(57)【要約】【課題】熱交換効率の向上を図ることが可能な熱交換部を提供する。【解決手段】磁気ヒートポンプ装置１に用いられるＭＣＭ熱交換器１０は、磁気熱量効果を有する磁気熱量効果材料１２と、磁気熱量効果材料１２を収容する容器１５と、を備えており、容器１５は、液体媒体が容器１５に流入し又は容器１５から流出する第１の開口１６１と、液体媒体が容器１５から流出し又は容器１５に流入する第２の開口１７１と、を有しており、第１の開口１６１から第２の開口１７１に向かう方向ＣＬに沿った磁気熱量効果材料１２の長さは、第１の開口１６１と第２の開口１７１とを結ぶ仮想直線ＶＬの最も近くで、最も長くなっている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気ヒートポンプ装置に用いられる熱交換器であって、
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を収容する容器と、を備えており、
前記容器は、
流体が前記容器に流入し又は前記容器から流出する第１の開口と、
前記流体が前記容器から流出し又は前記容器に流入する第２の開口と、を有しており、
前記第１の開口から前記第２の開口に向かう第１の方向に沿った前記磁気熱量効果材料の長さは、前記第１の開口と前記第２の開口とを結ぶ仮想直線の最も近くで、最も長くなっている熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器であって、
前記第１の方向に沿った前記磁気熱量効果材料の長さは、前記仮想直線に近づくに従って漸次的又は段階的に長くなっている熱交換器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の熱交換器であって、
前記熱交換器は、前記磁気熱量効果材料から構成された複数の板材を備え、
複数の前記板材は、相互に間隔を空けて配置され又は相互に積層され、且つ、前記板材の延在方向が前記第１の方向と実質的に平行となるように前記容器に収容されており、
前記第１の方向に沿った前記磁気熱量効果材料の長さは、前記板材の前記第１の方向に沿った長さである熱交換器。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の熱交換器であって、
前記熱交換器は、前記磁気熱量効果材料から構成された複数の線材を備え、
複数の前記線材は、相互に束ねられていると共に、前記線材の延在方向が前記第１の方向と実質的に平行となるように前記容器に収容されており、
前記第１の方向に沿った前記磁気熱量効果材料の長さは、前記線材の前記第１の方向に沿った長さである熱交換器。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の熱交換器であって、
前記熱交換器は、前記磁気熱量効果材料から構成され、前記容器に充填された複数の粒材を備えており、
前記第１の方向に沿った前記磁気熱量効果材料の長さは、前記第１の方向に沿って連なる複数の前記粒材の長さである熱交換器。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱交換器であって、
前記容器は、
前記第１の開口に向かって先細となる筒状の第１のテーパ部と、
前記第２の開口に向かって先細となる筒状の第２のテーパ部と、
前記第１のテーパ部と前記第２のテーパ部を接続する筒状の胴部と、を含む熱交換器。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の熱交換器であって、
前記第１の方向において、前記第１の開口と前記第２の開口が重複している熱交換器。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の少なくとも一つの熱交換器と、
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、
配管を介して前記容器にそれぞれ接続された第１及び第２の外部熱交換器と、
前記磁場変更手段の動作に連動して前記容器から前記第１又は前記第２の外部熱交換器に前記流体を供給する流体供給手段と、を備えた磁気ヒートポンプ装置。
【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に用いられる熱交換器、及び、その熱交換器を備えた磁気ヒートポンプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
略球状の粒子である磁気冷凍用磁性材料が充填された熱交換容器を備えた磁気冷凍デバイスが知られている（例えば、特許文献１（段落［００３８］〜［００３９］、図２）参照）。この熱交換容器は、配管を介して低温側熱交換部に接続された一方の開口と、別の配管を介して高温側熱交換部に接続された他方の開口と、を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−７７４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の熱交換容器の断面積は、それぞれの開口の断面積と比較して相対的に大きくなっている。このため、開口の中心軸から離れるに従って液体冷媒の流速が遅くなり、液体冷媒が熱交換容器の内部を均一に流れず、熱交換効率が低下してしまう、という問題がある。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、熱交換効率の向上を図ることが可能な熱交換部、及び、それを備えた磁気ヒートポンプ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］本発明に係る熱交換器は、磁気ヒートポンプ装置に用いられる熱交換器であって、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を収容する容器と、を備えており、前記容器は、流体が前記容器に流入し又は前記容器から流出する第１の開口と、前記流体が前記容器から流出し又は前記容器に流入する第２の開口と、を有しており、前記第１の開口から前記第２の開口に向かう第１の方向に沿った前記磁気熱量効果材料の長さは、前記第１の開口と前記第２の開口とを結ぶ仮想直線の最も近くで、最も長くなっている熱交換器である。
【０００７】
［２］上記発明において、前記第１の方向に沿った前記磁気熱量効果材料の長さは、前記仮想直線に近づくに従って漸次的又は段階的に長くなっていてもよい。
【０００８】
［３］上記発明において、前記熱交換器は、前記磁気熱量効果材料から構成された複数の板材を備え、複数の前記板材は、相互に間隔を空けて配置され又は相互に積層され、且つ、前記板材の延在方向が前記第１の方向と実質的に平行となるように前記容器に収容されており、前記第１の方向に沿った前記磁気熱量効果材料の長さは、前記板材の前記第１の方向に沿った長さであってもよい。
【０００９】
［４］上記発明において、前記仮想直線の最も近くに位置する前記板材の前記第１の方向に沿った長さは、複数の前記板材の中で、最も長くなっていてもよい。
【００１０】
［５］上記発明において、複数の前記板材の前記第１の方向に沿った長さは、前記仮想直線に近づくに従って漸次的又は段階的に長くなっていてもよい。
【００１１】
［６］上記発明において、前記熱交換器は、前記磁気熱量効果材料から構成された複数の線材を備え、複数の前記線材は、相互に束ねられていると共に、前記線材の延在方向が前記第１の方向と実質的に平行となるように前記容器に収容されており、前記第１の方向に沿った前記磁気熱量効果材料の長さは、前記線材の前記第１の方向に沿った長さであってもよい。
【００１２】
［７］上記発明において、前記仮想直線の最も近くに位置する前記線材の前記第１の方向に沿った長さは、複数の前記線材の中で、最も長くなっていてもよい。
【００１３】
［８］上記発明において、複数の前記線材の前記第１の方向に沿った長さは、前記仮想直線に近づくに従って漸次的又は段階的に長くなっていてもよい。
【００１４】
［９］上記発明において、前記熱交換器は、前記磁気熱量効果材料から構成され、前記容器に充填された複数の粒材を備えており、前記第１の方向に沿った前記磁気熱量効果材料の長さは、前記第１の方向に沿って連なる複数の前記粒材の長さであってもよい。
【００１５】
［１０］上記発明において、前記第１の方向に沿って連なる複数の前記粒材の長さは、前記仮想直線の最も近くで、最も長くなっていてもよい。
【００１６】
［１１］上記発明において、前記第１の方向に沿って連なる複数の前記粒材の長さは、前記仮想直線に近づくに従って漸次的又は段階的に長くなっていてもよい。
【００１７】
［１２］上記発明において、前記容器は、前記第１の開口に向かって先細となる筒状の第１のテーパ部と、前記第２の開口に向かって先細となる筒状の第２のテーパ部と、前記第１のテーパ部と前記第２のテーパ部を接続する筒状の胴部と、を含んでもよい。
【００１８】
［１３］上記発明において、前記第１の方向において、前記第１の開口と前記第２の開口が重複していてもよい。
【００１９】
［１４］本発明に係る磁気ヒートポンプ装置は、上記の少なくとも一つの熱交換器と、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、配管を介して前記容器にそれぞれ接続された第１及び第２の外部熱交換器と、前記磁場変更手段の動作に連動して前記容器から前記第１又は前記第２の外部熱交換器に前記流体を供給する流体供給手段と、を備えた磁気ヒートポンプ装置である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、第１の方向に沿った磁気熱量効果材料の長さが仮想直線の最も近くで最も長くなっている。これにより、容器内での流体の流速の均一化が図られるので、熱交換器の熱交換効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の実施形態における磁気ヒートポンプ装置の全体構成を示す図であり、ピストンが第１の位置にある状態を示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態における磁気ヒートポンプ装置の全体構成を示す図であり、ピストンが第２の位置にある状態を示す図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態におけるＭＣＭ熱交換器の断面図であり、液体媒体の流通方向に沿って切断した図である。
【図４】図４は、図３のIV-IV線に沿った断面図である。
【図５】図５は、図３のV-V線に沿った断面図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態における板材の変形例を示す斜視図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態における板材の別の変形例を示す斜視図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態におけるＭＣＭ熱交換の第１の変形例を示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態におけるＭＣＭ熱交換器の第２の変形例を示す断面図であり、液体媒体の流通方向に沿って切断した図である。
【図１０】図１０は、図９のX-X線に沿った断面図である。
【図１１】図１１は、図９のXI-XI線に沿った断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施形態におけるMCM熱交換器の第３の変形例を示す断面図であり、液体媒体の流通方向に沿って切断した図である。
【図１３】図１３は、図１２のXIII-XIII線に沿った断面図である。
【図１４】図１４は、図１２のXIV-XIV線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１及び図２は本実施形態における磁気ヒートポンプ装置の全体構成を示す図、図３〜図５は本実施形態におけるＭＣＭ熱交換器を示す図である。
【００２４】
本実施形態における磁気ヒートポンプ装置１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、第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０と、ピストン３０と、永久磁石４０と、低温側熱交換器５０と、高温側熱交換器６０と、ポンプ７０と、配管８１〜８４と、切替弁９０と、を備えている。
【００２５】
本実施形態における第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０が本発明における熱交換器の一例に相当し、本実施形態におけるピストン３０及び永久磁石４０が本発明における磁気変更手段の一例に相当し、低温側熱交換器５０及び高温側熱交換器６０が本発明における第１及び第２の外部熱交換器の一例に相当し、本実施形態における配管８１〜８４が本発明における配管の一例に相当し、本実施形態におけるポンプ７０及び切替弁９０が本発明における流体供給手段の一例に相当する。
【００２６】
第１のＭＣＭ熱交換器１０は、図３〜図５に示すように、複数の板材１２と、当該板材１２を収容する容器１５と、を備えている。なお、第１のＭＣＭ熱交換器１０の構造と、第２のＭＣＭ熱交換器２０の構造は同一であるので、以下に第１のＭＣＭ熱交換器１０の構成について詳細に説明し、第２のＭＣＭ熱交換器２０の構成については説明を省略する。
【００２７】
それぞれの板材１２は、磁気熱量効果を有する磁気熱量効果材料（ＭＣＭ：Magnetocaloric Effect Material）を塑性加工等により板状に形成した部材から構成されている。このＭＣＭから構成される板材１２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、当該板材１２は発熱して温度が上昇する。一方、板材１２から磁場を除去すると、電子スピンが乱雑となり磁気エントロピーが増加し、当該板材１２は吸熱して温度が低下する。なお、本実施形態における板状形状には、０．１ｍｍ程度の厚さの箔材も含む。
【００２８】
この板材１２を構成するＭＣＭ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。こうしたＭＣＭの具体例としては、例えば、ガドリニウム（Ｇｄ）、ガドリニウム合金、ランタン−鉄−シリコン（Ｌａ−Ｆｅ−Ｓｉ）系化合物等を例示することができる。
【００２９】
複数の板材１２は、図３〜図５に示すように、第１のＭＣＭ熱交換器１０の容器１５に収容されている。この容器１５の先端及び後端には第１及び第２の開口１６１，１７１がそれぞれ形成されている。容器１５の内部空間１５１は、第１の開口１６１を介して、第１の低温側配管８１に連通していると共に、第２の開口１７１を介して、第１の高温側配管８３に連通している。
【００３０】
この容器１５の内周面１５２には、複数の板材１２を支持する複数対の溝１５２ａ，１５２ｂが形成されている。複数の第１の溝１５２ａは、容器１５内における液体媒体の流通方向ＣＬ（すなわち、容器１５の第１の開口１６１から第２の開口１７１に向かう方向。図中のＸ方向）に対して実質的に平行に延在している直線状の溝である。この複数の第１の溝１５２ａは、容器１５の内周面１５２に、図中のＺ方向に実質的に等間隔に並んで配置されている。
【００３１】
複数の第２の溝１５２ｂも、上述の流通方向ＣＬに対して実質的に平行に延在している直線状の溝である。この複数の第２の溝１５２ｂは、第１の溝１５２ａに対向するように設けられており、容器１５の内周面１５２に、図中のＺ方向に実質的に等間隔に並んで配置されている。
【００３２】
複数の板材１２は、当該板材１２の延在方向が流通方向ＣＬに対して実質的に平行となるように（すなわち、当該板材１２の延在方向が図中のＸＹ平面方向に対して実質的に平行となるように）、容器１５の内部空間１５１に収容されている。そして、当該板材１２の一方の側端部が第１の溝１５２ａに挿入されていると共に、当該板材１２の他方の側端部が第２の溝１５２ｂに挿入されている。これにより、それぞれの板材１２が容器１５の内周面１５２により支持されている。
【００３３】
この際、上述のように、第１の溝１５２ａが実質的に等間隔に配置されていると共に、第２の溝１５２ｂも実質的に等間隔に配置されている。このため、複数の板材１２が内周面１５２に支持された状態において、相互に隣り合う板材１２同士の間に間隙１５３が形成されている。
【００３４】
図６は本実施形態における板材の変形例を示す図であり、図７は本実施形態における板材の別の変形例を示す図である。
【００３５】
なお、図６に示すように、板材１２Ｂが、折り曲げ部１２１で二つ折にされた形状を有してもよい。この場合には、折り曲げ部１２１が第１の溝１５２ａに挿入されると共に、板材１２Ｂにおいて折り曲げ部１２１とは反対側の側端部が第２の溝１５２ｂに挿入されることで、それぞれの板材１２Ｂが容器１５の内周面１５２に支持される。
【００３６】
また、図７に示すように、板材１２Ｃが、両方の側端部に折り曲げ部１２２，１２３をそれぞれ有してもよい。この場合には、複数の板材１２Ｃ同士を直接積層して積層体１１を構成し、当該積層体１１を容器１５の内部空間１５１に収容する。複数の板材１２Ｃを直接積層すると、折り曲げ部１２２，１２３によって、相互に隣り合う板材１２Ｂの間に間隙１２４が形成される。このため、容器１５の内周面１５２の溝１５２ａ，１５２ｂは不要となる。
【００３７】
図３〜図５に戻り、本実施形態における容器１５は、第１のテーパ部１６と、第２のテーパ部１７と、胴部１８と、から構成された紡錘型の形状を有している。なお、本実施形態では、容器１５が円形の断面形状を有しているが、特にこれに限定されず、例えば、容器１５が矩形の断面形状を有していてもよい。
【００３８】
第１のテーパ部１６は、第１の開口１６１に向かって直径が小さくなる円筒形状を有している。第２のテーパ部１７も、第２の開口１７１に向かって直径が小さくなる円筒形状を有している。第１のテーパ部１６の中心軸と第２のテーパ部１７の中心軸とが一致しており、上述の流通方向ＣＬに沿って見た場合に、第１の開口１６１の全体が、第２の開口１７１の全体と重複している。なお、流通方向ＣＬに沿って見た場合の第１の開口と第２の開口の位置関係は、第１の開口と第２の開口が部分的に重複していれば、特にこれに限定されない。
【００３９】
胴部１８は、同一の直径で軸方向（図中のＸ方向）に延在する直筒型の形状を有しており、第１のテーパ部１６と第２のテーパ部１７の間に介在して、第１及び第２のテーパ部１６，１７を接続している。この胴部１８は、上述の配管８１，８３の直径よりも大きな直径を有しており、特に限定されないが、例えば、配管８１，８３の直径に対して３倍程度の直径を有している。
【００４０】
そして、本実施形態における複数の板材１２は、容器１５の内部空間１５１の形状に対応した平面形状をそれぞれ有している。例えば、第１の開口１６１と第２の開口１７１を結ぶ仮想直線ＶＬに最も近い板材１２ａは、全ての板材１２の中で最も長い長さＬｍａｘを有している。これに対し、仮想直線ＶＬから最も遠い板材１２ｚは、全ての板材１２の中で最も短い長さＬｍｉｎを有している。
【００４１】
なお、本実施形態において、「仮想直線ＶＬに最も近い板材１２ａ」には、仮想直線ＶＬ上に位置する板材１２ａも含む。また、本実施形態における板材１２の流通方向ＣＬに沿った長さが、本発明における「第１の方向に沿った磁気熱量効果材料の長さ」の一例に相当する。
【００４２】
このように、本実施形態では、容器１５に収容された複数の板材１２の流通方向ＣＬに沿った長さが、仮想直線ＶＬに近づくに従って漸次的に長くなっている。このため、容器１５の内部空間１５１における仮想直線ＶＬに近い位置では、液体媒体の圧力損失が大きくなり当該液体媒体の流速が低下する。これに対し、容器１５の内部空間１５１における仮想直線ＶＬから離れた位置では、液体媒体の圧力損失が小さくなり当該液体媒体の流速が上昇する。これにより、容器１５内での液体媒体の流速の均一化が図られるので、第１のＭＣＭ熱交換器１０の熱交換効率が向上する。
【００４３】
なお、本例において、「容器１５の内部空間１５１における仮想直線ＶＬに近い位置」とは、仮想直線ＶＬを中心とした径方向（図中のＺ方向）において、内部空間１５１内での仮想直線ＶＬに近い位置を意味する。また、「容器１５の内部空間１５１における仮想直線ＶＬから離れた位置」とは、仮想直線ＶＬを中心とした径方向（図中のＺ方向）において、内部空間１５１内での仮想直線ＶＬから離れた位置を意味する。
【００４４】
図８は本実施形態におけるＭＣＭ熱交換器の第１の変形例を示す断面図である。
【００４５】
なお、図８に示すように、容器１５に収容された複数の板材１２の長さが、仮想直線ＶＬに近づくに従って段階的に長くなっていてもよい。この第１の変形例の場合にも、容器１５内での液体媒体の流速の均一化が図られるので、第１のＭＣＭ熱交換器１０の熱交換効率が向上する。
【００４６】
図９〜図１１は本実施形態におけるＭＣＭ熱交換器の第２の変形例を示す図である。
【００４７】
図９〜図１１に示すように、板材１２に代えて、複数の線材１３を容器１５に収容してもよい。この複数の線材１３は、相互に束ねられていると共に、当該線材１３の延在方向が流通方向ＣＬに対して実質的に平行となるように、容器１５の内部空間１５１に収容されている。この線材１３は、例えば、円形の断面形状を有する線材である。なお、線材１３同士を束ねた際に相互に隣り合う線材１３の間に間隙１３１（図１１参照）を形成可能であれば、線材１３の断面形状は特に限定されない。
【００４８】
この第２の変形例でも、複数の線材１３は、容器１５の内部空間１５１の形状に対応した長さをそれぞれ有している。例えば、第１の開口１６１と第２の開口１７１を結ぶ仮想直線ＶＬに最も近い線材１３ａは、全ての線材１３の中で最も長い長さＬｍａｘを有している。これに対し、仮想直線ＶＬから最も遠い線材１３ｚは、全ての線材１３の中で最も短い長さＬｍｉｎを有している。
【００４９】
なお、本実施形態において、「仮想直線ＶＬに最も近い線材１３ａ」には、仮想直線ＶＬ上に位置する線材１３ａも含む。また、本実施形態における線材１３の流通方向ＣＬに沿った長さが、本発明における「第１の方向に沿った磁気熱量効果材料の長さ」の一例に相当する。
【００５０】
この第２の変形例でも、容器１５の内部空間１５１において仮想直線ＶＬに近い位置では、液体媒体の圧力損失が大きくなり当該液体媒体の流速が低下する。これに対し、容器１５の内部空間１５１において仮想直線ＶＬから離れた位置では、液体媒体の圧力損失が小さくなり当該液体媒体の流速が上昇する。これにより、容器１５内での液体媒体の流速の均一化が図られるので、第１のＭＣＭ熱交換器１０の熱交換効率が向上する。
【００５１】
本例において、「容器１５の内部空間１５１において仮想直線ＶＬに近い位置」とは、仮想直線ＶＬを中心とした径方向（図中のＹＺ平面方向）において、内部空間１５１内での仮想直線ＶＬに近い位置を意味する。また、「容器１５の内部空間１５１における仮想直線ＶＬから離れた位置」とは、仮想直線ＶＬを中心とした径方向（図中のＹＺ平面方向）において、内部空間１５１内での仮想直線ＶＬから離れた位置を意味する。
【００５２】
なお、本例において、容器１５に収容された複数の線材１３の長さが、仮想直線ＶＬに近づくに従って漸次的に長くなっているが、特にこれに限定されない。容器１５に収容された複数の線材１３の長さが、仮想直線ＶＬに近づくに従って段階的に長くなっていてもよい。
【００５３】
図１２〜図１４は本実施形態におけるＭＣＭ熱交換器の第３の変形例を示す図である。
【００５４】
図１２〜図１４に示すように、板材１２に代えて、複数の粒材１４を容器１５内に充填してもよい。この粒材１４は、例えば球状の形状を有しているが、粒材１４を容器１５内に充填した際に相互に隣り合う粒材１４の間に間隙１４１（図１４参照）を形成可能であれば、粒材１４の形状は特に限定されない。
【００５５】
この第３の変形例では、容器１５の内部空間１５１が多数の粒材１４で満たされているので、容器１５の内部空間１５１において仮想直線ＶＬに最も近い位置で、流通方向ＣＬに沿って連なる粒材１４の長さが最も長くなっている（図１２におけるＬｍａｘ）。これに対し、容器１５の内部空間１５１において仮想直線ＶＬに最も遠い位置では、流通方向ＣＬに沿って連なる粒材１４の長さが最も短くなっている（図１２におけるＬｍｉｎ）。
【００５６】
なお、本実施形態において、「仮想直線ＶＬの最も近くで流通方向ＣＬに沿って連なる複数の粒材１４」には、仮想直線ＶＬ上に位置する粒材１４も含む。また、本実施形態における「流通方向ＣＬに沿って連なる複数の粒材１４の長さ」が、本発明における「第１の方向に沿った磁気熱量効果材料の長さ」の一例に相当する。
【００５７】
この第３の変形例でも、容器１５の内部空間１５１において仮想直線ＶＬに近い位置では、液体媒体の圧力損失が大きくなり当該液体媒体の流速が低下する。これに対し、容器１５の内部空間１５１において仮想直線ＶＬから離れた位置では、液体媒体の圧力損失が小さくなり当該液体媒体の流速が上昇する。これにより、容器１５内での液体媒体の流速の均一化が図られるので、第１のＭＣＭ熱交換器１０の熱交換効率が向上する。
【００５８】
本例において、「容器１５の内部空間１５１において仮想直線ＶＬに近い位置」とは、仮想直線ＶＬを中心とした径方向（図中のＹＺ平面方向）において、内部空間１５１内での仮想直線ＶＬに近い位置を意味する。また、「容器１５の内部空間１５１における仮想直線ＶＬから離れた位置」とは、仮想直線ＶＬを中心とした径方向（図中のＹＺ平面方向）において、内部空間１５１内での仮想直線ＶＬから離れた位置を意味する。
【００５９】
なお、本例において、流通方向ＣＬに沿って連なる粒材１４の長さが、仮想直線ＶＬに近づくに従って漸次的に長くなっているが、特にこれに限定されない。流通方向ＣＬに沿って連なる粒材１４の長さが、仮想直線ＶＬに近づくに従って段階的に長くなっていてもよい。
【００６０】
図１に戻り、容器１５の内部空間１５１は、第１の開口１６１に接続された第１の低温側配管８１を介して、低温側熱交換器５０に連通していると共に、第２の開口１７１に接続された第１の高温側配管８３を介して、高温側熱交換器６０に連通している。
【００６１】
第２のＭＣＭ熱交換器２０の容器も、図２に示すように、板材２２が収容されていると共に第１及び第２の開口２６１，２７１が形成された内部空間２５１を有している。第１の開口２６１は、第２の低温側配管８２を介して、低温側熱交換器５０に連通している。これに対し、第２の開口２７１は、第２の高温側配管８４を介して、高温側熱交換器６０に連通している。
【００６２】
例えば、本実施形態における磁気ヒートポンプ装置１を用いた空気調和装置を冷房として機能させる場合には、低温側熱交換器５０と室内の空気との間で熱交換を行うことで室内を冷やすと共に、高温側熱交換器６０と室外との間で熱交換を行うことで室外に放熱する。
【００６３】
これに対し、当該空気調和装置を暖房として機能させる場合には、高温側熱交換器６０と室内の空気との間で熱交換を行うことで室内を暖めると共に、低温側熱交換器５０と室外の空気との間で熱交換を行うことで室外から吸熱する。
【００６４】
以上のように、２つの低温側配管８１，８２と２つの高温側配管８３，８４によって、４つの熱交換器１０，２０，５０，６０を含む循環路が形成されており、ポンプ７０によって当該循環路内に液体媒体が圧送される。液体媒体の具体例としては、例えば、水、不凍液、エタノール溶液、または、これらの混合物等の液体を例示することができる。本実施形態における液体媒体が、本発明における流体の一例に相当する。
【００６５】
２つのＭＣＭ熱交換器１０，２０は、ピストン３０の内部に収容されている。このピストン３０は、アクチュエータ３５によって、一対の永久磁石４０の間を往復移動することが可能となっている。具体的には、このピストン３０は、図１に示すような「第１の位置」と、図２に示すような「第２の位置」との間を往復移動することが可能となっている。なお、アクチュエータ３５の一例としては、例えば、ボールねじ機構を備えたモータやエアシリンダ等を例示することができる。
【００６６】
ここで、「第１の位置」は、第１のＭＣＭ熱交換器１０が永久磁石４０の間に介在せず、第２のＭＣＭ熱交換器２０が永久磁石４０の間に介在するようなピストン３０の位置である。これに対し、「第２の位置」は、第１のＭＣＭ熱交換器１０が永久磁石４０の間に介在し、第２のＭＣＭ熱交換器２０が永久磁石４０の間に介在しないようなピストン３０の位置である。
【００６７】
なお、第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０に代えて、永久磁石４０をアクチュエータ３５により往復移動させてもよい。或いは、永久磁石４０に代えて、コイルを有する電磁石を用いてもよく、この場合には、ＭＣＭ熱交換器１０，２０又は磁石を移動させる機構が不要となる。また、コイルを有する電磁石を用いる場合には、ＭＣＭ熱交換器１０，２０の板材１２，２２に対する磁場の印加／除去に代えて、板材１２，２２に印加した磁場の大きさを変更するようにしてもよい。
【００６８】
切替弁９０は、第１の高温側配管８３と第２の高温側配管８４に設けられている。この切替弁９０は、上述のピストン３０の動作に連動して、ポンプ７０による液体媒体の供給先を、第１のＭＣＭ熱交換器１０、又は、第２のＭＣＭ熱交換器２０に切り替えると共に、高温側熱交換器６０の接続先を、第２のＭＣＭ熱交換器２０、又は、第１のＭＣＭ熱交換器１０に切り替えることが可能となっている。
【００６９】
次に、本実施形態における磁気ヒートポンプ装置１の動作について、図１及び図２を参照しながら説明する。
【００７０】
先ず、ピストン３０を図１に示す「第１の位置」に移動させると、第１のＭＣＭ熱交換器１０の板材１２が消磁されて温度が低下する一方で、第２のＭＣＭ熱交換器２０の板材２２が着磁されて温度が上昇する。
【００７１】
これと同時に、切替弁９０によって、ポンプ７０→第１の高温側配管８３→第１のＭＣＭ熱交換器１０→第１の低温側配管８１→低温側熱交換器５０→第２の低温側配管８２→第２のＭＣＭ熱交換器２０→第２の高温側配管８４→高温側熱交換器６０→ポンプ７０からなる第１の経路が形成される。
【００７２】
このため、消磁によって温度が低下した第１のＭＣＭ熱交換器１０の板材１２によって液体媒体が冷却され、当該液体媒体が低温側熱交換器５０に供給されて、当該低温側熱交換器５０が冷却される。
【００７３】
この際、第１のＭＣＭ熱交換器１０の内部において、板材１２の間に形成された間隙１５３を液体媒体が通過して板材１２と接触することで、当該液体媒体が板材１２によって冷却される。また、本実施形態では、容器１５に収容された複数の板材１２の長さが、仮想直線ＶＬに近づくに従って漸次的に長くなっているので、容器１５内での液体媒体の流速の均一化が図られている。
【００７４】
一方、着磁されて温度が上昇した第２のＭＣＭ熱交換器２０の板材２２によって液体媒体が加熱され、当該液体媒体は高温側熱交換器６０に供給されて、当該高温側熱交換器６０が加熱される。
【００７５】
この際、第２のＭＣＭ熱交換器２０の内部において、板材２２の間に形成された間隙を液体媒体が通過して板材２２と接触することで、当該液体媒体が板材２２によって加熱される。また、本実施形態では、容器２５に収容された複数の板材２２の長さが、仮想直線ＶＬに近づくに従って漸次的に長くなっているので、容器２５内での液体媒体の流速の均一化が図られている。
【００７６】
次いで、ピストン３０を図２に示す「第２の位置」に移動させると、第１のＭＣＭ熱交換器１０の板材１２が着磁されて温度が上昇する一方で、第２のＭＣＭ熱交換器２０の板材２２が消磁されて温度が低下する。
【００７７】
これと同時に、切替弁９０によって、ポンプ７０→第２の高温側配管８４→第２のＭＣＭ熱交換器２０→第２の低温側配管８２→低温側熱交換器５０→第１の低温側配管８１→第１のＭＣＭ熱交換器１０→第１の高温側配管８３→高温側熱交換器６０→ポンプ７０からなる第２の経路が形成される。
【００７８】
このため、消磁によって温度が低下した第２のＭＣＭ熱交換器２０の板材２２によって液体媒体が冷却され、当該液体媒体が低温側熱交換器５０に供給されて、当該低温側熱交換器５０が冷却される。
【００７９】
この際、第２のＭＣＭ熱交換器２０の内部において、板材２２の間に形成された間隙を液体媒体が通過して板材２２と接触することで、当該液体媒体が板材２２によって冷却される。また、本実施形態では、容器２５に収容された複数の板材２２の長さが、仮想直線ＶＬに近づくに従って漸次的に長くなっているので、容器２５内での液体媒体の流速が均一化が図られている。
【００８０】
一方、着磁されて温度が上昇した第１のＭＣＭ熱交換器１０の板材１２によって液体媒体が加熱され、当該液体媒体は高温側熱交換器６０に供給されて、当該高温側熱交換機６０が加熱される。
【００８１】
この際、第１のＭＣＭ熱交換器１０の内部において、板材１２の間に形成された間隙１５３を液体媒体が通過して板材１２と接触することで、当該液体媒体が板材１２によって加熱される。また、本実施形態では、容器１５に収容された複数の板材１２の長さが、仮想直線ＶＬに近づくに従って漸次的に長くなっているので、容器１５内での液体媒体の流速が均一化が図られている。
【００８２】
そして、以上に説明したピストン３０の「第１の位置」と「第２の位置」との間の往復移動を繰り返し、第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０内の板材１２，２２に対する磁場の印加／除去を繰り返すことにより、低温側熱交換器５０の冷却と、高温側熱交換器６０の加熱とが継続される。
【００８３】
以上のように、本実施形態では、第１のＭＣＭ熱交換器１０において、流通方向ＣＬに沿った板材１２の長さが、仮想直線ＶＬの最も近くで最も長くなっている。このため、容器１５内での液体媒体の流速の均一化が図られるので、第１のＭＣＭ熱交換器１０の熱交換効率の向上を図ることができる。
【００８４】
また、第２のＭＣＭ熱交換器２０においても、流通方向に沿った板材２２の長さが、仮想直線の最も近くで最も長くなっている。このため、容器２５内での液体媒体の流速の均一化が図られるので、第２のＭＣＭ熱交換器２０の熱交換効率の向上を図ることができる。
【００８５】
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。
【００８６】
上述した磁気ヒートポンプ装置の構成は一例であり、本発明に係る熱交換器をＡＭＲ（Active Magnetic Refrigerataion）方式の他の磁気ヒートポンプ装置に適用してもよい。
【００８７】
例えば、磁気ヒートポンプ装置が、一つのＭＣＭ熱交換器と、当該ＭＣＭに磁場を印加すると共に磁場の大きさを変更する磁場変更手段と、配管を介してＭＣＭ熱交換器にそれぞれ接続された第１及び第２の外部熱交換器と、磁場変更手段の動作に連動してＭＣＭ熱交換器から第１又は第２の外部熱交換器に流体を供給する流体供給手段と、を備えてもよい。
【００８８】
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等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】
【００８９】
１…磁気ヒートポンプ装置
１０…第１のＭＣＭ熱交換器
１１…積層体
１２，１２Ｂ，１２Ｃ…板材
１２１〜１２３…折り曲げ部
１２４…間隙
１３…線材
１３１…間隙
１４…粒材
１４１…間隙
１５…容器
１５１…内部空間
１５２…内周面
１５２ａ…第１の溝
１５２ｂ…第２の溝
１５３…間隙
１６…第１のテーパ部
１６１…第１の開口
１７…第２のテーパ部
１７１…第２の開口
１８…胴部
２０…第２のＭＣＭ熱交換器
２２…板材
２５…容器
２５１…内部空間
２６１…第１の開口
２７１…第２の開口
３０…ピストン
３５…アクチュエータ
４０…永久磁石
５０…低温側熱交換器
６０…高温側熱交換器
７０…ポンプ
８１〜８２…第１〜第２の低温側配管
８３〜８４…第３〜第４の高温側配管
９０…切替弁
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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