(57)【要約】【課題】熱交換効率を向上できる熱交換器を提供する。【解決手段】第１のＭＣＭ熱交換器１０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、磁気熱量効果を発現する磁気熱量効果材料である線材１２と、線材１２を収容する収容空間１３５を有する容器１３とを備え、容器１３は、収容空間１３５を画定する内壁面１３６に形成された複数列の溝１３４を備え、複数列の溝１３４は、収容空間１３５の延在方向に対して傾斜した方向に沿って延在している。【選択図】図５
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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、
磁気熱量効果を発現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収容空間を有する容器と
を備え、
前記容器は、前記収容空間を画定する内壁面に形成された複数列の溝を備え、
前記複数列の溝は、前記収容空間の延在方向に対して傾斜した方向に沿って延在している熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器であって、
前記磁気熱量効果材料は、線材であり、
複数の前記線材から構成される集合体が前記収容空間に収容されており、
前記複数の線材は、前記収容空間の延在方向に沿って延在している熱交換器。
【請求項３】
請求項１又は２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、
配管を介して前記熱交換器の前記収容空間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熱交換器から前記第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
を備える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】
磁気熱量効果を利用した磁気冷凍装置に用いられる熱交換器として、磁気作業物質がダクトに充填され、さらに、球状の磁気作業物質がダクトの内壁に固着されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の熱交換器では、ダクトの内壁にディンプルが形成されており、このディンプルに球状の磁気作業物質が部分的に嵌合している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２８１６８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記熱交換器では、球状の磁気作業物質の体積の半分がダクトの内壁に埋め込まれているので、球状の磁気作業物質の体積の半分しか熱交換に利用されず、熱交換効率を効果的に向上させることはできない。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、熱交換効率を向上できる熱交換器及び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、磁気熱量効果を発現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収容空間を有する容器とを備え、前記容器は、前記収容空間を画定する内壁面に形成された複数列の溝を備え、前記複数列の溝は、前記収容空間の延在方向に対して傾斜した方向に沿って延在している。
【０００７】
［２］上記発明において、前記磁気熱量効果材料は、線材であり、複数の前記線材から構成される集合体が前記収容空間に収容されており、前記複数の線材は、前記収容空間の延在方向に沿って延在していてもよい。
【０００８】
［３］本発明に係る磁気ヒートポンプ装置は、少なくとも一つの上記熱交換器と、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、配管を介して前記熱交換器の前記収容空間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熱交換器から前記第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る。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、容器の収容空間を通過する流体のうち、容器の内壁面に沿って通過する流体の割合を低減することができる。これにより、熱交換器の熱交換効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態に係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、本発明の一実施の形態に係る磁気ヒートポンプ装置の全体構成を示す図である、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、本発明の一実施の形態に係るＭＣＭ熱交換器の構成を示す分解斜視図である。
【図４】図４は、本発明の一実施の形態に係るＭＣＭ熱交換器の延在方向に沿った断面図である。
【図５】図５は、図４のＶ-Ｖ線に沿った断面図である。
【図６】図６は、本発明の一実施の形態に係る容器を展開して示す図である。
【図７】図７は、本発明の一実施の形態に係る容器を一部破断して示す斜視図である。
【図８】図８は、本発明の変形例に係るＭＣＭ熱交換器を示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の変形例に係る容器を展開して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
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である。図３〜図５は本実施形態におけるＭＣＭ熱交換器を示す図、図６及び図７は本実施形態に係る容器を示す図である。
【００１３】
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。
【００１４】
本実施形態における「磁気ヒートポンプ装置１」が本発明における「磁気ヒートポンプ装置」の一例に相当し、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「磁場変更手段」の一例に相当し、本実施形態における「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「ポンプ７０」が本発明における「流体供給手段」の一例に相当する。
【００１５】
第１のＭＣＭ熱交換器１０は、図３及び図４に示すように、複数の線材１２からなる集合体１１と、当該集合体１１を収容する収容空間１３５を有する容器１３と、容器１３に接続された第１のアダプタ１６及び第２のアダプタ１７とを備えている。本実施形態における「線材１２」が本発明における「磁気熱量効果材料」、「線材」の一例に相当し、本実施形態における「集合体１１」が本発明における「集合体」の一例に相当し、本実施形態における「容器１３」が本発明における「容器」の一例に相当する。
【００１６】
なお、第１のＭＣＭ熱交換器１０と第２のＭＣＭ熱交換器２０は、同一の構成を有しているので、以下に第１のＭＣＭ熱交換器１０の構成についてのみ説明し、第２のＭＣＭ熱交換器２０の構成については省略する。従って、図３〜図７では、第１のＭＣＭ熱交換器１０を示し、第２のＭＣＭ熱交換器２０については括弧内に対応する符号を付することで図示を省略する。
【００１７】
線材１２は、磁気熱量効果を有する磁気熱量効果材料（ＭＣＭ：Magnetocaloric Effect Material）から構成されている。このＭＣＭから構成される線材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、当該線材１２は発熱して温度が上昇する。一方、線材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、当該線材１２は吸熱して温度が低下する。
【００１８】
この線材１２を構成するＭＣＭは、磁性体であれば特に限定しないが、例えば、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。
【００１９】
本実施形態における線材１２は、円形の断面形状を有する線材である。なお、複数の線材１２を容器１３に収容した際に当該線材１２の間に第１の流路１１１（後述）が形成可能であれば、線材１２が円形以外の断面形状を有していてもよい。
【００２０】
集合体１１は、複数の上記線材１２を相互に並列させることで構成されている。隣接する線材１２同士の側面は相互に接触し、その結果、これらの間に第１の流路１１１が形成されている。なお、理解を容易にするために、図３及び図５には、実際の本数よりも少ない本数の線材１２から構成される集合体１１を示しているが、実際には、数本〜数百本の線材１２から集合体１１が構成されている。このような集合体１１の外径としては、特に限定しないが、例えば、磁束密度を確保する観点から、３０ｍｍ以下で設定されていることが好ましい。
【００２１】
線材１２の線径としては、特に限定しないが、例えば、１〜１０ｍｍであることが好ましく、１〜５ｍｍであることがより好ましい。この際、集合体１１を構成する複数の線材１２は、実質的に同一の線径のものを用いてもよいし、異なる線径のものが混在していてもよい。
【００２２】
この線材１２の集合体１１は、容器１３の収容空間１３５に収容されている。容器１３は、図３〜図５に示すように、矩形筒状に構成されている。この容器１３の軸方向の一端及び他端には、第１の開口１３１及び第２の開口１３２がそれぞれ形成されており、収容空間１３５の一端は、第１の開口１３１で開口し、当該収容空間１３５の他端は、第２の開口１３２で開口している。線材１２は、直線状に延在しており、この線材１２の延在方向と容器１３の軸方向とは一致している。即ち、線材１２の延在方向と、容器１３内に形成された収容空間１３５の延在方向とは一致している。また、第１及び第２の開口１３１，１３２の中心は、集合体１１の中心と同軸上に位置している。即ち、容器１３内に形成された収容空間１３５の延在方向と、集合体１１の軸方向とは一致している。また、上述のように、集合体１１を構成する線材１２同士の間には、第１の流路１１１が形成されている。一方、集合体１１の最も外周側の線材１２と内壁面１３６との間には、第２の流路１１２が形成されている。
【００２３】
図５〜図７に示すように、上述の収容空間１３５を画定する容器１３の内壁面１３６には、複数列の溝１３４が形成されている。この複数列の溝１３４は、収容空間１３５の周方向に凹凸が繰り返されるように形成されている。この溝１３４を容器１３の軸方向に対して直交する断面で切断した場合における断面形状としては、例えば、図示するような三角形状、あるいは、矩形状や円弧状等を例示することができる。
【００２４】
溝１３４の深さとしては、特に限定しないが、線材１２の線径と比較して相対的に小さいことが好ましい。例えば、０．１〜２ｍｍであることが好ましく、０．１〜１ｍｍであることがより好ましい。また、溝１３４のピッチとしては、線材１２の線径と比較して相対的に小さいことが好ましい。例えば、０．１〜２ｍｍであることが好ましく、０．１〜１ｍｍであることがより好ましい。
【００２５】
ここで、図６及び図７に示すように、溝１３４は、内壁面１３６を構成するそれぞれの平面において直線状に延在しており、当該複数の溝１３４は、相互に実質的に平行に延在している。その溝１３４の延在方向は、容器１３の軸方向（即ち、容器１３の収容空間１３５の延在方向）に対して所定角度で傾斜している。この所定角度としては、特に限定しないが、例えば、１５〜４５°であることが好ましく、２０〜３５°であることがより好ましい。
【００２６】
内壁面１３６の隅部１３７において、相互に直交する平面の一方に形成された複数列の溝１３４の端部と、相互に直交する平面の他方に形成された複数列の溝１３４の端部との位置は一致している。即ち、相互に直交する平面の一方に形成された複数列の溝１３４と、相互に直交する平面の他方に形成された複数列の溝１３４とは、連続的に形成されている。なお、相互に直交する平面の一方に形成された複数列の溝１３４と、相互に直交する平面の他方に形成された複数列の溝１３４とを、連続的に形成することは必須ではなく、断続的に形成してもよい。
【００２７】
本実施形態における「溝１３４」が本発明における「溝」の一例に相当し、本実施形態における「収容空間１３５」が本発明における「収容空間」の一例に相当する。
【００２８】
図３に示すように、容器１３の第１の開口１３１には第１のアダプタ１６が接続されており、第２の開口１３２には第２のアダプタ１７が接続されている。この第１及び第２のアダプタ１６，１７としては、例えば、熱収縮チューブや樹脂成型品や金属加工品などを用いることができる。
【００２９】
第１のアダプタ１６は、第１の開口１３１に接続される側と反対側に、当該第１の開口１３１よりも小さな第１の連結口１６１を有している。この第１の連結口１６１は、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。第２のアダプタ１７も、第２の開口１３２に接続される側と反対側に、当該第２の開口１３２よりも小さな第２の連結口１７１を有している。この第２の連結口１７１は、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。この第１及び第２の連結口１６１，１７１の中心は、集合体１１の中心と同軸上に位置している。
【００３０】
同様に、第２のＭＣＭ熱交換器２０の容器２３の収容空間２３５にも、複数の線材２２からなる集合体２１が収容されている。そして、第１のＭＣＭ熱交換器１０と同様、容器２３の第３の開口２３１には第３のアダプタ２６が接続され、当該容器２３の第４の開口２３２には第４のアダプタ２７が接続されている。この第２のＭＣＭ熱交換器２０は、第３のアダプタ２６に連結された第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。一方、第２のＭＣＭ熱交換器２０は、第４のアダプタ２７に連結された第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。
【００３１】
なお、本実施形態では、第２のＭＣＭ熱交換器２０の線材２２は、第１のＭＣＭ熱交換器１０の線材１２と同じ構成を有している。また、第２のＭＣＭ熱交換器２０の線材２２の集合体２１は、第１のＭＣＭ熱交換器１０の線材１２の集合体１１と同じ構成を有している。さらに、第２のＭＣＭ熱交換器２０の容器２３は、第１のＭＣＭ熱交換器１０の容器１３と同じ構成を有している。
【００３２】
例えば、図１及び図２に示すように、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。
【００３３】
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。
【００３４】
以上のように、二つの低温側配管８１，８２と二つの高温側配管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、又は、これらの混合物等の液体を例示することができる。
【００３５】
二つの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、エアシリンダなどを例示することができる。
【００３６】
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。
【００３７】
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。あるいは、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の線材１２，２２に対する磁場の印加／除去に代えて、線材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。
【００３８】
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により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。
【００３９】
次に、本実施形態における磁気ヒートポンプ装置１の動作について説明する。
【００４０】
まず、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の線材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の線材２２が着磁されて温度が上昇する。
【００４１】
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。
【００４２】
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の線材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。
【００４３】
この際、第１のＭＣＭ熱交換器１０の収容空間１３５では、全体のうちの多くの割合を占める液体媒体が、中央側の第１の流路１１１を通過し、残りの一部の液体媒体が、外周側の第２の流路１１２を通過する。第１の流路１１１を通過する液体媒体は、第１の流路１１１を囲う複数の線材１２と接触することで、当該複数の線材１２によって冷却される。また、第２の流路１１２を通過する液体媒体は、集合体１１において最も外周側の線材１２と接触することで、当該線材１２によって冷却される。
【００４４】
ここで、内壁面１３６の全体に亘って形成された複数列の溝１３４の一端が、第１の開口１３１に位置している。そのため、第１の開口１３１において、第２の流路１１２に流入する液体媒体の流路の断面積が減少することにより、第２の流路１１２に流入する液体媒体に縮流が生じ、圧力損失が生じる。また、溝１３４の延在方向が、収容空間１３５の延在方向に対して傾斜していることにより、第１の開口１３１から第２の流路１１２に流入する液体媒体の流れの向きが変わる。そのため、第１の開口１３１において、第２の流路１１２に流入する液体媒体に圧力損失が生じる。それにより、液体媒体は、第２の流路１１２を流れ難くなる。従って、収容空間１３５を流れる液体媒体のうち、内壁面１３６に沿って流れる液体媒体の割合が低減されるので、液体媒体の熱交換効率が向上される。
【００４５】
また、第２の流路１１２を流れる液体媒体は、複数列の溝１３４に沿って収容空間１３５の延在方向に対して傾斜した方向に流れる。それにより、複数列の溝１３４の延在方向と収容空間１３５の延在方向とが一致している場合と比較して、第２の流路１１２を流れる液体媒体の流路長が長くなり、第２の流路１１２を流れる液体媒体と線材１２との接触長さが長くなる。従って、第２の流路１１２を流れる液体媒体の熱交換効率が向上される。
【００４６】
一方、着磁されて温度が上昇した第２のＭＣＭ熱交換器２０の線材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。
【００４７】
この際、第２のＭＣＭ熱交換器２０の収容空間２３５では、全体のうち多くの割合を占める液体媒体が、中央側の第１の流路２１１を通過し、残りの一部の液体媒体が、外周側の第２の流路２１２を通過する。第１の流路２１１を通過する液体媒体は、第１の流路２１１を囲う複数の線材２２と接触することで、当該複数の線材２２によって加熱される。また、第２の流路２１２を通過する液体媒体は、集合体２１において最も外周側の線材２２と接触することで、当該線材２２によって加熱される。
【００４８】
この場合においても、内壁面２３６の全体に亘って形成された複数列の溝２３４の一端が、第３の開口２３１に位置している。そのため、第３の開口２３１において、第２の流路２１２に流入する液体媒体の流路の断面積が減少することにより、第２の流路２１２に流入する液体媒体に縮流が生じ、圧力損失が生じる。また、溝２３４の延在方向が、収容空間２３５の延在方向に対して傾斜していることにより、第３の開口２３１から第２の流路２１２に流入する液体媒体の流れの向きが変わる。そのため、第３の開口２３１において、第２の流路２１２に流入する液体媒体に圧力損失が生じる。それにより、液体媒体は、第２の流路２１２を流れ難くなる。従って、収容空間２３５を流れる液体媒体のうち、内壁面２３６に沿って流れる液体媒体の割合が低減されるので、液体媒体の熱交換効率が向上される。
【００４９】
また、第２の流路２１２を流れる液体媒体は、複数列の溝２３４に沿って収容空間２３５の延在方向に対して傾斜した方向に流れる。それにより、複数列の溝２３４の延在方向と収容空間２３５の延在方向とが一致している場合と比較して、第２の流路２１２を流れる液体媒体の流路長が長くなり、第２の流路２１２を流れる液体媒体と線材２２との接触長さが長くなる。従って、第２の流路２１２を流れる液体媒体の熱交換効率が向上される。
【００５０】
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の線材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の線材２２が消磁されて温度が低下する。
【００５１】
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。
【００５２】
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の線材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。
【００５３】
この際、第２のＭＣＭ熱交換器２０の収容空間２３５では、全体のうち多くの割合を示す液体媒体が、中央側の第１の流路２１１を通過し、残りの一部の液体媒体が、外周側の第２の流路２１２を通過する。第１の流路２１１を通過する液体媒体は、第１の流路２１１を囲う複数の線材２２と接触することで、当該複数の線材２２によって冷却される。また、第２の流路２１２を通過する液体媒体は、集合体２１において最も外周側の線材２２と接触することで、当該線材２２によって冷却される。
【００５４】
ここで、内壁面２３６の全体に亘って形成された複数列の溝２３４の一端が、第４の開口２３２に位置している。そのため、第４の開口２３２において、第２の流路２１２に流入する液体媒体の流路の断面積が減少することにより、第２の流路２１２に流入する液体媒体に縮流が生じ、圧力損失が生じる。また、溝２３４の延在方向が、収容空間２３５の延在方向に対して傾斜していることにより、第２の開口１３２から第２の流路２１２に流入する液体媒体の流れの向きが変わる。そのため、第４の開口２３２において、第２の流路２１２に流入する液体媒体に圧力損失が生じる。それにより、液体媒体が、第２の流路２１２を流れ難くなる。従って、収容空間２３５を流れる液体媒体のうち、内壁面２３６に沿って流れる液体媒体の割合が低減されるので、液体媒体の熱交換効率が向上される。
【００５５】
また、第２の流路２１２を流れる液体媒体は、複数列の溝２３４に沿って収容空間２３５の延在方向に対して傾斜した方向に流れる。それにより、複数列の溝２３４の延在方向と収容空間２３５の延在方向とが一致している場合と比較して、第２の流路２１２を流れる液体媒体の流路長が長くなり、第２の流路２１２を流れる液体媒体と線材１２との接触長さが長くなる。従って、第２の流路２１２を流れる液体媒体の熱交換効率が向上される。
【００５６】
一方、着磁されて温度が上昇した第１のＭＣＭ熱交換器１０の線材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、当該高温側熱交換器６０が加熱される。
【００５７】
この際、第１のＭＣＭ熱交換器１０の収容空間１３５では、全体のうち多くの割合を占める液体媒体が、中央側の第１の流路１１１を通過し、残りの一部の液体媒体が、外周側の第２の流路１１２通過する。第１の流路１１１を通過する液体媒体は、第１の流路１１１を囲う複数の線材１２と接触することで、当該複数の線材１２によって加熱される。また、第２の流路１１２を通過する液体媒体は、集合体１１において最も外周側の線材１２と接触することで、当該線材１２によって加熱される。
【００５８】
この場合においても、内壁面１３６の全体に亘って形成された複数列の溝１３４の一端が、第２の開口１３２に位置している。そのため、第２の開口１３２において、第２の流路１１２に流入する液体媒体の流路の断面積が減少することにより、第２の流路１１２に流入する液体媒体に縮流が生じ、圧力損失が生じる。また、溝１３４の延在方向が、収容空間１３５の延在方向に対して傾斜していることにより、第２の開口１３２から第２の流路１１２に流入する液体媒体の流れの向きが変わる。そのため、第２の開口１３２において、第２の流路１１２に流入する液体媒体に圧力損失が生じる。それにより、液体媒体が、第２の流路１１２を流れ難くなる。従って、収容空間１３５を流れる液体媒体のうち、内壁面１３６に沿って流れる液体媒体の割合が低減されるので、液体媒体の熱交換効率が向上される。
【００５９】
また、第２の流路１１２を流れる液体媒体は、複数列の溝１３４に沿って収容空間１３５の延在方向に対して傾斜した方向に流れる。それにより、複数列の溝１３４の延在方向と収容空間１３５の延在方向とが一致している場合と比較して、第２の流路１１２を流れる液体媒体の流路長が長くなり、第２の流路１１２を流れる液体媒体と線材１２との接触長さが長くなる。従って、第２の流路１１２を流れる液体媒体の熱交換効率が向上される。
【００６０】
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内の線材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。
【００６１】
本実施形態の第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０は、以下の効果を奏する。なお、第２のＭＣＭ熱交換器２０の効果は、第１のＭＣＭ熱交換器１０の効果と同様であるため、重複した説明を省略し、第１のＭＣＭ熱交換器１０についての説明を援用する。
【００６２】
本実施形態では、複数列の溝１３４を、容器１３内の収容空間１３５の延在方向に対して傾斜する方向に沿って延在するように、容器１３の内壁面１３６に形成したことにより、第１の開口１３１又は第２の開口１３２において、第２の流路１１２に流入する液体媒体に圧力損失が生じる。それにより、第１の開口１３１又は第２の開口１３２から第２の流路１１２に流入する液体媒体の割合を低減できる。従って、第１の開口１３１又は第２の開口１３２から収容空間１３５に流入する液体媒体のうち、より多くの割合の液体媒体を、中央側の第１の流路１１１を通過させることができるので、第１のＭＣＭ熱交換器１０の熱交換効率を向上させることができる。
【００６３】
また、内壁面１３６の全体に亘って形成された複数列の溝１３４の延在方向が、収容空間１３５の延在方向に対して傾斜していることにより、第２の流路１１２を流れる液体媒体の流路長を延長することができる。従って、第２の流路１１２を流れる液体媒体と線材１２との接触長さを延長することができるので、第１のＭＣＭ熱交換器１０の熱交換効率を向上させることができる。
【００６４】
また、本実施形態では、ＭＣＭ材料である複数の線材１２から構成される集合体１１が、容器１３の収容空間１３５に収容されており、このような複数の線材１２は、収容空間１３５の延在方向に沿って延在している。これにより、隣接する線材１２の間に形成された第１の流路１１１が、収容空間１３５の延在方向に沿って延在しているので、第１の開口１３１又は第２の開口１３２から第１の流路１１１に流入した液体媒体は、向きを変えずに第１の流路１１１を通過する。従って、第１の流路１１１に流入する液体媒体に生じる圧力損失を抑制できるので、収容空間１３５を流れる液体媒体のうち、中央側の第１の流路１１１を流れる液体媒体の割合を増大させることができ、第１のＭＣＭ熱交換器１０の熱交換効率を向上させることができる。
【００６５】
図８は、変形例に係る第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０を示す断面図であり、図９は、変形例に係る第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０の容器１３，２３を示す展開図である。なお、第１のＭＣＭ熱交換器１０と第２のＭＣＭ熱交換器２０は、同一の構成を有しているので、以下に第１のＭＣＭ熱交換器１０の構成についてのみ説明し、第２のＭＣＭ熱交換器２０の構成については省略する。従って、図８及び図９では、第１のＭＣＭ熱交換器１０を示し、第２のＭＣＭ熱交換器２０については括弧内に対応する符号を付することで図示を省略する。また、上述の実施形態に係る第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０、２０と同様の構成についての繰り返しの説明は省略し、上述の実施形態についてした説明を援用する。
【００６６】
図８に示すように、容器１３は、円筒状に構成されている。線材１２は、直線状に延在しており、この線材１２の延在方向と容器１３の軸方向とは一致している。即ち、線材１２の延在方向と、容器１３内に形成された収容空間１３５の延在方向とは一致している。また、容器１３の軸心は、集合体１１の中心と同軸上に位置している。即ち、容器１３内に形成された収容空間１３５の延在方向と、集合体１１の軸方向とは一致している。
【００６７】
図８及び図９に示すように、容器１３の内壁面１３６には、複数列の溝１３４が形成されている。この複数列の溝１３４は、収容空間１３５の周方向に凹凸が繰り返されるように形成されている。この溝１３４を容器１３の軸方向に対して直交する断面で切断した場合における断面形状としては、例えば、図示するような三角形状、あるいは、矩形状や円弧状等を例示することができる。
【００６８】
ここで、図９に示すように、溝１３４は、内壁面１３６において螺旋状に延在している。その溝１３４の容器１３の軸方向（即ち、容器１３内の収容空間１３５の延在方向）に対する傾斜角度としては、特に限定しないが、例えば、１５〜４５°であることが好ましく、２０〜３５°であることがより好ましい。
【００６９】
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。従って、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。
【００７０】
例えば、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。
【００７１】
また、磁気ヒートポンプ装置は、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。
【００７２】
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。
【００７３】
また、本実施形態では、矩形状、円筒形状の容器１３を例示したが、特にこれに限定されず、多角形断面の筒状の容器等を用いてもよい。
【００７４】
また、本実施形態では、第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０は、相互に同一の構成であったが、特にこれに限定されず、これらが異なる構成を有していてもよい。例えば、第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０の間で、異なる線径の線材を用いてもよい。
【００７５】
また、本実施形態では、ＭＣＭ熱交換器は、単一の集合体によって構成していたが、特にこれに限定されず、複数の集合体を当該ＭＣＭ熱交換器の延在方向に沿って並設して構成してもよい。この場合、複数の集合体は、相互に同一の構成を有していてもよいし、異なる構成を有していてもよい。
【００７６】
なお、磁気ヒートポンプ装置を連続して使用し続けると、ＭＣＭ熱交換器においては、高温側配管と連結された側が高温となり、低温側配管と連結された側低温となる温度勾配が生じる。このため、上記例においては、並設された複数の集合体のうち、高温側に位置する集合体を構成する線材は、キュリー点（キュリー温度）の比較的高い材料を採用し、低温側に位置する集合体を構成する線材は、キュリー点の比較的低い材料を採用することが好ましい。このように、ＭＣＭ熱交換器における温度雰囲気に対応して異なるキュリー点の材料で構成された線材を用いることで、より効率良く磁気熱量効果を作用させることができる。
【符号の説明】
【００７７】
１・・・磁気ヒートポンプ装置
１０・・・第１のＭＣＭ熱交換器
１１・・・集合体
１１１・・・第１の流路
１１２・・・第２の流路
１２・・・線材
１３・・・容器
１３１・・・第１の開口
１３２・・・第２の開口
１３４・・・溝
１３５・・・収容空間
１３６・・・内壁面
１３７・・・隅部
１６・・・第１のアダプタ
１６１・・・第１の連結口
１７・・・第２のアダプタ
１７１・・・第２の連結口
２０・・・第２のＭＣＭ熱交換器
２１・・・集合体
２１１・・・第１の流路
２１２・・・第２の流路
２２・・・線材
２３・・・容器
２３１・・・第３の開口
２３２・・・第４の開口
２３４・・・溝
２３５・・・収容空間
２３６・・・内壁面
２３７・・・隅部
２６・・・第３のアダプタ
２６１・・・第１の連結口
２７・・・第４のアダプタ
２７１・・・第２の連結口
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・・・第１の低温側配管
８２・・・第２の低温側配管
８３・・・第１の高温側配管
８４・・・第２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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