JP2005077032A - 熱交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 磁性蓄熱材を使用した熱交換装置であって、磁性蓄熱材の励磁、消磁を簡単な構造により行うことができる熱交換装置の提供を目的とする。
【解決手段】 冷却水が循環する冷却水回路１１に、冷却水が送風機１６からの送風空気を加熱するヒータコア１５と、冷却水が吸熱対象である車両用エンジン１２から吸熱する吸熱部１３と、冷却水を循環させる電動ウォーターポンプ１４とを配置し、冷却水に磁気熱量効果により励磁されると温度が上昇して高温状態となり、消磁されると温度が低下して低温状態になる磁性蓄熱材を混入し、ヒータコア１５に流体に磁場を与える永久磁石１７を配置する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、励磁されると磁気熱量効果により温度が上昇して高温状態となり、消磁されると温度が低下して低温状態になる磁性蓄熱材を使用した熱交換装置に関する。

従来、特許文献１において、磁性蓄熱材を使用した熱交換装置（冷凍装置）が知られている。この冷凍装置には、図７に示すように熱交換流体が循環する循環回路１１が備えられ、この循環経路１１には熱交換流体が熱交換対象から吸熱する吸熱（冷却）器５１、熱交換流体が熱交換対象へ放熱する放熱器５２、熱交換流体を熱交換回路内で循環させる循環手段１４および磁性蓄熱材５３ａ、５３ｂを容器内に収容し、熱交換流体と熱交換を行う２つの磁性蓄熱器５４ａ、５４ｂが配置されている。また、特許文献１の熱交換装置には、磁性蓄熱材に磁場を与える磁場発生手段１７が備えられている。

この熱交換装置では駆動機構５７により、磁性蓄熱器５４ａ、５４ｂを磁場がある（励磁）場所と磁場がない（消磁）場所に移動している。これにより、磁性蓄熱材５３ａ、５３ｂが励磁される高温状態と消磁される低温状態との２つの状態を取り得るようにしている。さらに、一の磁性蓄熱器が高温状態の時には他の磁性蓄熱器が低温状態となるように移動している。ここで、磁性蓄熱器５４ａが励磁高温状態、５４ｂが消磁低温状態の場合を第１状態、５４ａが消磁低温状態、５４ｂが励磁高温状態の場合を第２状態と称する。

ところで循環経路１１には、流路切替手段５５が備えられている。第１状態の場合（図７中矢印ａ）には、切替手段５５は熱交換流体の流路を循環手段１４→磁性蓄熱器５４ｂ（放熱）→冷却器５１（吸熱）→磁性蓄熱器５４ａ（吸熱）→放熱器５２（放熱）→循環手段１４となるように制御している。なお、カッコ内は熱交換流体から見た熱のやり取りを示している。

一方、第２状態の場合（図７中矢印ｂ）には、切替手段５５は熱交換流体の流路を循環手段１４→磁性蓄熱器５４ａ（放熱）→冷却器５１（吸熱）→磁性蓄熱器５４ｂ（吸熱）→放熱器５２（放熱）→循環手段１４となるように制御する。

このように、駆動手段による磁性蓄熱器５４ａ、５４ｂの移動と流路切替手段５５による熱交換流体の流路切替とで第１、第２の２つの状態を繰り返すことにより、冷却器５１における熱交換（流体の冷却対象５６からの吸熱）を行うことができる。
特開２００２−１０６９９９号公報

しかし、特許文献１の熱交換（冷凍）装置では、磁性蓄熱材５３ａ、５３ｂを磁性蓄熱器５４ａ、５４ｂの容器内に収容しているため、磁性蓄熱器５４ａ、５４ｂを磁場がある（励磁）場所と磁場がない（消磁）場所に移動させるための駆動手段５７を備えなければならない。

また、２つの磁性蓄熱器５４ａ、５４ｂを交互に励磁場所と消磁場所に移動し、それに対応するように流路切替手段５５が第１状態の熱交換流体の流路ａと第２状態の流路ｂを切替え制御することにより、冷却器５１における冷却対象５６の冷却を連続的に行っている。そのため、熱交換流体の循環経路１１に流路切替手段５５を備えなければならない。

本発明は、上記点に鑑み、磁性蓄熱材を使用した熱交換装置において、より簡単な構造の熱交換装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、流体が循環する循環経路（１１）を備え、循環経路（１１）において、流体が加熱対象を加熱する加熱熱交換手段（１５）と、流体が冷却対象から吸熱する吸熱熱交換手段（１３）と、流体を循環させる循環手段（１４）とを配置し、
流体には磁気熱量効果により、励磁されると温度が上昇して高温状態となり、消磁されると温度が低下して低温状態になる磁性蓄熱材が混入されており、
加熱熱交換手段（１５）には、流体に磁場を与える磁場発生手段（１７）が配置されている熱交換装置を特徴としている。

これによると、循環経路（１１）の流体に磁性蓄熱材を混入し、循環手段（１４）により流体と磁性蓄熱材を一緒に循環経路（１１）中を循環させているため、特許文献１のような磁性蓄熱材を収容する容器およびこの容器を移動する駆動手段を無くすことができる。

また、加熱熱交換手段（１５）に磁場発生手段（１７）を配置して流体に磁場を与えるため、加熱熱交換手段（１５）において、励磁高温状態となった磁性蓄熱材と磁性蓄熱材により加熱され高温となった流体は加熱対象へ放熱する。そして、加熱熱交換手段（１５）通過後に磁性蓄熱材が消磁低温状態になると周囲の流体も低温状態となり、吸熱熱交換手段（１３）での吸熱が可能となる。

これにより、連続的に吸熱熱交換手段（１３）からの吸熱と加熱熱交換手段（１５）からの加熱を行うことができるため、特許文献１のように２つの磁性蓄熱器を交互に励磁場所と消磁場所に移動し、それに対応するように流路切替手段が流路を切替え制御しなくてもよい。したがって、特許文献１では必須の流路切替手段を無くすことができる。

以上の効果により、磁性蓄熱材を使用した熱交換装置の構造を特許文献１に比べて、より簡単なものにすることができる。

さらに、循環経路（１１）の流体に磁性蓄熱材を混入しているため、特許文献１のように容器中の磁性蓄熱材と流体とで熱交換する場合に比して、磁性蓄熱材と流体との接触面積が多くなり熱交換の効率を高めることができる。

また、請求項２に記載の発明では、請求項１において加熱熱交換手段（１５）内の流体経路の少なくとも一部に磁場を与えるように磁場発生手段（１７）が加熱熱交換手段（１５）と一体に配置されている熱交換装置を特徴としている。

これによると、磁場発生手段（１７）が加熱熱交換手段（１５）内の流体経路に部分的に磁場を与えることが可能となるため、流体の流体経路のうち温度を高めたい部分に磁場を与え、流体中の磁性蓄熱材を励磁高温状態として流体の温度を上昇させることができる。

さらに、加熱熱交換手段（１５）と一体となるように磁場発生手段（１７）を配置して、磁場発生手段（１７）の磁場が効率よく流体中の磁性蓄熱材に与えられるようにしたため、効果的に磁性蓄熱材を励磁高温状態とすることができる。

さらにまた、一つの加熱熱交換手段（１５）中に磁気蓄熱材が励磁高温状態となる部分と、消磁低温状態となる部分を作れるため、これらを別体に設ける場合に比して、熱交換器を小さく、安価にすることができる。

また、請求項３に記載の発明のように、請求項２において加熱熱交換手段（１５）のうち、磁場が与えられる流体経路を備える部位（１５ｅ）を非磁性材料で形成すれば、磁場発生手段（１７）から磁場がより効果的に流体中の磁性蓄熱材に伝わり、磁性蓄熱材を励磁高温状態にすることができる。

また、請求項４に記載の発明のように、請求項３において、加熱熱交換手段（１５）に磁場発生手段（１７）からの磁場を遮る磁場遮蔽板（１８）を備えれば、流体経路の必要な部分のみで磁性蓄熱材の励磁を行うことができ、より確実に流体経路中の流体の温度を調節することができる。

また、請求項５に記載の発明では、流体が循環する複数の循環経路（２０、２１、２４）と、複数の循環経路（２０、２１、２４）のそれぞれに配置され、流体を循環させる循環手段（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）と、複数の循環経路（２０、２１、２４）のそれぞれに配置され、他の循環経路（２０、２１、２４）の冷却水と熱交換を行う中間熱交換手段（２３ａ、２３ｂ）と、複数の循環経路（２０、２１、２４）のうちの一つである第１循環経路（２０）に配置され、流体が加熱対象を加熱する加熱熱交換手段（１５）と、第１循環経路（２０）とは別の循環経路の一つである第２循環経路（２１）に配置され、流体が冷却対象から吸熱する吸熱熱交換手段（１３）とを備え、
流体には磁気熱量効果により、励磁されると温度が上昇して高温状態となり、消磁されると温度が低下して低温状態になる磁性蓄熱材が混入されており、加熱熱交換手段（１５）には、流体に磁場を与える磁場発生手段（１７ａ）が配置されており、
さらに、中間熱交換手段（２３ａ、２３ｂ）のそれぞれには、加熱する側の循環経路（２１、２４）の流体に磁場を与える磁場発生手段（１７ｂ、１７ｃ）と、
中間熱交換手段（２３ａ、２３ｂ）の磁場発生手段（１７ｂ、１７ｃ）が、加熱する側の循環経路（２１、２４）の流体にのみ磁場を与えるようにする磁場遮蔽板（１８ａ、１８ｂ）とが備えられている熱交換装置を特徴としている。

これによると、第２循環経路（２１）の流体は吸熱熱交換手段（１３）で冷却対象から吸熱する。そして、複数の循環経路（２０、２１、２４）の流体は磁場発生手段（１７ｂ、１７ｃ）を有する中間熱交換手段（２３ａ、２３ｂ）を介して第１循環経路（２０）の流体へ熱を移動する。そして、第１循環経路（２０）の流体は、磁場発生手段（１７ａ）を有する加熱熱交換手段（１５）で加熱対象を加熱する。

これにより、流体は加熱熱交換手段（１５）において循環経路が１つの場合に比べて高温となるため、より多くの熱を加熱対象に与えることが可能となる。

また、請求項６に記載の発明のように、請求項５において、循環経路（２０、２１、２４）の流体に、それぞれキュリー温度の異なる磁性蓄熱材を混入すれば、各循環経路（２０、２１、２４）の温度域に適したキュリー温度を持つ磁性蓄熱材を使用することができるため、より効率的に磁性蓄熱材による熱交換を行うことができる。ここで、キュリー温度とは磁性が失われる温度のことを示している。

また、請求項７に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つにおいて、循環経路（１１、２０、２１、２４）において、循環手段（１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）を加熱熱交換手段（１５、２３ａ、２３ｂ）の上流側部位と吸熱熱交換手段（１３、２３ａ、２３ｂ）の下流側部位の間に配置した熱交換措置を特徴としている。

これによると、循環手段（１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）の下流側に磁性蓄熱材を励磁高温状態にする磁場発生手段（１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）を有し、流体が加熱対象を加熱する加熱熱交換手段（１５、２３ａ、２３ｂ）が配置されている。したがって、循環手段（１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）の磁気により流体中の磁性蓄熱材が励磁高温状態となり流体を加熱したとしても、流体は下流の加熱熱交換手段（１５、２３ａ、２３ｂ）の磁場発生手段（１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）により励磁高温状態となった磁性蓄熱材でさらに加熱されるだけなので熱交換装置の熱交換性能への影響を無くすことができる。

また、請求項８に記載の発明では、請求項１ないし７のいずれか１つにおいて、循環手段（１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）による流体の流量制御により、熱交換手段（１３、１５、２３ａ、２３ｂ）における熱交換量を調節するようになっている熱交換装置を特徴としている。

このように、循環手段（１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）により流体の流量を制御すると、流体と共に循環経路（１１、２０、２１、２４）を循環する磁性蓄熱材が磁場発生手段（１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）の磁場を通過する量も制御される。したがって、循環手段（１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）による流体の流量の調節により、励磁高温状態および消磁低温状態となる磁性蓄熱材の量を調節することができ、熱交換装置の熱交換能力を変化させることができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本実施形態は、図１に示すように本発明を熱交換流体である冷却水が発熱源である車両用エンジン１２と車室内へ流れる空気を暖めるヒータコア１５との間を循環する熱交換装置に適用したものである。

この冷却水が流れる冷却水回路１１には、冷却水がエンジン１２から吸熱する吸熱熱交換手段である吸熱部１３と、冷却水回路１１内で冷却水を循環させる循環手段である電動ウォーターポンプ１４と、冷却水が空気を加熱する加熱熱交換手段であるヒータコア１５とが備えられている。

冷却水には、励磁されると温度が上昇して高温状態となり、消磁されると温度が低下して低温状態になるという磁気熱量効果を示す磁性蓄熱材が混入されている。本実施形態では、磁性蓄熱材は粉末状をしており、磁性蓄熱材の具体的材料としては、例えばガドリニウム系材料を使用することができる。

冷却水および冷却水に混入されている磁性蓄熱材は、電動ウォーターポンプ１４により冷却水回路１１を図１中矢印ｗ方向に循環する。この電動ウォーターポンプ１４は、冷却水回路１１のうち吸熱部１３の下流側の部位、かつ、ヒータコア１５の上流側部位に配置されている。

ところで、ヒータコア１５に対向する部位には、空気をヒータコア１５に送る送風機１６が配置されている。送風機１６から送風される空気は、矢印ｃのようにヒータコア１５を通過する。より具体的に説明すると、ヒータコア１５は図２に示すように、アルミニウム等の耐食性に優れた金属薄板を図中左右方向に積層して冷却水が流れるチューブ１５ａを構成するとともに、このチューブ１５ａの間にコルゲートフィン１５ｂを介在して、送風機１６からの空気を加熱する加熱部をなすコア部１３ｃを構成している。そして、このコア部１５ｃの両端側には、チューブ１５ａへ冷却水を流す、またはチューブ１５ａから冷却水が流れ込むタンク部１５ｄが配置されている。

ところで、ヒータコア１５の一部（図２中ヒータコア１５への冷却水流入側部位）には、ヒータコア１５を図２中上下から挟むように磁場発生手段である永久磁石１７がヒータコア１５と一体に配置されており、チューブ１５ａ内の冷却水（磁性蓄熱材）に磁場を与えている。なお、ヒータコア１５の磁場が与えられる部位１５ｅは、磁場を妨げない（磁場をループさせない、つまり磁気を帯びない）材料、一例としてアルミ、銅などの材料で形成し、チューブ１５ａ内の冷却水（磁性蓄熱材）に確実に磁場を与えるようにしている。

また、磁場が与えられる部位１５ｅと与えられない部位１５ｆとの境目には、磁場遮蔽板１８が配置されており、磁場が与えられない部位１５ｆの冷却水（磁性蓄熱材）に磁場が与えられることを防止している。なお、磁場遮蔽板１８は、磁場を妨げる（磁場をループさせる、つまり磁気を帯びる）磁性材料、一例として鉄、鋼を材料として形成されている。

次に、上記構成において本実施形態の作動を説明すると、冷却水は電動ウォーターポンプ１４の作動により、冷却水回路１１を図１中矢印ｗ方向へ循環する。磁性蓄熱材が混入されている冷却水は、吸熱部１３においてエンジン１２から熱を奪い、その後電動ウォーターポンプ１４を通過する。電動ウォーターポンプ１４は、電気と磁気の力により機械動力を発生しているため、冷却水中の磁性蓄熱材は励磁され瞬間的に温度が上昇する。

電動ウォーターポンプ１４通過後の冷却水は、ヒータコア１５に流入する。ヒータコア１５に冷却水入口側には永久磁石１７が配置されており、冷却水中の磁性蓄熱材に磁場を与える。磁性蓄熱材は、この磁場により励磁高温状態となるため、磁性蓄熱材の周囲の冷却水の温度も上昇する。

この状態において、送風機１６からの空気が図２中矢印ｃのようにヒータコア１５のコア部１５ｃを構成するコルゲートフィン１５ｂに流入し、チューブ１５ａ内を図２中点線矢印のように流れている高温の冷却水と熱交換を行う。言い換えると、送風機１６からの送風空気は、ヒータコア１５内の冷却水から熱を奪って（与えられて）温風となる。

送風機１６からの送風空気により熱を奪われた冷却水および磁性蓄熱材は、磁場遮蔽板１８を通過して、ヒータコア１５のうち、永久磁石１７による磁場が与えられない部位１５ｆを流れる。この時、磁性蓄熱材が消磁低温状態となるため、磁性蓄熱材の周囲の冷却水の温度も低下する。低温となった冷却水は再び吸熱部１３に達し、エンジン１２から吸熱する。

なお、本実施形態では、電動ウォーターポンプ１４により冷却水回路１１を循環する冷却水および冷却水中の磁性蓄熱材の量を調節制御することにより、吸熱部１３およびヒータコア１５での熱交換量を調節している。

次に第１実施形態における作用効果を列挙すると、（１）冷却水回路１１を流れる冷却水に磁性蓄熱材を混入し、電動ウォーターポンプ１４で冷却水および磁性蓄熱材を循環させて、磁場発生手段１７の磁場を通過させることにより磁性蓄熱材を励磁、消磁したため、特許文献１のような磁性蓄熱材を収容する容器およびこの容器を移動する駆動手段を無くすことができる。

（２）ヒータコア１５に永久磁石１７を配置し、流体に磁場を与えるため、ヒータコア１５では送風機１６からの送風空気により、励磁高温状態となった磁性蓄熱材と磁性蓄熱材から熱が奪われる。そして、ヒータコア１５通過後に磁性蓄熱材が消磁低温状態になると周囲の冷却水も低温状態となり、冷却水による熱交換部１３でのエンジン１２からの吸熱が可能となる。

このように、冷却水および磁性蓄熱材により連続的に熱交換部１３からの吸熱とヒータコア１５からの放熱を行うことができるため、特許文献１のように２つの磁性蓄熱器を交互に励磁場所と消磁場所に移動し、それに対応するように流路切替手段が流路を切替え制御しなくてもよい。したがって、特許文献１では必須の流路切替手段を無くすことができる。

（３）冷却水中に粉末状の磁性蓄熱材を混入しているため、特許文献１のように容器中の磁性蓄熱材と冷却水で熱交換する場合に比して、磁性蓄熱材と冷却水との接触面積が多くなり熱交換の効率を高めることができる。

（４）永久磁石１７によりヒータコア１５内の流体経路に部分的に磁場を与えているため、部分的に冷却水中の磁性蓄熱材を発熱させて冷却水の温度を高くすることができる。

例えば流体経路の形状により流体の温度が上昇しにくい部分に磁場を与え、流体中の磁性蓄熱材を励磁高温状態として流体の温度を上昇させることができる。それにより、流体経路中の流体の温度を均一にすることができる。

また、例えば送風機１６からヒータコア１５のコア部１５ｃに流入する空気に温度のバラつきがある場合には、流入する空気の温度が低い部分に永久磁石１７を配置して冷却水の温度を高めておけば、ヒータコア１５通過後の空気の温度のばらつきを少なくすることができる。

（５）ヒータコア１５と一体となるように永久磁石１７を配置したことにより、永久磁石１７の磁場が効率よく流体中の磁性蓄熱材に与えられるため、効果的に磁性蓄熱材を励磁高温状態とすることができる。

（６）ヒータコア１５中に磁気蓄熱材が励磁高温状態となる部分と、消磁低温状態となる部分を作れるため、これらを別体に設ける場合に比して、熱交換器を小さく、安価にすることができる。

（７）ヒータコア１５のうち、磁場が与えられる流体経路を備える部位１５ｅをアルミ、銅等の磁場が阻害されない材料で形成したため、より確実にヒータコア１５内の流体中の磁性蓄熱材に磁場を与えて、磁性蓄熱材を励磁高温状態にすることができる。

（８）ヒータコア１５のうち永久磁石１７から磁場が与えられる流体経路を備える部位１５ｅ以外の流体経路に磁場を与えることを防止する磁場遮蔽板１８を備えているため、流体経路の必要な部分のみで磁性蓄熱材の励磁を行うことができ、より確実に流体経路中の流体の温度を調節することができる。

（９）電動ウォーターポンプ１４の下流側に磁性蓄熱材を励磁高温状態にする永久磁石１７を備え、冷却水が加熱対象に放熱するヒータコア１５が配置されている。したがって、電動ウォーターポンプ１４の磁気により冷却水中の磁性蓄熱材が励磁高温状態となり流体を加熱したとしても、流体は下流のヒータコア１５で永久磁石１７によって励磁高温状態となる磁性蓄熱材でさらに加熱されるだけなので熱交換装置の熱交換性能への影響を無くすことができる。

（１０）電動ウォーターポンプ１４により流体の流量を制御しているため、冷却水と共に冷却水回路１１を循環する磁性蓄熱材がヒータコア１５の永久磁石１７の磁場を通過する量も制御される。したがって、電動ウォーターポンプ１４による冷却水流量の調節により、励磁高温状態および消磁低温状態となる磁性蓄熱材の量を調節することができ、ヒータコア１５での熱交換能力を変化させることができる。

（第２実施形態）
本実施形態は、図３、図４に示すように、各構成要素の配置は第１実施形態とほぼ同様であるが、第２実施形態ではヒータコア１５内の流体経路の一部に磁場を与えていた永久磁石１７をヒータコア１５内の流体経路全体に磁場を与えるように配置している。それに伴って当然に磁場遮蔽板１８を無くしている。

これによっても、第１実施形態と同様に、冷却水は電動ウォーターポンプ１４により図３中矢印ｗ方向に循環する。そして、ヒータコア１５において、永久磁石１７により励磁高温状態となった磁性蓄熱材により温度が上昇した冷却水は、コア部１５ｃを構成するコルゲートフィン１５ｂに流入する送風機１６からの空気により熱を奪われて温度が下がる。さらに、ヒータコア１５から流出した冷却水は、冷却水中の磁性蓄熱材が消磁低温状態となるため温度が低下する。低温となった冷却水は吸熱部１３に達し、エンジン１２から吸熱する。

なお、この第２実施形態によっても、第１実施形態で述べた（１）〜（３）、（９）、（１０）の効果を発揮することができる。

（第３実施形態）
本実施形態は、図５に示すように、第１、第２実施形態ではヒータコア１５に配置されていた永久磁石１７をエンジン１２と熱交換を行う熱交換部１３に配置している。第３実施形態では、第１、第２実施形態と同様に、冷却水回路１１に熱交換部１３、電動ウォータポンプ１４、ヒータコア１５を配置している。そして、流体中の磁性蓄熱材に磁場を与える永久磁石１７が熱交換部１３に配置されている。

これによると、エンジン１２が低温状態で暖機する必要がある場合に、磁性蓄熱材が混入された冷却水を循環させると、熱交換部１３で磁性蓄熱材が永久磁石１７の磁場により励磁高温状態となって周囲の冷却水を加熱する。さらに、冷却水の熱がエンジン１２に伝わるので、エンジン１２の暖機を行うことができる。

なお、図５では熱交換部１３の全体に磁場を与えるように永久磁石１７を配置しているが熱交換部１３のうち冷却水の温度が上昇しにくい場所に部分的に磁場を与えることにより冷却水温度を上昇しやすくしてもよい。

（第４実施形態）
本実施形態は、図６に示すように、冷却水が循環する３つの循環経路である第１循環経路２０、第２循環経路２１および中間循環経路２４が備えられており、これらの循環経路２０、２１、２４には冷却水を循環させる電動ウォーターポンプ１４ａ、１４ｂ、１４ｃが配置されている。

この電動ウォーターポンプ１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、各循環経路２０、２１、２４において、冷却水が熱交換対象を加熱する熱交換手段１５、２３ａ、２３ｂの上流側部位、かつ、流体が熱交換対象から熱を奪う熱交換手段１３、２３ａ、２３ｂの下流側部位に配置されている。

さらに、第１循環経路２０には、冷却水が加熱対象を加熱する加熱熱交換手段１５が配置され、第２循環経路２１には、冷却水が冷却対象から熱を奪う吸熱熱交換手段１３が配置されている。

冷却水には第１〜第３実施形態と同様に磁気熱量効果により、励磁されると温度が上昇して高温状態となり、消磁されると温度が低下して低温状態になる磁性蓄熱材が混入されている。しかし、本実施形態では、第２循環経路２１→中間循環経路２４→第１循環経路２０の順に冷却水の温度が高くなるため、各経路２１、２４、２０の冷却水の温度が高くなるに従い各経路２１、２４、２０に混入される磁性蓄熱材のキュリー温度も高くなるようにしている。

加熱熱交換手段１５には、冷却水中の磁性蓄熱材に磁場を与える永久磁石１７ａが配置されている。この加熱熱交換手段１５と吸熱熱交換手段１３に対向する部位には、加熱熱交換手段１５と吸熱熱交換手段１３に向かって空気を送風する送風機１６が配置されている。

さらに、第４実施形態の熱交換装置には、中間循環経路２４の冷却水と第１循環経路２０の冷却水を熱交換させる第１中間熱交換器２３ａと、第２循環経路２１の冷却水と中間循環経路２４の冷却水を熱交換させる第２中間熱交換器２３ｂを備えている。

第１中間熱交換器２３ａおよび第２中間熱交換器２３ｂには、熱を奪われる側の循環経路２１、２４の冷却水に磁場を与える永久磁石１７ｂ、１７ｃと、この永久磁石１７ｂ、１７ｃが熱を奪われる側の循環経路２１、２４の冷却水にのみ磁場を与えるようにする磁場遮蔽板１８ａ、１８ｂとが備えられている。

次に、上記構成において本実施形態の作動を説明すると、各循環経路２０、２１、２４の冷却水は電動ウォーターポンプ１４ａ、１４ｂ、１４ｃの作動により、図６中矢印ｗ方向に循環する。第２循環経路２１の冷却水は吸熱熱交換手段１３において、送風機１６からの送風空気から吸熱する。そして、第２循環経路２１の冷却水は、永久磁石１７ｂを有する第２中間熱交換器２３ｂにおいて磁性蓄熱材の励磁による熱と冷却水の熱を中間循環経路２４の冷却水へ放熱する。この時、第２中間熱交換器２３ｂの永久磁石１７ｂと磁場遮蔽板１８ｂにより、第２循環経路２１の冷却水のみに磁場が与えられるため、磁性蓄熱材が励磁して第２循環経路２１の冷却水を加熱し、その熱が中間循環経路２４の冷却水へ伝わっている。

さらに、第２中間熱交換器２３ｂで熱を受けた中間循環経路２４の冷却水は、永久磁石１７ｃを有する第１中間熱交換器２３ａにおいて磁性蓄熱材の励磁による熱と冷却水の熱を第１循環経路２０の冷却水へ放熱する。この時、第１中間熱交換器２３ａの永久磁石１７ｃと磁場遮蔽板１８ａにより、中間循環経路２４の冷却水のみに磁場が与えられるため、磁性蓄熱材が励磁して中間循環経路２４の冷却水を加熱し、その熱が第１循環経路２０の冷却水へ伝わっている。

そして、第１中間熱交換器２３ａで熱を受けた第１循環経路２０の冷却水は、永久磁石１７ａを有する加熱熱交換手段１５で磁性蓄熱材の励磁により加熱され、高温状態で加熱対象である送風機１６からの空気を加熱する。

なお、本実施形態においても第１実施形態と同様に、電動ウォーターポンプ１４ａ、１４ｂ、１４ｃにより循環経路２０、２１、２４を循環する冷却水および冷却水中の磁性蓄熱材の量を調節制御することにより、熱交換部１３、１５、２３ａ、２３ｂでの熱交換量を調節している。

次に第４実施形態における作用効果を述べると、第１、第２中間熱交換器２３ａ、２３ｂに配置された永久磁石１７ｂ、１７ｃにより励磁された磁性蓄熱材の熱が、第２循環経路２１→中間循環経路２４→第１循環経路２０と伝わる。これにより、第１循環経路２０の加熱熱交換手段１５での冷却水の温度が循環経路が１つの場合に比べて高温となるため、より多くの熱を加熱対象に与えることができる。

また、第１中間熱交換器２３ａには中間循環経路２４の冷却水のみに磁場が与えられるように永久磁石１７ｃと磁場遮蔽板１８ａを配置し、第２中間熱交換器２３ｂには第２循環経路２１の冷却水のみに磁場が与えられるように永久磁石１７ｂと磁場遮蔽板１８ｂを配置している。これにより、一の循環経路の冷却水は磁性蓄熱材の励磁により加熱され、他の循環経路の冷却水は低温状態で一の冷却水から熱を受け取るという熱のやり取りを一つの熱交換器内で行うことができる。

また、それぞれの循環経路２０、２１、２４の冷却水には、それぞれの冷却水温度域に適したキュリー温度を持つ磁性蓄熱材を混入しているため、より効率的に磁性蓄熱材による熱交換を行うことができる。

また、この電動ウォーターポンプ１４は、各循環経路２０、２１、２４において、冷却水が熱交換対象に熱を与える熱交換手段１５、２３ａ、２３ｂの上流側部位、かつ、流体が熱交換対象から熱を奪う熱交換手段１３、２３ａ、２３ｂの下流側部位に配置されている。

これにより、第１実施形態の効果（９）と同様に理由により、熱交換装置の熱交換性能への影響を無くすことができる。

また、電動ウォーターポンプ１４ａ、１４ｂ、１４ｃにより流体の流量を制御しているため、第１実施形態の効果（１０）と同様の理由により、電動ウォーターポンプ１４ａ、１４ｂ、１４ｃによる冷却水流量の調節制御で、循環経路２０、２１、２４中を循環し励磁高温状態および消磁低温状態となる磁性蓄熱材の量を調節することができ、熱交換手段１３、１５、２３ａ、２３ｂでの熱交換能力を変化させることができる。

なお、この第４実施形態によっても、第１実施形態で述べた（１）〜（３）の効果を発揮することができる。

（他の実施形態）
上述の第１〜第３実施形態では、磁性蓄熱材の材料にガドリニウム系材料を使用した例を示したが、この材料は励磁により高温状態となり、消磁により低温状態となる磁気熱量効果を発揮するものであればよい。

また、上述の第１〜第３実施形態では、吸熱部１３において車両用エンジン１２から熱を奪う例を示したが、熱を奪う対象は車両用エンジンに限らず電子装置、発電装置、バッテリーまたは燃料電池等の発熱体であってもよい。

また、上述の第１〜第４実施形態では、磁場発生手段として永久磁石１７を使用した例を示したが、電磁石により磁場を発生させてもよいのは当然である。

また、上述の第４実施形態では、３つの循環経路２０、２１、２４の例を示したが、循環経路は第１、第２循環経路２０、２１の２つであってもよい。また、中間循環経路２４が１つの例を示したが、中間循環経路が複数であってもよい。これにともなって中間熱交換手段の総数が増減するのは当然である。

本発明の第１実施形態に係る熱交換装置を示す構成図である。 第１実施形態のヒータコアを示す概略斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る熱交換装置を示す構成図である。 第２実施形態のヒータコアを示す概略斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る熱交換装置を示す構成図である。 本発明の第４実施形態に係る熱交換装置を示す構成図である。 特許文献１に係る熱交換装置（冷凍装置）を示す構成図である。

符号の説明

１１…冷却水回路（循環経路）、１３…吸熱部（吸熱熱交換手段）、
１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ…電動ウォーターポンプ（循環手段）、
１５…ヒータコア（加熱熱交換手段）、
１５ｅ…磁場が与えられる流体経路を備える部位、
１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…永久磁石（磁場発生手段）、
１８、１８ａ、１８ｂ…磁場遮蔽板、２０…第１循環経路、
２１…第２循環経路、２３ａ…第１中間熱交換器（中間熱交換手段）、
２３ｂ…第２中間熱交換器（中間熱交換手段）、２４…中間循環経路（循環経路）。

Claims (8)

1. 流体が循環する循環経路（１１）を備え、
   前記循環経路（１１）において、前記流体が加熱対象を加熱する加熱熱交換手段（１５）と、
   前記流体が冷却対象から吸熱する吸熱熱交換手段（１３）と、
   前記流体を循環させる循環手段（１４）とを配置し、
   前記流体には磁気熱量効果により、励磁されると温度が上昇して高温状態となり、消磁されると温度が低下して低温状態になる磁性蓄熱材が混入されており、
   前記加熱熱交換手段（１５）には、前記流体に磁場を与える磁場発生手段（１７）が配置されていることを特徴とする熱交換装置。
2. 前記加熱熱交換手段（１５）内の流体経路の少なくとも一部に磁場を与えるように前記磁場発生手段（１７）が前記加熱熱交換手段（１５）と一体に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換装置。
3. 前記加熱熱交換手段（１５）のうち、前記磁場が与えられる流体経路を備える部位（１５ｅ）が非磁性材料で形成されていることを特徴とする請求項２に記載の熱交換装置。
4. 前記加熱熱交換手段（１５）は、前記磁場発生手段（１７）からの磁場を遮る磁場遮蔽板（１８）を備えていることを特徴とする請求項３に記載の熱交換装置。
5. 流体が循環する複数の循環経路（２０、２１、２４）と、
   前記複数の循環経路（２０、２１、２４）のそれぞれに配置され、前記流体を循環させる循環手段（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）と、
   前記複数の循環経路（２０、２１、２４）のそれぞれに配置され、他の循環経路（２０、２１、２４）の冷却水と熱交換を行う中間熱交換手段（２３ａ、２３ｂ）と、
   前記複数の循環経路（２０、２１、２４）のうちの一つである第１循環経路（２０）に配置され、前記流体が加熱対象を加熱する加熱熱交換手段（１５）と、
   前記第１循環経路（２０）とは別の循環経路の一つである第２循環経路（２１）に配置され、前記流体が冷却対象から吸熱する吸熱熱交換手段（１３）とを備え、
   前記流体には磁気熱量効果により、励磁されると温度が上昇して高温状態となり、消磁されると温度が低下して低温状態になる磁性蓄熱材が混入されており、
   前記加熱熱交換手段（１５）には、前記第１循環経路（２０）の流体に磁場を与える磁場発生手段（１７ａ）が配置されており、
   さらに、前記中間熱交換手段（２３ａ、２３ｂ）のそれぞれには、加熱する側の循環経路（２１、２４）の流体に磁場を与える磁場発生手段（１７ｂ、１７ｃ）と、
   前記中間熱交換手段（２３ａ、２３ｂ）の前記磁場発生手段（１７ｂ、１７ｃ）が、前記加熱する側の循環経路（２１、２４）の流体にのみ磁場を与えるようにする磁場遮蔽板（１８ａ、１８ｂ）とが備えられていることを特徴とする熱交換装置。
6. 前記複数の循環経路（２０、２１、２４）の前記流体に混入されている前記磁性蓄熱材は、それぞれキュリー温度が異なることを特徴とする請求項５に記載の熱交換装置。
7. 前記循環手段（１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）は、前記循環経路（１１、２０、２１、２４）において、前記加熱熱交換手段（１５、２３ａ、２３ｂ）の上流側部位と前記吸熱熱交換手段（１３、２３ａ、２３ｂ）の下流側部位との間に配置されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の熱交換装置。
8. 前記循環手段（１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）による前記流体の流量制御により、前記熱交換手段（１３、１５、２３ａ、２３ｂ）における熱交換量を調節するようになっていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の熱交換装置。

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