａは、逆の磁気相のうちの一方の磁気相にある、第３の実施形態の変形による熱発生器の２つの段階の略図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、逆の磁気相のうちの別の磁気相にある、第３の実施形態の変形による熱発生器の２つの段階の略図である。
【図４Ａ】図４Ａは、逆の磁気相のうちの一方の磁気相にある、第４の実施形態の変形による熱発生器の２つの段階の略図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、逆の磁気相のうちの別の磁気相にある、第４の実施形態の変形による熱発生器の２つの段階の略図である。
【図５Ａ】図５Ａは、逆の磁気相のうちの一方の磁気相にある、第５の実施形態の変形による熱発生器の２つの段階の略図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、逆の磁気相のうちの別の磁気相にある、第５の実施形態の変形による熱発生器の２つの段階の略図である。
【図６Ａ】図６Ａは、逆の磁気相のうちの一方の磁気相にある、第６の実施形態の変形による熱発生器の２つの段階の略図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、逆の磁気相のうちの別の磁気相にある、第６の実施形態の変形による熱発生器の２つの段階の略図である。
【図７Ａ】図７Ａは、逆の磁気相のうちの一方の磁気相にある、第７の実施形態の変形による熱発生器の２つの段階の略図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、逆の磁気相のうちの別の磁気相にある、第７の実施形態の変形による熱発生器の２つの段階の略図である。
【図８Ａ】図８Ａは、逆の磁気相のうちの一方の磁気相にある、第８の実施形態の変形による熱発生器の２つの段階の略図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、逆の磁気相のうちの別の磁気相にある、第８の実施形態の変形による熱発生器の２つの段階の略図である。
【図９】図９は、図７Ａ及び７Ｂに概略的に示す２つの段階を備える熱発生器の略斜視図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、逆の磁気相のうちの一方の磁気相にある、第９の実施形態の変形による熱発生器の２つの段階の略図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、逆の磁気相のうちの別の磁気相にある、第９の実施形態の変形による熱発生器の２つの段階の略図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、逆の磁気相のうちの一方の磁気相にある、第１０の実施形態の変形による熱発生器の２つの段階の略図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、逆の磁気相のうちの別の磁気相にある、第１０の実施形態の変形による熱発生器の２つの段階の略図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、逆の磁気相のうちの一方の磁気相にある、第１１の実施形態の変形による熱発生器の２つの段階の略図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、逆の磁気相のうちの別の磁気相にある、第１１の実施形態の変形による熱発生器の２つの段階の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
示す実施形態の例において、同一の要素又は部分は同じ数字参照を有する。
【００２６】
本発明は、磁気熱量要素Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ２１、Ｍ２２、Ｍ１１１、Ｍ１１２、Ｍ１１３、Ｍ１１４、Ｍ２２１、Ｍ２２２、Ｍ２２３、Ｍ２２４を備える磁気熱量熱発生器１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０に関する。示す実施形態の変形において、これらの磁気熱量要素Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ２１、Ｍ２２、Ｍ１１１、Ｍ１１２、Ｍ１１３、Ｍ１１４、Ｍ２２１、Ｍ２２２、Ｍ２２３、Ｍ２２４は、少なくとも２つの熱段階に分配される。１次流体と呼ばれる熱伝達流体は、前記磁気熱量要素Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ２１、Ｍ２２、Ｍ１１１、Ｍ１１２、Ｍ１１３、Ｍ１１４、Ｍ２２１、Ｍ２２２、Ｍ２２３、Ｍ２２４を通過しながら、少なくとも１つの１次回路内で交互移動で変位される。１次流体の機能は、一方で、磁気熱量熱発生器１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０の２つの端、すなわち、低温側Ｆと高温側Ｃの間の前記熱段階の磁気熱量要素内で熱勾配を確立し維持することであり、他方、前記発生器内で生成される熱エネルギーを、少なくとも１つの外部アプリケーション、すなわち、熱発生器１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０に属さないものとの間で交換する又は返還することを可能にすることである。この交換又はこの返還は、熱交換器によって実現される可能性がある交換ゾーンによって行われる。この交換ゾーンは、１次流体と外部アプリケーションに属する２次回路の２次流体との間で熱交換を達成することを可能にする。
【００２７】
これが示されなくても、本発明は、同様に、磁気熱量要素の１つの段階だけを有することを可能にする。
【００２８】
１次流体及び２次流体は、好ましくは液体である。２次流体は、好ましくは、外部アプリケーションを冷却するか、加熱するか、又はテンパリングするためポンプ又は任意の同様のデバイスによって連続的に変位される。磁気熱量要素と接触状態にあることを意図される１次流体は、水、例えばグリコール等の不凍液製品を有する水、液体ガス（加圧済み又は未加圧）、又は塩水で作られる可能性がある。
【００２９】
各磁気熱量要素Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ２１、Ｍ２２、Ｍ１１１、Ｍ１１２、Ｍ１１３、Ｍ１１４、Ｍ２２１、Ｍ２２２、Ｍ２２３、Ｍ２２４は、１次流体がそれを通って流れる可能性がある１つ又は幾つかの磁気熱量材料で作られる可能性がある。本発明のために、磁気熱量要素は、磁気熱量材料を含む物理的要素として理解されなければならない。磁気熱量要素は、特に、幾つかの型の磁気熱量材料を含む可能性がある。そのために、前記磁気熱量要素は、流体の通過によってその細孔が形成するように多孔性である可能性がある。磁気熱量要素は、同様に、ミニチャネル又はマイクロチャネルがその中で機械加工されるか、モールドされるか、又は注入される１つ又は幾つかの固体ブロックの形態を有する可能性がある。磁気熱量要素は、同様に、熱伝達流体がその間を流れる可能性がある重合せ式の、おそらくは溝付きのプレートの組立体で作られる可能性がある。磁気熱量要素は、最後に、ギャップが流体通路を形成するように粉末又は粒子の形態を有する可能性がある。１次流体が、磁気熱量要素Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ２１、Ｍ２２、Ｍ１１１、Ｍ１１２、Ｍ１１３、Ｍ１１４、Ｍ２２１、Ｍ２２２、Ｍ２２３、Ｍ２２４を構成する材料との熱交換を達成することを可能にする任意の他の実施形態が、もちろん適する可能性がある。磁気熱量要素Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ２１、Ｍ２２、Ｍ１１１、Ｍ１１２、Ｍ１１３、Ｍ１１４、Ｍ２２１、Ｍ２２２、Ｍ２２３、Ｍ２２４を構成する磁気熱量材料は、好ましくは、低温側Ｆから高温側Ｃに向かって最低から最高に向かって異なるキューリ温度を有する。
【００３０】
示す実施形態の変形において、磁気熱量要素Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ２１、Ｍ２２、Ｍ１１１、Ｍ１１２、Ｍ１１３、Ｍ１１４、Ｍ２２１、Ｍ２２２、Ｍ２２３、Ｍ２２４に磁界変動を受けさせる磁気システムは、永久磁石２等（図９）を備え、前記磁気熱量要素Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ２１、Ｍ２２、Ｍ１１１、Ｍ１１２、Ｍ１１３、Ｍ１１４、Ｍ２２１、Ｍ２２２、Ｍ２２３、Ｍ２２４に対して移動して、前記磁気熱量要素Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ２１、Ｍ２２、Ｍ１１１、Ｍ１１２、Ｍ１１３、Ｍ１１４、Ｍ２２１、Ｍ２２２、Ｍ２２３、Ｍ２２４において、磁界が印加又は増加されるときの加熱相、そして、磁界が除去又は減少されるときの冷却相を交互に生成する。この磁気システムは、同様に、シーケンシャルに駆動される電磁石又は磁界変動を発生する傾向がある任意の他の同様な手段の形態を有する可能性がある。１次回路内での１次流体の循環方向の反転は、磁気熱量要素Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ２１、Ｍ２２、Ｍ１１１、Ｍ１１２、Ｍ１１３、Ｍ１１４、Ｍ２２１、Ｍ２２２、Ｍ２２３、Ｍ２２４の磁化相及び脱磁相と同期して、磁気熱量要素Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ２１、Ｍ２２、Ｍ１１１、Ｍ１１２、Ｍ１１３、Ｍ１１４、Ｍ２２１、Ｍ２２２、Ｍ２２３、Ｍ２２４において考えられる最大の温度勾配を確立する。そのために、加熱相において磁気熱量要素を通過する１次流体−すなわち、磁化−は、高温側Ｃに向かって変位され、その後、１次流体が冷却相において磁気熱量要素を通過するとき−すなわち、脱磁−、低温側Ｆに向かって変位される。１次流体の循環方向は、添付図において矢印で示される。
【００３１】
そのため、図１は、本発明の第１の実施形態の変形による、磁気熱量熱発生器１０の２つの段階Ｅ１、Ｅ２を接続する１次回路Ｐ１０を示す。１次回路は、２つの段階Ｅ１、Ｅ２を接続し、１次流体を前後の交互移動で変位させる２つのアクチュエータ３を備える。そのため、１次回路Ｐ１０は、１次流体回路の２つの平行分岐を備え、２つの平行分岐は、前記磁気熱量要素を通過し、高温側Ｃ及び低温側Ｆ上で互いに接続される。磁気システムは永久磁石２によって示される。２つの段階Ｅ１、Ｅ２はアクチュエータ３を通して接続され、アクチュエータ３は、例えば、モバイルコントロールカムのプロファイルによって移動するピストンである。例えば膜等のこうしたピストンは、剛性又は変形可能である可能性がある。もちろん、１次流体を変位できる任意の他の手段を使用できる。更に、ピストン等の変位は、操作デバイスによって制御される可能性があり、操作デバイスは、コントロールカム、磁気デバイス、リニアモータ、又は、前記アクチュエータを前後に移動できる任意の等価な手段である可能性がある。
【００３２】
更に、段階Ｅ１の磁気熱量要素Ｍ１１、Ｍ１２は、１次回路Ｐ１０の低温側Ｆに接続され、段階Ｅ２の磁気熱量要素Ｍ２１、Ｍ２２は、１次回路Ｐ１０の高温側Ｃに接続される。本発明によれば、１次回路Ｐ１０の低温側Ｆは、バイパスパイプＤ１によって前記１次回路Ｐ１０の高温側Ｃ内の注入ポイントＩ１に流体接続された出口ポイントＳ１を備える。このバイパスパイプＤ１は、出口ポイントＳ１から注入ポイントＩ１に向かって流体が流れることを可能にするだけであるデバイスを備える。１次流体の循環方向を制御するこうしたデバイスは、例えば、逆止弁４である可能性がある。このバイパスパイプＤ１は、１次流体が、２次回路６の２次流体との熱交換を実施する低温交換ゾーンＺＦ１を通過する。
【００３３】
そのため、流体の循環方向をバイパスパイプＤ１内に強制することは、脱磁相において磁気熱量要素の低温側Ｆを出る流体だけが、このバイパスパイプＤ１に向かって方向付けられる可能性があることを保証することを可能にする。この結果から、２次回路の冷却能力が最適化される。
【００３４】
バイパスパイプＤ１からやって来る１次流体は、低温交換ゾーンＺＦ１を通過した後、昇温されている。しかし、１次流体は、１次回路Ｐ１０の高温側Ｃに再注入されるため、この加熱は、１次回路Ｐ１０の低温側Ｆの温度に制限された影響を及ぼし、そのことは、冷凍の場合に特に有利である。これは、更に、低温交換ゾーンＺＦ１内でかなりの交換を達成することを可能にする。
【００３５】
この実施形態の変形は、同様に、バイパスパイプが、低温側の出口ポイントを１次回路の高温側の注入ポイントに接続できる単一段階を有する実施形態に置換可能である。
【００３６】
１次回路Ｐ１０は、その高温側Ｃ上に２つの連続する高温交換ゾーンＺＣ１、ＺＣ２を備え、注入ポイントＩ１は、これらの２つの交換ゾーンＺＣ１とＺＣ２との間に位置付けられる。これは非常に有利である。その理由は、これが、冷却相において磁気熱量要素を通過する１次回路Ｐ１０の部分内に、バイパスパイプＤ１からやって来る１次流体を注入することを可能にするからである。そのため、１次流体は、図１Ａに示す相において降温される磁気熱量要素Ｍ２２に向かって再注入され、また、図１Ｂに示す、続く又は逆の磁気相において降温される磁気熱量要素Ｍ２１に向かって再注入される。これは、同様に、注入ポイントＩ１における流体の混合を促進することを可能にする。
【００３７】
高温交換ゾーンＺＣ１、ＺＣ２は、例えば、２次流体回路７による熱交換によって、熱発生器によって生成される熱を排出すること、又は、別の外部アプリケーションを昇温することを可能にする。
【００３８】
本発明によれば、バイパスパイプＤ１は、有利には、バイパスパイプＤ１内を循環する１次流体用の流量調整デバイス５を備える可能性がある。この調整デバイス５は、低温交換ゾーンＺＦ１内で１次回路Ｐ１０と２次回路６との間の熱交換能力を決定すること、及び、１次回路Ｐ１０とバイパスパイプＤ１との間のヘッド損失を調整することを可能にする。この特性は、示す全ての実施形態の変形に置換される可能性がある。
【００３９】
更に、示す全ての例において、出口ポイントは１次回路の低温側Ｆ内に位置付けられ、したがって、その低温出力の最適使用のために最適化された磁気熱量熱発生器を示す。本発明は、同様に、これらの出口ポイントを高温側に配置し、古典的な交換を低温側Ｆで実施することを可能にする。こうした配置構成は、１次回路の高温側Ｃの温度に対するこの熱交換による影響を制限しながら、熱発生器によって生成される熱を利用することを可能にし、それは、加熱の場合に特に有利である。したがって、これは、その出口ポイントが１次回路の高温側に位置付けられるバイパスパイプに接続された交換ゾーンにおいてかなりの交換を達成することを可能にする。換言すれば、示す例の全体は、高温側Ｃ及び低温側Ｆを反転することによって置換されて、より高い加熱能力を取得する、又は、外部アプリケーションの２次流体の温度を増加させる可能性がある。
【００４０】
図２Ａ及び２Ｂは、磁気熱量熱発生器２０の１次回路Ｐ２０の一実施形態の変形を示し、この変形は、その高温側Ｃによって図１Ａ及び１Ｂに示す変形と異なる。この変形において、１次回路Ｐ２０の高温側Ｃは、その入口及び出口がそれぞれ注入ポイントＩ２、Ｉ３を形成する単一高温交換ゾーンＺＣ３を備える。バイパスパイプＤ２は２つのパイプ部分に分割し、これらのパイプ部分は、それぞれ逆止弁を備える。これは、同様に、バイパスパイプＤ２からやって来る１次流体が、冷却を受けている磁気熱量要素Ｍ２１、Ｍ２２に向かって常に再注入されることを保証する。先に述べた熱発生器１０内の２つの高温交換ゾーンＺＣ１及びＺＣ２と対照的に単一高温交換ゾーンＺＣ３を有するこうした構成は、熱発生器２０の構造を簡略化すること、したがって、その原価を低減することを可能にする。
【００４１】
図３Ａ及び３Ｂは、磁気熱量熱発生器３０の別の実施形態の変形を示す。この変形において、発生器は２つのバイパスパイプＤ３、Ｄ４を備える。バイパスパイプＤ４は、段階Ｅ１、低温側Ｆの磁気熱量要素Ｍ１１に直接接続される低温側Ｆの出口ポイントＳ２を、段階Ｅ２、高温側Ｃの磁気熱量要素Ｍ２２に直接接続される高温側Ｃの注入ポイントＩ５に接続し、磁気熱量要素Ｍ２２は、常に他の磁気熱量要素Ｍ１１と同じ磁化状態に、すなわち、図３Ａの冷却相にある。同様に、バイパスパイプＤ３は、段階Ｅ１、低温側Ｆの磁気熱量要素Ｍ１２に直接接続される低温側Ｆの出口ポイントＳ３を、段階Ｅ２、高温側Ｃの磁気熱量要素Ｍ２１に直接接続される高温側Ｃの注入ポイントＩ４に接続し、磁気熱量要素Ｍ２１は、常に他の磁気熱量要素Ｍ１２と同じ磁化状態に、すなわち、図３Ａの加熱相にある。こうした構成において、また、図３Ａに示す磁化状態において、１次流体が、磁気熱量要素Ｍ１１を通過し、低温交換ゾーンＺＦ２を通過するバイパスパイプＤ４をたどって、段階Ｅ２、高温側Ｃの磁気熱量要素Ｍ２２の注入ポイントＩ５で再注入されるときに、１次流体が冷却される。低温熱交換ゾーンＺＦ２において昇温した低温側Ｆからやって来る１次流体を高温側Ｃで一方向に再注入することは、この再注入流体が高温側Ｃにおいて１次流体の温度よりわずかに低い又は冷たい温度を有する場合、この再注入流体による熱伝導／移動による磁気熱量要素Ｍ２２の冷却と、脱磁による磁気熱量効果による冷却の両方を達成することを可能にする。これは、磁気熱量要素Ｍ２２の予冷と同等である可能性がある。これは、高温側Ｃと低温側Ｆとの間の１次回路Ｐ３０における熱勾配を下方にシフトすること、したがって、熱発生器３０の冷凍能力を増加させることをもたらす可能性がある。図３Ａに示す磁化状態において、第２のバイパスパイプＤ３内に流体変位が全く存在しない。各バイパス分岐又はパイプは独立しており、その流量は別々に調整可能である。
【００４２】
逆に、図３Ｂに示す逆の磁化状態において、第１のバイパスパイプＤ４内で１次流体変位が全く存在せず、一方、１次流体は、低温交換ゾーンＺＦ３を通過する第２のバイパスパイプＤ３内で変位状態にあり、段階Ｅ２、高温側Ｃの磁気熱量要素Ｍ２１内の注入ポイントＩ４で再注入される。高温側Ｃでの熱交換は、従来の方法で達成される。段階Ｅ２、高温側Ｃの２つの磁気熱量要素の端は、熱交換ゾーンＺＣ４によって分離され、熱交換ゾーンＺＣ４は、熱発生器３０によって生成される熱を排出するため、又は、例えば第２の２次流体回路７との熱交換によって別の外部アプリケーションを加熱するために意図される。
【００４３】
図４Ａ及び４Ｂは、バイパスパイプＤ５及びＤ６の注入ポイントＩ６及びＩ７が２つの段階Ｅ１とＥ２との間に位置することによって、先の図の熱発生器３０と異なる磁気熱量熱発生器４０の一実施形態の変形を示す。この配置構成は、１次回路Ｐ４０内に再注入される１次流体の温度が、２つの段階Ｅ１とＥ２との間に位置する注入ポイントＩ６、Ｉ７における１次流体の温度に対応する、又は、対応する傾向がある場合に特に有利である。
【００４４】
図５Ａ及び５Ｂは、一方で、段階がより多くの磁気熱量要素Ｍ１１１、Ｍ１１２、Ｍ１１３、Ｍ１１４、Ｍ２２１、Ｍ２２２、Ｍ２２３、Ｍ２２４を備えること、及び、他方で、バイパスパイプＤ７及びＤ８の注入ポイントＩ８及びＩ９が、低温側Ｆに位置する段階Ｅ１０の連続する磁気熱量要素Ｍ１１１とＭ１１３との間及びＭ１１２とＭ１１４との間に位置することによって、先の図４Ａ及び４Ｂの磁気熱量熱発生器５０の一実施形態の変形を示す。この配置構成は、低温交換ゾーンＺＦ６、ＺＦ７を出る１次流体の温度が、連続する関連する材料Ｍ１１１とＭ１１３との間及びＭ１１２とＭ１１４との間で循環する１次流体の温度に近い場合に特に有利である。実際には、１次回路内で循環する流体と同じ温度を有する１次流体を１次回路Ｐ５０内に再注入することは、１次回路内に確立される熱勾配に影響を及ぼさない。これは、熱発生器５０の熱出力を、その効率にネガティブな影響を及ぼすことなく低温交換ゾーンＺＦ６、ＺＦ７によって利用することを可能にする。
【００４５】
更に、熱発生器５０内により多くの磁気熱量要素を埋め込むことは、その熱出力及び／又はその熱勾配を増加させることを可能にする。
【００４６】
図６Ａ及び６Ｂに示す磁気熱量熱発生器６０は、図４Ａ及び４Ｂの熱発生器４０の一実施形態の変形であり、磁気熱量熱発生器６０が交換ゾーンＺＦ８を有する１つのバイパスパイプＤ９だけを備え、このパイプが、低温交換ゾーンＺＦ８の後で２つの部分に分割されて、注入ポイントＩ６及びＩ７で１次流体を再注入することによって、熱発生器４０と異なる。この再注入は、図４Ａ及び４Ｂを参照して述べた再注入と同じである。磁気熱量熱発生器６０は、１次流体の循環のためにわずかなパイプしか必要としないため、熱発生器６０の体積を減少させるという更なる利点を有する。
【００４７】
図７Ａ及び７Ｂに示す磁気熱量熱発生器７０は、先の図６Ａ及び６Ｂの熱発生器６０の一実施形態の変形であり、段階Ｅ１０及びＥ２０がより多くの磁気熱量要素Ｍ１１１、Ｍ１１２、Ｍ１１３、Ｍ１１４、Ｍ２２１、Ｍ２２２、Ｍ２２３、Ｍ２２４を備えて、熱発生器７０の熱出力及び／又はその熱勾配を増加させ、したがって、低温交換ゾーンＺＦ９によって２次回路の２次流体を冷却する熱発生器７０の能力を増加させることによって、熱発生器６０と異なる。１次回路Ｐ７０は、交換ゾーンＺＦ９を有する１つのバイパスパイプＤ１０だけを備え、このパイプが、低温交換ゾーンＺＦ９の後で２つの部分に分割されて、注入ポイントＩ１０及びＩ１１で１次流体を再注入する。図９は、図７Ｂに示す磁化状態において、３つの１次回路を備えるこの熱発生器７０の斜視図である。３つの１次回路の全てのコンポーネントは、図上で見えない。この図９は、特に、熱発生器７０の前記１次回路の３つの低温熱交換ゾーンＺＦ９、Ｚ’Ｆ９、及びＺ”Ｆ９並びに前記１次回路のうちの１つの１次回路の高温熱交換ゾーンＺ’Ｃ５を特定する。熱発生器７０は、３つの磁気ロータＲ１、Ｒ２、Ｒ３を有する磁気配置構成を備え、それらの磁気ロータは、熱発生器７０の長手方向軸を中心とする回転によって、磁気熱量要素に磁界変動を受けさせる。磁気ロータＲ１、Ｒ２、Ｒ３は、それぞれ、永久磁石２がその上に取付けられるフレームを備える。磁気熱量要素は、２つの固定支持体ＳＵＰ１、ＳＵＰ２に取付けられる。１次流体は、制御カムＣ７０によって作動されるピストン３によって形成されるアクチュエータによって変位され、制御カムＣ７０のカムプロファイルは、ロータＲ２上で実現されるか、設置されるか、機械加工されるか、又は、コークされる。
【００４８】
図８Ａ及び８Ｂに示す磁気熱量熱発生器８０は、先の図５Ａ及び５Ｂの熱発生器５０の一実施形態の変形であり、熱発生器８０が、交換ゾーンＺＦ１０を有する１つのバイパスパイプＤ１１だけを備え、このパイプが、低温交換ゾーンＺＦ１０の後で２つの部分に分割されて、注入ポイントＩ８及びＩ９で１次流体を再注入することによって、熱発生器５０と異なる。この再注入は、図５Ａ及び５Ｂを参照して述べた再注入と同じである。磁気熱量熱発生器８０は、１次流体の循環のためにわずかなパイプしか必要としないため、熱発生器８０の体積を減少させるという更なる利点を有する。
【００４９】
図９に示す磁気熱量熱発生器９０は、共通バイパスパイプ部分Ｄ１２’を有する２つのバイパスパイプＤ１２及びＤ１３を備える。熱発生器９０は、１次流体変位手段又はアクチュエータ３によって接続された２つの段階Ｅ１及びＥ２を備える。第１の段階Ｅ１は熱発生器９０の低温側Ｆに配置され、他の段階Ｅ２は高温側Ｃに配置される。
【００５０】
第１のバイパスパイプＤ１２は、熱発生器９０の低温端Ｆ上の出口ポイントＳ７を、アクチュエータ３と磁気熱量要素Ｍ１１の高温端との間の、段階Ｅ１の高温端上の１次回路Ｐ９０内に位置付けられる注入ポイントＩ１２に接続する。第２のバイパスパイプＤ１３は、熱発生器９０の低温端Ｆ上の出口ポイントＳ７を、アクチュエータ３と磁気熱量要素Ｍ１２の高温端との間に位置付けられる、第１の段階Ｅ１の高温端上の１次回路Ｐ９０内に位置付けられる１次回路の他のポイントに接続する。バイパスパイプＤ１２及びＤ１３は、共通パイプ部分Ｄ１２’を備え、共通パイプ部分Ｄ１２’に、１次流体と２次回路６１の２次流体との間で熱交換を達成するために意図される低温交換ゾーンＺＦ１１が一体化される。更に、バイパスパイプＤ１２及びＤ１３は、それぞれ、１次流体の循環方向を制御するデバイスを備える。
【００５１】
そのため、２次回路６１の２次熱伝達流体との熱交換を実施できる熱交換器を備える共通バイパスパイプ部分Ｄ１２’は、低温側Ｆに位置付けられる段階Ｅ１の磁気熱量要素Ｍ１１及びＭ１２の低温側を出る１次流体を、磁気熱量要素Ｍ１１及びＭ１２が脱磁相にあるときに受取る。こうして、１次流体は、サイクルの最も冷たい温度に達すると、この共通バイパスパイプ部分Ｄ１２’を常に通過する。このことから、交換ゾーンＺＦ１１における熱交換が最適化されることがもたらされる。更に、冷却される２次回路との熱交換によってその温度の上昇を受けた１次流体は、その後、温度が最低でない１次回路のポイントＩ１２、Ｉ１３において、熱段階Ｅ１とＥ２との間で１次回路に再注入される。交換ゾーンＺＦ１１において１次回路と２次回路との間で交換できる熱パワーを調節するため、バイパスパイプＤ１２及びＤ１３に向かって循環できる流体流量を調整できることは、特に有利である。そのため、この交換ゾーンＺＦ１１を通過する１次流体の体積流量が高くなればなるほど、交換が益々重要になる。有利には、バイパスパイプ内への交換ゾーンＺＦ１１の配置のおかげで、交換ゾーンＺＦ１１内の熱交換による１次流体の温度の上昇は、熱発生器９０の動作、特に、高い効率で熱勾配を維持する熱発生器９０の能力にほとんど又は更に全く影響を及ぼさない。これは、１次流体の温度が最低でない１次回路のＰ９０のゾーン内への、熱交換後に加熱された１次流体の再注入によって可能にされる。
【００５２】
図１０Ａ及び１０Ｂに示す熱発生器９０は、交換ゾーンＺＦ１１を通して２次回路内で絶えず循環する２次流体を連続動作で冷却又はテンパリングするのに特に有利である。実際には、熱交換ゾーンＺＦ１１を１次流体が一方向に循環するバイパスパイプＤ１２、Ｄ１３内で直列に一体化して配置することは、熱交換ゾーンＺＦ１１内での交差流交換を達成することを可能にし、それは、熱交換に有利になる。
【００５３】
図１１Ａ及び１１Ｂに示す磁気熱量熱発生器１００は、熱発生器９０に関して述べた利点と同じ利点を提示する。熱発生器１００は、１次回路のＰ１００内の１次流体の変位によって、また、磁気熱量要素Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ２１、及びＭ２２の磁気サイクルによって熱発生器９０と異なる。実際には、示す１次回路のＰ１００において、磁気熱量要素は直列に接続され、１次流体又はアクチュエータ３を変位するための手段は、２つの対向する方向に対する１次流体の交互の変位を保証する。１次流体は、磁気熱量要素Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ２１、及びＭ２２が脱磁状態にあるとき、低温側Ｆに向かって磁気熱量要素Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ２１、及びＭ２２を通過し、磁気熱量要素Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ２１、及びＭ２２が磁化状態にあるとき、高温側Ｃに向かって磁気熱量要素Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ２１、及びＭ２２を通過する。バイパスパイプの注入ポイントＩ１２及びＩ１３は、この変形において同じ磁化状態にある磁気熱量要素Ｍ１１とＭ２１との間及びＭ１２とＭ２２との間に配置される。
【００５４】
図１２Ａ及び１２Ｂに示す磁気熱量熱発生器１１０は、熱発生器９０に関して述べた利点と同じ利点を提示する。熱発生器１１０は、バイパスパイプＤ１４及びＤ１５の注入ポイントＩ１４及びＩ１５の配置によって熱発生器９０と異なる。実際には、各注入ポイントＩ１４及びＩ１５は、高温段階Ｅ２の磁気熱量要素Ｍ１１と高温交換ゾーンＺＣ６との間、及び、高温段階Ｅ２の磁気熱量要素Ｍ２２と高温交換ゾーンＺＣ６との間に配置される。したがって、各注入ポイントＩ１４及びＩ１５は、１次回路内の低温交換ゾーンＺＦ１１内でその温度が上昇した１次流体を、加熱を受けた１次流体がそこから出て高温交換ゾーンＺＣ６に向かって流れる磁気熱量要素Ｍ２１又はＭ２２の出口で注入することを可能にする。ここでも同様に、一次流体の温度に対する熱交換の影響は減少し、そのことが、熱発生器１１０効率を減少させることなく、低温交換ゾーンＺＦ１１内での熱交換を達成することを可能にする。
【００５５】
もちろん、本発明による磁気熱量熱発生器１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０は、幾つかの１次回路を備える可能性がある。更に、これらの１次回路は、添付図に示すものと異なる多数の磁気熱量要素を備える可能性がある。
【００５６】
更に、磁気熱量要素Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ２１、Ｍ２２、Ｍ１１１、Ｍ１１２、Ｍ１１３、Ｍ１１４、Ｍ２２１、Ｍ２２２、Ｍ２２３、及びＭ２２４の形状は、長方形部品に限定されない。別の形状が考慮される可能性がある。更に、全ての磁気熱量要素は、互いに直列に取付けられた又は流体接続された幾つかの部品で作られる可能性がある。
【００５７】
本説明は、本発明が、規定された目的に達することを可能にする、すなわち、磁気熱量熱発生器１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０の低温側Ｆ又は高温側Ｃで、熱発生器の効率を最適化しながら熱発生器の動作を乱すことなく、重要な熱交換を達成することを可能にすることを明確に示す。
【００５８】
熱発生器並びに本発明による方法は、例えば、加熱、空気調節、テンパリング、冷却等の領域のような全ての熱領域において、しかし、それらに限定することなく、競合コストでかつ低減された空間要件によって、用途を見出す可能性がある。
【００５９】
本発明は、述べた実施形態の例に限定されるのではなく、添付請求の範囲に規定される保護範囲内に留まりながら、当業者に明らかなあらゆる修正および変形にも拡張される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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