(57)【要約】【課題】熱交換効率を向上できるようにした磁気式温度調整装置を提供する。【解決手段】高保磁力磁石、または、巻線が巻回された磁気コア、または、高保磁力磁石および巻線が巻回された磁気コアの両者を具備し所定ギャップに磁界を発生する磁界発生部と、前記磁界発生部による印加磁界の変化により温度変化する磁気熱量材が充填された断熱性の熱交換容器を備え当該熱交換容器内の磁気熱量材に媒体を流動させることにより熱交換する熱交換器とを備え、前記磁気熱量材は、前記熱交換容器を貫通して前記磁界発生部の前記所定ギャップ間を接続する板状または針状に形成されている磁気式温度調整装置を提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高保磁力磁石、または、巻線が巻回された磁気コア、または、高保磁力磁石および巻線が巻回された磁気コアの両者を具備し所定ギャップに磁界を発生する磁界発生部と、
前記磁界発生部による印加磁界の変化により温度変化する磁気熱量材が充填された断熱性の熱交換容器を備え当該熱交換容器内に媒体を流動させることにより熱交換する熱交換器とを備え、
前記磁気熱量材は、前記熱交換容器を貫通して前記磁界発生部の前記所定ギャップ間を接続する板状または針状に形成されていることを特徴とする磁気式温度調整装置。
【請求項２】
高保磁力磁石、または、巻線が巻回された磁気コア、または、高保磁力磁石および巻線が巻回された磁気コアの両者を具備し所定ギャップに磁界を発生する磁界発生部と、
前記磁界発生部による印加磁界の変化により温度変化する磁気熱量材が充填された断熱性の熱交換容器を備え当該熱交換容器内に媒体を流動させることにより熱交換する熱交換器とを備え、
前記熱交換容器は、そのほぼ全体が断熱性材料により構成されると共に前記磁界発生部に接触する部分に強磁性体が一体に配設され、
前記磁気熱量材は、板状または針状に形成され、前記熱交換容器に一体の強磁性体と共に前記磁界発生部の所定ギャップを接続して形成されていることを特徴とする磁気式温度調整装置。
【請求項３】
前記磁界発生部は、その磁界発生方向に向けて突起した突起部を備え、当該突起部が前記磁気熱量材と接触した構造をなしていることを特徴とする請求項１記載の磁気式温度調整装置。
【請求項４】
前記磁気熱量材が、前記熱交換容器を貫通して前記磁界発生部に接触して構成されていることを特徴とする請求項１または３記載の磁気式温度調整装置。
【請求項５】
前記熱交換容器は、前記媒体の流動方向に沿う方向の少なくとも一部に断熱材が設けられ、当該断熱材の配設位置以外の部分に強磁性体が設けられた構造をなしていることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の磁気式温度調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、磁気熱量効果を利用して熱交換を行う磁気式温度調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の磁気熱量効果を利用して熱交換を行い温度調整する技術が供されている。この技術は、磁場発生器を作動させて磁気熱量材に磁場を印加し磁気熱量材の磁気エントロピーを増減させることにより、磁気熱量材に放熱、吸熱させて磁気熱量効果を生じさせ、これに応じて磁気熱量材に媒体（例えば水）を通じて温度を調整する技術である。この技術を用いると、従来から問題となっているフロンや代替フロンによる冷媒気体の圧縮−膨張サイクルを用いることなく熱交換できるため、オゾン層保護や地球温暖化防止などに貢献できる。
【０００３】
この磁気熱量効果を利用して熱交換を行うときには、例えば鉄心に巻回された巻線または高保磁力永久磁石を組み合わせて磁気回路を構成し、磁気熱量材に印加する磁場の強弱を切り替え、そして磁気回路の切替に応じて磁気熱量材に接触して流動する媒体をポンプで流動させることで温熱と冷熱を分離できる。
【０００４】
しかし、磁気熱量材に対し効率的に磁界を印加できないと熱交換効率が劣ってしまう。また、磁気熱量材を充填する熱交換容器の材料によっては分離した熱が分散してしまい、冷熱と温熱とを効率良く分離できず熱交換効率が劣ってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３１７０４０号公報
【特許文献２】特開２０１０−１１２６０６号公報
【特許文献３】米国特許７６４４５８８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
熱交換効率を向上できるようにした磁気式温度調整装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態は、高保磁力磁石、または、巻線が巻回された磁気コア、または、高保磁力磁石および巻線が巻回された磁気コアの両者を具備し所定ギャップに磁界を発生する磁界発生部と、前記磁界発生部による印加磁界の変化により温度変化する磁気熱量材が充填された断熱性の熱交換容器を備え当該熱交換容器内の磁気熱量材に媒体を流動させることにより熱交換する熱交換器とを備え、前記磁気熱量材は、前記熱交換容器を貫通して前記磁界発生部の前記所定ギャップ間を接続する板状または針状に形成されていることを特徴としている。
【０００８】
また、別の実施形態は、高保磁力磁石、または、巻線が巻回された磁気コア、または、高保磁力磁石および巻線が巻回された磁気コアの両者を具備し所定ギャップに磁界を発生する磁界発生部と、前記磁界発生部による印加磁界の変化により温度変化する磁気熱量材が充填された断熱性の熱交換容器を備え当該熱交換容器内の磁気熱量材に媒体を流動させることにより熱交換する熱交換器とを備え、前記熱交換容器は、そのほぼ全体が断熱性材料により構成されると共に前記磁界発生部に接触する部位に伝熱性の金属が配設され、前記磁気熱量材は、板状または針状に形成され、前記熱交換容器の伝熱性の金属と共に前記磁界発生部の所定ギャップを接続して形成されていることを特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態の説明図（（ａ）冷却装置の内部構造を概略的に示す全体図、（ｂ）熱交換器の熱交換用媒体の流動経路を概略的に示す図）
【図２】（ａ）は図１のＡ−Ａ線に沿う断面構造を概略的に示す断面図、（ｂ）は熱交換容器中の針状の磁気熱量材の配設状態を概略的に示す構造図、（ｃ）は熱交換容器中の板状の磁気熱量材の配設状態を概略的に示す構造図
【図３】磁気回路を概略的に示す説明図
【図４】熱交換処理時の巻線に対する通電タイミングと磁気熱量材の印加磁場の時間的変化と熱輸送タイミングとを概略的に示すタイミングチャート
【図５】第２の実施形態について示す図２相当図
【図６】媒体の流動方向に沿って示す熱交換容器内の拡大図
【図７】第３の実施形態について示す磁気コアと磁気熱量材の接触部分の拡大図
【図８】第４の実施形態について示す熱輸送経路を模式的に表す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の実施形態）
本実施形態は、高保磁力磁石および巻線が巻回された磁気コアの両者を具備し所定ギャップに磁界を発生する磁界発生部と、磁界発生部による印加磁界の変化により温度変化する磁気熱量材が充填された断熱性の熱交換容器を備え当該熱交換容器内に媒体を流動させることにより熱交換する熱交換器とを備え、磁気熱量材は、熱交換容器を貫通して磁界発生部の所定ギャップ間を接続する板状または針状に形成されている点を特徴としている。
【００１１】
以下、冷却装置に適用した第１の実施形態について図１ないし図４を参照しながら説明する。図１（ａ）は、冷却装置の全体図を概略的に示しており、図１（ｂ）は、熱交換器の媒体の流動（移動）経路を概略的に示している。なお、図中のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は互いに３次元的に交差する方向（直交交差方向）を示しており、特に断らない限り図１（ａ）中の右方向をＸ方向の正方向、左方向をＸ方向の負方向、上方向をＹ方向の正方向、下方向をＹ方向の負方向と規定し、図面の掲載面の手前方向をＺ方向の正方向、掲載面の奥行方向をＺ方向の負方向と規定する。
【００１２】
この磁気式温度調整装置としての冷却装置１はＡＭＲ（蓄熱・再生型磁気冷凍法：Active Magnetic Refrigerator）サイクルを用いている。このＡＭＲサイクルとは、磁気熱量材がその印加磁場の変化により繰り返し吸発熱し、それ自身が蓄熱器および再生器の役割を担うことにより１サイクルでの小さな温度変化を高温端および低温端において大きく拡大させる原理を用いたサイクルを示している。
【００１３】
図２（ａ）は、磁界発生部と磁気熱量材の配置関係を詳細に示すもので、図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図により示している。
図１（ａ）に示すように、冷却装置１は、ハウジング２内に配置された磁気コア３を主とした磁界発生部Ｈ、熱交換器４、ポンプ５、配管６等を備える。図２（ａ）に示すように、磁界発生部Ｈは、磁気コア３、高保磁力磁石７、低保磁力磁石８、巻線９、および当該巻線９に通電する電流印加回路１０を備える。磁気コア３は、鉄、フェライトコアなどの磁性材料により構成されている。
【００１４】
低保磁力磁石８は、所定の保磁力を有する永久磁石（例えばアルニコ磁石）により構成されており、高保磁力磁石７は、例えば低保磁力磁石８よりも大きな保磁力（例えば２倍以上の保磁力）を備えた永久磁石（例えばＦｅ（ネオジム）、Ｆｅ（鉄）、Ｂ（ホウ素）を原料としたネオジム磁石）により構成されている。
【００１５】
図２（ａ）の縦断面図に示すように、磁気コア３は、Ｘ方向に延伸した延伸部３ａａ、当該延伸部３ａａのＸ方向両端に位置してＺ方向の負方向に突設した突設部３ａｂ、３ａｄおよび当該突設部３ａｂ、３ａｄ間のＸ方向の中間部（例えば中央）に位置して突設部３ａｂ、３ａｄの突設方向と同一のＺ方向に突設した突設部３ａｃを備えたＥ型部３ａ、Ｘ方向に延伸したＩ型部３ｂを組み合わせて構成されている。Ｅ型部３ａの中央の突設部３ａｃには巻線９が巻回されている。
【００１６】
高保磁力磁石７、低保磁力磁石８、熱交換器４はこの順に所定の一方向（Ｘ方向）に互いに離間して配設されている。高保磁力磁石７、低保磁力磁石８の磁化方向は、Ｚ方向の正方向（図３（ａ）参照）になるように設定されている。高保磁力磁石７の一端は突設部３ａｂの突設端に磁気結合するように構造的に接続して構成されている。低保磁力磁石８の一端は突設部３ａｃの突設端に磁気結合するように構造的に接続して構成されている。
【００１７】
高保磁力磁石７の他端は、磁気コア３のＩ型部３ｂの延伸部の一端３ｂａと磁気結合するように構造的に接続して構成されている。低保磁力磁石８の磁化方向の他端は磁気コア３のＩ型部３ｂの延伸部の中央の中間部３ｂｂと磁気結合するように構造的に接続して構成されている。
【００１８】
Ｅ型部３ａの突設部３ａｄの突設端とＩ型部３ｂの延伸部の他端３ｂｃとの間の所定ギャップには、熱交換器４の一部をなすシリンダ１１が熱交換容器として配設されている。このシリンダ１１は多数の通孔を有するアクリルなどによって構成され，このシリンダ１１内には磁気熱量材１２が充填されている。
【００１９】
磁気熱量材１２は、ガドリニウム（Ｇｄ）強磁性体、もしくは、ランタン−鉄−シリコン（Ｌａ−Ｆｅ−Ｓｉ）系化合物等の材料により構成される。これらの磁気熱量材１２は、外部から磁界（磁場）を加えると温度が上昇し、磁界（磁場）を取り去るとその温度が下降する磁気熱量効果を有する材料である。
【００２０】
磁気熱量材１２は、針状（一次元棒状）または板状（２次元平板状）に成形されている。図２（ｂ）は、磁気熱量材１２が針状に成形された例を示している。この図２（ｂ）に示す例では、針状の磁気熱量材１２は筒状に成形されており、その長手方向の両端部がシリンダ１１の外壁面まで露出した状態でシリンダ１１をＺ方向に貫通して埋設される。
【００２１】
図２（ｃ）は、磁気熱量材１２が板状に成形された例を示している。図２（ｃ）に示すように、板状の磁気熱量材１２は二次元板状に成形されており、その板の長手方向の両端部がシリンダ１１の外壁面まで露出した状態でシリンダ１１をＺ方向に貫通して埋設される。この板状の磁気熱量材１２は例えば媒体１３の流動方向（Ｙ方向）に沿って平板状に形成されており、互いに所定間隔だけ離間して配設されている。
【００２２】
図１（ａ）に示すように、熱交換器４は、シリンダ１１をＹ方向に配管６でポンプ５に接続して構成されている。図１（ｂ）に示すように、この配管６の流通経路にはシリンダ１１の一端側に冷熱部１４が設けられており、シリンダ１１の他端側に温熱部１５が設けられている。ポンプ５は配管６を通じて媒体１３を流通し、冷熱部１４、温熱部１５に流動し当該冷熱部１４、温熱部１５において熱交換する。媒体１３は例えば水、不凍液などの液体であり多数の磁気熱量材１２に接触しながらシリンダ１１内を流動（流入／流出）する。
【００２３】
前述したように、磁気コア３の一部には巻線９が巻回されており、この巻線９には電流を通電する電流印加回路１０が接続されている。電流印加回路１０が低保磁力磁石８の残留磁化を変更することで、シリンダ１１内の磁気熱量材１２に印加する磁界を変更できる。図３は、このときの磁気回路の構成を概略的に示している。
【００２４】
電流印加回路１０が巻線９に通電することで低保磁力磁石８をＺ方向の正方向に磁化したときには、図３（ａ）の矢印に示すように磁気回路が構成される。すなわち、高保磁力磁石７がＺ方向の正方向に磁界を発生すると共に、低保磁力磁石８もＺ方向の正方向に磁界を発生する。このとき、これらの磁界はシリンダ１１に対してＺ方向の負方向に強められて当該シリンダ１１内部の磁気熱量材１２に与えられる。
【００２５】
逆に、電流印加回路１０が巻線９に通電することで低保磁力磁石８をＺ方向の負方向に磁化したときには、図３（ｂ）の矢印に示すように磁気回路が構成される。すなわち、高保磁力磁石７がＺ方向の正方向に磁界を発生すると共に、低保磁力磁石８がＺ方向の負方向に磁界を発生する。このとき、これらの磁界はシリンダ１１に対してはＺ方向に互いに弱められることになり磁気熱量材１２にはほとんど磁界が与えられない。すなわち、印加磁界をほぼ０とすることができる。
【００２６】
なお、高保磁力磁石７、低保磁力磁石８の残留磁化は、その厚さ、大きさ、材質などに応じて変更可能であり、当該パラメータを適宜変更して構成すると良い。また、巻線９の巻数は、シリンダ１１内の印加磁界を変更するのに必要なアンペア・ターン数から適宜決定すると良い。
【００２７】
上記構成の動作について説明する。電流印加回路１０が巻線９に適切な電流を通電することで、低保磁力磁石８周辺の磁界をＺ方向の正方向に発生させることができるため、低保磁力磁石８のみ磁化方向を変更することができる。
【００２８】
図４は、熱交換処理時における磁気熱量材１２の印加磁場の時間的変化と、熱輸送タイミングとを概略的に示している。この図４に示すように、電流印加回路１０が巻線９にパルス状に通電し磁場を変化させると、磁気熱量材１２には強い磁界が印加される。このとき電流印加回路１０が通電を停止したとしても低保磁力磁石８の残留磁化は変化しないため、強い磁界がシリンダ１１内の磁気熱量材１２に与え続けられる。したがって、閉磁路を常時形成できるため、巻線９に常時電流を印加する構成に比較して消費電力を低減できる。
【００２９】
このとき、磁気熱量材１２は、その粒子の格子系の電子スピンが磁場の方向にそろった状態になるため磁気エントロピーが小さくなり、エネルギーが格子系に与えられるようになり格子振動が激しくなり磁気熱量材１２の温度が上昇することで温熱を発生する。その後、ポンプ５は、配管６を通じて媒体１３をシリンダ１１の通孔から磁気熱量材１２の充填領域内に流通させることにより、磁気熱量材１２に生じる温熱を温熱部１５に輸送する。
【００３０】
その後、電流印加回路１０が巻線９に対し逆方向にパルス状に通電し磁場を変化させると、低保磁力磁石８と高保磁力磁石７の磁界が打ち消されることになり、磁気熱量材１２の印加磁界が弱められシリンダ１１中に磁界は生じなくなる。
【００３１】
磁気熱量材１２に与えられる磁束密度が減少する（例えば０Ｔ）ため、磁気熱量材１２はその粒子の格子系の電子スピンがランダムな向きの状態をとり磁気エントロピーが大きくなり、磁気熱量材１２は吸熱することで冷却される。その後、ポンプ５は、配管６を通じて媒体１３をシリンダ１１の通孔から排出することにより磁気熱量材１２に生じる冷熱を冷熱部１４に輸送できる。このような温熱輸送／冷熱輸送の熱サイクルが所定時間（例えば約１秒程度）毎に繰り返されることで温熱／冷熱を効率よく輸送することができる。
【００３２】
さて、前述の図２（ｂ）に示したように、針状の磁気熱量材１２がシリンダ１１を貫通して埋設されていたとしても、または図２（ｃ）に示したように板状の磁気熱量材１２がシリンダ１１を貫通して埋設されていたとしても、その磁気熱量材１２の長手方向の両端部がシリンダ１１の外壁面まで露出した状態でシリンダ１１に固着して形成されているため、磁気熱量材１２は磁界発生部を構成する磁気コア３の鉄心端部に直接接触する。したがって、磁気コア３と磁気熱量材１２との間に他の常磁性材料（シリンダ１１の材料であるアクリル）などが介在することがなくなり、シリンダ１１内に磁界を印加したときには、磁気熱量材１２の印加磁界をより強めることができる。
【００３３】
発明者らのシミュレーション結果によれば、シリンダ１１の材料であるアクリルを介在して磁気熱量材１２に磁界を印加した場合と、本実施形態の構造で磁界を印加した場合とを比較すると、磁気熱量材１２のＺ方向中心部分において磁束密度が１．３５倍に高められることが確認されている。
【００３４】
したがって、シリンダ１１中の印加磁界を従来と同一とした場合であっても、従来に比較して磁気熱量材１２に印加する磁界を強めることができる。磁気熱量材１２の印加磁界が強められると粒子の格子系の電子スピンが磁場の方向により揃うため磁気エントロピーがより小さくなり、より格子振動が激しくなる。したがって、温熱の発生効率が向上する。これにより、１サイクルの温熱／吸熱の温度差を向上でき、これにより熱交換効率を向上できる。
【００３５】
本実施形態によれば、磁気熱量材１２が、シリンダ１１の外壁を貫通して磁界発生部Ｈの磁気コア３に直接接触して接続する針状または板状に形成されているため、磁気熱量材１２に対する印加磁界を高めることができ、これにより熱交換効率を向上できる。
【００３６】
（第２の実施形態）
図５および図６は、第２の実施形態を示している。本実施形態においては、熱交換容器は、そのほぼ全体が断熱性材料により構成されると共に磁界発生部に接触する部分に強磁性体が一体に配設され、磁気熱量材は、板状または針状に形成され、熱交換容器に一体の強磁性体と共に磁界発生部の所定ギャップを接続して形成されているところに特徴を備えている。前述実施形態と同一部分については同一符号を付して説明を省略し、以下、異なる部分について説明する。
【００３７】
図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、熱交換容器としてのシリンダ１１に代わるシリンダ１６は、ほぼ全体がアクリルなどの常磁性体により構成され、シリンダ１６内には前述実施形態と同様に磁気熱量材１２が充填されている。シリンダ１６は、その一部に高伝熱性の強磁性体１７が貫通して配設された構造となっている。この強磁性体１７は例えば鉄により構成され、シリンダ１６の外壁と内壁の間に一体に埋設され当該外壁および内壁間を貫通してシリンダ１６の一部を構成している。磁気熱量材１２は、前述実施形態と同様に針状（図５（ｂ）参照）または板状（図５（ｃ）参照）に成形されている。なお、図６は、媒体の流動方向（Ｙ方向）に沿う拡大断面図を示している。
【００３８】
図５（ｂ）に示すように、磁気熱量材１２が複数の針状に成形されているときには、これらの複数の針状の磁気熱量材１２は、その両端部が強磁性体１７の内端と接触した構造となっている。また、図５（ｃ）に示すように、磁気熱量材１２が複数の板状に成形されているときには、これらの複数の板状の磁気熱量材１２は、その両端部が強磁性体１７の内端と接触した構造となっている。すると、従来構造と比較しても前述実施形態の図２の構造に比較しても磁気熱量材１２に対する印加磁界を強めることができる。
【００３９】
発明者らのシミュレーション結果によれば、シリンダ１１の材料であるアクリルを介在して磁気熱量材１２に磁界を印加した場合と、本実施形態の構造で磁界を印加した場合とを比較すると、磁気熱量材１２のＺ方向中心部分において磁束密度が１．６０倍に高められることが確認されている。
【００４０】
したがって、磁気コア３が発生する磁界を従来と同一とした場合であっても、従来に比較して磁気熱量材１２の印加磁界を強めることができ、前述実施形態と同一作用によって熱交換効率を向上できる。
【００４１】
（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態を示している。第１または第２の実施形態と異なるところは、本実施形態では、磁界発生部は、その磁界発生方向に向けて突起した突起部を備え、当該突起部が磁気熱量材と接触した構造をなしているところにある。前述実施形態と同一部分については同一符号を付して説明を省略し、以下、異なる部分について説明する。
【００４２】
本実施形態では第１の実施形態の変形例と第２の実施形態の変形例の２つの例を示す。
＜第１の実施形態の変形例＞
第１の実施形態では、磁気熱量材１２がシリンダ１１を貫通して配置されている実施形態を示しているが、当該第１の実施形態では、磁気コア３の端面が平坦面に形成されており、磁気コア３はこの平坦面にて全ての磁気熱量材１２と接触するように構成されている。本実施形態の一例ではこの接触構造に代えて図７（ａ）に示す構造を適用している。
【００４３】
図７（ａ）に示すように、磁気コア３の突設部３ａｄはその先端に複数の突起部３ｚを一体に備えている。磁気熱量材１２はそれぞれシリンダ１１を貫通した構造をなしているが、磁気コア３の先端の突起部３ｚが磁気熱量材１２の長手方向の端部と接触して構成されている。このような構造を適用すると、磁気コア３の突設部３ａｄを通じた印加磁界が突起部３ｚに集中するようになり、磁気熱量材１２に磁界が導かれやすくなる。したがって、磁気熱量材１２に与えられる印加磁界をより強めることができる。
【００４４】
＜第２の実施形態の変形例＞
また、第２の実施形態では、強磁性体１７がシリンダ１６の内壁および外壁間を貫通した構造を示しているが、当該第２の実施形態では、磁気コア３の端面が平坦面に形成されており、磁気コア３はこの平坦面にて全ての磁気熱量材１２と接触するように構成されている。本実施形態ではこの接触構造に代えて図７（ｂ）に示す構造を適用している。
【００４５】
図７（ｂ）に示すように、磁気コア３の突設部３ａｄは複数の突起部３ｚを一体に備えており、これらの突起部３ｚが強磁性体１７に代えて設けられている。すなわち、磁気コア３の突起部３ｚはシリンダ１６の内壁および外壁間を貫通した構造をなし、突起部３ｚの端部はシリンダ１６の内壁に面一な構造となっている。磁気熱量材１２の長手方向の端部が磁気コア３の突起部３ｚと接触するように構成されている。
【００４６】
このような構造を適用しても、磁気コア３を通じて発生する印加磁界が突起部３ｚに集中するようになり、磁気熱量材１２に磁界が導かれやすくなる。したがって、磁気熱量材１２の印加磁界をより強めることができる。したがって、前述実施形態とほぼ同様の作用効果が得られると共により強い磁界を磁気熱量材１２に印加することができる。これにより、前述実施形態と同様に熱交換効率を向上できる。
【００４７】
（第４の実施形態）
図８（ａ）〜図８（ｃ）は、第４の実施形態を示している。本実施形態では、熱交換容器が、媒体の移動方向に沿う少なくとも一部が断熱材により構成され、熱交換容器に対する磁界印加位置に強磁性体を設けた実施形態を示す。
【００４８】
前述実施形態に示したように、温熱／冷熱を分離するときには、媒体１３を互いに逆方向に流動させて冷熱と温熱を分離する。この場合、温熱／冷熱の分離効率が熱変換処理における重要なパラメータとなる。本実施形態では、温熱／冷熱の分離効率を向上させたシリンダの構造を示す。
【００４９】
図８（ｂ）、図８（ｃ）は比較対象構造を示しているが、例えば図８（ｂ）に示すように、磁気熱量材１２が充填されるシリンダ１８が例えば鉄（Ｆｅ）などの強磁性体により構成されていれば、磁気熱量材１２に対するＺ方向の外部印加磁界を強めることができると考えられる。この場合、シリンダ１８の全体が媒体１３の流動方向に沿って強磁性体１９により構成されていると、媒体１３がシリンダ１８内を流動するときには当該シリンダ１８を構成する強磁性体１９が熱伝動性の高い材質であるため、たとえ冷熱／温熱を互いに逆方向に分離したとしても強磁性体１９を伝わり均熱化される。逆に図８（ｃ）に示すように、シリンダ２０の全体が断熱材２１により構成されていると、媒体１３の移動方向に均熱化されにくくなるが、Ｚ方向の印加磁界が弱められる。
【００５０】
そこで、図８（ａ）に示すように、シリンダ２２が強磁性体（伝熱性の金属）１９とアクリルなどの断熱材２１と交互に配設された構造によって構成されていると、断熱材２１の作用によりＹ方向に熱伝動しにくくなり均熱化されにくくなる。しかも、強磁性体１９がシリンダ２２の内壁および外壁を貫通して配設されているため、外部印加磁界を強めることもでき、熱交換効率を向上できる。
【００５１】
したがって、シリンダ２２の構造としては、媒体１２の移動方向に沿って少なくとも一部に断熱材２１を設け、その他の部分に強磁性体１９を設けた構造を適用すると良い。なお、実用性を考慮すると、特に、シリンダ２２が強磁性体１９と断熱材２１の交互配設構造により構成されていると良い。すると、温熱／冷熱を分離した熱の均熱化が抑制できると共に、熱交換効率を向上できるという相乗効果を奏する。
【００５２】
（他の実施形態）
前記した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に示す変形または拡張が可能である。
前述実施形態では、磁気コア３と高保磁力磁石７と低保磁力磁石８とを組み合わせることで、シリンダ１１内の磁気熱量材１２に磁界を印加する実施形態を示したが、磁界発生部Ｈは必要な磁力を確保できれば巻線９が巻回された磁性コア３のみで構成しても良く、また、低保磁力磁石８を設けずに高保磁力磁石７により磁気熱量材１２に磁界を印加し、当該高保磁力磁石７を機械的に移動して磁界を印加したり消去したりする態様に適用しても良い。すなわち、磁界発生部Ｈが所定ギャップに高磁界を印加したり消去したりできれば何れの態様で構成しても良い。
【００５３】
媒体１３としては、水が最も比熱が高く安価であるため適している。なお、０℃以下の温度では鉱油またはシリコン等のオイル系の媒体、不凍液、エチレングリコール等のアルコール類などの溶剤系媒体を適用できる。また、熱交換サイクルの動作温度領域に合わせて、オイル系の媒体、溶剤系の媒体、水やこれらの混合液などを適宜選択できる。
【００５４】
冷却装置１に適用した実施形態を示したが、暖房装置、冷暖房装置、例えば家庭用冷蔵庫、漁船用冷凍庫、家庭用空調機、産業用冷凍冷蔵庫、大型冷凍冷蔵倉庫、液化ガス貯蔵・運搬用冷凍庫、家庭用空調機、産業用空調機等に適用できる。それぞれ、適用場所に応じて必要な冷凍能力や制御温度領域が異なり、磁気熱量材１２の使用量に応じて冷凍能力を可変させることができる。さらに、制御温度領域については、磁気熱量材１２の材質を制御することで磁気転移温度を可変させることができるため、特定の温度域に合わせることができる。
【００５５】
磁気熱量効果を有する磁気熱量材１２の材質は特に限られるものではない。例えばガドリニウム（Ｇｄ）、ランタン−鉄−シリコン（Ｌａ−Ｆｅ−Ｓｉ）系化合物等の材料に限定されるものではなく、ガドリニウム（Ｇｄ）に各種元素を混合したガドリニウム（Ｇｄ）化合物、各種希土類元素と遷移金属元素からなる金属間化合物などの磁気熱量材を適用しても良い。
【００５６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、各実施形態に示した構成、各種条件に限定されることはなく、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５７】
図面中、１は冷凍装置（磁気式温度調整装置）、３は磁気コア、３ｚは突起部、４は熱交換器、９は巻線、１１、１６、１８、２０、２２はシリンダ（熱交換容器）、１２は磁気熱量材、１３は媒体、１９は強磁性体、２１は断熱材、Ｈは磁界発生部を示す。
【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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