(57)【要約】【課題】磁気熱量効果を効果的に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１０は、磁気熱量効果を有するＭＣＭ２５と、ＭＣＭ２５に磁場を印加すると共に磁場の大きさを変更するコイル３０と、ＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭを計測する温度センサ２７と、ＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭを調整する第１のペルチェ素子４０と、温度センサ２７の計測結果に基づいて第１のペルチェ素子４０を制御する制御装置９０と、を備えている。【選択図】  図３
2016011799.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熱量効果材料と、
前記磁気熱量効果材料に磁場を印加すると共に前記磁場の大きさを変更する磁場変更手段と、
前記磁気熱量効果材料の温度を計測する第１の温度計測手段と、
前記磁気熱量効果材料の温度を調整する温度調整手段と、
前記第１の温度計測手段の計測結果に基づいて前記温度調整手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする磁気ヒートポンプ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気ヒートポンプ装置であって、
前記制御手段は、下記の（１）式を満たすように前記温度調整手段を制御することを特徴とする磁気ヒートポンプ装置。
ＴＣ−５≦ＴＭＣＭ≦ＴＣ＋５  …  （１）
但し、上記の（１）式において、ＴＣは、前記磁気熱量効果材料のキュリー温度であり、ＴＭＣＭは、前記磁気熱量効果材料の温度である。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の磁気ヒートポンプ装置であって、
前記制御手段は、前記磁気変更手段による前記磁気熱量効果材料への磁場の印加を開始する前に、前記第１の温度計測手段の計測結果に基づいて前記温度調整手段を制御することを特徴とする磁気ヒートポンプ装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁気ヒートポンプ装置であって、
前記磁気ヒートポンプ装置は、
第１の流体と熱交換を行う第１の熱交換部と、
第２の流体と熱交換を行う第２の熱交換部と、
前記磁気熱量効果材料と前記第１の熱交換部との間に介在する第１のペルチェ素子と、
前記磁気熱量効果材料と前記第２の熱交換部との間に介在する第２のペルチェ素子と、
前記第１の流体の温度を計測する第２の温度計測手段と、
前記第１のペルチェ素子の第１の熱作用面の温度を計測する第３の温度計測手段と、
前記第１のペルチェ素子の第２の熱作用面の温度を計測する第４の温度計測手段と、を備えており、
前記温度調整手段は、前記第１のペルチェ素子を含み、
前記制御手段は、前記第１〜第４の温度計測手段の計測結果に基づいて、前記第１のペルチェ素子を制御することを特徴とする磁気ヒートポンプ装置。
【請求項５】
請求項４に記載の磁気ヒートポンプ装置であって、
前記磁気熱量効果材料の温度が前記磁気熱量効果材料のキュリー温度よりも相対的に高い場合に、前記制御手段は、下記の（２）及び（３）式を満たすように、前記第１のペルチェ素子を制御し、
前記磁気熱量効果材料の温度が前記磁気熱量効果材料のキュリー温度よりも相対的に低い場合に、前記制御手段は、下記の（４）及び（５）式を満たすように、前記第１のペルチェ素子を制御することを特徴とする磁気ヒートポンプ装置。
ＴＰ１＞ＴＦ１  …  （２）
ＴＰ２＜ＴＭＣＭ  …  （３）
ＴＰ１＜ＴＦ１  …  （４）
ＴＰ２＞ＴＭＣＭ  …  （５）
但し、上記の（２）〜（５）式において、ＴＰ１は、前記第１のペルチェ素子の第１の熱作用面の温度であり、ＴＰ２は、前記第１のペルチェ素子の第２の熱作用面の温度であり、ＴＦ１は、前記第１の流体の温度である。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の磁気ヒートポンプ装置であって、
前記磁気ヒートポンプ装置は、
前記第２の流体の温度を計測する第５の温度計測手段と、
前記第２のペルチェ素子の第３の熱作用面の温度を計測する第６の温度計測手段と、
前記第２のペルチェ素子の第４の熱作用面の温度を計測する第７の温度計測手段と、を備えており、
前記制御手段は、前記第１及び第６の温度計測手段の計測結果、又は、前記第５及び第７の温度計測手段の測定結果に基づいて、前記第２のペルチェ素子を制御することを特徴とする磁気ヒートポンプ装置。
【請求項７】
請求項６に記載の磁気ヒートポンプ装置であって、
前記制御手段は、下記の（６）又は（７）式を満たすように、前記第２のペルチェ素子を制御することを特徴とする磁気ヒートポンプ装置。
ＴＰ３＝ＴＭＣＭ  …  （６）
ＴＰ４＝ＴＦ２  …  （７）
但し、上記の（６）及び（７）式において、ＴＰ３は、前記第２のペルチェ素子の第３の熱作用面の温度であり、ＴＰ４は、前記第２のペルチェ素子の第４の熱作用面の温度であり、ＴＦ２は、前記第２の流体の温度である。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の磁気ヒートポンプ装置であって、
前記磁気熱量効果材料の温度が前記第２の流体の温度と実質的に同一である場合に、前記制御手段は、前記第２のペルチェ素子への通電を停止することを特徴とする磁気ヒートポンプ装置。
【請求項９】
請求項４〜８のいずれか一項に記載の磁気ヒートポンプ装置であって、
前記第１の熱交換部は、前記第１の流体と接触する第１のヒートシンクを含み、
前記第２の熱交換部は、前記第２の流体と接触する第２のヒートシンクを含むことを特徴とする磁気ヒートポンプ装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の磁気ヒートポンプ装置であって、
前記磁気ヒートポンプ装置は、
前記磁気熱量効果材料を収容する収容部と、
前記収容部内に設けられたヒートパイプと、を備えたことを特徴とする磁気ヒートポンプ装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の磁気ヒートポンプ装置であって、
前記磁場変更手段は、前記磁気熱量効果材料を囲むコイルを有する電磁石を含むことを特徴とする磁気ヒートポンプ装置。
【請求項１２】
室内の空気を調和する空気調和装置であって、
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の磁気ヒートポンプ装置を備えており、
前記第１の流体は、室外の空気であり、
前記第２の流体は、室内の空気であることを特徴とする空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気熱量効果を利用した磁気ヒートポンプ装置、及び、その磁気ヒートポンプ装置を備えた空気調和装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
広い動作温度範囲を確保するために、異なる磁気転移温度を有し、略均一に混合された２種以上の磁性体粒子が充填された熱交換容器を有する磁気冷凍装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２０４２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
磁気熱量効果材料の効果的な磁気熱量効果は、当該磁気熱量効果材料のキュリー温度（磁気転移温度）付近でしか得ることができない。そのため、上記の磁気冷凍装置では、磁気熱量効果材料の温度がキュリー温度付近にない状態で運転を開始すると、磁気熱量効果を効果的に得ることができない。また、上記の磁気冷凍装置では、ある温度では磁性体粒子の一部からしか磁気熱量効果を得ることしかできず、磁性体粒子の総重量に対して磁気熱量効果の発生効率に劣る。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、磁気熱量効果を効果的に得ることができる磁気ヒートポンプ装置、及び、それを備えた空気調和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】
［１］本発明に係る磁気ヒートポンプ装置は、磁気熱量効果を有する磁気熱量効果材料と、前記磁気熱量効果材料に磁場を印加すると共に前記磁場の大きさを変更する磁場変更手段と、前記磁気熱量効果材料の温度を計測する第１の温度計測手段と、前記磁気熱量効果材料の温度を調整する温度調整手段と、前記第１の温度計測手段の計測結果に基づいて前記温度調整手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
［２］上記発明において、前記制御手段は、下記の（１）式を満たすように前記温度調整手段を制御してもよい。
【０００８】
ＴＣ−５≦ＴＭＣＭ≦ＴＣ＋５  …  （１）
【０００９】
但し、上記の（１）式において、ＴＣは、前記磁気熱量効果材料のキュリー温度であり、ＴＭＣＭは、前記磁気熱量効果材料の温度である。
【００１０】
［３］上記発明において、前記制御手段は、前記磁気変更手段による前記磁気熱量効果材料への磁場の印加を開始する前に、前記第１の温度計測手段の計測結果に基づいて前記温度調整手段を制御してもよい。
【００１１】
［４］上記発明において、前記磁気ヒートポンプ装置は、第１の流体と熱交換を行う第１の熱交換部と、第２の流体と熱交換を行う第２の熱交換部と、前記磁気熱量効果材料と前記第１の熱交換部との間に介在する第１のペルチェ素子と、前記磁気熱量効果材料と前記第２の熱交換部との間に介在する第２のペルチェ素子と、前記第１の流体の温度を計測する第２の温度計測手段と、前記第１のペルチェ素子の第１の熱作用面の温度を計測する第３の温度計測手段と、前記第１のペルチェ素子の第２の熱作用面の温度を計測する第４の温度計測手段と、を備えており、前記温度調整手段は、前記第１のペルチェ素子を含み、前記制御手段は、前記第１〜第４の温度計測手段の計測結果に基づいて、前記第１のペルチェ素子を制御してもよい。
【００１２】
［５］上記発明において、前記磁気熱量効果材料の温度が前記磁気熱量効果材料のキュリー温度よりも相対的に高い場合に、前記制御手段は、下記の（２）及び（３）式を満たすように、前記第１のペルチェ素子を制御し、前記磁気熱量効果材料の温度が前記磁気熱量効果材料のキュリー温度よりも相対的に低い場合に、前記制御手段は、下記の（４）及び（５）式を満たすように、前記第１のペルチェ素子を制御してもよい。
【００１３】
ＴＰ１＞ＴＦ１  …  （２）
ＴＰ２＜ＴＭＣＭ  …  （３）
ＴＰ１＜ＴＦ１  …  （４）
ＴＰ２＞ＴＭＣＭ  …  （５）
【００１４】
但し、上記の（２）〜（５）式において、ＴＰ１は、前記第１のペルチェ素子の第１の熱作用面の温度であり、ＴＰ２は、前記第１のペルチェ素子の第２の熱作用面の温度であり、ＴＦ１は、前記第１の流体の温度である。
【００１５】
［６］上記発明において、前記磁気ヒートポンプ装置は、前記第２の流体の温度を計測する第５の温度計測手段と、前記第２のペルチェ素子の第３の熱作用面の温度を計測する第６の温度計測手段と、前記第２のペルチェ素子の第４の熱作用面の温度を計測する第７の温度計測手段と、を備えており、前記制御手段は、前記第１及び第６の温度計測手段の計測結果、又は、前記第５及び第７の温度計測手段の測定結果に基づいて、前記第２のペルチェ素子を制御してもよい。
【００１６】
［７］上記発明において、前記制御手段は、下記の（６）又は（７）式を満たすように、前記第２のペルチェ素子を制御してもよい。
【００１７】
ＴＰ３＝ＴＭＣＭ  …  （６）
ＴＰ４＝ＴＦ２  …  （７）
【００１８】
但し、上記の（６）及び（７）式において、ＴＰ３は、前記第２のペルチェ素子の第３の熱作用面の温度であり、ＴＰ４は、前記第２のペルチェ素子の第４の熱作用面の温度であり、ＴＦ２は、前記第２の流体の温度である。
【００１９】
［８］上記発明において、前記磁気熱量効果材料の温度が前記第２の流体の温度と実質的に同一である場合に、前記制御手段は、前記第２のペルチェ素子への通電を停止してもよい。
【００２０】
［９］上記発明において、前記第１の熱交換部は、前記第１の流体と接触する第１のヒートシンクを含み、前記第２の熱交換部は、前記第２の流体と接触する第２のヒートシンクを含んでもよい。
【００２１】
［１０］上記発明において、前記磁気ヒートポンプ装置は、前記磁気熱量効果材料を収容する収容部と、前記収容部内に設けられたヒートパイプと、を備えてもよい。
【００２２】
［１１］上記発明において、前記磁場変更手段は、前記磁気熱量効果材料を囲むコイルを有する電磁石を含んでもよい。
【００２３】
［１２］本発明に係る空気調和装置は、室内の空気を調和する空気調和装置であって、上記の磁気ヒートポンプ装置を備えており、前記第１の流体は、室外の空気であり、前記第２の流体は、室内の空気であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、温度調整手段により磁気熱量効果材料の温度をキュリー温度付近に調整することができるので、磁気熱量効果を効果的に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態における磁気ヒートポンプ装置を用いた空気調和装置を示す断面図である。
【図２】図２は、図１のII-II線に沿った断面図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態における磁気ヒートポンプ装置の制御システムの構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、図５（ａ）〜図７（ｃ）及び図９（ａ）〜図１１（ｃ）における模様と温度の対応関係を示す図である。
【図５】図５（ａ）〜図５（ｃ）は、本発明の第１実施形態における磁気ヒートポンプ装置の冷房時の動作を示す図である。
【図６】図６（ａ）〜図６（ｂ）は、本発明の第１実施形態における磁気ヒートポンプ装置の冷房時の動作を示す図である。
【図７】図７（ａ）〜図７（ｃ）は、本発明の第１実施形態における磁気ヒートポンプ装置の冷房時の動作を示す図である。
【図８】図８は、本発明の第１実施形態における冷房時の温度調和装置による熱の流れを示す図である。
【図９】図９（ａ）〜図９（ｃ）は、本発明の第１実施形態における磁気ヒートポンプ装置の暖房時の動作を示す図である。
【図１０】図１０（ａ）〜図１０（ｂ）は、本発明の第１実施形態における磁気ヒートポンプ装置の暖房時の動作を示す図である。
【図１１】図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、本発明の第１実施形態における磁気ヒートポンプ装置の暖房時の動作を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の第１実施形態における暖房時の温度調和装置による熱の流れを示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の第１実施形態におけるスタートアップ制御を示すフローチャートである。
【図１４】図１４（ａ）〜図１４（ｄ）は、図１３のステップＳ３０におけるペルチェ素子の制御の例をそれぞれ示す概略図である。
【図１５】図１５（ａ）〜図１５（ｄ）は、図１３のステップＳ４０におけるペルチェ素子の制御の例をそれぞれ示す概略図である。
【図１６】図１６は、本発明の第２実施形態における磁気ヒートポンプ装置の構成を示す断面図である。
【図１７】図１７は、本発明の第３実施形態における磁気ヒートポンプ装置の構成を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２７】
図１は本発明の第１実施形態における磁気ヒートポンプ装置を用いた空気調和装置を示す断面図、図２は図１のII-II線に沿った断面図、図３は本発明の第１実施形態における磁気ヒートポンプ装置の制御システムの構成を示すブロック図である。なお、以下に説明する磁気ヒートポンプ装置や空気調和装置の構成は一例に過ぎず、特にこれに限定されない。
【００２８】
本実施形態における磁気ヒートポンプ装置１０は、磁気熱量効果（Magnetocaloric effect）を利用したヒートポンプ装置であり、図１及び図２に示すように、磁気熱量効果材料２５を収容する収容部２０と、当該収容部２０を取り囲むコイル３０と、収容部２０の両端に配置された一対のペルチェ素子４０，５０と、ペルチェ素子４０，５０の外側にそれぞれ設けられた一対のヒートシンク７０，７５と、これらを収容するハウジング８０と、コイル３０やペルチェ素子４０，５０への通電制御を行う制御装置９０と、を備えている。
【００２９】
本実施形態における磁気熱量効果材料２５が本発明における磁気熱量効果材料の一例に相当し、本実施形態におけるコイル３０が本発明における磁場変更手段の一例に相当し、本実施形態における第１のヒートシンク７０が本発明における第１の熱交換部の一例に相当し、本実施形態における第２のヒートシンク７５が本発明における第２の熱交換部の一例に相当し、本実施形態における制御装置９０が本発明における制御手段の一例に相当する。
【００３０】
収容部２０は、内側に収容空間２１を有する円筒形状を有しており、この収容空間２１内には、磁気熱量効果を有する磁気作業物質として機能する磁気熱量効果材料２５（以下単に、「ＭＣＭ２５」とも称する。ＭＣＭ：Magnetocaloric Material）が充填されている。また、この収容部２０内には、ＭＣＭ２５の温度を計測するための温度センサ２７（図３参照）が設けられている。図３に示すように、この温度センサ２７は、制御装置９０に電気的に接続されており、ＭＣＭ２５の温度を制御装置９０に出力することが可能となっている。なお、この温度センサ２７の具体例としては、例えば、熱電対やサーミスタ等を挙げること挙げることができ、後述する温度センサ４５，４６，５５，５６，８７，８８についても同様である。本実施形態における温度センサ２７が、本発明における第１の温度計測手段の一例に相当する。
【００３１】
さらに、収容部２０の収容空間２１内には、当該収容部２０の軸方向に沿って複数（本例では７本）のヒートパイプ２６が設けられており、これらのヒートパイプ２６はＭＣＭ２５を貫通している。それぞれのヒートパイプ２６の一方の端部は、保持部材２８に保持されていると共に、第１のペルチェ素子４０に熱的に接続されている。同様に、当該ヒートパイプ２６の他方の端部も、保持部材２８に保持されていると共に、第２のペルチェ素子５０に熱的に接続されている。結果的に、それぞれのヒートパイプ２６は、収容部２０の軸方向に沿って収容空間２１を貫通している。この保持部材２８は、熱伝導性に優れた材料から構成されている。なお、収容部２０内に設けられるヒートパイプ２６の本数や配置は特に限定されない。
【００３２】
ＭＣＭ２５は、磁性体であれば特に限定されないが、例えば１０℃〜３０℃程度の常温域にキュリー温度（キュリー点）を有し、常温域で高い磁気熱量効果を発揮する磁性体であることが好ましい。具体的には、このＭＣＭ２５として、例えば、ガドリニウム（Ｇｄ）やガドリニウム合金等を用いることができる。このＭＣＭ２５に磁場を印加すると、電子スピンが揃うことで磁気エントロピーが減少し、ＭＣＭ２５は放熱して温度が上昇する。一方、ＭＣＭ２５から磁場を除去すると、電子スピンが乱雑になり磁気エントロピーが増加し、当該ＭＣＭ２５は吸熱して温度が低下する。
【００３３】
なお、収容部２０に充填されているＭＣＭ２５の形態は、粒子状であってもよいし、ペレット状であってもよく、特に限定されない。また、相互に異なるキュリー温度を有する複数種のＭＣＭを収容部２０に充填してもよい。これにより、キュリー温度が複合化されたＭＣＭとして動作するので、磁気ヒートポンプ装置の動作温度範囲を広げることができる。
【００３４】
この収容部２０は、その両端で円板状の支持部材２２，２３を介してハウジング８０に支持されている。一方の支持部材２２の中央部分には開口２２１が形成されており、その開口２２１内に第１のペルチェ素子４０が設けられている。同様に、他方の支持部材２３の中央部分にも開口２３１が形成されており、その開口２３１に第２のペルチェ素子５０が設けられている。
【００３５】
ハウジング８０は、円筒形状を有しており、その内部に収容部２０を同軸状に収容している。ハウジング８０の一方（図中左側）の端部８１と第１の支持部材２２との間には第１の空間８３が形成されており、この第１の空間８３は、ハウジング８０に形成された第１の開口８５を介して外部と連通している。同様に、ハウジング８０の他方（図中右側）の端部８２と第２の支持部材２３との間にも第２の空間８４が形成されており、この第２の空間８４は、ハウジング８０に形成された第２の開口８６を介して外部と連通している。
【００３６】
この磁気ヒートポンプ装置１０を用いた空気調和装置１では、例えば、ハウジング８０の第１の空間８３が第１の開口８５を介して外側循環路２に連通しており、ハウジング８０の第２の空間８４が第２の開口８６を介して内側循環路３に連通している。この空気調和装置１の外側循環路２は、室外の雰囲気に連通している。一方、この空気調和装置１の内側循環路３は、室内の雰囲気に連通している。
【００３７】
ハウジング８０の第１の空間８３内には、外気（室外の空気）の温度を計測するための第１の温度センサ８７（図３参照）が設けられている。同様に、ハウジング８０の第２の空間８４内には、内気（室内の空気）の温度を計測するための第２の温度センサ８８（図３参照）が設けられている。これらの温度センサ８７，８８は、図３に示すように、制御装置９０に電気的に接続されており、外気温度や内気温度を制御装置９０に出力することが可能となっている。
【００３８】
本実施形態における第１の温度センサ８７が本発明における第２の温度計測手段の一例に相当し、本実施形態における第２の温度センサ８８が本発明における第５の温度計測手段の一例に相当する。
【００３９】
コイル３０は、収容部２０と実質的に同軸状となるように、収容部２０とハウジング８０との間に配置されており、収容部２０内に収容されたＭＣＭ２５を取り囲んでいる。このコイル３０には、制御装置９０が電気的に接続されている。この制御装置９０がコイル３０に通電することで、コイル３０が電磁石として機能して、ＭＣＭ２５に磁場が印加される。一方、制御装置９０がコイル３０への通電を停止させることで、ＭＣＭ２５に印加されていた磁場が除去される。
【００４０】
第１のペルチェ素子４０は、収容部２０の一方（図中左側）の開口２１１に対向するように、第１の支持部材２２に支持されている。また、この第１のペルチェ素子４０は、制御装置９０に電気的に接続されており、当該制御装置９０から電力が供給されることで熱作用面として機能する一対の主面４１，４２を有している。第１の主面４１は、放熱面又は吸熱面の一方として機能するのに対し、第２の主面４２は、吸熱面又は放熱面の他方として機能する。この第１のペルチェ素子４０は、第１の主面４１がハウジング８０の第１の空間８３に対向し、第２の主面４２が収容部２０の収容空間２１に対向するように配置されている。制御装置９０は、第１のペルチェ素子４０への通電量を制御することによって、当該第１のペルチェ素子４０の主面４１，４２の温度を制御することが可能となっている。
【００４１】
本実施形態における第１のペルチェ素子４０の第１の主面４１が本発明における第１のペルチェ素子の第１の熱作用面の一例に相当し、本実施形態における第１のペルチェ素子４０の第２の主面４２が本発明における第１のペルチェ素子の第２の熱作用面の一例に相当する。
【００４２】
この第１のペルチェ素子４０は、当該第１のペルチェ素子４０を流れる電流の向きを切り替えることで、第１の主面４１の機能を放熱又は吸熱の一方に切り替えると共に、第２の主面４２の機能を吸熱又は放熱の他方に切り替えることが可能となっている。これに対し、第１のペルチェ素子４０への通電を停止している際には、第１のペルチェ素子４０の熱抵抗により、収容部２０の収容空間２１は外部に対して実質的に断熱される。なお、第１のペルチェ素子４０の第１の主面４１の温度を外気の温度と同程度としたり、第１のペルチェ素子４０の第２の主面４２の温度をＭＣＭ２５の温度と同程度とすることで、収容部２０の収容空間２１を外気に対して実質的に断熱してもよい。
【００４３】
すなわち、この第１のペルチェ素子４０は、電流の向きと通電／非通電に応じて、以下の第１〜第３の状態を切り替えることが可能となっている。
【００４４】
ここで、「第１の状態」とは、第１の主面４１を放熱面として機能させると共に第２の主面４２を吸熱面として機能させることで、ＭＣＭ２５から第１のヒートシンク７０への第１の方向の伝熱（以下単に「第１の方向の伝熱」とも称する。）を許容すると共に、第１のヒートシンク７０からＭＣＭ２５への第２の方向の伝熱（以下単に「第２の方向の伝熱」とも称する。）を禁止する状態である。すなわち、この「第１の状態」は、第１の方向に沿った一方向の伝熱のみを許容する状態である。
【００４５】
なお、この「第１の状態」では、第１の主面４１の温度が外気温度（第１のヒートシンク７０の温度）よりも相対的に高くなると共に、第２の主面４２の温度がＭＣＭ２５の温度よりも相対的に低くなるように、第１のペルチェ素子４０を制御する。
【００４６】
また、「第２の状態」とは、第１の主面４１を吸熱面として機能させると共に第２の主面４２を放熱面として機能させることで、第２の方向の伝熱を許容すると共に第１の方向の伝熱を禁止する状態である。すなわち、この「第２の状態」は、第２の方向に沿った一方向の伝熱のみを許容する状態である。
【００４７】
なお、この「第２の状態」では、第１の主面４１の温度が外気温度よりも相対的に低くなると共に、第２の主面４２の温度がＭＣＭ２５の温度よりも相対的に高くなるように、第１のペルチェ素子４０を制御する。
【００４８】
さらに、「第３の状態」とは、第１のペルチェ素子４０への通電を停止することで、「第１の方向の伝熱」も「第２の方向の伝熱」も禁止する状態である。すなわち、この「第３の状態」は、ＭＣＭ２５と外気とを熱的に絶縁した状態である。
【００４９】
この第１のペルチェ素子４０には２つの温度センサ４５，４６（図３参照）が取り付けられている。第１の温度センサ４５が第１のペルチェ素子４０の第１の主面４１の温度を計測し、第２の温度センサ４６が第１のペルチェ素子４０の第２の主面４２の温度を計測する。図３に示すように、この第１及び第２の温度センサ４５，４６は、制御装置９０に接続されており、第１のペルチェ素子４０の主面４１，４２の温度を制御装置９０に出力することが可能となっている。
【００５０】
本実施形態における第１の温度センサ４５が本発明の第３の温度計測手段の一例に相当し、本実施形態における第２の温度センサ４６が本発明の第４の温度計測手段の一例に相当する。
【００５１】
第２のペルチェ素子５０は、収容部２０の他方（図中右側）の開口２１２に対向するように、第２の支持部材２３に支持されている。また、この第２のペルチェ素子５０は、制御装置９０に電気的に接続されており、当該制御装置９０から電力が供給されることで熱作用面として機能する一対の主面５１，５２を有している。第１の主面５１は、放熱面又は吸熱面の一方として機能するのに対し、第２の主面５２は、吸熱面又は放熱面の他方として機能する。この第２のペルチェ素子５０は、第１の主面５１がハウジング８０の第２の空間８４に対向し、第２の主面５２が収容部２０の収容空間２１に対向するように配置されている。制御装置９０は、第２のペルチェ素子５０への通電量を制御することによって、当該第２のペルチェ素子５０の主面５１，５２の温度を制御することが可能となっている。
【００５２】
本実施形態における第２のペルチェ素子５０の第１の主面５１が本発明における第２のペルチェ素子の第３の熱作用面の一例に相当し、本実施形態における第２のペルチェ素子５０の第２の主面５２が本発明における第２のペルチェ素子の第４の熱作用面の一例に相当する。
【００５３】
この第２のペルチェ素子５０は、当該第２のペルチェ素子５０を流れる電流の向きの切替により、第１の主面５１の機能を放熱又は吸熱の一方に切り替えると共に、第２の主面５２の機能を吸熱又は放熱の他方に切り替えることが可能となっている。また、第２のペルチェ素子５０への通電が停止している際には、第２のペルチェ素子５０の熱抵抗により、収容部２０の収容空間２１が外部に対して実質的に断熱される。なお、第２のペルチェ素子５０の第１の主面５１の温度をＭＣＭ２５の温度と同程度としたり、第２のペルチェ素子５０の第２の主面５２の温度を内気の温度と同程度とすることで、収容部２０の収容空間２１を内気に対して実質的に断熱してもよい。
【００５４】
すなわち、この第２のペルチェ素子５０は、電流の向きと通電／非通電に応じて、以下の第４〜第６の状態を切り替えることが可能となっている。
【００５５】
ここで、「第４の状態」とは、第１の主面５１を放熱面として機能させると共に第２の主面５２を吸熱面として機能させることで、第２のヒートシンク７５からＭＣＭ２５への第３の方向の伝熱（以下単に「第３の方向の伝熱」とも称する。）を許容すると共に、ＭＣＭ２５から第２のヒートシンク７５への第４の方向の伝熱（以下単に「第４の方向の伝熱」とも称する）を禁止する状態である。すなわち、この「第４の状態」は、第３の方向に沿った一方向の伝熱のみを許容する状態である。
【００５６】
なお、この「第４の状態」では、第１の主面５１の温度がＭＣＭ２５の温度よりも相対的に高くなると共に、第２の主面５２の温度が内気温度（第２のヒートシンク８０の温度）よりも相対的に低くなるように、第２のペルチェ素子５０を制御する。
【００５７】
また、「第５の状態」とは、第１の主面５１を吸熱面として機能させると共に第２の主面５２を放熱面として機能させることで、第４の方向の伝熱を許容すると共に第３の方向の伝熱を禁止する状態である。すなわち、この「第５の状態」は、第４の方向に沿った一方向の伝熱のみを許容する状態である。
【００５８】
なお、この「第５の状態」では、第１の主面５１の温度がＭＣＭ２５の温度よりも相対的に低くなると共に、第２の主面５２の温度が内気温度よりも相対的に高くなるように、第２のペルチェ素子５０を制御する。
【００５９】
さらに、「第６の状態」とは、第２のペルチェ素子５０への通電を停止することで、第３の方向の伝熱も４の方向の伝熱も禁止する状態である。すなわち、この「第６の状態」は、収容空間２１と内気を熱的に絶縁した状態である。
【００６０】
この第２のペルチェ素子５０には２つの温度センサ５５，５６（図３参照）が取り付けられている。第１の温度センサ５５が第２のペルチェ素子５０の第１の主面５１の温度を計測し、第２の温度センサ５６が第２のペルチェ素子５０の第２の主面５２の温度を計測する。図３に示すように、この第１及び第２の温度センサ５５，５６は、制御装置９０に接続されており、第２のペルチェ素子５０の主面５１，５２の温度を制御装置９０に出力することが可能となっている。
【００６１】
本実施形態における第１の温度センサ５５が本発明の第６の温度計測手段の一例に相当し、本実施形態における第２の温度センサ５６が本発明の第７の温度計測手段の一例に相当する。
【００６２】
第１のヒートシンク７０は、第１のペルチェ素子５０の第１の主面４１に伝熱可能に取り付けられており、ハウジング８０の第１の空間８３内に配置されている。この第１のヒートシンク７０は、ハウジング８０の第１の空間８３内に流入した外気に接触する多数のフィン７１を有しており、外気との間で熱交換を効率的に行うことが可能となっている。本実施形態における外気が、本発明における第１の流体の一例に相当する。
【００６３】
なお、この第１のヒートシンク７０を設けずに、第１のペルチェ素子４０の第１の主面４１を第１の空間８３内に露出させて、当該第１の主面４１が外気と直接熱交換を行ってもよい。この場合には、第１のペルチェ素子４０の第１の主面４１が、本発明における第１の熱交換部の一例に相当する。
【００６４】
第２のヒートシンク７５も、第２のペルチェ素子５０の第２の主面５２に伝熱可能に取り付けられており、ハウジング８０の第２の空間８４内に配置されている。この第２のヒートシンク７５は、ハウジング８０の第２の空間８４内に流入した内気に接触する多数のフィン７６を有しており、内気との間で熱交換を効率的に行うことが可能となっている。本実施形態における内気が、本発明における第２の流体の一例に相当する。
【００６５】
なお、この第２のヒートシンク７５を設けずに、第２のペルチェ素子５０の第２の主面５２を第２の空間８４内に露出させて、当該第２の主面５２が内気と直接熱交換を行ってもよい。この場合には、第２のペルチェ素子５０の第２の主面５２が、本発明における第２の熱交換部の一例に相当する。
【００６６】
制御装置９０は、特に図示しない電源を含んでおり、コイル３０への通電を制御すると共に、温度センサ２７，４５，４６，５５，５６，８７，８８から出力された各種の温度に基づいて第１及び第２のペルチェ素子４０，５０への通電を制御することで、後述する冷房動作（図５（ａ）〜図７（ｃ）参照）や暖房動作（図９（ａ）〜図１１（ｃ）参照）を行う。
【００６７】
また、こうした冷房／暖房動作中に、制御装置９０が、ＭＣＭ２５の温度に基づいて、当該ＭＣＭ２５の発熱或いは吸熱の一部を収容部２０内に残留させるように、第１及び第２のペルチェ素子４０，５０を制御してもよい。
【００６８】
具体的には、温度センサ２７によって計測されたＭＣＭ２５の温度が、当該ＭＣＭ２５のキュリー温度に対して相対的に低い場合には、例えば、ＭＣＭ２５を外気や内気に対して通常よりも早目に断熱するようにペルチェ素子４０，５０を制御して、ＭＣＭ２５の発熱の一部を収容部２０内に残留させる。この発熱の残留分によってＭＣＭ２５が加熱され、ＭＣＭ２５の温度がキュリー温度に近づくように上昇する。
【００６９】
一方、ＭＣＭ２５の温度がキュリー温度に対して相対的に高い場合には、例えば、ＭＣＭ２５を外気や内気に対して通常よりも早目に断熱するようにペルチェ素子４０，５０を制御して、ＭＣＭ２５の吸熱の一部を収容部２０内に残留させる。この吸熱の残留分によってＭＣＭ２５が冷却され、ＭＣＭ２５の温度がキュリー温度に近づくように下降する。
【００７０】
磁性体の磁気熱量効果は、当該磁性体のキュリー点で最も発揮される。そのため、本実施形態では、上述した制御によってＭＣＭ２５の温度を当該ＭＣＭ２５のキュリー温度に保つことで、磁気ヒートポンプ装置１により冷却や暖房の効率化を図ることができる。
【００７１】
次に、以上に説明した磁気ヒートポンプ装置１０の冷房時の動作について、図５（ａ）〜図７（ｃ）及び図８を参照しながら説明する。
【００７２】
図５（ａ）〜図７（ｃ）は本実施形態における磁気ヒートポンプ装置の冷媒時の動作を示す図であり、図８は本実施形態における磁気ヒートポンプ装置による熱の流れを示す図である。
【００７３】
なお、図５（ａ）〜図７（ｃ）では、磁気ヒートポンプ装置１０内の温度変化の理解を容易にするために、当該磁気ヒートポンプ装置１０の構成部材の断面を示すハッチングは省略しており、同図中の模様は当該構成部材の温度を示している。
【００７４】
また、図４は、図５（ａ）〜図７（ｃ）及び図９（ａ）〜図１１（ｃ）において構成部材に付された模様と温度の対応関係を示す図であり、図中の中央は、ＭＣＭ２５のキュリー温度付近（具体的には１０℃〜３０℃程度の常温域）を示し、図中右端に近づくほど温度が高くなることを示し、図中左端に近づくほど温度が低くなることを示している。
【００７５】
なお、以下で説明する図５（ａ）〜図７（ｃ）において、説明の便宜上、ＭＣＭ２５やヒートパイプ２６の温度が高温や低温になるように図示している。しかしながら、実際には、後述するように、ＭＣＭ２５の発熱と同時に、ＭＣＭ２５の熱が第１のヒートシンク７０に連続的に輸送され、また、ＭＣＭ２５の吸熱と同時に、第２のヒートシンク７５の熱がＭＣＭ２５に連続的に輸送されるため、図中に示すような収容空間２１内の温度変化が観測されることはほとんどない。
【００７６】
先ず、図５（ａ）に示すように、制御装置９０がコイル３０に通電すると、コイル３０が電磁石として機能してＭＣＭ２５に磁場が印加される。この磁場印加によって、電子スピンが揃うことでＭＣＭ２５の磁気エントロピーが減少し、当該ＭＣＭ２５が発熱する。
【００７７】
これとほぼ同時に、図５（ｂ）に示すように、第１のペルチェ素子４０に通電し、第１の主面４１を放熱面として機能させると共に、第２の主面４２を吸熱面として機能させる。これにより、図５（ｃ）に示すように、第１のペルチェ素子４０が、第３の状態（ＭＣＭ２５と第１のヒートシンク７０との間を断熱した状態）から、第１の状態（ＭＣＭ２５から第１のヒートシンク７０への第１の方向の伝熱を許容する状態）に切り替わり、ＭＣＭ２５の熱が第１のペルチェ素子４０を介して第１のヒートシンク７０に移動する。この際、本実施形態では、ヒートパイプ２６がＭＣＭ２５を貫通しているので、当該ヒートパイプ２６によって、ＭＣＭ２５全体から第１のヒートシンク７０に熱が瞬時に輸送される。
【００７８】
図６（ａ）に示すように、収容部２０の第１の空間２３には空気調和装置１の外側循環路２によって外気が流入しており、高温となった第１のヒートシンク７０に外気が接触することで、第１のヒートシンク７０の熱が外気に移動して外気が温められる。そして、第１のヒートシンク７０により温められた外気は、外側循環路２を介して室外に排出される。一方、ＭＣＭ２５は、発熱とほぼ同時に、ヒートパイプ２６及び第１のペルチェ素子４０を介して、第１のヒートシンク７０に連続的に熱を奪われるので、結果的に、ＭＣＭ２５の温度は、当該ＭＣＭ２５のキュリー温度でほぼ一定に維持される。
【００７９】
次いで、図６（ｂ）に示すように、制御装置９０がコイル３０への通電を停止して、ＭＣＭ２５に印加されていた磁場を除去する。この磁場除去によって、電子スピンが乱雑となりＭＣＭ２５の磁気エントロピーが増加し、当該ＭＣＭ２５が吸熱する。また、これと同時に、第１のペルチェ素子４０への通電も停止する。
【００８０】
なお、図６（ｂ）に示す段階で、コイル３０への通電を完全に停止させずに、コイル３０への通電量を少なくして、ＭＣＭ２５に印加されていた磁場を弱めることで、ＭＣＭ２５を吸熱させてもよい。
【００８１】
これとほぼ同時に、図７（ａ）に示すように、第２のペルチェ素子５０に通電し、第１の主面５１を放熱面として機能させると共に、第２の主面５２を吸熱面として機能させる。これにより、図７（ｂ）に示すように、第２のペルチェ素子５０が、第６の状態（ＭＣＭ２５と第２のヒートシンク７５を熱的に絶縁した状態）から、第４の状態（第２のヒートシンク７５から収容部２１への第３の方向の伝熱を許容する状態）に切り替わり、第２のヒートシンク７５の熱が第２のペルチェ素子５０を介してＭＣＭ２５に移動する。この際、本実施形態では、ヒートパイプ２６がＭＣＭ２５を貫通しているので、当該ヒートパイプ２６によって、第２のヒートシンク７５からＭＣＭ２５全体に熱が瞬時に輸送される。
【００８２】
図７（ｃ）に示すように、収容部２０の第２の空間２４には空気調和装置１の内側循環路３によって内気が流入しており、低温となった第２のヒートシンク７５が内気に接触することで、内気の熱が第２のヒートシンク７５に移動して内気が冷やされる。そして、第２のヒートシンク７５により冷却された内気は、内側循環路３を介して室内に排出される。一方、ＭＣＭ２５は、ヒートパイプ２６及び第２のペルチェ素子５０を介して、第２のヒートシンク７５から連続的に吸熱するので、結果的に、ＭＣＭ２５の温度は、当該ＭＣＭ２５のキュリー温度でほぼ一定に維持される。
【００８３】
以上のように、本実施形態における冷房動作維持の磁気ヒートポンプ装置１０は、図８に示すように、ＭＣＭ２５の磁気熱量効果を利用して、内気から吸熱してその熱を外気に排出することで室内の温度を冷却する。そして、この磁気ヒートポンプ装置１０は、図５（ａ）〜図７（ｃ）の動作を繰り返すことで、室内の温度を所望の温度まで冷却する。
【００８４】
次に、本実施形態における磁気ヒートポンプ装置１０の暖房時の動作について、図９（ａ）〜図１１（ｃ）及び図１２を参照しながら説明する。
【００８５】
図９（ａ）〜図１１（ｃ）は本実施形態における磁気ヒートポンプ装置の暖房時の動作を示す図であり、図１２は本実施形態における暖房時の磁気ヒートポンプ装置による熱の流れを示す図である。
【００８６】
なお、図９（ａ）〜図１１（ｃ）では、磁気ヒートポンプ装置１０内の温度変化の理解を容易にするために、当該磁気ヒートポンプ装置１０の構成部材の断面を示すハッチングは省略しており、同図中の模様は当該構成部材の温度を示している。
【００８７】
なお、以下で説明する図９（ａ）〜図１１（ｃ）において、説明の便宜上、ＭＣＭ２５やヒートパイプ２６の温度が高温や低温になるように図示している。しかしながら、実際には、後述するように、ＭＣＭ２５の発熱と同時に、ＭＣＭ２５の熱が第２のヒートシンク７５に連続的に輸送され、また、ＭＣＭ２５の吸熱と同時に、第１のヒートシンク７０の熱がＭＣＭ２５に連続的に輸送されるため、図中に示すような収容空間２１内の温度変化が観測されることはほとんどない。
【００８８】
先ず、図９（ａ）に示すように、制御装置９０がコイル３０に通電すると、コイル３０が電磁石として機能してＭＣＭ２５に磁場が印加される。この磁場印加によって、電子スピンが揃うことでＭＣＭ２５の磁気エントロピーが減少し、当該ＭＣＭ２５が発熱する。
【００８９】
これとほぼ同時に、図９（ｂ）に示すように、第２のペルチェ素子５０に通電し、第２の主面５２を放熱面として機能させると共に、第１の主面５１を吸熱面として機能させる。これにより、図９（ｃ）に示すように、第２のペルチェ素子５０が、第６の状態（ＭＣＭ２５と第２のヒートシンク７５との間を断熱した状態）から、第５の状態（ＭＣＭ２５から第２のヒートシンク７５への第４の方向の伝熱を許容する状態）に切り替わり、ＭＣＭ２５の熱が第２のペルチェ素子５０を介して第２のヒートシンク７５に移動する。この際、本実施形態では、ヒートパイプ２６がＭＣＭ２５を貫通しているので、当該ヒートパイプ２６によって、ＭＣＭ２５全体から第２のヒートシンク７５に熱が瞬時に輸送される。
【００９０】
図１０（ａ）に示すように、収容部２０の第２の空間２４には空気調和装置１の内側循環路３によって内気が流入しており、高温となった第２のヒートシンク７５に内気が接触することで、第２のヒートシンク７５の熱が内気に移動して内気が温められる。そして、第２のヒートシンク７５により温められた内気は、内側循環路３を介して室内に供給される。一方、ＭＣＭ２５は、発熱とほぼ同時に、ヒートパイプ２６及び第２のペルチェ素子５０を介して、第２のヒートシンク７５に連続的に熱を奪われるので、結果的に、ＭＣＭ２５の温度は、当該ＭＣＭ２５のキュリー温度でほぼ一定に維持される。
【００９１】
次いで、図１０（ｂ）に示すように、制御装置９０がコイル３０への通電を停止して、ＭＣＭ２５に印加されていた磁場を除去する。この磁場除去によって、電子スピンが乱雑となりＭＣＭ２５の磁気エントロピーが増加し、当該ＭＣＭ２５が吸熱する。また、これと同時に、第２のペルチェ素子５０への通電も停止する。
【００９２】
これとほぼ同時に、図１１（ａ）に示すように、第１のペルチェ素子４０に通電し、第１の主面４１を吸熱面として機能させると共に、第２の主面４２を放熱面として機能させる。これにより、図１１（ｂ）に示すように、第１のペルチェ素子４０が、第３の状態（ＭＣＭ２５と第１のヒートシンク７０を熱的に絶縁した状態）から、第２の状態（第１のヒートシンク７０からＭＣＭ２５への第２の方向の伝熱を許容する状態）に切り替わり、第１のヒートシンク７０の熱が第１のペルチェ素子４０を介してＭＣＭ２５に移動する。この際、本実施形態では、ヒートパイプ２６がＭＣＭ２５を貫通しているので、当該ヒートパイプ２６によって、第１のヒートシンク７０からＭＣＭ２５全体に熱が瞬時に輸送される。
【００９３】
図１１（ｃ）に示すように、収容部２０の第１の空間２３には空気調和装置１の外側循環路２によって外気が流入しており、低温となった第１のヒートシンク７０が外気に接触することで、外気の熱が第１のヒートシンク７０に移動して外気が冷やされる。そして、第１のヒートシンク７０により冷却された外気は、外側循環路２を介して室外に排出される。一方、ＭＣＭ２５は、ヒートパイプ２６及び第１のペルチェ素子４０を介して、第１のヒートシンク７０から連続的に吸熱するので、結果的に、ＭＣＭ２５の温度は、当該ＭＣＭ２５のキュリー温度でほぼ一定に維持される。
【００９４】
以上のように、本実施形態における暖房動作時の磁気ヒートポンプ装置１０は、図１２に示すように、ＭＣＭ２５の磁気熱量効果を利用して、外気から吸熱してその熱を内気に排出することで室内の温度を加熱する。そして、この磁気ヒートポンプ装置１０は、図９（ａ）〜図１１（ｃ）の動作を繰り返すことで、室内の温度を所望の温度まで暖める。
【００９５】
この際、上述の従来構造では、冷却水循環路や温水循環路を介して熱交換部と伝熱を行うため、動作の繰り返し周期の短縮化が妨げられている。これに対し、本実施形態では、従来構造のような流体循環システムを介さずに、ペルチェ素子４０，５０を介してＭＣＭ２５とヒートシンク７０，７５の間で伝熱を行うため、動作の繰り返し周期を顕著に短くすることができる。
【００９６】
また、上述した図５（ａ）〜図７（ｃ）及び図８に示す例では、両方のペルチェ素子４０，５０の第１の主面４１，５１を放熱面として機能させ、第２の主面４２，５２を吸熱面として機能させることで、空気調和装置１を冷房装置として機能させている。
【００９７】
これに対し、上述した図９（ａ）〜図１１（ｃ）及び図１２に示す例では、第１及び第２のペルチェ素子４０，５０の第１の主面４１，５１を吸熱面として機能させ、第２の主面４２，５２を放熱面として機能させることで、空気調和装置１を暖房装置として機能させている。
【００９８】
すなわち、本実施形態では、単に第１及び第２のペルチェ素子４０，５０を流れる電流の向きを切り替えるだけで、空気調和装置１の冷房／暖房を容易に切り替えることができる。このため、従来構造のような流路切換弁が不要となるので、空気調和装置１の構成が一層簡素化される。
【００９９】
また、上述の従来構造では、磁気熱量効果材料に対して磁場を印加したり除去する永久磁石を回転させるためにモータを必要とする。これに対し、本実施形態では、コイル３０を用いた電磁石によりＭＣＭ２５に磁場を印加したり除去するので、モータのような回転機構が不要となり、磁場ヒートポンプ装置１０の構造を一層簡素化することができる。
【０１００】
また、本実施形態では、磁場除去によりＭＣＭ２５を吸熱させる際に第１のペルチェ素子４０への通電を停止したり、磁場印加によりＭＣＭ２５を発熱させる際に第２のペルチェ素子５０への通電を停止させることで、消費電力の低減を図ることもできる。
【０１０１】
なお、第１及び第２のペルチェ素子４０，５０の通電制御は上記に特に限定されない。例えば、第１及び第２のペルチェ素子４０，５０に対して常時通電してもよい。
【０１０２】
具体的には、第１及び第２のペルチェ素子４０，５０を常時通電させて冷房を行う場合には、例えば、第１のペルチェ素子４０の第１の主面４１の温度が外気温度よりも相対的に高くなると共に、第２の主面４２の温度がＭＣＭ２５の温度よりも相対的に低くなるように、第１のペルチェ素子４０を制御する。また、第２のペルチェ素子５０の第１の主面５１の温度がＭＣＭ２５の温度よりも相対的に高くなると共に、第２の主面５２の温度が内気温度よりも相対的に低くなるように、第２のペルチェ素子５０を制御する。
【０１０３】
これに対し、第１及び第２のペルチェ素子４０，５０を常時通電させて暖房を行う場合には、例えば、第１のペルチェ素子４０の第１の主面４１の温度が外気温度よりも相対的に低くなると共に、第２の主面４２の温度がＭＣＭ２５の温度よりも相対的に高くなるように、第１のペルチェ素子４０を制御する。また、第２のペルチェ素子５０の第１の主面５１の温度がＭＣＭ２５の温度よりも相対的に低くなると共に、第２の主面５２の温度が内気温度よりも相対的に高くなるように、第２のペルチェ素子５０を制御する。
【０１０４】
さらに、本実施形態における磁気ヒートポンプ装置１０は、コイル３０によるＭＣＭ２５への磁場の印加を開始する前に、以下のような制御（以下単に「スタートアップ制御」とも称する。）を行うことで、ＭＣＭ２５の温度をキュリー温度に近づける。
【０１０５】
以下に、このスタートアップ制御について、図１３〜図１５を参照しながら説明する。
【０１０６】
図１３は本実施形態におけるスタートアップ制御を示すフローチャート、図１４（ａ）〜図１４（ｄ）は図１３のステップＳ３０におけるペルチェ素子の制御の例をそれぞれ示す概略図、図１５（ａ）〜図１５（ｄ）は、図１３のステップＳ４０におけるペルチェ素子の制御の例をそれぞれ示す概略図である。
【０１０７】
なお、図１４（ａ）〜図１５（ｄ）は、空気調和装置１における室外（外気）、第１のペルチェ素子４０の第１及び第２の主面４１，４２、ＭＣＭ２５、第２のペルチェ素子５０の第１及び第２の主面５１，５２、及び、室内（内気）の温度の関係を示した概略図である。
【０１０８】
先ず、図１３のステップＳ１０において、制御装置９０は、温度センサ２７からの出力に基づいて、ＭＣＭ２５の温度が下記の（８）式を満たすか否かを判定する。
【０１０９】
ＴＣ−５≦ＴＭＣＭ≦ＴＣ＋５  …  （８）
【０１１０】
但し、上記の（８）式において、ＴＣは、ＭＣＭ２５のキュリー温度であり、ＴＭＣＭは、ＭＣＭ２５の温度である。
【０１１１】
このステップＳ１０において、ＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭが上記の（８）式を満たすと判定された場合（ステップＳ１０にてＹＥＳ）には、ＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭが既にキュリー温度ＴＣ付近にあるので、図１３に示すスタートアップ制御を終了し、上述の冷房制御（図５（ａ）〜７（ｃ）参照）或いは暖房制御（図９（ａ）〜図１１（ｃ））を開始する。
【０１１２】
これに対し、ステップＳ１０において、上記の（８）式を満たさないと判定された場合（ステップＳ１０にてＮＯ）には、ステップＳ２０において、ＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭが下記の（９）式を満たすか否かを判定する。
【０１１３】
ＴＭＣＭ＞ＴＣ＋５  …  （９）
【０１１４】
このステップＳ２０において、ＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭが上記の（９）式を満たすと判定された場合（ステップＳ２０にてＹＥＳ）には、ステップＳ３０において、制御装置９０は、温度センサ２７，４５，４６，５６，８７，８８からの出力に基づいて、下記の（１０）〜（１２）式を満たすように、第１及び第２のペルチェ素子４０，５０を制御する。
【０１１５】
ＴＰ１＞ＴＦ１  …  （１０）
ＴＰ２＜ＴＭＣＭ  …  （１１）
ＴＰ４＝ＴＦ２  …  （１２）
【０１１６】
但し、上記の（１０）〜（１２）式において、ＴＰ１は、第１のペルチェ素子４０の第１の主面４１の温度であり、ＴＰ２は、第１のペルチェ素子４０の第２の主面４２の温度であり、ＴＰ４は、第２のペルチェ素子５０の第２の主面５２の温度であり、ＴＦ１は、外気の温度であり、ＴＦ２は、内気の温度である。
【０１１７】
上記の（１０）〜（１２）式を満たすように、制御装置９０が第１及び第２のペルチェ素子４０，５０を制御することで、ＭＣＭ２５の温度をキュリー温度ＴＣ付近にすることができ、磁気熱量効果を効果的に得ることができる。
【０１１８】
なお、このステップＳ３０において、上記の（１２）式に代えて、温度センサ２７，５５からの出力に基づいて、下記の（１３）式を満たすように、制御装置９０が第２のペルチェ素子５０を制御してもよい。これにより、ＭＣＭ２５と内気との間を断熱することができる。但し、下記の（１３）式において、ＴＰ３は、第２のペルチェ素子５０の第１の主面５１の温度である。
【０１１９】
ＴＰ３＝ＴＭＣＭ  …  （１３）
【０１２０】
或いは、ステップＳ３０において、ＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭと内気の温度ＴＦ２が実質的に同一である場合（ＴＭＣＭ＝ＴＦ２）には、上記の（１２）式に代えて、制御装置９０が第２のペルチェ素子５０への通電を停止してもよい。これにより、ＭＣＭ２５と内気との間を断熱することができると共に、消費電力の低減を図ることができる。
【０１２１】
具体的には、例えば、図１４（ａ）に示す例では、ＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭが４０℃でありキュリー温度ＴＣよりも高く（ＴＭＣＭ＞ＴＣ）、外気の温度ＴＦ１が４０℃であり、内気の温度ＴＦ２も４０℃となっている。なお、図１４（ａ）〜図１４（ｄ）に示す例において、キュリー温度は、例えば２０℃である。
【０１２２】
この場合には、第１のペルチェ素子４０の第１の主面４１の温度ＴＰ１を、例えば６０℃にして、外気の温度ＴＦ１よりも高くする（ＴＰ１＞ＴＦ１）と共に、第１のペルチェ素子４０の第２の主面４２の温度ＴＰ２を、例えば２０℃にして、ＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭよりも低くする（ＴＰ２＜ＴＭＣＭ）。これにより、上述の第１の方向に沿った一方向の伝熱のみが許容され、ＭＣＭ２５から外気に放熱され、ＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭが低下してキュリー温度ＴＣに近づく。
【０１２３】
一方、第２のペルチェ素子５０の第２の主面５２の温度ＴＰ４を、例えば４０℃にして、内気の温度ＴＦ２と実質的に同一とする（ＴＰ４＝ＴＦ２）。これにより、収容空間２１と内気とが断熱されるので、室内からＭＣＭ２５への熱の流入を防止することができる。
【０１２４】
また、例えば、図１４（ｂ）に示す例では、ＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭが４０℃でありキュリー温度ＴＣよりも高く（ＴＭＣＭ＞ＴＣ）、外気の温度ＴＦ１が４０℃であり、内気の温度ＴＦ２が１０℃となっている。
【０１２５】
この場合にも、第１のペルチェ素子４０の第１の主面４１の温度ＴＰ１を、例えば６０℃にして、外気の温度ＴＦ１よりも高くする（ＴＰ１＞ＴＦ１）と共に、第１のペルチェ素子４０の第２の主面４２の温度ＴＰ２を、例えば２０℃にして、ＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭよりも低くする（ＴＰ２＜ＴＭＣＭ）。これにより、ＭＣＭ２５から外気に放熱され、ＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭが低下してキュリー温度ＴＣに近づく。
【０１２６】
一方、第２のペルチェ素子５０の第２の主面５２の温度ＴＰ４を、例えば１０℃にして、内気の温度ＴＦ２と実質的に同一とする（ＴＰ４＝ＴＦ２）。これにより、収容空間２１と内気とが断熱されるので、ＭＣＭ２５から室内への熱の流出を防止することができる。
【０１２７】
また、例えば、図１４（ｃ）に示す例では、ＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭが４０℃でありキュリー温度ＴＣよりも高く（ＴＭＣＭ＞ＴＣ）、外気の温度ＴＦ１が１０℃であり、内気の温度ＴＦ２が４０℃となっている。
【０１２８】
この場合には、第１のペルチェ素子４０の第１の主面４１の温度ＴＰ１を、例えば４０℃にして、外気の温度ＴＦ１よりも高くする（ＴＰ１＞ＴＦ１）と共に、第１のペルチェ素子４０の第２の主面４２の温度ＴＰ２を、例えば２０℃にして、ＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭよりも低くする（ＴＰ２＜ＴＭＣＭ）。これにより、ＭＣＭ２５から外気に放熱され、ＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭが低下してキュリー温度ＴＣに近づく。
【０１２９】
一方、第２のペルチェ素子５０の第２の主面５２の温度ＴＰ４を、例えば４０℃にして、内気の温度ＴＦ２と実質的に同一とする（ＴＰ４＝ＴＦ２）。これにより、収容空間２１と内気とが断熱されるので、室内からＭＣＭ２５への流入を防止することができる。
【０１３０】
さらに、例えば、図１４（ｄ）に示す例では、ＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭが４０℃でありキュリー温度ＴＣよりも高く（ＴＭＣＭ＞ＴＣ）、外気の温度ＴＦ１が１０℃であり、内気の温度ＴＦ２も１０℃となっている。
【０１３１】
この場合にも、第１のペルチェ素子４０の第１の主面４１の温度ＴＰ１を、例えば４０℃にして、外気の温度ＴＦ１よりも高くする（ＴＰ１＞ＴＦ１）と共に、第１のペルチェ素子４０の第２の主面４２の温度ＴＰ２を、例えば２０℃にして、ＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭよりも低くする（ＴＰ２＜ＴＭＣＭ）。これにより、ＭＣＭ２５から外気に放熱され、ＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭが低下してキュリー温度ＴＣに近づく。
【０１３２】
一方、第２のペルチェ素子５０の第２の主面５２の温度ＴＰ４を、例えば１０℃にして、内気の温度ＴＦ２と実質的に同一とする（ＴＰ４＝ＴＦ２）。これにより、収容空間２１と内気とが断熱されるので、ＭＣＭ２５から室内への熱の流出を防止することができる。
【０１３３】
図１３のステップＳ２０において、ＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭが上記の（９）式を満たさないと判定された場合（ステップＳ２０にてＮＯ）には、ステップＳ４０において、制御装置９０は、温度センサ２７，４５，４６，５６，８７，８８からの出力に基づいて、下記の（１４）〜（１６）式を満たすように、第１及び第２のペルチェ素子４０，５０を制御する。
【０１３４】
ＴＰ１＜ＴＦ１  …  （１４）
ＴＰ２＞ＴＭＣＭ  …  （１５）
ＴＰ４＝ＴＦ２  …  （１６）
【０１３５】
上記の（１４）〜（１６）式を満たすように、制御装置９０が第１及び第２のペルチェ素子４０，５０を制御することで、ＭＣＭ２５の温度をキュリー温度ＴＣ付近にすることができ、磁気熱量効果を効果的に得ることができる。
【０１３６】
なお、このステップＳ４０において、上記の（１６）式に代えて、温度センサ２７，５５からの出力に基づいて、下記の（１７）式を満たすように、制御装置９０が第２のペルチェ素子５０を制御してもよい。これにより、ＭＣＭ２５と内気との間を断熱することができる。
【０１３７】
ＴＰ３＝ＴＭＣＭ  …  （１７）
【０１３８】
或いは、このステップＳ４０において、ＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭと内気の温度ＴＦ２が実質的に同一である場合（ＴＭＣＭ＝ＴＦ２）には、上記の（１６）式に代えて、制御装置９０が第２のペルチェ素子５０への通電を停止してもよい。これにより、ＭＣＭ２５と内気との間を断熱することができると共に、消費電力の低減を図ることができる。
【０１３９】
具体的には、例えば、図１５（ａ）に示す例では、ＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭが１０℃でありキュリー温度ＴＣよりも低く（ＴＭＣＭ＜ＴＣ）、外気の温度ＴＦ１が４０℃であり、内気の温度ＴＦ２も４０℃となっている。なお、図１５（ａ）〜図１５（ｄ）に示す例において、キュリー温度は、例えば２０℃である。
【０１４０】
この場合には、第１のペルチェ素子４０の第１の主面４１の温度ＴＰ１を、例えば１０℃にして、外気の温度ＴＦ１よりも低くする（ＴＰ１＜ＴＦ１）と共に、第１のペルチェ素子４０の第２の主面４２の温度ＴＰ２を、例えば２０℃にして、ＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭよりも高くする（ＴＰ２＞ＴＭＣＭ）。これにより、上述の第２の方向に沿った一方向の伝熱のみが許容され、ＭＣＭ２５が外気から吸熱し、ＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭが上昇してキュリー温度ＴＣに近づく。
【０１４１】
一方、第２のペルチェ素子５０の第２の主面５２の温度ＴＰ４を、例えば４０℃にして、内気の温度ＴＦ２と実質的に同一とする（ＴＰ４＝ＴＦ２）。これにより、収容空間２１と内気とが断熱されるので、室内からＭＣＭ２５への熱の流入を防止することができる。
【０１４２】
また、例えば、図１５（ｂ）に示す例では、ＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭが１０℃でありキュリー温度ＴＣよりも低く（ＴＭＣＭ＜ＴＣ）、外気の温度ＴＦ１が４０℃であり、内気の温度ＴＦ２が１０℃となっている。
【０１４３】
この場合にも、第１のペルチェ素子４０の第１の主面４１の温度ＴＰ１を、例えば１０℃にして、外気の温度ＴＦ１よりも低くする（ＴＰ１＜ＴＦ１）と共に、第１のペルチェ素子４０の第２の主面４２の温度ＴＰ２を、例えば２０℃にして、ＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭよりも高くする（ＴＰ２＞ＴＭＣＭ）。これにより、ＭＣＭ２５が外気から吸熱し、ＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭが上昇してキュリー温度ＴＣに近づく。
【０１４４】
一方、第２のペルチェ素子５０の第２の主面５２の温度ＴＰ４を、例えば１０℃にして、内気の温度ＴＦ２と実質的に同一とする（ＴＰ４＝ＴＦ２）。これにより、収容空間２１と内気とが断熱されるので、ＭＣＭ２５から室内への熱の流出を防止することができる。
【０１４５】
また、例えば、図１５（ｃ）に示す例では、ＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭが１０℃でありキュリー温度ＴＣよりも低く（ＴＭＣＭ＜ＴＣ）、外気の温度ＴＦ１が１０℃であり、内気の温度ＴＦ２が４０℃となっている。
【０１４６】
この場合には、第１のペルチェ素子４０の第１の主面４１の温度ＴＰ１を、例えば０℃にして、外気の温度ＴＦ１よりも低くする（ＴＰ１＜ＴＦ１）と共に、第１のペルチェ素子４０の第２の主面４２の温度ＴＰ２を、例えば２０℃にして、ＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭよりも高くする（ＴＰ２＞ＴＭＣＭ）。これにより、ＭＣＭ２５が外気から吸熱し、ＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭが低下してキュリー温度ＴＣに近づく。
【０１４７】
一方、第２のペルチェ素子５０の第２の主面５２の温度ＴＰ４を、例えば４０℃にして、内気の温度ＴＦ２と実質的に同一とする（ＴＰ４＝ＴＦ２）。これにより、収容空間２１と内気とが断熱されるので、室内からＭＣＭ２５への熱の流入を防止することができる。
【０１４８】
さらに、例えば、図１５（ｄ）に示す例では、ＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭが１０℃でありキュリー温度ＴＣよりも低く（ＴＭＣＭ＜ＴＣ）、外気の温度ＴＦ１が１０℃であり、内気の温度ＴＦ２も１０℃となっている。
【０１４９】
この場合にも、第１のペルチェ素子４０の第１の主面４１の温度ＴＰ１を、例えば０℃にして、外気の温度ＴＦ１よりも低くする（ＴＰ１＜ＴＦ１）と共に、第１のペルチェ素子４０の第２の主面４２の温度ＴＰ２を、例えば２０℃にして、ＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭよりも高くする（ＴＰ２＞ＴＭＣＭ）。これにより、ＭＣＭ２５が外気から吸熱し、ＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭが上昇してキュリー温度ＴＣに近づく。
【０１５０】
一方、第２のペルチェ素子５０の第２の主面５２の温度ＴＰ４を、例えば１０℃にして、内気の温度ＴＦ２と実質的に同一とする（ＴＰ４＝ＴＦ２）。これにより、収容空間２１と内気とが断熱されるので、ＭＣＭ２５から室内への熱の流出を防止することができる。
【０１５１】
本実施形態では、図１３のステップＳ１０でＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭが上記の（８）式を満たすまで、以上に説明したスタートアップ制御を繰り返す。そして、ステップＳ１０にてＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭが上記の（８）式を満たすと判定されたら、スタートアップ制御を終了し、上述の冷房制御（図５（ａ）〜７（ｃ）参照）或いは暖房制御（図９（ａ）〜図１１（ｃ））を開始する。
【０１５２】
なお、上述のステップＳ１０において、ＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭと比較する温度は、上記の値（ＴＣ＋５［℃］）に限定されない。例えば、ステップＳ１０において、ＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭをキュリー温度ＴＣと比較してもよい。この場合には、ステップＳ２０においても、ＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭとキュリー温度ＴＣを比較する。
【０１５３】
さらに、上述の図１４（ａ）〜図１５（ｄ）に記載の温度ＴＦ１，ＴＰ１，ＴＰ２，ＴＭＣＭ，ＴＰ３，ＴＰ４，ＴＦ２の数値は一例に過ぎず、特にこれらに限定されない。
【０１５４】
以上のように、本実施形態では、ＭＣＭ２５への磁場印加開始前に、第１のペルチェ素子４０によりＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭをキュリー温度ＴＣ付近に調整することができるので、磁気熱量効果を効果的に得ることができる。
【０１５５】
また、本実施形態では、ＭＣＭ２５の温度ＴＭＣＭをキュリー温度ＴＣ付近に調整するので、異なるキュリー温度を有する複数のＭＣＭを用いる必要がなく、磁気ヒートポンプ装置１０に１種類のＭＣＭ２５のみを使用すればよいので、ＭＣＭ２５の重量に対する磁気熱量効果の発生効率に優れている。
【０１５６】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【０１５７】
上述の第１実施形態では、直線円筒状の収容部２０の両端にペルチェ素子４０，５０とヒートシンク７０，７５が配置されているが、収容部２０の形状やペルチェ素子４０，５０の配置は特にこれに限定されない。
【０１５８】
例えば、収容部２０をＬ型としてその両端にペルチェ素子４０，５０とヒートシンク７０，７５を配置してもよい。或いは、収容部２０をＵ型としてその両端にペルチェ素子４０，５０とヒートシンク７０，７５を配置してもよい。
【０１５９】
また、上述の実施形態では、磁場変更手段としてコイル３０を用いた例について説明したが、コイル３０を用いた電磁石に代えて、図１６や図１７に示すように永久磁石を用いてもよい。
【０１６０】
図１６は本発明の第２実施形態における磁気ヒートポンプ装置の構成を示す断面図である。図１６に示すように、コイル３０を用いた電磁石に代えて、永久磁石１００を水平移動機構１１０により往復移動させることで、ＭＣＭ２５に磁場を印加したり除去してもよい。
【０１６１】
図１７は本発明の第３実施形態における磁気ヒートポンプ装置の構成を示す概略斜視図である。或いは、図１７に示すように、複数の磁気ヒートポンプ装置１０を回転機構１２０により回転させると共に、回転移動中に磁気ヒートポンプ装置１０が永久磁石１００の間を通過させることで、ＭＣＭ２５に磁場を印加したり除去してもよい。
【０１６２】
また、上述の実施形態では、磁気ヒートポンプ装置を家庭用或いは自動車用の空気調和装置に適用した例について説明したが、特にこれに限定されない。例えば、用途に応じた適切なキュリー温度を有するＭＣＭを選定することで、冷凍機のような極低温域での用途、或いは、ある程度高温域での用途に、本発明に係る磁気ヒートポンプ装置を適用してもよい。
【符号の説明】
【０１６３】
１…空気調和装置
２…外側循環路
３…内側循環路
１０…磁気ヒートポンプ装置
２０…収容部
２１…収容空間
２１１…第１の開口
２１２…第２の開口
２２…第１の支持部材
２２１…開口
２３…第２の支持部材
２３１…開口
２４…第３の支持部材
２４１…開口
２５…ＭＣＭ
２６…ヒートパイプ
２７…温度センサ
２８…保持部材
３０…コイル
４０…第１のペルチェ素子
４１…第１の主面
４２…第２の主面
４５…第１の温度センサ
４６…第２の温度センサ
５０…第２のペルチェ素子
５１…第１の主面
５２…第２の主面
５５…第１の温度センサ
５６…第２の温度センサ
６０…第３のペルチェ素子
６１…第１の主面
６２…第２の主面
７０…第１のヒートシンク
７１…フィン
７５…第２のヒートシンク
７６…フィン
８０…ハウジング
８１…第１の端部
８２…第２の端部
８３…第１の空間
８４…第２の空間
８５…第１の開口
８６…第２の開口
８７…第１の温度センサ
８８…第２の温度センサ
９０…制御装置
１００…永久磁石
１１０…移動機構
１２０…回転機構
【図１】
2016011799.tif 000003
【図２】
2016011799.tif 000004
【図３】
2016011799.tif 000005
【図４】
2016011799.tif 000006
【図５】
2016011799.tif 000007
【図６】
2016011799.tif 000008
【図７】
2016011799.tif 000009
【図８】
2016011799.tif 000010
【図９】
2016011799.tif 000011
【図１０】
2016011799.tif 000012
【図１１】
2016011799.tif 000013
【図１２】
2016011799.tif 000014
【図１３】
2016011799.tif 000015
【図１４】
2016011799.tif 000016
【図１５】
2016011799.tif 000017
【図１６】
2016011799.tif 000018
【図１７】
2016011799.tif 000019