JP2012193927A - 磁気冷凍機及び磁気冷凍方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱輸送能力及び熱輸送効率を向上し、小型化、軽量化、低コスト化を実現する。
【解決手段】磁性体１０Ａ、１０Ｂを複数列状に間隔を設けて配置した磁性体ユニット２００と、磁性体ユニットの一端に位置する磁性体１０Ａと間隔を設けて隣り合う低温側熱交換部４０Ａと、磁性体ユニットの他端に位置する磁性体１０Ｂと間隔を設けて隣り合う高温側熱交換部４０Ｂとを設ける。磁性体１０Ａ、１０Ｂとの間の熱伝導、または、磁性体１０Ａと低温側熱交換部４０Ａとの間及び磁性体１０Ｂと高温側熱交換部４０Ｂとの間の熱伝導、のいずれかの熱伝導を固体の熱伝導部材３０Ａ−３０Ｃを介して交互に行う熱伝導部と、磁性体１０Ａまたは磁性体１０Ｂのいずれかの磁性体に対して交互に磁気を印加する磁気印加部２０Ａ、２０Ｂとを設ける。制御部は、熱伝導部と磁気印加部との動作を制御して、低温側熱交換部４０Ａから高温側熱交換部４０Ｂに向けて磁性体１０Ａ、１０Ｂの熱を移動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気冷凍機及び磁気冷凍方法に係り、特に、種類が同じ複数の磁性体に磁気回路で個別に磁気を印加して磁気熱量効果を発現させ、固体物質の熱伝導を利用して熱を輸送する磁気冷凍機及び磁気冷凍方法に関する。

従来用いられている室温域の冷凍機、例えば、冷蔵庫、冷凍庫、エアコンなどの冷凍機の大半は、フロンガスや代替フロンガスなどの気体冷媒の熱伝導を利用している。最近では、フロンガスの排出に伴うオゾン層破壊の問題が露呈し、さらに、代替フロンガスの排出に伴う地球温暖化への影響も懸念されている。このため、フロンガスや代替フロンガスなどの気体冷媒を用いた冷凍機に代わる、クリーンでかつ熱輸送能力の高い、革新的な冷凍機の開発が強く望まれている。

このような背景から、最近になって注目されるようになった冷凍技術が磁気冷凍技術である。磁性体の中には、その磁性体に印加する磁界の大きさが変化すると、その変化に応じて自身の温度を変化させる、いわゆる磁気熱量効果を発現するものがある。この磁気熱量効果を発現する磁性体を利用して熱を輸送する冷凍技術が磁気冷凍技術である。

例えば固体物質の熱伝導を利用して熱を輸送する下記特許文献１に記載されているような磁気冷凍機がある。この磁気冷凍機は以下のような構成によって熱を伝導させる。

磁気を印加すると温度が上昇する正の磁性体と、磁気を印加すると温度が下降する負の磁性体とを、所定の間隔で交互に配置する。正負一対の磁性体で１つの磁性体ブロックを形成する。この磁性体ブロックを環状に複数個配置して磁性体ユニットを形成する。磁性体ユニットに配置された正負の磁性体の間で挿脱される熱伝導部材を正負の磁性体の間に配置する。この磁性体ユニットと同心で内径と外形が略等しいハブ状の回転体に永久磁石を配置して磁気回路を形成する。そして、永久磁石が配置されている回転体を磁性体ユニットと対向するように配置して磁性体ユニットに対し相対的に回転させる。この回転体の回転によって正負の磁性体に同時に磁気が印加されまた除去される。この回転体の回転に伴って熱伝導部材を一定のタイミングで正負の磁性体の間に挿脱させる。磁気熱量効果により磁性体が発生する熱を、熱伝導部材を介して磁性体が配置される一方向に輸送する。

特開２００７−１４７２０９号公報

しかし、引用文献１の発明のように、固体物質の熱伝導を利用して熱を輸送する磁気冷凍機の場合、磁気熱量効果を発現する磁性体として、正負２つの異なる磁性体を用いる必要がある。また、正負２つの磁性体に対して同時に磁気を印加したり除去したりするための磁気回路が必要になる。

一般的に、正の磁性体と負の磁性体の磁気熱量効果の大きさは相違する。具体的には、正の磁性体の磁気熱量効果に比較して負の磁性体の磁気熱量効果の方が小さい。このため、正負２つの異なる磁性体を用いた磁気冷凍機の場合、均一な磁気熱量効果が得られないことから、磁気冷凍機全体としての熱輸送効率が劣ることになる。均一な磁気熱量効果を得ることができれば熱輸送効率を上げることができるので、この点の改良の余地がある。また、負の磁性体の材料は正の磁性体の材料に比較して希少な材料を用いることになるので、磁気冷凍機は割高なものとなる。

さらに、正負２つの磁性体に対して同時に磁気を印加、除去する磁気回路は、大型になってしまうので、重量の重い、大きな磁気冷凍機となってしまう。磁気回路の重量を軽くできれば磁気冷凍機を小型化、軽量化及び低コスト化することができるので、この点の改良の余地がある。

本発明は、上記問題を解決するために成されたものであり、熱輸送能力及び熱輸送効率が向上され、小型化、軽量化、低コスト化が実現できる磁気冷凍機及び磁気冷凍方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る磁気冷凍機は、磁性体ユニット、低温側熱交換部、高温側熱交換部、熱伝導部、磁気印加部及び制御部を有する。

磁性体ユニットは、発現される磁気熱量効果の種類が同じ磁性体を複数列状に間隔を設けて配置したものである。低温側熱交換部は、磁性体ユニットの一端に位置する磁性体と間隔を設けて隣り合い、高温側熱交換部は、磁性体ユニットの他端に位置する磁性体と間隔を設けて隣り合う。熱伝導部は、磁性体ユニット内の隣り合う磁性体との間の熱伝導、または、磁性体ユニットの一端に位置する磁性体と低温側熱交換部との間及び磁性体ユニットの他端に位置する磁性体と高温側熱交換部との間の熱伝導、のいずれかの熱伝導を固体の熱伝導部材を介して交互に行う。磁気印加部は、磁性体ユニットの一端に位置する磁性体、または、磁性体ユニットの他端に位置する磁性体、のいずれかの磁性体に対して交互に磁気を印加する。制御部は、熱伝導部と磁気印加部との動作を制御して、磁気印加部が磁性体ユニットの一端に位置する磁性体に対して磁気を印加するときには熱伝導部が磁性体ユニット内の隣り合う磁性体との間で熱を伝導させる。一方、磁気印加部が磁性体ユニットの他端に位置する磁性体に対して磁気を印加するときには熱伝導部が磁性体ユニットの両端に位置する磁性体と低温側熱交換部及び高温側熱交換部との間で熱を伝導させる。

上記目的を達成するための本発明に係る他の磁気冷凍機は、磁性体ユニット、低温側熱交換部、高温側熱交換部、熱伝導部、磁気印加部及び制御部を有する。

磁性体ユニットは、発現される磁気熱量効果の種類が同じ磁性体を列状に間隔を設けて一定の個数配置した磁性体ブロックがさらに間隔を設けて複数列状に配置されたものである。低温側熱交換部は、磁性体ユニットの一端に位置する磁性体と間隔を設けて隣り合い、高温側熱交換部は、磁性体ユニットの他端に位置する磁性体と間隔を設けて隣り合う。熱伝導部は、磁性体ブロック内の隣り合う磁性体との間の熱伝導、または、隣り合う磁性体ブロックの隣り合う磁性体との間並びに磁性体ユニットの一端に位置する磁性体と低温側熱交換部との間及び磁性体ユニットの他端に位置する磁性体と高温側熱交換部との間の熱伝導、のいずれかの熱伝導を固体の熱伝導部材を介して交互に行う。磁気印加部は、磁性体ブロックごとに、磁性体ブロックの一端に位置する磁性体、または、磁性体ブロックの他端に位置する磁性体、のいずれかの磁性体に対して交互に磁気を印加する。制御部は、熱伝導部と磁気印加部との動作を制御して、磁気印加部が磁性体ブロックの一端に位置する磁性体に対して磁気を印加するときには熱伝導部が磁性体ブロック内の隣り合う磁性体との間で熱を伝導させる。一方、磁気印加部が磁性体ブロックの他端に位置する磁性体に対して磁気を印加するときには熱伝導部が隣り合う磁性体ブロックの隣り合う磁性体との間で熱を伝導させるとともに磁性体ユニットの両端に位置する磁性体と低温側熱交換部及び高温側熱交換部との間で熱を伝導させる。

上記目的を達成するための本発明に係る磁気冷凍方法は、第１工程から第４工程を有する。

第１工程では、発現される磁気熱量効果の種類が同じ磁性体を複数列状に間隔を設けて配置した磁性体ユニットの、一端に位置する磁性体に対して磁気を印加し他端に位置する磁性体から磁気を除去する。第２工程では、固体の熱伝導部材を介して磁性体ユニット内の隣り合う磁性体との間で熱を伝導させる。第３工程では、磁性体ユニットの一端に位置する磁性体から磁気を除去し他端に位置する磁性体に対して磁気を印加する。第４工程では、固体の熱伝導部材を介して磁性体ユニットの一端に位置する磁性体と当該磁性体に対して間隔を設けて隣り合う低温側熱交換部との間及び磁性体ユニットの他端に位置する磁性体と当該磁性体に対して間隔を設けて隣り合う高温側熱交換部との間で熱を伝導させる。そして、第１工程から第４工程を繰り返して低温側熱交換部から高温側熱交換部に向けて熱を輸送する。

上記目的を達成するための本発明に係る他の磁気冷凍方法は、第１工程から第４工程を有する。

第１工程では、発現される磁気熱量効果の種類が同じ磁性体を列状に間隔を設けて一定の個数配置した磁性体ブロックが、さらに間隔を設けて複数列状に配置された磁性体ユニットを用いる。まず、各磁性体ブロックの一端に位置する磁性体に対して磁気を印加し他端に位置する磁性体から磁気を除去する。第２工程では、固体の熱伝導部材を介して各磁性体ブロック内の隣り合う磁性体との間で熱を伝導させる。第３工程では、各磁性体ブロックの一端に位置する磁性体から磁気を除去し他端に位置する磁性体に対して磁気を印加する。第４工程では、固体の熱伝導部材を介して、隣り合う磁性体ブロックの隣り合う磁性体との間、磁性体ユニットの一端に位置する磁性体と当該磁性体に対して間隔を設けて隣り合う低温側熱交換部との間、及び、磁性体ユニットの他端に位置する磁性体と当該磁性体に対して間隔を設けて隣り合う高温側熱交換部との間で熱を伝導させる。そして、第１工程から第４工程を繰り返して低温側熱交換部から高温側熱交換部に向けて熱を輸送する。

以上のように構成された本発明にかかる磁気冷凍機及び磁気冷凍方法によれば、発現される磁気熱量効果の種類が同じ複数の磁性体に磁気印加部で個別に磁気を印加して磁気熱量効果を発現させ、固体の熱伝導を利用して熱を輸送するため、熱輸送能力及び熱輸送効率が向上され、小型化、軽量化、低コスト化が実現できる。

２つの磁性体で磁性体ユニットを形成する場合における磁気冷凍の原理図である。 本発明の磁気冷凍の効果を示すグラフである。 ３つの磁性体で磁性体ユニットを形成する場合における磁気冷凍の原理図である。 ２つの磁性体で1つの磁性体ブロックを形成し、３つの磁性体ブロックで1つの磁性体ユニットを形成する場合における磁気冷凍の原理図である。 図４に示すように各磁気ブロックに設けた磁気回路を図示左右方向に連動して往復運動させたときに熱が移動していく様子を説明するための模式図である。 ３つの磁性体で1つの磁性体ブロックを形成し、２つの磁性体ブロックで1つの磁性体ユニットを形成する場合における磁気冷凍の原理図である。 図６に示すように各磁気ブロックに設けた磁気回路を図示左右方向に連動して往復運動させたときに熱が移動していく様子を説明するための模式図である。 実施形態１に係る磁気冷凍機の概略構成を示す上面図である。 図８に示した磁気冷凍機の正面図である。 図８に示した磁気冷凍機の側面図である。 図８に示した磁気冷凍機の熱伝達を司る熱伝達機構の概略構成を示す上面図である。 図１１に示した熱伝達機構の正面図である。 図１１に示した熱伝達機構の側面図である。 図８に示した磁気冷凍機の磁気印加部を駆動する駆動機構の概略構成を示す上面図である。 図１４に示した駆動機構の正面図である。 図１４に示した駆動機構の側面図である。 図８から図１６に示した磁気冷凍機の動作フローチャートである。 磁性体の作動温度の説明に供する図である。 実施形態２に係る磁気冷凍機の概略構成を示す図である。 実施形態３に係る磁気冷凍機の概略構成を示す図である。

以下に、本発明に係る磁気冷凍機及び磁気冷凍方法の実施形態を説明する。まず、本発明に適用する磁気冷凍の原理を図面に基づいて詳細に説明する。
（磁気冷凍の原理）
＜２つの磁性体で磁性体ユニットを形成する場合＞
図１は、２つの磁性体で磁性体ユニットを形成する場合における磁気冷凍の原理図である。

この場合の磁気冷凍は、発現される磁気熱量効果の種類が同じ複数の磁性体１０Ａ、１０Ｂを用いている点、磁気回路２０Ａ、２０Ｂで磁性体１０Ａ、１０Ｂに個別に磁気を印加している点、固体の熱伝導部材３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃにより熱を伝導している点、の３つの点に特徴がある。

ここで、発現される磁気熱量効果の種類が同じ複数の磁性体１０Ａ、１０Ｂには、磁気回路２０Ａ、２０Ｂで磁気を印加すると発熱し除去すると吸熱する正の磁性体を用いるか、磁気回路２０Ａ、２０Ｂで磁気を印加すると吸熱し除去すると発熱する負の磁性体のいずれかを一方のみを用いる。正の磁性体と負の磁性体とでは、発現される磁気熱量効果が正反対であり、磁気熱量効果の種類が異なる。図１の場合、負の磁性体に比較して安価な正の磁性体を用いる。負の磁性体は希少な磁性材料から製造しなければならないのでコスト高になるし、負の磁性体の磁気熱量効果の大きさが正の磁性体の磁気熱量効果の大きさよりも小さいからである。なお、図１の場合、磁性体１０Ａと１０Ｂの２つの磁性体で磁性体ユニット２００が形成される。

磁気回路２０Ａ、２０Ｂには永久磁石（図示せず）が備えられている。磁気回路２０Ａ、２０Ｂが一体となって、図示左右方向に往復運動することで、磁性体１０Ａまたは磁性体１０Ｂに個別に磁気を印加する。

熱伝導部材３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃは、磁性体１０Ａ、１０Ｂが磁気熱量効果により発生した熱を低温側熱交換部４０Ａから高温側熱交換部４０Ｂに向けて伝導する。熱伝導部材３０Ｂは、磁性体１０Ａと１０Ｂとの間で挿脱されて両者を機械的に接続する。一方、熱伝導部材３０Ａは、低温側熱交換部４０Ａとこれと隣り合う磁性体１０Ａとの間で挿脱されて両者を機械的に接続する。同様に、熱伝導部材３０Ｃは、高温側熱交換部４０Ｂとこれと隣り合う磁性体１０Ｂとの間で挿脱されて両者を機械的に接続する。熱伝導部材３０Ａと３０Ｃは、磁性体１０Ａと低温側熱交換部４０Ａとの間、磁性体１０Ｂと高温側熱交換部４０Ｂとの間に同じタイミングで挿脱される。

図１Ａに示すように、磁気回路２０Ａ、２０Ｂが磁性体１０Ａに位置するときには、磁性体１０Ａに対して磁気が印加され、磁性体１０Ｂには磁気が印加されておらず磁気が除去されている。このとき、磁性体１０Ａは発熱し磁性体１０Ｂは吸熱する。そして同時に、熱伝導部材３０Ｂが磁性体１０Ａと１０Ｂとの間に挿入されて両磁性体間の熱伝導が行われる。すなわち、磁性体１０Ａが磁気熱量効果により発生した熱を磁性体１０Ｂに移動する。また、このときには、熱伝導部材３０Ａと３０Ｃは低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ａとの間及び高温側熱交換部４０Ｂと磁性体１０Ｂとの間には挿入されない。

一方、図１Ｂに示すように、磁気回路２０Ａ、２０Ｂが磁性体１０Ａの位置から移動して磁性体１０Ｂに位置するときには、磁性体１０Ｂに対して磁気が印加され、磁性体１０Ａからは磁気が除去される。このとき、磁性体１０Ｂは発熱し磁性体１０Ａは吸熱する。そして同時に、熱伝導部材３０Ａと３０Ｃが低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ａとの間及び高温側熱交換部４０Ｂと磁性体１０Ｂとの間に挿入されてそれぞれの間の熱伝導が行われる。すなわち、磁性体１０Ａが磁気熱量効果により吸熱されるので低温側熱交換部４０Ａから磁性体１０Ａに熱が移動し、磁性体１０Ｂが磁気熱量効果により発熱するので磁性体１０Ｂから高温側熱交換部４０Ｂに熱が移動する。また、このときには、熱伝導部材３０Ｂは磁性体１０Ａと１０Ｂとの間には挿入されない。

以上のように、磁気回路２０Ａ、２０Ｂを図示左右方向に往復運動させて、磁性体１０Ａと１０Ｂに交互に磁気の印加と除去を繰り返す。さらに、この往復運動に連動させて、熱伝導部材３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃの低温側熱交換部４０Ａ、磁性体１０Ａ、１０Ｂ、高温側熱交換部４０Ｂそれぞれの間への挿脱を繰り返すことによって、磁気熱量効果により得られた熱が低温側熱交換部４０Ａから高温側熱交換部４０Ｂに移動する。

図２は、本発明の磁気冷凍の効果を示すグラフである。このグラフに示すように、磁気冷凍機が動作を開始した後の比較的初期時には、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂの温度差は小さい。時間が経過するにしたがって低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間の温度差が次第に大きくなっていき、最終的には、長時間経過後の直線で示すように、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間の温度差が最大になる。この状態で、低温側熱交換部４０Ａの熱を利用して、たとえば室内の温度を下げることができ、高温側熱交換部４０Ｂの熱を利用して、たとえば室内の温度を上げることができる。

以上のように、２つの磁性体で磁性体ユニットを形成する場合には、最小限数の磁性体と磁気回路で磁気冷凍を行うことができる。したがって、磁気冷凍機を小型化、軽量化及び低コスト化することができる。

＜３つの磁性体で磁性体ユニットを形成する場合＞
図３は、３つの磁性体で磁性体ユニットを形成する場合における磁気冷凍の原理図である。

この場合の磁気冷凍は、発現される磁気熱量効果の種類が同じ複数の磁性体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを用いている点、磁気回路２０Ａ、２０Ｂで磁性体１０Ａ、１０Ｃに個別に磁気を印加している点、固体の熱伝導部材３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄにより熱を伝導している点、の３つの点に特徴がある。

３つの磁性体で磁性体ユニット２００を形成する場合は、磁性体ユニットの中間に位置する磁性体１０Ｂが単に隣り合う磁性体１０Ｃに熱を伝導し熱を保持するための蓄熱器として作用する。図３の場合も、磁性体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを列状に間隔を設けて配置し、これらの磁性体には正の磁性体を用いている。熱伝導部材３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、低温側熱交換部４０Ａ、高温側熱交換部４０Ｂの構成は図１の場合と同一である。

３つの磁性体で磁性体ユニットを形成する場合、磁気回路２０Ａ、２０Ｂが一体となって、図示左右方向に往復運動し、磁性体１０Ａまたは磁性体１０Ｃに個別に磁気を印加する。したがって、磁気回路２０Ａ、２０Ｂは磁性体１０Ｂには停止せず素通りする。つまり、磁気回路２０Ａ、２０Ｂは、磁性体ユニット２００の一端に位置する磁性体１０Ａまたは磁性体ユニット２００の他端に位置する磁性体１０Ｃのいずれかの磁性体に対して交互に磁気を印加する。

熱伝導部材３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄは、磁性体１０Ａ、１０Ｃが磁気熱量効果により発生した熱を低温側熱交換部４０Ａから高温側熱交換部４０Ｂに向けて伝導する。熱伝導部材３０Ｂ、３０Ｃは、磁性体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの間で挿脱されこれらを機械的に接続する。一方、熱伝導部材３０Ａは、低温側熱交換部４０Ａとこれと隣り合う磁性体１０Ａとの間で挿脱されて両者を機械的に接続する。同様に、熱伝導部材３０Ｄは、高温側熱交換部４０Ｂとこれと隣り合う磁性体１０Ｃとの間で挿脱されて両者を機械的に接続する。熱伝導部材３０Ｂと３０Ｃは磁性体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの間に同一のタイミングで挿脱され、また、熱伝導部材３０Ａと３０Ｄは、磁性体１０Ａと低温側熱交換部４０Ａとの間、磁性体１０Ｃと高温側熱交換部４０Ｂとの間に同じタイミングで挿脱される。

図３Ａに示すように、磁気回路２０Ａ、２０Ｂが磁性体１０Ａに位置するときには、磁性体１０Ａに対して磁気が印加され、磁性体１０Ｂ、１０Ｃには磁気が印加されておらず磁気が除去されている。このとき、磁性体１０Ａは発熱し磁性体１０Ｃは吸熱する。そして同時に、熱伝導部材３０Ｂ、３０Ｃが磁性体１０Ａと１０Ｂとの間、磁性体１０Ｂと１０Ｃとの間に挿入されてそれぞれの磁性体間で熱が移動する。すなわち、磁性体ユニット２００内の隣り合う磁性体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃとの間の熱伝導が行われる。これにより、磁性体１０Ａが磁気熱量効果により発生した熱を磁性体１０Ｂに移動し、さらに磁性体１０Ｂから１０Ｃに熱を移動する。また、このときには、熱伝導部材３０Ａと３０Ｄは低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ａとの間及び高温側熱交換部４０Ｂと磁性体１０Ｃとの間には挿入されない。

一方、図３Ｂに示すように、磁気回路２０Ａ、２０Ｂが磁性体１０Ａの位置から移動して磁性体１０Ｃに位置するときには、磁性体１０Ｃに対して磁気が印加され、磁性体１０Ａからは磁気が除去される。このとき、磁性体１０Ｃは発熱し磁性体１０Ａは吸熱する。なお、磁気回路２０Ａ、２０Ｂが磁性体１０Ａの位置から磁性体１０Ｃの位置に移動する途中で磁性体１０Ｂを素通りする。このとき、磁性体１０Ｂは一瞬の間に発熱と吸熱を生じるが、発熱と吸熱の温度変化は同じなので、磁性体１０Ｂの温度は元の温度のままである。

磁性体１０Ｃの発熱と同時に、熱伝導部材３０Ａと３０Ｄが低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ａとの間及び高温側熱交換部４０Ｂと磁性体１０Ｃとの間に挿入されてそれぞれの間の熱伝導が行われる。すなわち、磁性体ユニット２００の一端に位置する磁性体１０Ａと低温側熱交換部４０Ａとの間及び磁性体ユニット２００の他端に位置する磁性体１０Ｃと高温側熱交換部４０Ｂとの間の熱伝導が行われる。磁性体１０Ａが磁気熱量効果により吸熱されるので低温側熱交換部４０Ａから磁性体１０Ａに熱が移動し、磁性体１０Ｃが磁気熱量効果により発熱するので磁性体１０Ｃから高温側熱交換部４０Ｂに熱が移動する。また、このときには、熱伝導部材３０Ｂ、３０Ｃは磁性体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの間には挿入されない。

以上のように、磁気回路２０Ａ、２０Ｂを図示左右方向に往復運動させて、磁性体１０Ａと１０Ｃに交互に磁気の印加と除去を繰り返す。さらに、この往復運動に連動させて、熱伝導部材３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄの低温側熱交換部４０Ａ、磁性体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、高温側熱交換部４０Ｂそれぞれの間への挿脱を繰り返すことによって、磁気熱量効果により得られた熱が低温側熱交換部４０Ａから高温側熱交換部４０Ｂに移動する。結果的には、図２に示したグラフのように、時間が経過するにしたがって低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間の温度差が大きくなっていき、最終的には、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間の温度差が一定になる。

以上のように、３つの磁性体で磁性体ユニットを形成する場合には、１つの磁性体を蓄熱器として作用させることができる。このため、磁気冷凍機の熱輸送能力を向上させることができる。また、少ない数の磁性体と磁気回路で磁気冷凍を行うことができる。したがって、磁気冷凍機を小型化、軽量化及び低コスト化することができる。

また、上記のように、２つまたは３つの磁性体で磁性体ユニットを形成する場合には、磁気冷凍機を小型化、軽量化及び低コスト化することができる。

＜３つの磁性体ブロック（２つの磁性体）で磁性体ユニットを形成する場合＞
図４は、２つの磁性体で1つの磁性体ブロックを形成し、３つの磁性体ブロックで1つの磁性体ユニットを形成する場合における磁気冷凍の原理図である。

この場合の磁気冷凍は、磁性体ユニット２００を形成する全ての磁性体を、発現される磁気熱量効果の種類が同じものを用いている点に特徴がある。また、磁気回路２０Ａ、２０Ｂで磁性体ブロック１００Ａの磁性体１０Ａ、１０Ｂに、磁気回路２０Ｃ、２０Ｄで磁性体ブロック１００Ｂの磁性体１０Ｃ、１０Ｄに、磁気回路２０Ｅ、２０Ｆで磁性体ブロック１００Ｃの磁性体１０Ｅ、１０Ｆに、それぞれ個別に磁気を印加している点に特徴がある。また、固体の熱伝導部材３０Ａ−３０Ｇにより熱を伝導している点に特徴がある。

図４の場合、磁気ブロック１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃごとの構成は、図１の場合と同一である。図１の場合と異なるのは、各磁気ブロックに配置されたそれぞれの磁気回路が図示左右方向に連動して往復運動できるようになっている点と、磁気ブロック間での熱伝導が行われるようになっている点である。

図４Ａに示すように、磁気回路２０Ａ、２０Ｂが磁気ブロック１００Ａの磁性体１０Ａに、磁気回路２０Ｃ、２０Ｄが磁気ブロック１００Ｂの磁性体１０Ｃに、磁気回路２０Ｅ、２０Ｆが磁気ブロック１００Ｃの磁性体１０Ｅに、それぞれ位置する。このときには、磁性体１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｅに対して磁気が印加され、磁性体１０Ｂ、１０Ｄ、１０Ｆには磁気が印加されておらず磁気が除去されている。このとき、磁性体１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｅは発熱する。そして同時に、熱伝導部材３０Ｂが磁性体１０Ａと１０Ｂとの間に、熱伝導部材３０Ｄが磁性体１０Ｃと１０Ｄとの間に、熱伝導部材３０Ｆが磁性体１０Ｅと１０Ｆとの間に、それぞれ挿入される。このため、各磁性体ブロック内の隣り合う磁性体との間の熱伝導が行われる。すなわち、磁性体１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｅが磁気熱量効果により発生した熱を磁性体１０Ｂ、１０Ｄ、１０Ｆにそれぞれ移動する。また、このときには、熱伝導部材３０Ａと３０Ｇは低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ａとの間及び高温側熱交換部４０Ｂと磁性体１０Ｆとの間には挿入されない。また、ブロック間の熱伝導を行う熱伝導部材３０Ｃ、３０Ｅは磁性体１０Ｂ、１０Ｃとの間及び磁性体１０Ｄ、１０Ｅとの間には挿入されない。

次に、図４Ｂに示すように、磁気回路２０Ａ、２０Ｂが磁気ブロック１００Ａの磁性体１０Ｂに、磁気回路２０Ｃ、２０Ｄが磁気ブロック１００Ｂの磁性体１０Ｄに、磁気回路２０Ｅ、２０Ｆが磁気ブロック１００Ｃの磁性体１０Ｆに、それぞれ位置する。このときには、磁性体１０Ｂ、１０Ｄ、１０Ｆに対して磁気が印加され、磁性体１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｅには磁気が印加されておらず磁気が除去されている。このとき、磁性体１０Ｂ、１０Ｄ、１０Ｆは発熱する。そして同時に、熱伝導部材３０Ａと３０Ｇが低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ａとの間及び高温側熱交換部４０Ｂと磁性体１０Ｆとの間に挿入されてそれぞれの間の熱伝導が行われる。また、熱伝導部材３０Ｃが磁性体１０Ｂと１０Ｃとの間に、熱伝導部材３０Ｅが磁性体１０Ｄと１０Ｅとの間に、それぞれ挿入されて、隣り合う磁性体ブロックの隣り合う磁性体との間の熱伝導が行われる。すなわち、磁性体１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｅが磁気熱量効果により吸熱され、磁性体１０Ｂ、１０Ｄ、１０Ｆが磁気熱量効果により発熱する。このため、低温側熱交換部４０Ａから磁性体１０Ａに、磁性体１０Ｂから磁性体１０Ｃに、磁性体１０Ｄから磁性体１０Ｅに、磁性体１０Ｆから高温側熱交換部４０Ｂに熱が移動する。また、このときには、熱伝導部材３０Ｂ、３０Ｄ、３０Ｆは磁性体ブロック内の磁性体間には挿入されない。

以上のように、各磁気ブロック１００Ａ−１００Ｃに設けた磁気回路を図示左右方向に連動して往復運動させ、各磁気ブロック１００Ａ−１００Ｃの両端に位置する磁性体に交互に磁気の印加と除去を繰り返す。さらに、この往復運動に連動させて、熱伝導部材３０Ａ−３０Ｇの低温側熱交換部４０Ａ、磁性体１０Ａ−１０Ｆ、高温側熱交換部４０Ｂそれぞれの間への挿脱を繰り返す。このことによって、磁気熱量効果により得られた熱が低温側熱交換部４０Ａから高温側熱交換部４０Ｂに移動する。結果的には、図２に示したグラフのように、時間が経過するにしたがって低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間の温度差が大きくなっていく。最終的には、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間の温度差が一定になる。

次に、図４のように、各磁気ブロックに設けた磁気回路を図示左右方向に連動して往復運動させたときに熱が移動していく様子を図５の模式図に基づいて説明する。

まず前提として、磁性体ユニット２００を形成する全ての磁性体の磁気熱量効果が同一の種類であって、温度変化量が５℃のものを用いた場合を想定する。具体的には、全ての磁性体が磁気を印加されると５℃温度が上昇し、磁気が除去されると５℃温度が下降する特性を持っていると想定する。

まず、図５の（１）に示すように、初期の状態では全ての磁性体が室温の２０℃になっている。

次に、図５の（２）に示すように、この状態で磁気回路を右側に移動させ、各磁気ブロックの１００Ａ−１００Ｃの一端に位置する磁性体から磁気を除去し、他端に位置する磁性体に磁気を印加する。これと同時に、隣り合う磁性体ブロック１００Ａ−１００Ｃの隣り合う磁性体との間、磁性体ユニット２００の一端に位置する磁性体と低温側熱交換部４０Ａとの間及び磁性体ユニット２００の他端に位置する磁性体と高温側熱交換部４０Ｂとの間の熱伝導が可能となるように熱伝導部材を挿入する。

図５の（２）の状態では、磁気が除去された磁性体の温度が１５℃に低下し、磁気が印加された磁性体の温度が２５℃に上昇する。このため、図に示すように、熱伝導部材を介して温度の高い方から温度の低いほうに熱が移動する。

この熱の移動によって、図５の（２）´に示すように、磁性体ユニット２００の一端に位置する磁性体と低温側熱交換部４０Ａの温度が１８℃になり、磁性体ユニット２００の他端に位置する磁性体と高温側熱交換部４０Ｂの温度が２２℃になる。

次に、図５の（３）に示すように、この状態で磁気回路を左側に移動させ、各磁気ブロック１００Ａ−１００Ｃの他端に位置する磁性体から磁気を除去し、一端に位置する磁性体に磁気を印加する。これと同時に、各磁性体ブロック内１００Ａ−１００Ｃの隣り合う磁性体との間の熱伝導が可能となるように熱伝導部材を挿入する。

図５の（３）の状態では、磁気が印加された磁性体の温度が図５の（２）´の状態の温度から５℃に上昇し、磁気が除去された磁性体の温度が図５の（２）´の状態の温度から５℃低下する。このため、図に示すように、各磁性体ブロック内１００Ａ−１００Ｃで熱伝導部材を介して温度の高い方から温度の低いほうに熱が移動する。

この熱の移動によって、図５の（３）´に示すように、低温側熱交換部４０Ａの温度が１８℃になり、磁性体ブロック１００Ａの磁性体の温度が１９℃になる。また、磁性体ブロック１００Ｂの磁性体の温度が２０℃になり、磁性体ブロック１００Ｃの磁性体の温度が２１℃になる。そして、高温側熱交換部４０Ｂの温度が２２℃になる。

以上のように、磁気回路を図示左右方向に往復運動させ、この往復運動に同期させて熱伝導部材の挿脱を行うことによって、低温側熱交換部４０Ａから高温側熱交換部４０Ｂに熱が移動していく。時間が経過するにしたがって低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間の温度差が大きくなっていく。最終的には、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間の温度差が一定になる。この状態で、低温側熱交換部４０Ａの熱を利用して、たとえば室内の温度を下げることができ、高温側熱交換部４０Ｂの熱を利用して、たとえば室内の温度を上げることができる。

以上のように、３つの磁性体ブロック（２つの磁性体）で磁性体ユニットを形成する場合には、磁気ブロックと磁気回路が複数直列に接続される。このため、磁気冷凍機の熱輸送能力を向上させることができ低温側熱交換部と高温側熱交換部との間で大きな温度差を得ることができる。したがって、磁気冷凍機の熱輸送能力及び熱輸送効率を向上させることができる。また、磁気冷凍機を小型化、軽量化及び低コスト化することができる。

＜２つの磁性体ブロック（３つの磁性体）で磁性体ユニットを形成する場合＞
図６は、３つの磁性体で1つの磁性体ブロックを形成し、２つの磁性体ブロックで1つの磁性体ユニットを形成する場合における磁気冷凍の原理図である。

この場合の磁気冷凍は、磁性体ユニットを形成する全ての磁性体に、発現される磁気熱量効果の種類が同じものを用いている点に特徴がある。また、磁気回路２０Ａ、２０Ｂで磁性体ブロック１００Ａの磁性体１０Ａ、１０Ｃに、磁気回路２０Ｃ、２０Ｄで磁性体ブロック１００Ｂの磁性体１０Ｄ、１０Ｆに、それぞれ個別に磁気を印加している点に特徴がある。また、固体の熱伝導部材３０Ａ−３０Ｇにより熱を伝導している点に特徴がある。

図６の場合、磁気ブロック１００Ａ、１００Ｂの構成は、図３の場合と同一である。図３の場合と異なるのは、各磁気ブロックに配置されたそれぞれの磁気回路が図示左右方向に連動して往復運動できるようになっている点と、磁気ブロック間での熱伝導が行われるようになっている点である。

３つの磁性体で磁気ブロック１００Ａ、１００Ｂを形成する場合は、各磁気ブロック１００Ａ、１００Ｂの中間に位置する磁性体１０Ｂ、１０Ｅが単に隣り合う磁性体に熱を伝導し熱を保持するための蓄熱器として作用する。したがって、各磁気回路は、磁気ブロック１００Ａ、１００Ｂの両端に位置する磁性体以外の磁性体には停止せずに素通りする。

図６Ａに示すように、磁気回路２０Ａ、２０Ｂが磁気ブロック１００Ａの磁性体１０Ａに、磁気回路２０Ｃ、２０Ｄが磁気ブロック１００Ｂの磁性体１０Ｄに位置する。このときには、磁性体１０Ａ、１０Ｄに対して磁気が印加され、磁性体１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｅ、１０Ｆには磁気が印加されておらず磁気が除去されている。このとき、磁性体１０Ａ、１０Ｄは発熱する。そして同時に、熱伝導部材３０Ｂが磁性体１０Ａと１０Ｂとの間に、熱伝導部材３０Ｃが磁性体１０Ｂと１０Ｃとの間に、熱伝導部材３０Ｅが磁性体１０Ｄと１０Ｅとの間に、熱伝導部材３０Ｆが磁性体１０Ｅと１０Ｆとの間に、それぞれ挿入される。これにより、各磁性体ブロック内の隣り合う磁性体との間の熱伝導が行われる。すなわち、磁性体１０Ａ、１０Ｄが磁気熱量効果により発生した熱を磁性体１０Ｂ、１０Ｃ及び磁性体１０Ｅ、１０Ｆにそれぞれ移動する。また、このときには、熱伝導部材３０Ａと３０Ｇは低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ａとの間及び高温側熱交換部４０Ｂと磁性体１０Ｆとの間には挿入されない。また、ブロック間の熱伝導を行う熱伝導部材３０Ｄは磁性体１０Ｃ、１０Ｄとの間には挿入されない。

次に、図６Ｂに示すように、磁気回路２０Ａ、２０Ｂが磁気ブロック１００Ａの磁性体１０Ｃに、磁気回路２０Ｃ、２０Ｄが磁気ブロック１００Ｂの磁性体１０Ｆに位置する。このときには、磁性体１０Ｃ、１０Ｆに対して磁気が印加され、磁性体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｄ、１０Ｅには磁気が印加されておらず磁気が除去されている。このとき、磁性体１０Ｃ、１０Ｆは発熱する。なお、磁気回路２０Ａ、２０Ｂが磁性体１０Ａの位置から磁性体１０Ｃの位置に移動する途中で磁性体１０Ｂを素通りし、また、磁気回路２０Ｃ、２０Ｄが磁性体１０Ｄの位置から磁性体１０Ｆの位置に移動する途中で磁性体１０Ｅを素通りする。このとき、磁性体１０Ｂと磁性体１０Ｅは一瞬の間に発熱と吸熱を生じるが、発熱と吸熱の温度変化は同じなので、磁性体１０Ｂと磁性体１０Ｅの温度は元の温度のままである。そして磁性体１０Ｃ、１０Ｆの発熱と同時に、熱伝導部材３０Ａと３０Ｇが低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ａとの間及び高温側熱交換部４０Ｂと磁性体１０Ｆとの間に挿入されてそれぞれの間の熱伝導が行われる。また、熱伝導部材３０Ｄが磁性体１０Ｃと１０Ｄとの間に挿入されて、隣り合う磁性体ブロックの隣り合う磁性体との間の熱伝導が行われる。すなわち、磁性体１０Ａ、１０Ｄが磁気熱量効果により吸熱され、磁性体１０Ｃ、１０Ｆが磁気熱量効果により発熱するので、低温側熱交換部４０Ａから磁性体１０Ａに、磁性体１０Ｃから磁性体１０Ｄに、磁性体１０Ｆから高温側熱交換部４０Ｂに熱が移動する。また、このときには、熱伝導部材３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｅ、３０Ｆは磁性体ブロック内の磁性体間には挿入されない。

以上のように、各磁気ブロック１００Ａ、１００Ｂに設けた磁気回路を図示左右方向に連動して往復運動させ、各磁気ブロック１００Ａ、１００Ｂの両端に位置する磁性体に交互に磁気の印加と除去を繰り返す。この往復運動に連動させて、熱伝導部材３０Ａ−３０Ｇの低温側熱交換部４０Ａ、磁性体１０Ａ−１０Ｆ、高温側熱交換部４０Ｂそれぞれの間への挿脱を繰り返す。これによって、磁気熱量効果により得られた熱が低温側熱交換部４０Ａから高温側熱交換部４０Ｂに移動する。結果的には、図２に示したグラフのように、時間が経過するにしたがって低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間の温度差が大きくなっていく。最終的には、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間の温度差が一定になる。

次に、図６に示すように各磁気ブロックに設けた磁気回路を図示左右方向に連動して往復運動させたときに熱が移動していく様子を図７の模式図に基づいて説明する。

まず前提として、磁性体ユニット２００を形成する全ての磁性体の磁気熱量効果が同一の種類であって、温度変化量が５℃のものを用いた場合を想定する。具体的には、全ての磁性体が磁気を印加されると５℃温度が上昇し、磁気が除去されると５℃温度が下降する特性を持っていると想定する。

まず、図７の（１）に示すように、初期の状態では全ての磁性体が室温の２０℃になっている。

次に、図７の（２）に示すように、この状態で磁気回路を右側に移動させ、各磁気ブロックの１００Ａ、１００Ｂの一端に位置する磁性体から磁気を除去し、他端に位置する磁性体に磁気を印加する。これと同時に、隣り合う磁性体ブロック１００Ａ、１００Ｂの隣り合う磁性体との間、磁性体ユニット２００の一端に位置する磁性体と低温側熱交換部４０Ａとの間及び磁性体ユニット２００の他端に位置する磁性体と高温側熱交換部４０Ｂとの間の熱伝導が可能となるように熱伝導部材を挿入する。

図７の（２）の状態では、磁気が除去された磁性体の温度が１５℃に低下し、磁気が印加された磁性体の温度が２５℃に上昇する。このため、図に示すように、熱伝導部材を介して温度の高い方から温度の低いほうに熱が移動する。

この熱の移動によって、図７の（２）´に示すように、磁性体ユニット２００の一端に位置する磁性体と低温側熱交換部４０Ａの温度が１８℃になり、磁性体ユニット２００の他端に位置する磁性体と高温側熱交換部４０Ｂの温度が２２℃になる。

次に、図７の（３）に示すように、この状態で磁気回路を左側に移動させ、各磁気ブロック１００Ａ、１００Ｂの他端に位置する磁性体から磁気を除去し、一端に位置する磁性体に磁気を印加する。これと同時に、各磁性体ブロック１００Ａ、１００Ｂの隣り合う磁性体との間の熱伝導が可能となるように熱伝導部材を挿入する。

図７の（３）の状態では、磁気が印加された磁性体の温度が図７の（２）´の状態の温度から５℃に上昇し、磁気が除去された磁性体の温度が図７の（２）´の状態の温度から５℃低下する。このため、図に示すように、各磁性体ブロック内１００Ａ、１００Ｂで熱伝導部材を介して温度の高い方から温度の低いほうに熱が移動する。

この熱の移動によって、図７の（３）´に示すように、低温側熱交換部４０Ａの温度が１８℃になり、磁性体ブロック１００Ａの磁性体の温度が１９．３℃になる。また、磁性体ブロック１００Ｂの磁性体の温度が２０．７℃になり、高温側熱交換部４０Ｂの温度が２２℃になる。

以上のように、磁気回路を図示左右方向に往復運動させ、この往復運動に同期させて熱伝導部材の挿脱を行うことによって、低温側熱交換部４０Ａから高温側熱交換部４０Ｂに熱が移動していく。時間が経過するにしたがって低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間の温度差が大きくなっていく。最終的には、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間の温度差が一定になる。この状態で、低温側熱交換部４０Ａの熱を利用して、たとえば室内の温度を下げることができ、高温側熱交換部４０Ｂの熱を利用して、たとえば室内の温度を上げることができる。

以上が、本発明における磁気冷凍の原理である。以上では、２つまたは３つの磁性体で磁性体ユニットを形成する最も基本的な形態、または、２つまたは３つの磁性体で磁性体ブロックを形成し、この磁性体ブロックを複数配列して磁性体ユニットを形成する形態の４種類について述べた。しかし、本発明は、これらの形態には限られず、さらに多くの磁性体を配列して磁性体ブロック及び磁性体ユニットを形成するものにも適用することができる。

以上のように、２つの磁性体ブロック（３つの磁性体）で磁性体ユニットを形成する場合には、磁気ブロックと磁気回路が複数直列に接続される。また、磁気ブロック内の１つの磁性体を蓄熱器として作用させることができる。このため、磁気冷凍機の熱輸送能力及び熱輸送効率を向上させることができ低温側熱交換部と高温側熱交換部との間で大きな温度差を得ることができる。したがって、磁気冷凍機を小型化、軽量化及び低コスト化することができる。

また、上記のように、複数の磁性体ブロック（２つまたは３つの磁性体）で磁性体ユニットを形成する場合には、磁気冷凍機を小型化、軽量化及び低コスト化することができる。

次に、上記のような原理を利用した磁気冷凍機の実施形態を、[実施形態１]から[実施形態３]に分けて説明する。［実施形態１］に係る磁気冷凍機は、磁気ユニットを構成する複数の磁性体を直線状に並べている。［実施形態２］に係る磁気冷凍機は、磁気印加部の移動方向が実施形態１と異なっている。［実施形態３］に係る磁気冷凍機は、磁気ユニットを構成する複数の磁性体を環状に並べている。
[実施形態１]
上記のような原理を利用した実施形態１に係る磁気冷凍機の具体的な構成について、図８から図１６を参照しながら説明する。
（磁気冷凍機の構成）
図８は、実施形態１に係る磁気冷凍機の概略構成を示す上面図である。また、図９は、図８に示した磁気冷凍機の正面図、図１０は、図８に示した磁気冷凍機の側面図である。さらに、図１１は、図８に示した磁気冷凍機の熱伝達を司る熱伝達機構の概略構成を示す上面図である。また、図１２は、図１１に示した熱伝達機構の正面図、図１３は、図１１に示した熱伝達機構の側面図である。さらに、図１４は、図８に示した磁気冷凍機の磁気印加部を駆動する駆動機構の概略構成を示す上面図である。また、図１５は、図１４に示した駆動機構の正面図、図１６は、図１４に示した駆動機構の側面図である。

＜全体構成＞
図８に示す磁気冷凍機は、図４に示した磁気冷凍と同一の原理を用いる。具体的には、２つの磁性体を列状に配置して１つの磁性体ブロックを形成し、この磁性体ブロックを２つ列状に配置して磁性体ユニットを形成する。磁性体に磁気を印加する磁気印加部（磁気回路）は磁性体ブロックごとに１つずつ合計２つ設けられる。２つの磁気印加部は磁性体の並び方向に往復移動する。磁性体間、磁性体と低温側熱交換部及び磁性体と高温側熱交換部との間の熱伝導を担う熱伝導部材は２つのグループに分けられ、グループごとに交互に挿脱される。

図８から図１３に示すように、磁気冷凍機５００は、複数の支柱５１０Ａ−５０１Ｆ、５１０Ａ´−５０１Ｆ´で支えられたベース板５２０上の熱伝達機構と、磁気印加部５３０Ａと５３０Ｂを図示左右方向に往復移動させるための駆動機構とを有している。なお、複数の支柱は、図１０に示すようにベース板５２０の奥行き方向（長手方向と直交する方向）に２列設けてある。

＜熱伝達機構の構成＞
図８から図１３に示すように、ベース板５２０の長手方向の両端に、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂを取り付ける。ベース板５２０の低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間には、図１１に示すように、間隔を設けて磁性体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄを直線状に並べて配置する。磁性体１０Ａと１０Ｂとで磁性体ブロック１００Ａを形成し、磁性体１０Ｃと１０Ｄとで磁性体ブロック１００Ｂを形成する。また、磁性体ブロック１００Ａと１００Ｂとで磁性体ユニット２００を形成する。磁性体を直線状に並べたときには、細長い空間に熱伝達機構を構成させることができ、狭い空間を有効利用できる。

磁性体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄは、ベース板５２０上に直接接合しても良いが、磁気熱量効果を有効に利用できるようにするためには、ベース板５２０は熱抵抗の大きな材料で構成することが望ましい。熱抵抗が小さいと、磁性体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄで発生した熱がベース板５２０を伝って放熱されてしまうからである。また、熱抵抗を大きくするために、磁性体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄは、ベース板５２０上に直接接合するのではなく、磁性体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄとベース板５２０との間に熱絶縁性フィルムや熱絶縁層を設けても良い。

また、磁性体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄは、熱絶縁性フィルムや熱絶縁層を介して磁性体ユニット２００としてベース板５２０上で一体的に形成しても良い。また、熱絶縁性フィルムや熱絶縁層を介して磁性体ブロック１００Ａ、１００Ｂごとに分割して形成し、これをベース板５２０上で配列するようにしても良い。

磁性体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄは、本実施形態では上述の通り正の磁性体を用いる。正の磁性体は、磁気を印加していないときには常磁性状態（磁気スピンが無秩序の状態）となり、磁気を印加すると強磁性状態（磁気スピンが一方向に揃う状態）となる、常磁性状態と強磁性状態が可逆的に生じる材料を用いて製造する。

正の磁性体の材料としては、ＧｄやＧｄをベースとした合金である、Ｇｄ−Ｙ系、Ｇｄ−Ｄｙ系、Ｇｄ−Ｅｒ系、Ｇｄ−Ｈｏ系、Ｌａ（Ｆｅ，Ｓｉ）１３やＬａ（Ｆｅ，Ａｌ）１３などの磁性材料を用いることができる。

一方、本実施形態では用いていないが、磁性体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄを負の磁性材料で形成することもできる。負の磁性体は、磁気を印加していないときには強磁性状態（磁気スピンが一方向に揃う状態）となり、磁気を印加すると常磁性状態（磁気スピンが無秩序の状態）となる、強磁性状態と常磁性状態が可逆的に生じる材料を用いて製造される。

負の磁性体の材料としては、ＦｅＲｈ合金、ＣｏＭｎＳｉＧｅ系、ＮｉＭｎＳｎ系などの磁性材料を用いることができる。

図８から図１３では、磁性体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄの形状を直方体にしたものを例示したが、これら以外の形状、例えば、球状、楕円体状、立方体状、円柱状、楕円柱状などの形状であっても良い。

また、磁性体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄに正または負の磁性体を用い、さらにこれらの磁性体の作動温度を全て同一のものとすることができる。しかし、これに限らず、磁性体の作動温度が異なるものを配置することもできる。例えば、高温側熱交換部４０Ｂに隣り合う磁性体１０Ｄから低温側熱交換部４０Ａに隣り合う磁性体１０Ａに向けて段階的に作動温度が低い磁性体を配置することもできる。ここで、作動温度が高い磁性体と作動温度が低い磁性体との相違は、磁気熱量効果を発現する温度域が高い温度であるか低い温度であるかという点にある。

図１８は、磁性体の作動温度の相違の説明に供する図である。この図は、具体的には、ＬａＣｅＦｅＣｏＳｉ系の磁気エントロピー変化量（縦軸）と温度（横軸）の関係を示している。Ｃｏの量を増やすと、最も磁気熱量効果が大きくなる温度が、図に示すように２２５Ｋ、２５０Ｋ、２７０Ｋ、２９０Ｋと変化する。他の材料に関しても、組成比を変えると、磁気熱量効果が発現する温度領域を変えることができる。

したがって、図１８に示すように、高温側熱交換部４０Ｂに隣り合う磁性体から低温側熱交換部４０Ａに隣り合う磁性体に向けて段階的に、高温域で磁気熱量効果を発現する磁性体（高温用）、中温域で磁気熱量効果を発現する磁性体（中温用）、低温域で磁気熱量効果を発現する磁性体（低温用）、という順番に並べると、高温側熱交換部４０Ｂと低温側熱交換部４０Ａとの温度差をさらに大きく取ることができる。

磁性体の作動温度が異なるものは、磁気熱量効果を発現する温度領域が異なる磁気材料でそれぞれの磁性体を形成しても良いし、１種類の磁気材料の材料組成比を変化させることによって磁気熱量効果を発現する温度領域がそれぞれ異なる磁性体を形成しても良い。

一般的に、正の磁性体と負の磁性体は、磁場の印加に対して、熱発生が、発熱するか、吸熱するか反対なので、正の磁性体と負の磁性体の磁気熱量効果による温度変化の大きさは相違する。したがって、本実施形態のように、正か負のどちらか一方の磁性体を用いた場合には、全ての磁性体の磁気熱量効果による温度変化の大きさが同一になる。したがって、熱伝達機構としては安定した熱伝達特性が得られ、磁気冷凍機全体としての熱輸送効率が向上する。また、正の磁性体の磁気熱量効果に比較して負の磁性体の磁気熱量効果の方が小さいので、熱輸送効率を考慮すると、正の磁性体を用いて熱伝達機構を構成することが好ましい。さらに、負の磁性体の材料は正の磁性体の材料に比較して希少な材料を用いることになるので、コストの面でも正の磁性体を用いて熱伝達機構を構成することが好ましい。

このように、磁性体ユニット２００内において、磁性体の位置に応じて最適な作動温度を選択すると、均一の作動温度を用いた磁性体ユニット２００よりも、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間で、より大きな温度差を得ることができる。

低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ａとの間、磁性体１０Ａと１０Ｂとの間、磁性体１０Ｂと１０Ｃとの間、磁性体１０Ｃと１０Ｄとの間、磁性体１０Ｄと高温側熱交換部４０Ｂとの間に熱伝導部材３０Ａ−３０Ｅを挿脱自在に配置する。ベース板５２０には、図８から図１３に示すように、熱伝導部材３０Ａ−３０Ｅをベース板５２０の長手方向に対して交差する方向に移動させる熱伝導部材駆動部５５０Ａと５５０Ｂを取り付ける。

熱伝導部材駆動部５５０Ａは、駆動軸５６０Ａを駆動して１つのグループを構成する熱伝導部材３０Ｂと３０Ｄを連動して挿脱する。熱伝導部材駆動部５５０Ｂは、駆動軸５６０Ｂを駆動してもう１つのグループを構成する熱伝導部材３０Ａ、３０Ｃ及び３０Ｅを連動して挿脱する。熱伝導部材駆動部５５０Ａ、熱伝導部材駆動部５５０Ｂ及び熱伝導部材３０Ａ−３０Ｅは熱伝導部を構成する。熱伝導部材駆動部５５０Ａと熱伝導部材駆動部５５０Ｂの動作は相反するが同期して行われ、一方が動作すると他方が不動作となる。

図８及び図１１は、熱伝導部材駆動部５５０Ａが動作していない状態であり、熱伝導部材駆動部５５０Ｂが動作している状態を示している。図８及び図１１に示す状態では、熱伝導部材３０Ａが低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ａとの間に挿入され、低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ａとが機械的に接続されて両者間の熱伝導が可能となる。磁性体１０Ｂと１０Ｃとの間及び磁性体１０Ｄと高温側熱交換部４０Ｂとの間の熱伝導も熱伝導部材３０Ｃ及び３０Ｅを介して可能となる。一方、磁性体１０Ｂと１０Ｃとの間及び磁性体１０Ｃと１０Ｄとの間には熱伝導部材３０Ｂ、３０Ｄが挿入されていないので、これらの間の熱伝導は行われない。

熱伝導部材駆動部５５０Ａと５５０Ｂは、熱伝導部材３０Ａ−３０Ｅを挿脱させることができる機構であれば、従来公知のどのような機構を用いても良い。その動力源としては、小型モータ、圧電アクチュエータを用いることができ、カム機構を用いて熱伝導部材３０Ａ−３０Ｅを挿脱させるようにしても良い。

熱伝導部材３０Ａ−３０Ｅは熱を伝導させやすい固体の高熱伝導材料で構成する。高熱伝導材料としては、Ｃｕ、Ａｌが望ましい。熱伝導部材３０Ａ−３０Ｅが磁性体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、低温側熱交換部４０Ａ、高温側熱交換部４０Ｂと接触する部分は、高熱伝導性を有するとともに熱磨耗性の高いコート層を形成しても良いし、高熱伝導性を有する潤滑材を介しても良い。例えば、カーボンナノチューブを熱伝導部材３０Ａ−３０Ｅの表面に取り付けることによって、耐摩耗性と熱伝導性を向上させることが望ましい。

熱伝導部材３０Ａと３０Ｅは、磁性体１０Ａ−１０Ｄに対して熱伝導を行う熱伝導部材３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄとは異なる材質、構造のものを用いても良い。

なお、ベース板５２０は、磁性体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄで発生した熱及び熱伝導部材３０Ａ−３０Ｅを伝導する熱を逃がさないようにするために、熱抵抗の大きな低熱伝導材料を用いることが好ましい。

低温側熱交換部４０Ａ及び高温側熱交換部４０Ｂは、例えば室内の空気などの外部環境との熱交換ができる機構を備えている。例えば、外部から冷媒を供給し、その冷媒を介して外部環境との熱交換ができるようにした機構を採用しても良い。

＜駆動機構の構成＞
磁気印加部（磁気回路）５３０Ａと５３０Ｂは磁気印加部５３０Ａと５３０Ｂを直線状に往復移動させるスライダー５４０に取り付ける。スライダー５４０は、図８から図１０及び図１４から図１６に示すように、ベース板５２０の長手方向に沿って往復移動する。スライダー５４０はスライドガイド５８０に取り付ける。スライドガイド５８０は固定部５７０Ａ及び５７０Ｂによって支持される。

固定部５７０Ａ及び５７０Ｂはベース板５２０の下部両端に位置しスライドガイド５８０を支持する。スライダー５４０は、ボールねじやリニアスライダーなどの直線移動機構５８５に取り付けられ、スライドガイド５８０に沿って直線状に往復移動する。直線移動機構５８５は磁気回路駆動部５９０によって駆動される。磁気回路駆動部５９０はモータの回転を直線運動に変えるカム機構を有するものや、リニアモータ、圧電アクチュエータを用いることができる。

また、直線移動機構５８５は、本実施形態では、図８から図１０及び図１４から図１６に示すような構成を採用して磁気印加部５３０Ａと５３０Ｂを往復移動させるようにしたが、このような構成に限らず、公知のさまざまな機構を用いることができる。

磁気印加部５３０Ａは、図９、１０、１５、１６に示すように、磁気を良く通す透磁率の大きな鉄などの金属材料で構成されるヨーク２５Ａ、２５Ｂ及び永久磁石５３５Ａで形成される。また、磁気印加部５３０Ｂは、ヨーク２５Ｃ、２５Ｄ及び永久磁石５３５Ｂで形成される。磁気印加部５３０Ａ、５３０Ｂは、磁気を発生させる手段として永久磁石５３５Ａ、５３５Ｂを用いた。永久磁石の使用に代えて、超伝導磁石や電磁石を使用することもできるが、省エネルギーや実用性の観点から、永久磁石の使用が望ましい。

磁気印加部５３０Ａ、５３０Ｂは、図１０、図１６に示すように、それが往復移動する方向から見た断面形状がコの字形状になっている。コの字のギャップ部分で磁性体１０Ａ−１０Ｄの図示上下方向に対向する２面をベース板５２０とともに挟み込めるようにするためである。磁気印加部５３０Ａ、５３０Ｂは、磁性体１０Ａ−１０Ｄのそれぞれに対して、磁気熱量効果を十分に発揮させることができるように、強い磁気を印加できる程度の体積と磁性体１０Ａ−１０Ｄへの対面面積を有している。

なお、本実施形態では、磁気印加部５３０Ａ、５３０Ｂの構成を、図１０、図１６に示すように、ヨーク２５Ａ、２５Ｂが中間部分で永久磁石５３５Ａを挟む形態としたが、例えば、磁性体１０Ａ−１０Ｄの１面に面する部分に永久磁石を配しその他をヨークとする形態であっても良い。

以上のように、磁気回路を永久磁石によって構成すると、電磁石を使用する場合と比較して、磁気回路を簡易な構造とすることができる。また、磁気回路を、磁性体の対向する２面をギャップを介して挟み込むような構造とすることで、磁性体に対して効率的に磁気を印加することができる。

なお、磁気回路を電磁石によって構成すると、磁性体に印加する磁気の大きさをある範囲で変更することができるので、磁気印加部に汎用性を持たせることができる。

磁気冷凍機５００の全体の動作は図８に示す制御部６００が制御する。具体的には、制御部６００は、熱伝導部材駆動部５５０Ａ、５５０Ｂと磁気回路駆動部５９０を連動して制御する。制御部６００は、電子回路又はマイクロコンピュータによって構成される。制御部６００の具体的な動作を図１７の動作フローチャートに基づいて説明する。
（磁気冷凍機（制御部）の動作）
図１７は、図８から図１６に示した磁気冷凍機５００の動作フローチャートである。なお、この動作フローチャートは、本発明に係る磁気冷凍方法の手順を示すものでもある。

制御部６００は、磁気冷凍の開始信号が入力されたか否かを判断する（Ｓ１）。制御部６００は、磁気冷凍の開始信号が入力されなければ（Ｓ１：ＮＯ）、入力されるのを待ち、入力されれば（Ｓ１：ＹＥＳ）次のステップに進む。

制御部６００は、磁気冷凍の開始信号が入力されると、磁気回路駆動部５９０を動作させ、磁気印加部５３０Ａ、５３０Ｂを移動させる。例えば、図８、図９に示すように、磁気印加部５３０Ａ、５３０Ｂを磁性体１０Ａ、１０Ｃの位置から、磁性体１０Ｂ、１０Ｄの位置に移動させる。このとき、磁性体１０Ａ、１０Ｃは吸熱し、磁性体１０Ｂ、１０Ｄは発熱する（Ｓ２）。

次に、制御部６００は、図８、図９に示すように、熱伝導部材駆動部５５０Ａを不動作とし、熱伝導部材駆動部５５０Ｂを動作させる。これにより、熱伝導部材３０Ａ―３０Ｆのそれぞれを低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ａとの間、磁性体１０Ａ−１０Ｄの間、磁性体１０Ｄと高温側熱交換部４０Ｂとの間で挿脱させる。例えば、図８、図１１に示すように、熱伝導部材駆動部５５０Ａが不動作とされることによって、磁性体１０Ｂと１０Ｃとの間及び磁性体１０Ｃと１０Ｄとの間から熱伝導部材３０Ｂ、３０Ｄが引き抜かれる。一方、熱伝導部材駆動部５５０Ｂが動作することによって、熱伝導部材３０Ａが低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ａとの間に挿入され、熱伝導部材３０Ｃが磁性体１０Ｂと１０Ｃとの間に挿入され、熱伝導部材３０Ｅが磁性体１０Ｄと高温側熱交換部４０Ｂとの間に挿入される（Ｓ３）。

そして、制御部６００は、磁気冷凍の終了信号が入力されたか否かを判断する（Ｓ４）。制御部６００は、磁気冷凍の終了信号が入力されなければ（Ｓ４：ＮＯ）、ステップ２の処理に戻る。つまり、制御部６００は、磁気回路駆動部５９０を動作させ、磁気印加部５３０Ａ、５３０Ｂを移動させる。このときには、磁気印加部５３０Ａ、５３０Ｂを磁性体１０Ｂ、１０Ｄの位置から、磁性体１０Ａ、１０Ｃの位置に移動させる。このとき、磁性体１０Ｂ、１０Ｄは吸熱し、磁性体１０Ａ、１０Ｃは発熱する（Ｓ２）。

そして、次に、制御部６００は、熱伝導部材駆動部５５０Ａを動作させ、熱伝導部材駆動部５５０Ｂを不動作とする。これにより、熱伝導部材３０Ａ―３０Ｆのそれぞれを低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ａとの間、磁性体１０Ａ−１０Ｄの間、磁性体１０Ｄと高温側熱交換部４０Ｂとの間で挿脱させる。このときには、熱伝導部材駆動部５５０Ｂが不動作とされることによって、熱伝導部材３０Ａが低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ａとの間から引き抜かれ、熱伝導部材３０Ｃが磁性体１０Ｂと１０Ｃとの間から引き抜かれ、熱伝導部材３０Ｅが磁性体１０Ｄと高温側熱交換部４０Ｂとの間から引き抜かれる。一方、熱伝導部材駆動部５５０Ａが動作することによって、磁性体１０Ｂと１０Ｃとの間及び磁性体１０Ｃと１０Ｄとの間に熱伝導部材３０Ｂ、３０Ｄが挿入される（Ｓ３）。

制御部６００は、磁気冷凍の終了信号が入力されない限り、上記のステップＳ２及びステップＳ３の動作を繰り返す。磁気冷凍の終了信号が入力されれば（Ｓ４：ＹＥＳ）処理を終了して、磁気冷凍機５００の動作を終了する。

以上のように磁気印加部５３０Ａ、５３０Ｂを移動させ熱伝導部材３０Ａ−３０Ｆのそれぞれを挿脱させることによって、図２に示すグラフのように、低温側熱交換部４０Ａの温度を下げ、高温側熱交換部４０Ｂの温度を上げることができ、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間に温度差を生じさせることができる。

なお、以上の動作によって、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間の温度差が拡大していく原理は、図４及び図５に基づいて説明した原理と同一であるので、ここでの説明は省略する。

実際に冷凍能力の大きな磁気冷凍機を構成する場合には、直列に配列する磁気ブロックの数を増やし、さらにこれを多数並列に配列して、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂに接続する。直列に配列する磁気ブロックの数を増やすことによって、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間の温度差をより大きくすることができる。また、多くの磁気ブロックを並列に配列することによって、冷凍能力をさらに向上させることができる。

本実施形態の磁気冷凍機は、室内の空調を行うエアコン、冷蔵庫、車室内の空調を行うエアコン、車両の冷凍装置などに適用させることができる。
[実施形態２]
次に、実施形態２に係る磁気冷凍機の具体的な構成について、図１９を参照しながら説明する。図１９は、実施形態２に係る磁気冷凍機の概略構成を示す図である。

図１９に示す磁気冷凍機は、実施形態１と比較すると、次の部分が相違している。まず、実施形態１の場合には、４つの磁性体を列状に配置した磁性体ブロックを一列だけ設けたが、本実施形態の場合には、磁性体ブロックを２列並列に設けている。また、実施形態１の場合には、磁性体に磁気を印加する磁気印加部（磁気回路）を磁性体の並び方向に往復移動させたが、本実施形態の場合には、隣り合う磁気ブロック間を磁性体の並び方向とは交差する方向に移動させる。
（磁気冷凍機の構成）
＜熱伝達機構の構成＞
図１９に示すように、ベース板５２０の長手方向の両端に、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂを取り付ける。ベース板５２０の低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間には、図に示すように、間隔を設けて磁性体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄを直線状に並べ、これと平行に、間隔を設けて磁性体１０Ｅ、１０Ｆ、１０Ｇ、１０Ｈを直線状に並べて配置する。磁性体１０Ａと１０Ｂとで磁性体ブロック１００Ａを形成し、磁性体１０Ｃと１０Ｄとで磁性体ブロック１００Ｂを形成する。また、磁性体１０Ｅと１０Ｆとで磁性体ブロック１００Ｃを形成し、磁性体１０Ｇと１０Ｈとで磁性体ブロック１００Ｄを形成する。磁性体ブロック１００Ａと１００Ｂとで磁性体ユニット２００Ａを形成する。また、磁性体ブロック１００Ｃと１００Ｄとで磁性体ユニット２００Ｂを形成する。

低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ａとの間、磁性体１０Ａと１０Ｂとの間、磁性体１０Ｂと１０Ｃとの間、磁性体１０Ｃと１０Ｄとの間、磁性体１０Ｄと高温側熱交換部４０Ｂとの間に熱伝導部材３０Ａ−３０Ｅを挿脱自在に配置する。また、低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ｅとの間、磁性体１０Ｅと１０Ｆとの間、磁性体１０Ｆと１０Ｇとの間、磁性体１０Ｇと１０Ｈとの間、磁性体１０Ｈと高温側熱交換部４０Ｂとの間に熱伝導部材３０Ｆ−３０Ｊを挿脱自在に配置する。

ベース板５２０には、熱伝導部材３０Ａ−３０Ｅをベース板５２０の長手方向に対して交差する方向に移動させる熱伝導部材駆動部５５０Ａと５５０Ｂを取り付ける。また、熱伝導部材３０Ｆ−３０Ｊをベース板５２０の長手方向に対して交差する方向に移動させる熱伝導部材駆動部５５０Ｃと５５０Ｄを取り付ける。

熱伝導部材駆動部５５０Ａは、駆動軸５６０Ａを駆動して１つのグループを構成する熱伝導部材３０Ｂと３０Ｄを連動して挿脱する。熱伝導部材駆動部５５０Ｂは、駆動軸５６０Ｂを駆動してもう１つのグループを構成する熱伝導部材３０Ａ、３０Ｃ及び３０Ｅを連動して挿脱する。また、熱伝導部材駆動部５５０Ｃは、駆動軸５６０Ｃを駆動して１つのグループを構成する熱伝導部材３０Ｇと３０Ｉを連動して挿脱する。熱伝導部材駆動部５５０Ｄは、駆動軸５６０Ｄを駆動してもう１つのグループを構成する熱伝導部材３０Ｆ、３０Ｈ及び３０Ｊを連動して挿脱する。

熱伝導部材駆動部５５０Ａ−５５０Ｄ及び熱伝導部材３０Ａ−３０Ｊは熱伝導部を構成する。熱伝導部材駆動部５５０Ａ、５５０Ｃと熱伝導部材駆動部５５０Ｂ、５５０Ｄの動作は相反するが同期して行われ、一方が動作すると他方が不動作となる。

図に示す状態は、熱伝導部材駆動部５５０Ｂ、５５０Ｃが動作していない状態であり、熱伝導部材駆動部５５０Ａ、５５０Ｄが動作している状態を示している。この状態では、熱伝導部材３０Ｂが磁性体１０Ａと磁性体１０Ｂとの間に、熱伝導部材３０Ｄが磁性体１０Ｃと磁性体１０Ｄとの間に挿入され、これらの間の熱伝導が可能となる。また、熱伝導部材３０Ｆが低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ｅとの間に、熱伝導部材３０Ｈが磁性体１０Ｆと磁性体１０Ｇとの間に、熱伝導部材３０Ｊが磁性体１０Ｈと高温側熱交換部４０Ｂとの間に挿入され、これらの間の熱伝導が可能となる。一方、低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ａとの間、磁性体１０Ｂと磁性体１０Ｃとの間、磁性体１０Ｄと高温側熱交換部４０Ｂとの間には熱伝導部材３０Ａ、３０Ｃ、３０Ｅが挿入されていないので、これらの間の熱伝導は行われない。また、磁性体１０Ｅと磁性体１０Ｆとの間、磁性体１０Ｇと磁性体１０Ｈとの間には熱伝導部材３０Ｇ、３０Ｉが挿入されていないので、これらの間の熱伝導は行われない。

＜駆動機構の構成＞
磁気印加部（磁気回路）５３０Ａ−５３０Ｄは磁気印加部５３０Ａ−５３０Ｄをベース板５２０の長手方向に対して直交する方向に個別に往復移動させるスライダー５４０Ａ−５４０Ｄに取り付ける。スライダー５４０Ａは磁気印加部５３０Ａを磁性体１０Ａと磁性体１０Ｅとの間で直線的に往復移動させる。スライダー５４０Ｂ、５４０Ｃ、５４０Ｄはそれぞれ、磁気印加部５３０Ｂを磁性体１０Ｃと磁性体１０Ｇとの間で、磁気印加部５３０Ｃを磁性体１０Ｂと磁性体１０Ｆとの間で、磁気印加部５３０Ｄを磁性体１０Ｄと磁性体１０Ｈとの間で直線的に往復移動させる。

磁気印加部５３０Ａ、５３０Ｂは磁気回路駆動部５９０Ａによって駆動され、磁気印加部５３０Ｃ、５３０Ｄは磁気回路駆動部５９０Ｂによって駆動される。
（磁気冷凍機（制御部）の動作）
以上のように構成された本実施形態にかかる磁気冷凍機５００の動作を、図１７の動作フローチャートに基づいて詳細に説明する。なお、この動作フローチャートは、本発明に係る磁気冷凍方法の手順を示すものでもある。

制御部６００は、磁気冷凍の開始信号が入力されたか否かを判断する（Ｓ１）。制御部６００は、磁気冷凍の開始信号が入力されなければ（Ｓ１：ＮＯ）、入力されるのを待ち、入力されれば（Ｓ１：ＹＥＳ）次のステップに進む。

制御部６００は、磁気冷凍の開始信号が入力されると、磁気回路駆動部５９０Ａ、５９０Ｂを動作させ、磁気印加部５３０Ａ−５３０Ｄを移動させる。例えば、図１９に示すように、磁気印加部５３０Ａを磁性体１０Ｅから磁性体１０Ａに、磁気印加部５３０Ｂを磁性体１０Ｇから磁性体１０Ｃに、磁気印加部５３０Ｃを磁性体１０Ｂから磁性体１０Ｆに、磁気印加部５３０Ｄを磁性体１０Ｄから磁性体１０Ｈにそれぞれ移動させる。このとき、磁性体１０Ａ、磁性体１０Ｃ、磁性体１０Ｆ、磁性体１０Ｈは発熱し、磁性体１０Ｂ、磁性体１０Ｄ、磁性体１０Ｅ、磁性体１０Ｇは吸熱する。（Ｓ２）。

次に、制御部６００は、図１９に示すように、熱伝導部材駆動部５５０Ｂ、５５０Ｃを不作動とし、熱伝導部材駆動部５５０Ａ、５５０Ｄを動作させる。これにより、熱伝導部材３０Ａ―３０Ｊのそれぞれを、低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ａ、磁性体１０Ｅとの間、磁性体１０Ａ−１０Ｈの間、磁性体１０Ｄ、磁性体１０Ｈと高温側熱交換部４０Ｂとの間で挿脱させる。具体的には、熱伝導部材３０Ｂが磁性体１０Ａと磁性体１０Ｂとの間に、熱伝導部材３０Ｄが磁性体１０Ｃと磁性体１０Ｄとの間に挿入され、これらの間の熱伝導が可能となる。また、熱伝導部材３０Ｆが低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ｅとの間に、熱伝導部材３０Ｈが磁性体１０Ｆと磁性体１０Ｇとの間に、熱伝導部材３０Ｊが磁性体１０Ｈと高温側熱交換部４０Ｂとの間に挿入され、これらの間の熱伝導が可能となる。一方、低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ａとの間、磁性体１０Ｂと磁性体１０Ｃとの間、磁性体１０Ｄと高温側熱交換部４０Ｂとの間から熱伝導部材３０Ａ、３０Ｃ、３０Ｅが引き抜かれ、これらの間の熱伝導は行われなくなる。また、磁性体１０Ｅと磁性体１０Ｆとの間、磁性体１０Ｇと磁性体１０Ｈとの間から熱伝導部材３０Ｇ、３０Ｉが引き抜かれ、これらの間の熱伝導は行われなくなる（Ｓ３）。

そして、制御部６００は、磁気冷凍の終了信号が入力されたか否かを判断する（Ｓ４）。制御部６００は、磁気冷凍の終了信号が入力されなければ（Ｓ４：ＮＯ）、ステップ２の処理に戻る。つまり、制御部６００は、磁気回路駆動部５９０Ａ、５９０Ｂを動作させ、磁気印加部５３０Ａ−５３０Ｄを前回とは逆向きに移動させる。例えば、磁気印加部５３０Ａを磁性体１０Ａから磁性体１０Ｅに、磁気印加部５３０Ｂを磁性体１０Ｃから磁性体１０Ｇに、磁気印加部５３０Ｃを磁性体１０Ｆから磁性体１０Ｂに、磁気印加部５３０Ｄを磁性体１０Ｈから磁性体１０Ｄにそれぞれ移動させる。このとき、磁性体１０Ｂ、磁性体１０Ｄ、磁性体１０Ｅ、磁性体１０Ｇは発熱し、磁性体１０Ａ、磁性体１０Ｃ、磁性体１０Ｆ、磁性体１０Ｈは吸熱する（Ｓ２）。

そして、次に、制御部６００は、熱伝導部材駆動部５５０Ｂ、５５０Ｃを動作させ、熱伝導部材駆動部５５０Ａ、５５０Ｄを不作動とする。これにより、低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ａとの間、磁性体１０Ｂと磁性体１０Ｃとの間、磁性体１０Ｄと高温側熱交換部４０Ｂとの間に熱伝導部材３０Ａ、３０Ｃ、３０Ｅが挿入され、これらの間の熱伝導が可能となる。また、磁性体１０Ｅと磁性体１０Ｆとの間、磁性体１０Ｇと磁性体１０Ｈとの間に熱伝導部材３０Ｇ、３０Ｉが挿入され、これらの間の熱伝導が可能となる。一方、熱伝導部材３０Ｂが磁性体１０Ａと磁性体１０Ｂとの間から、熱伝導部材３０Ｄが磁性体１０Ｃと磁性体１０Ｄとの間から引き抜かれ、これらの間の熱伝導は行われなくなる。また、熱伝導部材３０Ｆが低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ｅとの間から、熱伝導部材３０Ｈが磁性体１０Ｆと磁性体１０Ｇとの間から、熱伝導部材３０Ｊが磁性体１０Ｈと高温側熱交換部４０Ｂとの間から引き抜かれ、これらの間の熱伝導は行われなくなる（Ｓ３）。

制御部６００は、磁気冷凍の終了信号が入力されない限り、上記のステップＳ２及びステップＳ３の動作を繰り返す。磁気冷凍の終了信号が入力されれば（Ｓ４：ＹＥＳ）処理を終了して、磁気冷凍機５００の動作を終了する。

以上のように磁気印加部５３０Ａ−５３０Ｄを移動させ熱伝導部材３０Ａ−３０Ｊのそれぞれを挿脱させることによって、図２に示すグラフのように、低温側熱交換部４０Ａの温度を下げ、高温側熱交換部４０Ｂの温度を上げることができ、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間に温度差を生じさせることができる。

なお、以上の動作によって、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間の温度差が拡大していく原理は、図４及び図５に基づいて説明した原理と同一であるので、ここでの説明は省略する。

実際に冷凍能力の大きな磁気冷凍機を構成する場合には、直列に配列する磁気ブロックの数を増やし、さらにこれを本実施形態のように多数並列に配列して、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂに接続する。直列に配列する磁気ブロックの数を増やすことによって、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間の温度差をより大きくすることができる。また、多くの磁気ブロックを並列に配列することによって、冷凍能力をさらに向上させることができる。

本実施形態の磁気冷凍機は、室内の空調を行うエアコン、冷蔵庫、車室内の空調を行うエアコン、車両の冷凍装置などに適用させることができる。
[実施形態３]
次に、実施形態３に係る磁気冷凍機の具体的な構成について、図２０を参照しながら説明する。

図２０は、実施形態３に係る磁気冷凍機の概略構成を示す図である。

この実施形態に係る磁気冷凍機は、実施形態１のように、磁気ユニットを構成する複数の磁性体を直線状に並べたのではなく、磁気ユニットを構成する複数の磁性体を環状に並べている点に特徴がある。

図に示すように、円形状のベース板５２０Ａの上端部と下端部に低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂを配置する。ベース板５２０Ａの一面には、８つの磁性体１０Ａ−１０Ｈが環状に配置される。磁性体１０Ａと１０Ｂ、磁性体１０Ｃと１０Ｄ、磁性体１０Ｅと１０Ｆ、磁性体１０Ｇと１０Ｈとはそれぞれ組となって１つの磁気ブロックを形成する。また、磁気ブロック１００Ａと１００Ｂ、磁気ブロック１００Ｃと１００Ｄとはそれぞれ組となって１つの磁気ユニットを形成する。磁性体を環状に並べたときには、磁気印加部を回転させるだけで良いので、磁気回路駆動部の駆動機構を単純な構成にすることができる。

低温側熱交換部４０Ａと磁性体１０Ａ、１０Ｈとの間、磁性体１０Ａ−１０Ｈの各磁性体間、高温側熱交換部４０Ｂと磁性体１０Ｄと１０Ｅとの間に、熱伝導部材３０Ａ−３０Ｈを配置する。熱伝導部材３０Ａ−３０Ｈの各々は、実施形態１と同様の仕組みで動作する図示しない熱伝導部材駆動部により挿脱される。

磁気印加部５３０Ａ−５３０Ｅは、回転体の回転中心から均等の角度で放射状に伸びる５つの矩形体の突出部の放射方向先端部分に形成される。磁気印加部５３０Ａ−５３０Ｅの構造は、上記の実施形態の図１０、図１６に示す構成と同一であり、磁気印加部５３０Ａ−５３０Ｅは回転体の回転中心を軸に回転する。磁気印加部５３０Ａ−５３０Ｅは、低温側熱交換部４０Ａ、磁性体１０Ａ−１０Ｈ、高温側熱交換部４０Ｂを、それぞれの磁気回路がベース板５２０Ａを挟み込むようにしてプロペラ状に回転する。

図２０Ａでは、磁気印加部５３０Ａ−５３０Ｅが磁性体１０Ｂ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｇに位置しているので、これらの磁性体は発熱し、他の磁性体１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｆ、１０Ｈは吸熱する。このとき、熱伝導部材３０Ａ、３０Ｃ、３０Ｅ、３０Ｆ、３０Ｈ、３０Ｊは、磁性体１０Ａ、１０Ｈと低温側熱交換部４０Ａとの間、磁性体１０Ｂと１０Ｃとの間、磁性体１０Ｄ、１０Ｅと高温側熱交換部４０Ｂとの間、磁性体１０Ｆと１０Ｇとの間に挿入される。

したがって、同図Ａに示すように、磁性体１０Ａ、１０Ｈと低温側熱交換部４０Ａとの間、磁性体１０Ｂと１０Ｃとの間、磁性体１０Ｄ、１０Ｅと高温側熱交換部４０Ｂとの間、磁性体１０Ｆと１０Ｇとの間で熱伝導が行われる。

次に、同図Ｂのように、磁気印加部５３０Ａ−５３０Ｅが磁性体１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｆ、１０Ｈに位置すると、これらの磁性体は発熱し、他の磁性体１０Ｂ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｇは吸熱する。このとき、熱伝導部材３０Ａ、３０Ｃ、３０Ｅ、３０Ｆ、３０Ｈ、３０Ｊは、磁性体１０Ａ、１０Ｈと低温側熱交換部４０Ａとの間、磁性体１０Ｂと１０Ｃとの間、磁性体１０Ｄ、１０Ｅと高温側熱交換部４０Ｂとの間、磁性体１０Ｆと１０Ｇとの間から取り除かれる。同時に、熱伝導部材３０Ｂ、３０Ｄ、３０Ｇ、３０Ｉは、磁性体１０Ａと１０Ｂとの間、磁性体１０Ｃと１０Ｄとの間、磁性体１０Ｅと１０Ｆとの間、磁性体１０Ｇと１０Ｈとの間に挿入される。

したがって、同図Ｂに示すように、磁性体１０Ａと１０Ｂとの間、磁性体１０Ｃと１０Ｄとの間、磁性体１０Ｅと１０Ｆとの間、磁性体１０Ｇと１０Ｈとの間で熱伝導が行われる。

このように、磁気印加部５３０Ａ−５３０Ｅが回転移動しながら、次々に磁気を印加する磁性体を変えると、発熱する磁性体と吸熱する磁性体が交互に入れ替わる。また、熱伝導部材３０Ａ−３０Ｊを、磁気印加部５３０Ａ−５３０Ｅの挿脱を回転に伴って交互に切り替えると、図２に示すグラフのように、低温側熱交換部４０Ａと高温側熱交換部４０Ｂとの間に温度差を生じさせることができる。

この実施形態の場合、磁気印加部５３０Ａ−５３０Ｅは、磁気回路駆動部として機能するモータを用いて回転させるだけで良いので、磁気印加部５３０Ａ−５３０Ｅの駆動機構の構成を簡略化できる。また、磁気冷凍機５００の冷凍能力を磁気印加部５３０Ａ−５３０Ｅの回転数を変更することによって、容易に調整することができる。

この実施形態の磁気冷凍の原理は図４、図５と同一であり、磁気冷凍の動作も図１７に示すフローチャートと基本的には同じであるので、これらの説明は省略する。

この実施形態の場合にも、磁性体１０Ａ−１０Ｄ、１０Ｅ−１０Ｈに正または負の磁性体を用い、さらにこれらの磁性体の作動温度を全て同一のものとすることができる。しかし、これに限らず、磁性体の作動温度が異なるものを配置することもできる。例えば、高温側熱交換部４０Ｂに隣り合う磁性体１０Ｄ、１０Ｅから低温側熱交換部４０Ａに隣り合う磁性体１０Ａ、１０Ｈに向けて段階的に作動温度が低い磁性体を配置することもできる。

以上のように、本発明に係る磁気冷凍機は、次のような効果を得ることができる。

正又は負のいずれかの磁性体に磁気印加部で個別に磁気を印加して磁気熱量効果を発現させ、固体の熱伝導を利用して熱を輸送するため、熱輸送能力及び熱輸送効率が向上され、小型化、軽量化、低コスト化が実現できる。

また、磁性体ユニットを構成する磁性体は、高温側熱交換部に隣り合う磁性体から低温側熱交換部に隣り合う磁性体に向けて、段階的に作動温度を低めることによって、より効率的な磁気冷凍が可能となり、低温側熱交換部と高温側熱交換部との間の温度差をより大きくすることができる。

さらに、磁性体を環状に配置して、磁気印加部を回転させることによって磁気冷凍を行うと、駆動機構の構成を簡略化でき、小型軽量の磁気冷凍機とすることができる。

１０Ａ−１０Ｈ 磁性体、
３０Ａ−３０Ｊ 熱伝導部材、
４０Ａ 低温側熱交換部、
４０Ｂ 高温側熱交換部、
５００ 磁気冷凍機、
５３０Ａ−５３０Ｄ 磁気印加部、
５５０Ａ−５５０Ｄ 熱伝導部材駆動部、
５９０、５９０Ａ、５９０Ｂ 磁気回路駆動部、
６００ 制御部。

Claims (12)

1. 発現される磁気熱量効果の種類が同じ磁性体を複数列状に間隔を設けて配置した磁性体ユニットと、
   前記磁性体ユニットの一端に位置する磁性体と間隔を設けて隣り合う低温側熱交換部と、
   前記磁性体ユニットの他端に位置する磁性体と間隔を設けて隣り合う高温側熱交換部と、
   前記磁性体ユニット内の隣り合う磁性体との間の熱伝導、または、前記磁性体ユニットの一端に位置する磁性体と前記低温側熱交換部との間及び前記磁性体ユニットの他端に位置する磁性体と前記高温側熱交換部との間の熱伝導、のいずれかの熱伝導を固体の熱伝導部材を介して交互に行う熱伝導部と、
   前記磁性体ユニットの一端に位置する磁性体、または、前記磁性体ユニットの他端に位置する磁性体、のいずれかの磁性体に対して交互に磁気を印加する磁気印加部と、
   前記熱伝導部と前記磁気印加部との動作を制御して、前記磁気印加部が前記磁性体ユニットの一端に位置する磁性体に対して磁気を印加するときには前記熱伝導部が前記磁性体ユニット内の隣り合う磁性体との間で熱を伝導させ、一方、前記磁気印加部が前記磁性体ユニットの他端に位置する磁性体に対して磁気を印加するときには前記熱伝導部が前記磁性体ユニットの両端に位置する磁性体と前記低温側熱交換部及び前記高温側熱交換部との間で熱を伝導させる制御部と、
   を有することを特徴とする磁気冷凍機。
2. 発現される磁気熱量効果の種類が同じ磁性体を列状に間隔を設けて一定の個数配置した磁性体ブロックがさらに間隔を設けて複数列状に配置された磁性体ユニットと、
   前記磁性体ユニットの一端に位置する磁性体と間隔を設けて隣り合う低温側熱交換部と、
   前記磁性体ユニットの他端に位置する磁性体と間隔を設けて隣り合う高温側熱交換部と、
   前記磁性体ブロック内の隣り合う磁性体との間の熱伝導、または、隣り合う磁性体ブロックの隣り合う磁性体との間並びに前記磁性体ユニットの一端に位置する磁性体と前記低温側熱交換部との間及び前記磁性体ユニットの他端に位置する磁性体と前記高温側熱交換部との間の熱伝導、のいずれかの熱伝導を固体の熱伝導部材を介して交互に行う熱伝導部と、
   前記磁性体ブロックごとに、前記磁性体ブロックの一端に位置する磁性体、または、前記磁性体ブロックの他端に位置する磁性体、のいずれかの磁性体に対して交互に磁気を印加する磁気印加部と、
   前記熱伝導部と前記磁気印加部との動作を制御して、前記磁気印加部が前記磁性体ブロックの一端に位置する磁性体に対して磁気を印加するときには前記熱伝導部が前記磁性体ブロック内の隣り合う磁性体との間で熱を伝導させ、一方、前記磁気印加部が前記磁性体ブロックの他端に位置する磁性体に対して磁気を印加するときには前記熱伝導部が隣り合う磁性体ブロックの隣り合う磁性体との間で熱を伝導させるとともに前記磁性体ユニットの両端に位置する磁性体と前記低温側熱交換部及び前記高温側熱交換部との間で熱を伝導させる制御部と、
   を有することを特徴とする磁気冷凍機。
3. 発現される磁気熱量効果の種類が同じ磁性体は、磁気を印加すると発熱し除去すると吸熱する正の磁性体、又は、磁気を印加すると吸熱し除去すると発熱する負の磁性体、のいずれか一方の磁性体であることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気冷凍機。
4. 前記磁性体ユニットを構成する磁性体は、前記高温側熱交換部に隣り合う磁性体から前記低温側熱交換部に隣り合う磁性体に向けて、段階的に作動温度を低めたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の磁気冷凍機。
5. 前記熱伝導部は、
   前記磁性体間、前記磁性体と前記低温側熱交換部との間、前記磁性体と前記高温側熱交換部との間を機械的に接続して熱を伝導させる固体の熱伝導部材と、
   前記熱を伝導させるために前記熱伝導部材を駆動する熱伝導部材駆動部と、を備え、
   前記制御部は、前記磁気印加部が磁性体に対して交互に磁気を印加する動作に連動させて熱伝導部材駆動部を駆動させ、前記いずれかの熱伝導を固体の熱伝導部材を介して交互に行わせることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の磁気冷凍機。
6. 前記磁気印加部は、
   永久磁石を含む磁気回路を備え、
   前記磁気回路は、前記磁性体ユニットを構成する磁性体に対し、当該磁性体の対向する２面をギャップを介して挟み込む構造となっていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の磁気冷凍機。
7. 前記磁性体ユニットを構成する複数の磁性体は、直線状に並べられていることを特徴とする請求項６に記載の磁気冷凍機。
8. 前記磁性体ユニットを構成する複数の磁性体は、環状に並べられていることを特徴とする請求項６に記載の磁気冷凍機。
9. 前記磁気印加部は、さらに、前記磁性体の並びに沿って、前記磁気回路を直線状に往復移動させる磁気回路駆動部を備え、
   前記磁気回路は、直線状に並べられた複数の磁性体のうちの一方の磁性体への磁気の印加と他方の磁性体への磁気の印加を交互に行うことを特徴とする請求項７に記載の磁気冷凍機。
10. 前記磁気印加部は、さらに、前記磁性体の並びに沿って、前記磁気回路を回転させる磁気回路駆動部を備え、
    前記磁気回路は、環状に並べられた複数の磁性体のうちの一方の磁性体への磁気の印加と他方の磁性体への磁気の印加を交互に行うことを特徴とする請求項８に記載の磁気冷凍機。
11. 発現される磁気熱量効果の種類が同じ磁性体を複数列状に間隔を設けて配置した磁性体ユニットの、一端に位置する磁性体に対して磁気を印加し他端に位置する磁性体から磁気を除去する第１工程と、
    固体の熱伝導部材を介して前記磁性体ユニット内の隣り合う磁性体との間で熱を伝導させる第２工程と、
    前記磁性体ユニットの一端に位置する磁性体から磁気を除去し他端に位置する磁性体に対して磁気を印加する第３工程と、
    前記固体の熱伝導部材を介して、前記磁性体ユニットの一端に位置する磁性体と当該磁性体に対して間隔を設けて隣り合う低温側熱交換部との間及び前記磁性体ユニットの他端に位置する磁性体と当該磁性体に対して間隔を設けて隣り合う高温側熱交換部との間で熱を伝導させる第４工程と、を備え、
    前記第１工程から第４工程を繰り返して前記低温側熱交換部から前記高温側熱交換部に向けて熱を輸送することを特徴とする磁気冷凍方法。
12. 発現される磁気熱量効果の種類が同じ磁性体を列状に間隔を設けて一定の個数配置した磁性体ブロックがさらに間隔を設けて複数列状に配置された磁性体ユニットの、各磁性体ブロックの一端に位置する磁性体に対して磁気を印加し他端に位置する磁性体から磁気を除去する第１工程と、
    固体の熱伝導部材を介して前記各磁性体ブロック内の隣り合う磁性体との間で熱を伝導させる第２工程と、
    前記各磁性体ブロックの一端に位置する磁性体から磁気を除去し他端に位置する磁性体に対して磁気を印加する第３工程と、
    前記固体の熱伝導部材を介して、隣り合う磁性体ブロックの隣り合う磁性体との間、前記磁性体ユニットの一端に位置する磁性体と当該磁性体に対して間隔を設けて隣り合う低温側熱交換部との間、及び、前記磁性体ユニットの他端に位置する磁性体と当該磁性体に対して間隔を設けて隣り合う高温側熱交換部との間で熱を伝導させる第４工程と、を備え、
    前記第１工程から第４工程を繰り返して前記低温側熱交換部から前記高温側熱交換部に向けて熱を輸送することを特徴とする磁気冷凍方法。

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