(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場変調による冷媒の温度変化を用いて熱交換を行なう磁気温調システムであって、
前記磁場変調によって発熱または吸熱を行なう磁気熱量材料を収容し、前記磁気熱量材料と第１冷媒との間で熱交換を行なうベッドと、
前記ベッドに収容される前記磁気熱量材料に対して前記磁場変調を行なう磁場変調装置と、
前記ベッドで熱交換が行われた前記第１冷媒との間で熱交換を行なう第１蓄熱用熱交換器および第２蓄熱用熱交換器と、
配管を介して前記第１蓄熱用熱交換器に接続され、前記第１蓄熱用熱交換器と放熱対象との間で熱交換を行なう第１放熱用熱交換器と、
前記配管とは異なる他配管を介して前記第２蓄熱用熱交換器に接続され、前記放熱対象とは異なる他放熱対象と前記第２蓄熱用熱交換器との間で熱交換を行なう第２放熱用熱交換器と、
前記ベッドと前記第１蓄熱用熱交換器および前記第２蓄熱用熱交換器との間で前記第１冷媒を循環させるための第１ポンプと、
前記ベッドと前記第１蓄熱用熱交換器および前記第２蓄熱用熱交換器との間の前記第１冷媒の流れを切り替えるためのバルブと、
前記磁場変調装置の前記磁場変調によって前記磁気熱量材料に対して前記発熱を行なった場合に前記第１冷媒と前記第２蓄熱用熱交換器との熱交換を行ない、前記磁場変調装置の前記磁場変調によって前記磁気熱量材料に対して前記吸熱を行なった場合に前記第１冷媒と前記第１蓄熱用熱交換器との熱交換を行なうように前記バルブの切り替え制御を行なう制御装置とを備え、
前記ベッドは、第１ベッドと、前記第１ベッドとは異なる第２ベッドとを含み、
前記第１冷媒の流れる経路は、さらに、
前記第１ベッドと前記第１蓄熱用熱交換器との接続部分と、前記第１蓄熱用熱交換器と前記第２ベッドとの接続部分とを接続する第１接続部分と、
前記第２ベッドと前記第２蓄熱用熱交換器との接続部分と、前記第２蓄熱用熱交換器と前記第１ベッドとの接続部分とを接続する第２接続部分とを有し、
前記バルブは、
前記第１冷媒が前記第１接続部分に流れて前記第１蓄熱用熱交換器に流れないように切り替える第１バルブと、
前記第１冷媒が前記第２接続部分に流れて前記第２蓄熱用熱交換器に流れないように切り替える第２バルブとを含む、磁気温調システム。
【請求項２】
前記第１ポンプは、前記第１冷媒の流れる経路における、前記第１接続部分と前記第１ベッドとの間、前記第１接続部分と前記第２ベッドとの間、前記第２接続部分と前記第１ベッドとの間、前記第２接続部分と前記第２ベッドとの間、のいずれかに設置される、請求項１に記載の磁気温調システム。
【請求項３】
前記第１放熱用熱交換器および前記第２放熱用熱交換器の各々には、前記制御装置によって制御される送風機が設けられる、請求項１または２に記載の磁気温調システム。
【請求項４】
前記ベッドの温度を検出する第１温度測定装置と、
前記第１放熱用熱交換器の温度および前記第２放熱用熱交換器の温度を検出する第２温度測定装置と、
前記第１蓄熱用熱交換器の温度および前記第２蓄熱用熱交換器の温度を検出する第３温度測定装置とをさらに備え、
前記制御装置は、
前記第１温度測定装置、前記第２温度測定装置および前記第３温度測定装置によって検出された温度状態を監視する状態監視部と、
前記状態監視部で監視している温度状態と、前記磁場変調装置、前記第１ポンプおよび前記バルブの運転動作との対応関係を学習する学習部とを備える、請求項１〜３のいずれかに記載の磁気温調システム。
【請求項５】
前記第１蓄熱用熱交換器の冷媒熱容量および前記第２蓄熱用熱交換器の冷媒熱容量は、前記ベッド内の冷媒熱容量と同等である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の磁気温調システム。
【請求項６】
前記磁場変調装置は、前記ベッドを挟んで互いに対向する第１部材および第２部材を含み、
前記ベッドは、前記磁場変調装置の前記第１部材と前記第２部材との間に、前記第１部材と前記第２部材との配列方向とは直交する方向に多段化されて設けられる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁気温調システム。
【請求項７】
冷凍空調機器の内部に組み込まれ、冷熱および温熱を供給する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の磁気温調システム。
【請求項８】
前記第１蓄熱用熱交換器と前記第１放熱用熱交換器との間で前記第１冷媒とは異なる第２冷媒を循環させるための第２ポンプと、
前記第２蓄熱用熱交換器と前記第２放熱用熱交換器との間で前記第１冷媒および前記第２冷媒とは異なる第３冷媒を循環させるための第３ポンプとをさらに備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の磁気温調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、励磁により発熱し消磁により吸熱する磁性体（磁気熱量材料）の温度特性を利用する磁気温調システム装置を備える熱機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
励磁により発熱し消磁により吸熱する磁性体（磁気熱量材料）の磁気熱量効果を空調冷熱に利用するため、磁気熱量材料と磁場変調装置とポンプと冷媒と熱交換器とを組み合わせ、磁場変調装置により励磁され発熱した磁気熱量材料と熱交換した冷媒を高温用の熱交換器に輸送する動作と、磁場変調装置により消磁され吸熱した磁気熱量材料と熱交換した冷媒を低温用の熱交換器に輸送する動作とを交互に行なうことで、高温と低温を作り出す磁気温調システムが知られている（たとえば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−２０７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、磁気温調システムは小型化及び熱輸送距離の延伸化が望まれている。従来の磁気温調システムでは、外部空気と熱交換するための熱交換器が磁気熱量材料を収容するベッドに直結されているため、熱交換器を遠方に設置するためには、熱交換器とベッド間の配管を長くする構成が考えられる。しかしながら、このような構成では、熱交換器内が熱交換した冷媒で満たされるため配管を細径化して配管の容積を小さくする必要があり、その影響で圧力損失が増大してしまうためポンプを大型化する必要があり、結果的に磁気温調システムの大型化を招くという課題があった。【０００５】
本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、熱輸送距離を延伸化しつつ小型化可能な磁気温調システムを得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示による磁気温調システムは、磁場変調による冷媒の温度変化を用いて熱交換を行なう磁気温調システムであって、磁場変調によって発熱または吸熱を行なう磁気熱量材料を収容し、磁気熱量材料と第１冷媒との間で熱交換を行なうベッドと、ベッドに収容される磁気熱量材料に対して磁場変調を行なう磁場変調装置と、ベッドで熱交換が行われた第１冷媒と、第１冷媒とは異なる冷媒との間で熱交換を行なう蓄熱用熱交換器と、蓄熱用熱交換器で熱交換が行われた異なる冷媒と、外気との間で熱交換を行なう放熱用熱交換器と、ベッドと蓄熱用熱交換器との間で第１冷媒を循環させるための第１ポンプと、蓄熱用熱交換器と放熱用熱交換器との間で異なる冷媒を循環させるための、第１ポンプとは異なるポンプと、ベッドと蓄熱用熱交換器との間の第１冷媒の流れを切り替えるためのバルブと、磁場変調装置、第１ポンプ、第１ポンプとは異なるポンプ、およびバルブを制御する制御装置とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、熱輸送距離を延伸化しつつ小型化可能な磁気温調システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】磁気温調システムの構成を模式的に示す図（その１）である。
【図２】制御装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図３】磁気温調システムの構成を模式的に示す図（その２）である。
【図４】磁気温調システムの構成を模式的に示す図（その３）である。
【図５】磁気温調システムの構成を模式的に示す図（その４）である。
【図６】磁気温調システムの構成を模式的に示す図（その５）である。
【図７】磁気温調システムの構成を模式的に示す図（その６）である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態による磁気温調システム１００の構成を模式的に示す図である。磁気温調システム１００は、磁場変調装置２と、ベッド３と、第１蓄熱用熱交換器４と、第２蓄熱用熱交換器５と、第１放熱用熱交換器６と、第２放熱用熱交換器７と、第１バルブ９と、第２バルブ１０と、第１ポンプ１１と、第２ポンプ１２と、第３ポンプ１３と、配管Ｐ１〜Ｐ７，Ｐ１１〜Ｐ１７と、制御装置１６とを備える。
【００１１】
ベッド３は、磁場変調装置２の近傍に設けられる。ベッド３の内部には、磁気熱量材料１が収容される。磁気熱量材料１としては、外部から印加される磁場の変動（強弱の変化）によって吸熱したり発熱したりする磁気熱量効果を有した磁性体（たとえばガドリニウム、ランタン系合金、マンガン系合金など）を用いることができる。
【００１２】
ベッド３は、磁気熱量材料１を収容する収容部と、第１冷媒が流れる冷媒流路とを備える。ベッド３は、収容部に収容される磁気熱量材料１と冷媒流路を流れる第１冷媒との間の熱交換を行なうように構成される。
【００１３】
磁気熱量材料１は、上述したように、外部から印加される磁場の変動（強弱の変化）によって発熱したり吸熱したりする。たとえば、磁気熱量材料１は、外部から磁場が印加されると発熱し、外部からの磁場が除去されると吸熱する。磁気熱量材料１は、高効率温度帯において高い磁気熱量効果を発揮するため、たとえば、高効率温度帯が連続的または段階的に徐々に高くなるような勾配がベッド３に形成されるようにベッド３内に配置されてもよい。
【００１４】
なお、本実施の形態においては、ベッド３は、配管Ｐ１と配管Ｐ１１との間に設けられる第１ベッド３ａと、配管Ｐ３と配管Ｐ１３との間に設けられる第２ベッド３ｂとを含む。
【００１５】
磁場変調装置２は、磁気熱量材料１に印加される磁場の強さを周期的に増減させる。磁場変調装置２は、磁気熱量材料１を強い磁界内に置く励磁状態と、磁気熱量材料１を弱い磁界内またはゼロ磁界内に置く消磁状態とを周期的に切り換える。磁場変調装置２は、励磁状態とする励磁期間と、消磁状態とする消磁期間とを周期的に繰り返すように磁場を変調する。磁場変調装置２は、後述する冷媒の往復的な流れに同期して、磁気熱量材料１への磁場の印加と除去とを繰り返す。磁場変調装置２の磁力源としては、たとえば永久磁石、または電磁石を用いることができる。
【００１６】
なお、本実施の形態において、磁場変調装置２は、ベッド３（第１ベッド３ａおよび第２ベッド３ｂ）を挟んで互いに対向する第１部材２ａおよび第２部材２ｂを含む。
【００１７】
第１蓄熱用熱交換器４は、第１冷媒が流通する配管Ｐ１〜Ｐ４でベッド３と接続される。第２蓄熱用熱交換器５は、第１冷媒が流通する配管Ｐ１１〜Ｐ１４でベッド３と接続される。
【００１８】
配管Ｐ１３には、第１ポンプ１１が設けられる。第１ポンプ１１が作動することによって、第１冷媒は、ベッド３（第１ベッド３ａ）、配管Ｐ１、配管Ｐ２、第１蓄熱用熱交換器４、配管Ｐ４、配管Ｐ３、ベッド３（第２ベッド３ｂ）、配管Ｐ１３、配管Ｐ１４、第２蓄熱用熱交換器５、配管Ｐ１２、配管Ｐ１１、ベッド３（第１ベッド３ａ）の順に循環する。このように、ベッド３、第１蓄熱用熱交換器４および第２蓄熱用熱交換器５は、第１冷媒が循環する閉ループを構成している。なお、第１冷媒の循環方向は逆であってもよい。また、第１ポンプ１１が設けられる位置は、配管Ｐ１３に限定されず、たとえば、配管Ｐ１１であってもよいし、配管Ｐ１であってもよいし、配管Ｐ３であってもよい。
【００１９】
配管Ｐ１と配管Ｐ２との接続部分と、配管Ｐ３と配管Ｐ４との接続部分とは、配管Ｐ５で接続されている。配管Ｐ３と配管Ｐ４と配管Ｐ５との接続部分には、第１バルブ９が設けられる。第１バルブ９が開いているときには、配管Ｐ３と配管Ｐ４とが連通される。第１バルブ９が閉じているときには、配管Ｐ３と配管Ｐ４とが遮断され、配管Ｐ３と配管Ｐ５とが連通される。
【００２０】
配管Ｐ１１と配管Ｐ１２との接続部分と、配管Ｐ１３と配管Ｐ１４との接続部分とは、配管Ｐ１５で接続されている。配管Ｐ１３と配管Ｐ１４と配管Ｐ１５との接続部分には、第２バルブ１０が設けられる。第２バルブ１０が開いているときには、配管Ｐ１３と配管Ｐ１４とが連通される。第２バルブ１０が閉じているときには、配管Ｐ１３と配管Ｐ１４とが遮断され、配管Ｐ１３と配管Ｐ１５とが連通される。
【００２１】
第１ポンプ１１の作動中において、第１バルブ９および第２バルブ１０が開いているときには、第１冷媒は、ベッド３、第１蓄熱用熱交換器４および第２蓄熱用熱交換器５を含む閉ループを循環する。一方、第１バルブ９および第２バルブ１０が閉じているときには、第１冷媒は、第１蓄熱用熱交換器４および第２蓄熱用熱交換器５へは流れず、ベッド３（第１ベッド３ａ）、配管Ｐ１，Ｐ５，Ｐ３、ベッド３（第２ベッド３ｂ）、配管Ｐ１３，Ｐ１５，Ｐ１１で構成される閉ループ内を循環することになる。
【００２２】
第１放熱用熱交換器６は、第１冷媒とは異なる第２冷媒が流通する配管Ｐ６，Ｐ７で第１蓄熱用熱交換器４と接続される。配管Ｐ７には、第２ポンプ１２が設けられる。第２ポンプ１２が作動することによって、第２冷媒は、第１蓄熱用熱交換器４、配管Ｐ７、第１放熱用熱交換器６、配管Ｐ６、第１蓄熱用熱交換器４の順に循環する。
【００２３】
第２放熱用熱交換器７は、第１冷媒および第２冷媒とは異なる第３冷媒が流通する配管Ｐ１６，Ｐ１７で第２蓄熱用熱交換器５と接続される。配管Ｐ１７には、第３ポンプ１３が設けられる。第３ポンプ１３が作動することによって、第３冷媒は、第２蓄熱用熱交換器５、配管Ｐ１６、第２放熱用熱交換器７、配管Ｐ１７、第２蓄熱用熱交換器５の順に循環する。
【００２４】
なお、第１冷媒、第２冷媒および第３冷媒は、不凍液、水、油などの液冷媒によって構成される。なお、第１冷媒、第２冷媒および第３冷媒は、同一の成分であってもよいし、異なる成分であってもよい。
【００２５】
第１蓄熱用熱交換器４は、ベッド３で熱交換が行われた第１冷媒と、第２冷媒との間の熱交換を行なうことによって、磁気熱量材料１と熱交換した第１冷媒の熱を蓄熱する機能を有する。
【００２６】
第１放熱用熱交換器６は、第１蓄熱用熱交換器４で熱交換が行なわれた第２冷媒と、第１放熱対象（周囲の外気もしくは対象物）との間の熱交換を行なうことによって、第１蓄熱用熱交換器４で蓄熱した熱を第１放熱対象へ伝達する機能を有する。
【００２７】
なお、第１蓄熱用熱交換器４は、ベッド３において第１冷媒に伝達された熱を損失することなく蓄えて第１放熱用熱交換器６に伝達するために、ベッド３に近接して配置されることが望ましい。一方で、第１放熱用熱交換器６は、第１放熱対象に近接して配置されることが望ましい。そのため、第１放熱用熱交換器６は、ベッド３に対して第１蓄熱用熱交換器４よりも遠方に設置されてもよい。
【００２８】
本実施の形態においては、第１蓄熱用熱交換器４、配管Ｐ６，Ｐ７および第１放熱用熱交換器６で第２冷媒用の閉ループが構成されるため、第１放熱用熱交換器６の設置場所に合せて配管Ｐ６，Ｐ７の長さを調整することができる。
【００２９】
第２蓄熱用熱交換器５は、ベッド３で熱交換が行われた第１冷媒と、第３冷媒との間の熱交換を行なうことによって、磁気熱量材料１と熱交換した第１冷媒の熱を蓄熱する機能を有する。
【００３０】
第２放熱用熱交換器７は、第２蓄熱用熱交換器５で熱交換が行なわれた第３冷媒と、第２放熱対象（周囲の外気もしくは対象物）との間の熱交換を行なうことによって、第２蓄熱用熱交換器５で蓄熱した熱を第２放熱対象へ伝達す機能を有する。
【００３１】
なお、第２蓄熱用熱交換器５は、ベッド３において第１冷媒に伝達された熱を損失することなく蓄えて第２放熱用熱交換器７に伝達するために、ベッド３に近接して配置されることが望ましい。一方で、第２放熱用熱交換器７は、第２放熱対象に近接して配置されることが望ましい。そのため、第２放熱用熱交換器７は、ベッド３に対して第２蓄熱用熱交換器５よりも遠方に設置されてもよい。
【００３２】
本実施の形態においては、第２蓄熱用熱交換器５、配管Ｐ１６，Ｐ１７および第２放熱用熱交換器７で第３冷媒用の閉ループが構成されるため、第２放熱用熱交換器７の設置場所に合せて配管Ｐ１６，Ｐ１７の長さを調整することができる。
【００３３】
制御装置１６は、磁場変調装置２、第１バルブ９、第２バルブ１０、第１ポンプ１１、第２ポンプ１２、および第３ポンプ１３と電気的に接続される。制御装置１６は、磁場変調装置２の励磁のタイミング、励磁期間、消磁のタイミングおよび消磁期間などの磁場変調を制御する。制御装置１６は、第１バルブ９および第２バルブ１０の開閉を制御する。制御装置１６は、第１ポンプ１１、第２ポンプ１２、第３ポンプ１３の作動、流量および冷媒流れ方向を制御する。すなわち、制御装置１６は、磁気温調システム１００を構成している電気部品の動作条件を制御する。
【００３４】
なお、第１蓄熱用熱交換器４および第２蓄熱用熱交換器５の蓄熱特性を向上させるために、第１蓄熱用熱交換器４および第２蓄熱用熱交換器５に蓄熱材料を設けるようにしてもよい。
【００３５】
次に、磁気温調システム１００の動作を説明する。なお、以下の動作説明では、第１蓄熱用熱交換器４で冷熱（低温熱）を蓄熱し、第２蓄熱用熱交換器５で温熱（高温熱）を蓄熱する例について説明する。なお、第１蓄熱用熱交換器４で温熱を蓄熱し、第２蓄熱用熱交換器５で冷熱を蓄熱するようにしてもよい。
【００３６】
図２は、制御装置１６の処理手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、磁気温調システム１００の運転中において、予め定められた条件が成立する毎（たとえば予め定められた周期毎）に繰り返し実行される。
【００３７】
まず、制御装置１６は、磁場変調装置２に駆動電流を供給することによって磁場変調装置２を作動させて、ベッド３内の磁気熱量材料１へ磁場を印加する（ステップＳ１０）。磁場が印加された磁気熱量材料１は発熱し、磁気熱量材料１の熱がベッド３内の第１冷媒へ伝達される。
【００３８】
次いで、磁場変調装置２の駆動電流の増加が終了する、すなわち磁場変調装置２から磁気熱量材料１に印加される磁場の増加率がゼロになると、制御装置１６は、第１バルブ９を閉じ、第２バルブ１０を開いた状態で、第１ポンプ１１を作動させる（ステップＳ１２）。これにより、磁気熱量材料１の熱を吸収して昇温された第１冷媒が第２蓄熱用熱交換器５に移送され、第１冷媒の温熱が第２蓄熱用熱交換器５内の第３冷媒に伝達される。
【００３９】
次いで、制御装置１６は、磁場変調装置２に供給される駆動電流を停止して磁場変調装置２の作動を停止することによって、ベッド３内の磁気熱量材料１に印加される磁場を除去する（ステップＳ１４）。これにより、磁気熱量材料１はベッド３内の第１冷媒の熱を吸熱するため、ベッド３内の第１冷媒が冷却される。
【００４０】
次いで、磁場変調装置２による磁場の減少率がゼロになると、制御装置１６は、第１バルブ９を開き、第２バルブ１０を閉じた状態で、第１ポンプ１１を動作させる（ステップＳ１６）。これにより、磁気熱量材料１に吸熱されて冷却された第１冷媒が第１蓄熱用熱交換器４に移送され、第１冷媒の冷熱が第１蓄熱用熱交換器４内の第２冷媒に伝達される。
【００４１】
なお、磁気熱量材料１から第１冷媒への熱伝達速度は磁気熱量材料１と第１冷媒との組合せによって異なる。そのため、たとえば、磁場変調装置２による磁場の増加率がゼロになるタイミングよりも早くステップＳ１２の処理を開始するようにしてもよい。同様に、たとえば、磁場変調装置２による磁場の減少率がゼロになるタイミングよりも早く、ステップＳ１６の処理を開始するようにしてもよい。制御装置１６の制御プログラムを調整することで、熱交換効率を向上させることができる。
【００４２】
ステップＳ１０〜Ｓ１６の動作を１サイクルの蓄熱動作として複数サイクル繰り返されると、第１蓄熱用熱交換器４には冷熱が蓄熱され、第２蓄熱用熱交換器５には温熱が蓄熱される。
【００４３】
次いで、制御装置１６は、第１蓄熱用熱交換器４の温度が予め定められた冷熱目標値に到達しているか否かを判定する（ステップＳ２０）。たとえば、制御装置１６は、上述のステップＳ１０〜Ｓ１６の蓄熱動作が継続的に繰り返されている時間が予め定められた冷熱基準時間を超えている場合に、第１蓄熱用熱交換器４の温度が予め定められた冷熱目標値に到達していると判定する。
【００４４】
第１蓄熱用熱交換器４の温度が冷熱目標温度に到達していると（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、制御装置１６は、第２ポンプ１２を動作させる（ステップＳ２２）。これにより、第１蓄熱用熱交換器４に蓄熱された冷熱が第２冷媒を介して第１放熱用熱交換器６に移送され、第１放熱用熱交換器６において第２冷媒の冷熱が第１放熱対象に放出される第１放熱動作が行なわれる。
【００４５】
第１放熱動作による熱交換によって第１放熱対象から吸熱して昇温された第２冷媒は、第１蓄熱用熱交換器４に戻される。このため、第１蓄熱用熱交換器４の温度が上昇する。これにより、次回以降のサイクルにおいて、第１蓄熱用熱交換器４の温度が冷熱目標温度に到達しなくなると（ステップＳ２０においてＮＯ）、制御装置１６は、第２ポンプ１２を停止する（ステップＳ２４）。
【００４６】
次いで、制御装置１６は、第２蓄熱用熱交換器５の温度が予め定められた温熱目標値に到達しているか否かを判定する（ステップＳ３０）。たとえば、制御装置１６は、上述のステップＳ１０〜Ｓ１６の蓄熱動作が継続的に繰り返されている時間が予め定められた温熱基準時間を超えている場合に、第２蓄熱用熱交換器５の温度が予め定められた温熱目標値に到達していると判定する。
【００４７】
第２蓄熱用熱交換器５の温度が温熱目標温度に到達していると（ステップＳ３０においてＹＥＳ）、制御装置１６は、第３ポンプ１３を動作させる（ステップＳ２２）。これにより、第１蓄熱用熱交換器４に蓄熱された温熱が第３冷媒を介して第２放熱用熱交換器７に移送され、第２放熱用熱交換器７において第３冷媒の温熱が第２放熱対象に放出される第２放熱動作が行なわれる。
【００４８】
第２放熱動作による熱交換によって第２放熱対象に放熱して降温された第２冷媒は、第２蓄熱用熱交換器５に戻される。このため、第２蓄熱用熱交換器５の温度が低下する。これにより、次回以降のサイクルにおいて、第２蓄熱用熱交換器５の温度が温熱目標温度に到達しなくなると（ステップＳ３０においてＮＯ）、制御装置１６は、第３ポンプ１３を停止する（ステップＳ３４）。
【００４９】
なお、１サイクルの蓄熱動作で磁気熱量材料１が所望の熱量を発生させることができる場合には、上述のように蓄熱動作を複数サイクル繰り返した後に放熱動作（第１，第２放熱動作）を行なう必要はなく、蓄熱操作と放熱動作とを連続的に行なうことができる。
【００５０】
以上のように、本実施の形態による磁気温調システム１００は、ベッド３と、磁場変調装置２と、第１、第２蓄熱用熱交換器４，５と、第１、第２放熱用熱交換器６，７と、第１ポンプ１１と、第２、第３ポンプ１２，１３と、第１、第２バルブ９，１０と、制御装置１６とを備える。ベッド３は、磁気熱量効果を有する磁気熱量材料１を収容し、磁気熱量材料１と第１冷媒との間で熱交換を行なう。磁場変調装置２は、ベッド３に収容される磁気熱量材料１に対して磁場変調を行なう。第１、第２蓄熱用熱交換器４，５は、ベッド３で熱交換が行われた第１冷媒と、第１冷媒とは異なる第２、第３冷媒との間で熱交換をそれぞれ行なう。第１、第２放熱用熱交換器６，７は、第１、第２蓄熱用熱交換器４，５で熱交換が行われた第２，第３冷媒と、第１、第２放熱対象との間で熱交換をそれぞれ行なう。第１ポンプ１１は、磁場変調装置２と第１、第２蓄熱用熱交換器４，５との間で第１冷媒を循環させる。第２、第３ポンプ１２，１３は、蓄熱用熱交換器と放熱用熱交換器との間で異なる冷媒を循環させる。第１、第２バルブ９，１０は、ベッド３と第１、第２蓄熱用熱交換器４，５との間の第１冷媒の流れを切り替える。制御装置１６は、磁場変調装置２、第１〜第３ポンプ１１〜１３、および第１、第２バルブ９，１０を制御する。
【００５１】
上記構成によれば、蓄熱用熱交換器（第１、第２蓄熱用熱交換器４，５）と放熱用熱交換器（第１、第２放熱用熱交換器６，７）とが別々に設けられ、さらに、ベッド３と蓄熱用熱交換器との間を循環する第１冷媒と、蓄熱用熱交換器と放熱用熱交換器との間を循環する第２、第３冷媒の冷媒経路とを別々に制御することができる。これにより、蓄熱用熱交換器をベッド３の近傍に配置しつつ、放熱用熱交換器６をベッド３に対して蓄熱用熱交換器よりも遠方に設置することが可能となる。そのため、放熱用熱交換器を自由に設置することができるようになる。その結果、熱輸送距離を延伸化しつつ小型化可能な磁気温調システム１００を得ることができる。
【００５２】
実施の形態２．
図３は、本開示の実施の形態２による磁気温調システム１００Ａの構成を模式的に示す図である。磁気温調システム１００Ａは、上述の図１に示す磁気温調システム１００に対して、制御装置１６で制御可能な送風機６１，７１を第１放熱用熱交換器６および第２放熱用熱交換器７にそれぞれ設けたものである。磁気温調システム１００Ａのその他の構成は、上述の磁気温調システム１００と同じであるため、ここでの詳細な説明は繰返さない。
【００５３】
送風機６１，７１は、制御装置１６によって電気的に接続されており、制御装置１６により作動（ＯＮ）、停止（ＯＦＦ）および回転数が制御される。
【００５４】
磁気温調システム１００Ａは、このような送風機６１，７１を有することにより、上述の磁気温調システム１００と比較して、第１放熱用熱交換器６および第２放熱用熱交換器７の熱交換効率を向上させることができる。
【００５５】
実施の形態３．
図４は、本開示の実施の形態３による磁気温調システム１００Ｂの構成を模式的に示す図である。磁気温調システム１００Ｂは、上述の図１に示す磁気温調システム１００に対して、温度測定装置３０，４０，５０，６０，７０が追加されている点、および制御装置１６が状態監視部１６０と学習部１６１とを備える点が異なる。磁気温調システム１００Ｂのその他の構成は、上述の磁気温調システム１００と同じであるため、ここでの詳細な説明は繰返さない。
【００５６】
温度測定装置３０は、ベッド３に設けられ、ベッド３の温度を検出する。温度測定装置４０は、第１蓄熱用熱交換器４に設けられ、第１蓄熱用熱交換器４の温度を検出する。温度測定装置５０は、第２蓄熱用熱交換器５に設けられ、第２蓄熱用熱交換器５の温度を検出する。温度測定装置６０は、第１放熱用熱交換器６に設けられ、第１放熱用熱交換器６の温度を検出する。温度測定装置７０は、第２放熱用熱交換器７に設けられ、第２放熱用熱交換器７の温度を検出する。各温度測定装置３０，４０，５０，６０，７０は、検出結果を状態監視部１６０に出力する。
【００５７】
状態監視部１６０は、温度測定装置３０，４０，５０，６０，７０によって検出された温度状態を監視する。学習部１６１は、状態監視部１６０で監視している温度状態と制御装置１６によって電気的に接続されている機器の運転動作との対応関係を学習し、放熱対象となる外気または対象物が所望の温度になるよう制御条件を自動で調整する。その他の構成は、実施の形態１と同じである。
【００５８】
このように、磁気温調システム１００Ｂにおいては、制御装置１６が状態監視部１６０と学習部１６１とを有する。そのため、制御応答遅れによる熱交換効率の低下および配管Ｐ１〜Ｐ７，Ｐ１１〜Ｐ１７、第１バルブ９、第２バルブ１０等での熱損失を考慮して各機器の運転動作を制御することが可能となる。その結果、磁気温調システム１００Ｂ全体のエネルギー効率を向上させることができる。
【００５９】
なお、温度測定装置の数は図４に示す数に限定されない。たとえば、温度測定装置の数を増やしてもよい。また、温度測定装置の配置も図４に示す配置に限定されない。たとえば、必要であれば、第１放熱用熱交換器６および第２放熱用熱交換器７の周辺の外気あるいは対象物に温度測定装置を設置してもよく、磁場変調装置２、第１バルブ９、第２バルブ１０、第１ポンプ１１、第２ポンプ１２、第３ポンプ１３にそれぞれ温度測定装置を設置してもよい。
【００６０】
実施の形態４．
図５は、本開示の実施の形態４による磁気温調システム１００Ｃの構成を模式的に示す図である。磁気温調システム１００Ｃは、上述の図１に示す磁気温調システム１００に対して、第１ポンプ１１の１回の動作で移送されるベッド３内の冷媒熱容量と第１蓄熱用熱交換器４内の冷媒熱容量と第２蓄熱用熱交換器５内の冷媒熱容量とが同等になるように構成される。磁気温調システム１００Ｃのその他の構成は、上述の磁気温調システム１００と同じである。
【００６１】
このように、ベッド３内の冷媒熱容量と第１蓄熱用熱交換器４内の冷媒熱容量と第２蓄熱用熱交換器５内の冷媒熱容量とを同等にすることで、１サイクルで発生した冷熱および温熱を、配管Ｐ１〜Ｐ７，Ｐ１１〜Ｐ１７、第１バルブ９、第２バルブ１０等の内部で滞留して熱損失させることなく、第１蓄熱用熱交換器４および第２蓄熱用熱交換器５に蓄熱することが可能となる。その結果、磁気温調システム全体のエネルギー効率を向上させることができる。
【００６２】
実施の形態５．
図６は、本開示の実施の形態５による磁気温調システム１００Ｄの構成を模式的に示す図である。磁気温調システム１００Ｄは、上述の図１に示す磁気温調システム１００に対して、特に磁場変調装置２が電磁石で構成されているときに、ベッド３の配置に特徴を有する。磁気温調システム１００Ｄのその他の構成は、上述の磁気温調システム１００と同じである。
【００６３】
磁気温調システム１００Ｄにおいては、図６に示す通り、磁場変調装置２の第１部材２ａと第２部材２ｂとが、互いに対向するように板状に形成される。そして、ベッド３の第１ベッド３ａと第２ベッド３ｂとが、第１部材２ａと第２部材２ｂとの間に、第１部材２ａと第２部材２ｂとの配列方向とは直交する方向に並べて配列される。これにより、ベッド３の第１ベッド３ａと第２ベッド３ｂとが磁場変調装置２の第１部材２ａと第２部材２ｂとの配列方向に並べて配置される場合に比べて、磁場変調装置２の間隙２１をより小さくすることが可能となる。
【００６４】
磁場変調装置２が電磁石で構成される場合、磁場変調装置２の体積は、磁場変調装置２の間隙２１の大きさに依存している。磁場変調装置２の間隙２１が大きい場合には、磁気損失が増加するため、損失を補うために磁場変調装置２の体積を大型化する必要がある。しかし、磁場変調装置２の間隙２１が小さい場合には、磁気損失が低減するため、磁場変調装置２の体積を小型化することができる。
【００６５】
本実施の形態５では、磁場変調装置２の間隙２１が小さくなるようにベッド３を多段化して配置しているため、ベッド３における磁気熱量材料１の収容量を確保しつつ、磁場変調装置２の大型化を防止することができる。
【００６６】
実施の形態６．
図７は、本開示の実施の形態６による磁気温調システム１００Ｅの構成を模式的に示す図である。磁気温調システム１００Ｅは、家屋Ｈ用の冷凍空調機器として利用される。すなわち、磁気温調システム１００Ｅにおいては、第１放熱用熱交換器６が家屋Ｈの室内に設置され、第２放熱用熱交換器７が家屋Ｈの室外に設置される。このような配置により、家屋Ｈの室内に冷熱を送風し、家屋Ｈの室外に温熱を廃熱することができる。また、制御装置１６によって磁場変調のタイミング等を変更することによって、家屋Ｈの室内に温熱を送風し、家屋Ｈの室外に冷熱を廃熱することもできる。
【００６７】
このように、磁気温調システム１００Ｅを冷凍空調機器として利用することで、従来の蒸気圧縮式の冷凍空調機器と異なり、蒸気圧縮冷媒を用いることなく冷凍空調ができるため、地球温暖化係数の低い冷凍空調機器を実現することが可能となる。
【００６８】
なお、図７には磁場変調装置２、ベッド３、第１蓄熱用熱交換器４、および制御装置１６を室内に配置し、第２蓄熱用熱交換器５を室外に配置する例が示されるが、これらの機器の配置は図７に示される配置に限定されない。たとえば、制御装置１６を室外に配置してもよいし、第２蓄熱用熱交換器５を室内に配置してもよい。
【００６９】
また、図７には磁気温調システム１００Ｅを家屋Ｈに設置する例が示されるが、磁気温調システム１００Ｅをたとえば図示しない自動車、冷蔵庫、鉄道などの従来の蒸気圧縮式の冷凍空調機器の適用先に設置することも可能である。
【００７０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７１】
１  磁気熱量材料、２  磁場変調装置、２ａ  第１部材、２ｂ  第２部材、３  ベッド、３ａ  第１ベッド、３ｂ  第２ベッド、４  第１蓄熱用熱交換器、５  第２蓄熱用熱交換器、６  第１放熱用熱交換器、７  第２放熱用熱交換器、９  第１バルブ、１０  第２バルブ、１１  第１ポンプ、１２  第２ポンプ、１３  第３ポンプ、１６  制御装置、３０，４０，５０，６０，７０  温度測定装置、６１，７１  送風機、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ  磁気温調システム、１６０  状態監視部、１６１  学習部、Ｐ１〜Ｐ７，Ｐ１１〜Ｐ１７  配管。
【要約】
磁気温調システム（１００）は、磁気熱量材料（１）と第１冷媒との間で熱交換を行なうベッド（３）と、ベッド（３）に対して磁場変調を行なう磁場変調装置（２）と、ベッド（３）で熱交換が行われた第１冷媒と、第１冷媒とは異なる第２、第３冷媒との間で熱交換をそれぞれ行なう第１、第２蓄熱用熱交換器（４，５）と、第１、第２蓄熱用熱交換器（４，５）で熱交換が行われた第２，第３冷媒と、第１、第２放熱対象との間で熱交換をそれぞれ行なう第１、第２放熱用熱交換器（６，７）と、第１〜第３冷媒をそれぞれ循環させる第１〜第３ポンプ（１１〜１３）と、第１冷媒の流れを切り替える第１、第２バルブ（９，１０）と、磁場変調装置（２）、第１〜第３ポンプ（１１〜１３）、および第１、第２バルブ（９，１０）を制御する制御装置（１６）とを備える。【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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