JP2012237545A - 磁気ヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転効率を向上することが可能な磁気ヒートポンプ装置を提供すること。
【解決手段】圧力弁４２ａ、蓄圧タンク４１ａにより冷媒流れを止め磁場印加除去手段３２により励磁する第１ステップ、圧力弁４２ａを開いて作業室３１１内の他端部３１１ｂから一端部３１１ａへ冷媒を流通しつつ冷媒の流速に応じた増加率で励磁する第２ステップ、圧力弁４２ｂ、蓄圧タンク４１ｂより冷媒流れを止め磁場印加除去手段３２により減磁する第３ステップ、圧力弁４２ｂを開いて作業室３１１内の一端部３１１ａから他端部３１１ｂへ冷媒を流通しつつ冷媒の流速に応じた減少率で減磁する第４ステップを、順に繰り返すサイクル運転を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気作業物質の磁気熱量効果を利用した磁気ヒートポンプ装置に関する。

従来から、磁気作業物質からなる磁気熱量素子を、磁気的に作動および作動解除するとともに、磁気的な作動段階および作動解除段階と同期するように、磁気熱量素子の両側の高温室および低温室に向かって磁気熱量素子を通過するように冷却液を交互に流し、熱移動を行う磁気ヒートポンプ装置がある。このような装置では、磁気的な作動段階および作動解除段階の最中に、磁気熱量素子を通過する冷却液の通過方向を逆転させ、常に冷却液が往復流動するようになっている（例えば、下記特許文献１参照。）。

仏国特許出願公開第２９４３４０６号明細書

しかしながら、上記特許文献１には、磁気ヒートポンプ装置において磁気熱量素子に印加される磁場の増減率と冷却液の移動速さとの関係について何ら開示されておらず、理想的な熱サイクルの一例であるカルノーサイクルから乖離してしまい、充分な運転効率が得難いという問題がある。

本発明者らは、この問題点について鋭意検討を行い、磁場が増減する際の変化率と熱媒体である冷却液の移動速さとを所定の関係に調整すれば、略等温状態で磁気熱量素子を励磁および減磁することが可能であり、理想的な熱サイクルからの乖離度を低減できることを見出した。

本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、運転効率を向上することが可能な磁気ヒートポンプ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
磁気熱量効果を有する磁気作業物質（３０）が配置されるとともに熱媒体が流通する作業室（３１１）が形成された容器（３１）と、
磁気作業物質（３０）へ印加する磁場の大きさを変更する磁場変更手段（３２）と、
磁気作業物質（３０）を挟む作業室（３１１）の両端部のうち、一端部（３１１ａ）側と他端部（３１１ｂ）側との間で熱媒体を往復移動させる熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）と、
一端部（３１１ａ）側の熱媒体が有する熱を外部へ放熱する放熱手段（１３）と、
他端部（３１１ｂ）側の熱媒体へ外部の熱を吸熱する吸熱手段（１２）と、を備え、
磁気作業物質（３０）を昇温させる第１ステップと、
第１ステップで昇温した磁気作業物質（３０）に対し磁場変更手段（３２）によって印加する磁場の大きさを増大させつつ、熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）によって他端部（３１１ｂ）側から一端部（３１１ａ）側へ熱媒体を移動させる第２ステップと、
第２ステップの後、磁気作業物質（３０）を降温させる第３ステップと、
第３ステップで降温した前記磁気作業物質（３０）に対し磁場変更手段（３２）によって印加する磁場の大きさを減少させつつ、熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）によって一端部（３１１ａ）側から他端部（３１１ｂ）側へ熱媒体を移動させる第４ステップとを、
第１ステップ、第２ステップ、第３ステップおよび第４ステップの順で繰り返して動作するヒートポンプサイクルによって、吸熱手段（１２）で吸熱した熱を放熱手段（１３）から放熱する磁気ヒートポンプ装置であって、
第２ステップおよび第４ステップでは、熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）による熱媒体の移動の速さが速いときほど磁場変更手段（３２）による磁気作業物質（３０）へ印加する磁場の大きさの変化率が大きくなるように、熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）と磁場変更手段（３２）とが連動することを特徴としている。

これによると、第２ステップでは、熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）は、他端部（３１１ｂ）側から一端部（３１１ａ）側へ熱媒体を移動させる。これに加えて、磁場変更手段（３２）は、熱媒体の移動の速さが速いときほど磁場変更手段（３２）による磁気作業物質（３０）へ印加する磁場の大きさの増大率が大きくなるように、磁気作業物質（３０）へ印加する磁場の大きさを増大させる。

したがって、熱媒体の移動の速さが速く磁気作業物質から熱媒体への熱伝達が良好なときほど、磁気作業物質へ印加する磁場の大きさの増大率を大きくして磁気作業物質における発熱量（生成発熱量）を大きくする。これにより、第２ステップにおいて、磁気作業物質をほぼ等温状態とすることが可能である。

また、第４ステップでは、熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）は、一端部（３１１ａ）側から他端部（３１１ｂ）側へ熱媒体を移動させる。これに加えて、磁場変更手段（３２）は、熱媒体の移動の速さが速いときほど磁場変更手段（３２）による磁気作業物質（３０）へ印加する磁場の大きさの減少率が大きくなるように、磁気作業物質（３０）へ印加する磁場の大きさを減少させる。

したがって、熱媒体の移動の速さが速く熱媒体から磁気作業物質への熱伝達が良好なときほど、磁気作業物質へ印加する磁場の大きさの減少率を大きくして磁気作業物質における吸熱量（生成冷熱量）を大きくする。これにより、第４ステップにおいて、磁気作業物質をほぼ等温状態とすることが可能である。

このようにして、第２ステップでは、運転効率において理想的な熱サイクルの等温励磁過程からの乖離度を低減し、第４ステップでは、運転効率において理想的な熱サイクルの等温減磁過程からの乖離度を低減することができる。これにより、磁気ヒートポンプ装置の運転効率を低減することができる。

本請求項に記載の発明は、次のように言うこともできる。

磁場変更手段（３２）による磁気作業物質（３０）へ印加する磁場の大きさおよび熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）による熱媒体の移動を周期的に変化させて動作するヒートポンプサイクルによって、吸熱手段（１２）で吸熱した熱を放熱手段（１３）から放熱する磁気ヒートポンプ装置であって、
ヒートポンプサイクルは、運転効率において理想的なサイクルを想定したときに、磁気作業物質（３０）の温度が変化しない状態で磁気作業物質（３０）に印加される磁場の大きさが大きくなる等温励磁過程と、磁気作業物質（３０）の温度が変化しない状態で磁気作業物質（３０）に印加される磁場の大きさが小さくなる等温減磁過程と、を有するものであり、
等温励磁過程では、熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）によって他端部（３１１ｂ）側から一端部（３１１ａ）側へ熱媒体を移動させつつ、磁場変更手段（３２）によって磁気作業物質（３０）へ印加する磁場の大きさを増大させ、
等温減磁過程では、熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）によって一端部（３１１ａ）側から他端部（３１１ｂ）側へ熱媒体を移動させつつ、磁場変更手段（３２）によって磁気作業物質（３０）へ印加する磁場の大きさを減少させ、
等温励磁過程および等温減磁過程では、熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）による熱媒体の移動の速さが速いときほど磁場変更手段（３２）による磁気作業物質（３０）へ印加する磁場の大きさの変化率が大きくなるように、熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）と磁場変更手段（３２）とが連動することを特徴としている。

これによると、理想的なサイクルにおける等温励磁過程では、熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）は、他端部（３１１ｂ）側から一端部（３１１ａ）側へ熱媒体を移動させる。これに加えて、磁場変更手段（３２）は、熱媒体の移動の速さが速いときほど磁場変更手段（３２）による磁気作業物質（３０）へ印加する磁場の大きさの増大率が大きくなるように、磁気作業物質（３０）へ印加する磁場の大きさを増大させる。

したがって、熱媒体の移動の速さが速く磁気作業物質から熱媒体への熱伝達が良好なときほど、磁気作業物質へ印加する磁場の大きさの増大率を大きくして磁気作業物質における発熱量を大きくする。これにより、等温励磁過程において、磁気作業物質をほぼ等温状態とすることが可能である。

また、理想的なサイクルにおける等温減磁過程では、熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）は、一端部（３１１ａ）側から他端部（３１１ｂ）側へ熱媒体を移動させる。これに加えて、磁場変更手段（３２）は、熱媒体の移動の速さが速いときほど磁場変更手段（３２）による磁気作業物質（３０）へ印加する磁場の大きさの減少率が大きくなるように、磁気作業物質（３０）へ印加する磁場の大きさを減少させる。

したがって、熱媒体の移動の速さが速く熱媒体から磁気作業物質への熱伝達が良好なときほど、磁気作業物質へ印加する磁場の大きさの減少率を大きくして磁気作業物質における吸熱量を大きくする。これにより、等温減磁過程において、磁気作業物質をほぼ等温状態とすることが可能である。

このようにして、等温励磁過程および等温減磁過程において理想的な熱サイクルからの乖離度を低減でき、磁気ヒートポンプ装置の運転効率を向上することができる。

また、請求項２に記載の発明では、磁場変更手段（３２）は、第２ステップおよび第４ステップでは、ヒートポンプサイクルの動作周期中の位相に応じて、磁気作業物質（３０）を通る磁気回路の磁気抵抗を変化させて磁気作業物質（３０）へ印加する磁場の大きさを変更し、熱媒体の移動の速さに応じた磁場の大きさの変化率を設定することを特徴としている。

これによると、磁場変更手段（３２）は、磁気作業物質（３０）を通る磁気回路の磁気抵抗を変化させることで、磁気作業物質へ印加する磁場の大きさを容易に変更することができる。したがって、磁場変更手段は、第２ステップおよび第４ステップにおいて、位相に応じて磁気作業物質へ印加する磁場の大きさの増減率を容易に変更することが可能である。

また、請求項３に記載の発明では、磁気回路には、磁気作業物質（３０）が配置されるギャップ（３１Ｇ）が形成されており、磁場変更手段（３２）は、位相に応じて、ギャップ（３１Ｇ）の大きさを変化させることで、磁気回路の磁気抵抗を変化させることを特徴としている。

これによると、磁場変更手段（３２）は、位相に応じて磁気回路のギャップ（３１Ｇ）の大きさを変化させて磁気回路の磁気抵抗を変化させることで、第２ステップおよび第４ステップにおいて、位相に応じて磁気作業物質へ印加する磁場の大きさの増減率を容易かつ確実に変更することができる。

また、請求項４に記載の発明では、磁場変更手段（３２Ａ）は、位相に応じて、磁気回路中に配置される磁気抵抗部材（３２４）の磁気抵抗値を変化させることで、磁気回路の磁気抵抗を変化させることを特徴としている。

これによると、磁場変更手段（３２Ａ）は、位相に応じて磁気回路中に配置される磁気抵抗部材（３２４）の磁気抵抗値を変化させて磁気回路の磁気抵抗を変化させることで、第２ステップおよび第４ステップにおいて、位相に応じて磁気作業物質へ印加する磁場の大きさの増減率を容易かつ確実に変更することができる。

また、請求項５に記載の発明では、磁気回路の一部を構成するヨーク（３２２）を備え、このヨーク（３２２）には、磁気作業物質（３０）が配置されるギャップとは異なる隙間部（３２２１）が形成されており、磁場変更手段（３２Ｂ）は、位相に応じて、隙間部（３２２１）の隙間寸法を変化させることで、磁気回路の磁気抵抗を変化させることを特徴としている。

これによると、磁場変更手段（３２Ｂ）は、位相に応じてヨーク（３２２）の隙間部（３２２１）の隙間寸法を変化させて磁気回路の磁気抵抗を変化させることで、第２ステップおよび第４ステップにおいて、位相に応じて磁気作業物質へ印加する磁場の大きさの増減率を容易かつ確実に変更することができる。

また、請求項６に記載の発明では、磁場変更手段（３２Ｃ）は、磁気作業物質（３０）と相対的に位置を変更する永久磁石（３２３１）を具備し、永久磁石（３２３１）がヒートポンプサイクルの動作周期中の位相に対応して磁気作業物質と相対的に位置を変更する方向に異なる磁気特性を有することで、磁場変更手段（３２Ｃ）は、第２ステップおよび第４ステップでは、熱媒体の移動の速さに応じた磁場の大きさの変化率を設定することを特徴としている。

これによると、磁場変更手段（３２Ｃ）は、永久磁石（３２３１）の磁気特性を相対的に位置を変更する方向に異なるものとすることで、磁気作業物質へ印加する磁場の大きさを容易に変更することができる。したがって、磁場変更手段（３２Ｃ）は、第２ステップおよび第４ステップにおいて、位相に応じて磁気作業物質へ印加する磁場の大きさの増減率を容易に変更することが可能である。

また、請求項７に記載の発明では、永久磁石（３２３１）の磁気特性は、残留磁束密度もしくは保持力の少なくともいずれかであることを特徴としている。これによると、永久磁石（３２３１）の残留磁束密度もしくは保持力の少なくともいずれかを磁気作業物質と相対的に位置を変更する方向に異ならせることで、第２ステップおよび第４ステップにおいて、位相に応じて磁気作業物質へ印加する磁場の大きさの増減率を容易かつ確実に変更することができる。

また、請求項８に記載の発明では、永久磁石（３２３２）の磁気特性は、着磁方向であることを特徴としている。これによると、永久磁石（３２３２）の着磁方向を磁気作業物質と相対的に位置を変更する方向に異ならせることで、第２ステップおよび第４ステップにおいて、位相に応じて磁気作業物質へ印加する磁場の大きさの増減率を容易かつ確実に変更することができる。

また、請求項９に記載の発明では、永久磁石（３２３３）は、相対的に位置を変更する方向において厚さが異なることで、位相に対応して相対的に位置を変更する方向に異なる磁気特性を有することを特徴としている。これによると、永久磁石（３２３３）の厚さを磁気作業物質と相対的に位置を変更する方向に異ならせることで、第２ステップおよび第４ステップにおいて、位相に応じて磁気作業物質へ印加する磁場の大きさの増減率を容易かつ確実に変更することができる。

また、請求項１０に記載の発明では、磁場変更手段は、電磁石（１３２）を具備し、磁場変更手段は、第２ステップおよび第４ステップでは、ヒートポンプサイクルの動作周期中の位相に対応して電磁石（１３２）に通電する電流値を変更することで、熱媒体の移動の速さに応じた磁場の大きさの変化率を設定することを特徴としている。

これによると、磁場変更手段は、電磁石（１３２）に通電する電流値を変化させることで、磁気作業物質へ印加する磁場の大きさを容易に変更することができる。したがって、磁場変更手段（１３２）は、第２ステップおよび第４ステップにおいて、位相に応じて磁気作業物質へ印加する磁場の大きさの増減率を容易に変更することが可能である。

また、請求項１１に記載の発明では、
第１ステップでは、熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）による作業室（３１１）内の熱媒体の移動を停止した状態で、磁場変更手段（３２）によって磁気作業物質（３０）に印加する磁場を増大させ、
第１ステップを開始して、所定時間経過した後、もしくは、時間経過に伴い変化する物理量が所定値に到達した後に、第２ステップを実行し、
第３ステップでは、熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）による作業室（３１１）内の熱媒体の移動を停止した状態で、磁場変更手段（３２）によって磁気作業物質（３０）に印加する磁場を減少させ、
第３ステップを開始して、所定時間経過した後、もしくは、時間経過に伴い変化する物理量が所定値に到達した後に、第４ステップを実行することを特徴としている。

これによると、第１ステップでは、作業室（３３１）内の熱媒体の移動を停止した断熱状態を形成して、磁気作業物質（３０）に対して印加する磁場を増大させ、磁気作業物質（３０）を昇温させることができる。第２ステップでは、作業室（３１１）の他端部（３１１ｂ）側から一端部（３１１ａ）側へ熱媒体を移動させ、第１ステップで昇温した磁気作業物質（３０）が有する温熱を略等温状態で熱媒体に伝達して一端部（３３１ａ）側へ運ぶことができる。第３ステップでは、作業室（３３１）内の熱媒体の移動を停止した断熱状態を形成して、磁気作業物質（３０）に対して印加する磁場を減少させ、磁気作業物質（３０）を降温させることができる。第４ステップでは、作業室（３１１）の一端部（３１１ａ）側から他端部（３１１ｂ）側へ熱媒体を移動させ、第３ステップで降温した磁気作業物質（３０）が有する冷熱を略等温状態で熱媒体に伝達して他端部（３３１ｂ）側へ運ぶことができる。

したがって、第１ステップでは、等エントロピ的に磁気作業物質（３０）を昇温させ、第２ステップでは、第１ステップで確実に昇温した磁気作業物質（３０）が有する温熱を略等温状態で磁気作業物質から熱媒体へ効率よく伝達させ作業室（３１１）の一端部（３３１ａ）側へ運ぶことができる。また、第３ステップでは、等エントロピ的に磁気作業物質（３０）を降温させ、第４ステップでは、第３ステップで確実に降温した磁気作業物質（３０）が有する冷熱を略等温状態で磁気作業物質から熱媒体へ効率よく伝達させ作業室（３１１）の他端部（３３１ｂ）側へ運ぶことができる。これにより、吸熱手段（１２）で吸熱した熱を、作業室（３１１）内の一端部（３３１ａ）側から他端部（３１１ｂ）側へ極めて効率よく移動させ、放熱手段（１３）から放熱することができる。

このようにして、第２ステップにおいて理想的な熱サイクルの等温励磁過程からの乖離度を低減できるとともに、第４ステップにおいて理想的な熱サイクルの等温減磁過程からの乖離度を低減できるばかりでなく、第１ステップにおいても理想的な熱サイクルの断熱励磁過程からの乖離度を低減できるとともに、第４ステップにおいても理想的な熱サイクルの断熱減磁過程からの乖離度を低減できる。これにより、磁気ヒートポンプ装置の運転効率を一層向上することができる。

請求項１２ないし請求項１６のいずれかに記載の発明は、下記の課題を解決するためのものである。

前述した特許文献１に開示された従来技術の磁気冷凍サイクル装置では、磁場が増加もしくは減少しているときにも冷却液を流動しているため、断熱状態で磁気作業物質に対して磁場の増加や減少が行われず、理想的な熱サイクルであるカルノーサイクルから大きく乖離してしまい、充分な運転効率が得難いという問題がある。

請求項１２〜請求項１６に記載の発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、運転効率を向上することが可能な磁気ヒートポンプ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１２に記載の発明では、
磁気熱量効果を有する磁気作業物質（３０）が配置されるとともに熱媒体が流通する作業室（３１１）が形成された容器（３１）と、
磁気作業物質（３０）へ印加する磁場の大きさを変更する磁場変更手段（３２）と、
磁気作業物質（３０）を挟む作業室（３１１）の両端部のうち、一端部（３１１ａ）側と他端部（３１１ｂ）側との間で熱媒体を往復移動させる熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）と、
一端部（３１１ａ）側の熱媒体が有する熱を外部へ放熱する放熱手段（１３）と、
他端部（３１１ｂ）側の熱媒体へ外部の熱を吸熱する吸熱手段（１２）と、を備え、
熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）による作業室（３１１）内の熱媒体の移動を停止した状態で、磁場変更手段（３２）によって磁気作業物質（３０）に印加する磁場を増大させる第１ステップと、
第１ステップを開始して、所定時間経過した後、もしくは、時間経過に伴い変化する物理量が所定値に到達した後に、磁場変更手段（３２）により磁気作業物質（３０）に印加する磁場を第１ステップで増大させた磁場よりも減少させることなく、熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）によって作業室（３１１）の他端部（３１１ｂ）側から一端部（３１１ａ）側へ熱媒体を移動させる第２ステップと、
第２ステップの後、熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）による熱媒体の移動を停止した状態で、磁場変更手段（３２）によって磁気作業物質（３０）に印加する磁場を減少させる第３ステップと、
第３ステップを開始して、所定時間経過した後、もしくは、時間経過に伴い変化する物理量が所定値に到達した後に、磁場変更手段（３２）により磁気作業物質（３０）に印加する磁場を前記第３ステップで減少させた磁場よりも増大させることなく、熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）によって作業室（３１１）の一端部（３１１ａ）側から他端部（３１１ｂ）側へ熱媒体を移動させる第４ステップとを、
第１ステップ、第２ステップ、第３ステップおよび第４ステップの順で繰り返して、吸熱手段（１２）で吸熱した熱を放熱手段（１３）から放熱することを特徴としている。

これによると、第１ステップでは、作業室（３３１）内の熱媒体の移動を停止した断熱状態を形成して、磁気作業物質（３０）に対して印加する磁場を増大させ、磁気作業物質（３０）を昇温させることができる。第２ステップでは、作業室（３１１）の他端部（３１１ｂ）側から一端部（３１１ａ）側へ熱媒体を移動させ、第１ステップで昇温した磁気作業物質（３０）が有する温熱を熱媒体に伝達して一端部（３３１ａ）側へ運ぶことができる。第３ステップでは、作業室（３３１）内の熱媒体の移動を停止した断熱状態を形成して、磁気作業物質（３０）に対して印加する磁場を減少させ、磁気作業物質（３０）を降温させることができる。第４ステップでは、作業室（３１１）の一端部（３１１ａ）側から他端部（３１１ｂ）側へ熱媒体を移動させ、第３ステップで降温した磁気作業物質（３０）が有する冷熱を熱媒体に伝達して他端部（３３１ｂ）側へ運ぶことができる。

したがって、第１ステップでは、等エントロピ的に磁気作業物質（３０）を昇温させ、第２ステップでは、第１ステップで確実に昇温した磁気作業物質（３０）が有する温熱を作業室（３１１）の一端部（３３１ａ）側へ運ぶことができる。また、第３ステップでは、等エントロピ的に磁気作業物質（３０）を降温させ、第４ステップでは、第３ステップで確実に降温した磁気作業物質（３０）が有する冷熱を作業室（３１１）の他端部（３３１ｂ）側へ運ぶことができる。これにより、吸熱手段（１２）で吸熱した熱を、作業室（３１１）内の一端部（３３１ａ）側から他端部（３１１ｂ）側へ効率よく移動させ、放熱手段（１３）から放熱することができる。このようにして、磁気ヒートポンプ装置の運転効率を向上することができる。

また、請求項１３に記載の発明では、
熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）は、熱媒体を往復移動させるように連続的に駆動するものであり、
作業室（３１１）内の熱媒体の移動を禁止する熱媒体移動禁止手段（４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ）を備え、
第１ステップおよび第３ステップでは、熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）を駆動した状態で、熱媒体移動禁止手段（４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ）によって作業室（３１１）内の熱媒体の移動を禁止することにより、熱媒体の移動を停止することを特徴としている。

これによると、熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）を連続的に駆動して、第１ステップおよび第３ステップでは、熱媒体移動禁止手段（４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ）によって作業室（３１１）内の熱媒体の移動を禁止することにより、熱媒体の作業室（３１１）内での移動を停止することができる。したがって、熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）を、第１ステップおよび第３ステップでは停止する断続的な駆動とする必要がない。このようにして、熱媒体移動禁止手段（４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ）によって作業室（３１１）内の熱媒体の移動を禁止することで、熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）を停止制御することなく、磁気作業物質（３０）を断熱状態とすることができる。

また、請求項１４に記載の発明では、
熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）は、作業室（３１１）の外部に設けられ、連続的に作動室（３４４ａ、３４４ｂ）の容積を変化させて作業室（３１１）の熱媒体を吸入および吐出することで、熱媒体を往復移動させるポンプ手段（３４Ａ、３４Ｂ）であり、
熱媒体移動禁止手段（４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ）は、
ポンプ手段（３４Ａ、３４Ｂ）の作動室（３４４ａ、３４４ｂ）と連通して、ポンプ手段（３４Ａ、３４Ｂ）の吐出圧および吸入圧の少なくともいずれかを蓄圧する蓄圧手段（４１ａ、４１ｂ）と、
蓄圧手段（４１ａ、４１ｂ）の蓄圧により作業室（３１１）と作動室（３４４ａ、３４４ｂ）との圧力差が所定圧力差に到達したときに開弁して、ポンプ手段（３４Ａ、３４Ｂ）が吐出もしくは吸入する熱媒体を作業室（３１１）に流入させる所定圧開弁装置（４２ａ、４２ｂ）と、を有し、
第１ステップを開始して、時間経過に伴い変化する物理量である作業室（３１１）と作動室（３４４ａ）との圧力差が所定圧力差に到達したときに、所定圧開弁装置（４２ａ）が開弁して第１ステップから第２ステップへ移行し、
第３ステップを開始して、時間経過に伴い変化する物理量である作業室（３１１）と作動室（３４４ｂ）との圧力差が所定圧力差に到達したときに、所定圧開弁装置（４２ｂ）が開弁して第３ステップから第４ステップへ移行することを特徴としている。

これによると、ポンプ手段（３４Ａ、３４Ｂ）を連続的に駆動して、第１ステップでは、ポンプ手段（３４Ａ）の吐出圧および吸入圧の少なくともいずれかを蓄圧手段（４１ａ）に蓄圧させ、蓄圧手段（４１ａ）の蓄圧により作業室（３１１）と作動室（３４４ａ）との圧力差が所定圧力差に到達したときに所定圧開弁装置（４２ａ）を開弁して、ポンプ手段（３４Ａ）が吐出もしくは吸入する熱媒体を作業室（３１１）に流入させて第２ステップへ移行することができる。また、第３ステップでは、ポンプ手段（３４Ｂ）の吐出圧および吸入圧の少なくともいずれかを蓄圧手段（４１ｂ）に蓄圧させ、蓄圧手段（４１ｂ）の蓄圧により作業室（３１１）と作動室（３４４ｂ）との圧力差が所定圧力差に到達したときに所定圧開弁装置（４２ｂ）を開弁して、ポンプ手段（３４Ｂ）が吐出もしくは吸入する熱媒体を作業室（３１１）に流入させて第４ステップへ移行することができる。

したがって、ポンプ手段（３４Ａ、３４Ｂ）を連続的に駆動したまま、蓄圧手段（４１ａ、４１ｂ）および所定圧開弁装置（４２ａ、４２ｂ）からなる比較的簡単な構成により、第１ステップの断熱状態の形成および第１ステップから第２ステップへの移行、並びに、第３ステップの断熱状態の形成および第３ステップから第４ステップへの移行を、容易に行うことができる。

また、請求項１５に記載の発明では、
第２ステップでは、熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）による作業室（３１１）の他端部（３１１ｂ）側から一端部（３１１ａ）側への熱媒体の移動速度に応じて、磁場変更手段（３２）によって磁気作業物質（３０）に印加する磁場を増大させ、
第４ステップでは、熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）による作業室（３１１）の一端部（３１１ａ）側から他端部（３１１ｂ）側への熱媒体の移動速度に応じて、磁場変更手段（３２）によって磁気作業物質（３０）に印加する磁場を減少させることを特徴としている。

これによると、第２ステップでは、作業室（３１１）内の熱媒体の移動速度に応じて磁気作業物質（３０）に印加する磁場を増大させ、磁気作業物質（３０）を略等温状態とすることが可能である。また、第４ステップでは、作業室（３１１）内の熱媒体の移動速度に応じて磁気作業物質（３０）に印加する磁場を減少させ、磁気作業物質（３０）を略等温状態とすることが可能である。したがって、第２ステップおよび第４ステップでは、磁気作業物質（３０）と熱媒体との間の熱伝達率を高い状態で維持することができる。これにより、磁気ヒートポンプ装置の運転効率を一層向上することができる。

また、請求項１６に記載の発明では、
第２ステップでは、第１ステップよりも、磁場変更手段（３２）により磁気作業物質（３０）に印加する磁場を緩やかに増大させ、
第４ステップでは、第３ステップよりも、磁場変更手段（３２）により磁気作業物質（３０）に印加する磁場を緩やかに減少させることを特徴としている。

すなわち、第１ステップでは、第２ステップよりも、磁場変更手段（３２）で磁気作業物質（３０）に印加する磁場を急峻に増大させ、第３ステップでは、第４ステップよりも、磁場変更手段（３２）で磁気作業物質（３０）に印加する磁場を急峻に減少させることを特徴としている。

これによると、第１ステップでは、断熱状態を形成して、磁気作業物質（３０）を速やかに昇温させることができる。また、第３ステップでは、断熱状態を形成して、磁気作業物質（３０）を速やかに降温させることができる。したがって、第１ステップ、第２ステップ、第３ステップおよび第４ステップを順に繰り返すサイクル運転を速やかに行い、磁気ヒートポンプ装置の運転効率をより一層向上することができる。

なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

本発明を適用した第１の実施形態における磁気ヒートポンプ装置である磁気冷凍システム２の概略構成を示す模式図である。 磁気冷凍システム２の熱交換容器３１の軸直交断面図である。 熱交換容器３１の要部を直線状に展開した拡大断面図である。 磁気冷凍システム２の作動説明を行うための要部断面図である。 磁気冷凍システム２の作動説明を行うための要部断面図である。 磁気冷凍システム２の作動説明を行うための要部断面図である。 磁気冷凍システム２の作動説明を行うための要部断面図である。 作業室３１１内の熱媒体の流速の変化を示すグラフである。 作業室３１１内の磁気作業物質３０に印加される磁場の変化を示すグラフである。 磁気冷凍システム２の熱サイクル特性を温度−エントロピ図上に示したグラフである。 熱交換容器の変形例の断面図である。 図１１の熱交換容器の要部を直線状に展開した拡大断面図である。 熱交換容器の変形例の断面図である。 図１３の熱交換容器の要部を直線状に展開した拡大断面図である。 熱交換容器の変形例の断面図である。 熱交換容器の変形例の断面図である。 熱交換容器の変形例の要部を直線状に展開した拡大断面図である。 第２の実施形態の作業室３１１内の熱媒体の流速の変化を示すグラフである。 第２の実施形態の作業室３１１内の磁気作業物質３０に印加される磁場の変化を示すグラフである。 第３の実施形態の磁気ヒートポンプ装置である磁気冷凍システムの概略構成を示す模式図である。 第４の実施形態の磁気ヒートポンプ装置である磁気冷凍システムを備える車両用空調装置１の概略構成を示す模式図である。 第４の実施形態の磁気冷凍システムの軸方向断面図である。 第４の実施形態の熱交換容器の軸直交断面図である。 第４の実施形態の作業室３１１内の熱媒体の流速の変化を示すグラフである。 第４の実施形態の作業室３１１内の磁気作業物質３０に印加される磁場の変化を示すグラフである。 第４の実施形態の磁気冷凍システムの熱サイクル特性を温度−エントロピ図上に示したグラフである。 第５の実施形態の作業室３１１内の熱媒体の流速の変化を示すグラフである。 第５の実施形態の作業室３１１内の磁気作業物質３０に印加される磁場の変化を示すグラフである。 第５の実施形態の磁気冷凍システムの熱サイクル特性を温度−エントロピ図上に示したグラフである。 第６の実施形態の作業室３１１内の磁気作業物質３０に印加される磁場の変化を示すグラフである。 第６の実施形態の磁気冷凍システムの熱サイクル特性を温度−エントロピ図上に示したグラフである。 他の実施形態の磁気冷凍システムの軸方向断面図である。 他の実施形態の熱交換容器の軸直交断面図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１の実施形態）
図１は、本発明を適用した第１の実施形態における磁気ヒートポンプ装置である磁気冷凍システム２の概略構成を示す模式図である。また、図２は、磁気冷凍システム２の熱交換容器３１の断面図（軸直交断面図）である。なお、図１に示す磁気冷凍システム２の主要部である磁気冷凍機３は、図２のＡ−Ａ線断面を示している。また、図３は、磁気冷凍システム２の熱交換容器３１の要部拡大断面図であり、周方向の構成を直線状に展開した図である。

図１に示す磁気冷凍システム２は、磁気熱量効果により生成された冷熱および温熱を磁気作業物質３０自体に蓄えるＡＭＲ（Ａｃｔｉｖｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ）方式を採用している。本実施形態の磁気冷凍システム２は、磁気熱量効果により冷熱および温熱を生成する磁気冷凍機３、磁気冷凍機３で生成した温熱により昇温した熱媒体（例えば、不凍液を含む水等の液体、以下、冷媒と呼ぶことがある）を加熱用熱交換器１３（放熱手段に相当）に循環させる高温側冷媒回路４、磁気冷凍機３で生成した冷熱により降温した冷媒を冷却用熱交換器１２（吸熱手段に相当）に循環させる低温側冷媒回路５等を備えて構成されている。

本実施形態の磁気冷凍システム２は、例えば、車両用の空調装置に適用して好適なシステムであって、冷却用熱交換器１２で空調ケース内を流通する空気から吸熱して空気を冷却した後、冷却された空気を加熱用熱交換器１３からの放熱等で適宜再加熱して、車室内へ温度調節した空調風を吹き出し、車室内を空調することが可能である。

磁気冷凍機３は、内部に磁気熱量効果を有する磁気作業物質３０（具体的には、磁気熱量効果材料が充填され材料間を熱媒体が移動するベッド）が収容されると共に熱輸送媒体である冷媒（熱媒体）が流通する作業室３１１が形成された熱交換容器３１（容器に相当）、磁気作業物質への磁場の印加・除去を行うとともに印加する磁場の大きさを変更する磁場印加除去装置３２（磁場変更手段に相当）、熱交換容器３１内の冷媒を移動させる一対の冷媒ポンプ３４Ａ、３４Ｂ（ポンプ手段、熱媒体移動手段に相当）、磁気冷凍機３の駆動源である電動モータ３５等を有して構成されている。

図１に示すように、一対の冷媒ポンプ３４Ａ、３４Ｂは、熱交換容器３１の両側に配設され、熱交換容器３１および冷媒ポンプ３４Ａ、３４Ｂは、同軸上に配置されている。

熱交換容器３１は、中空円柱状の容器で構成されている。熱交換容器３１は、その周壁に磁気作業物質３０を収容すると共に冷媒が流通する作業室３１１が形成されている。なお、図２に示すように、熱交換容器３１には、周方向に等間隔に並んだ複数の（本例では１２の）作業室３１１が形成されている。

また、図１に示すように、熱交換容器３１には、各作業室３１１に対応して、作業室３１１の軸線方向（図示左右方向）の一端部３１１ａ側および他端部３１１ｂ側のそれぞれに、冷媒の入口および出口が形成されている。

各作業室３１１の一端部３１１ａ側には、冷媒入口３１２ａおよび冷媒出口３１２ｂが形成され、各作業室３１１の他端部３１１ｂ側には、冷媒入口３１３ａおよび冷媒出口３１３ｂが形成されている。冷媒出口３１２ｂには、高温側冷媒回路４の上流端が接続しており、冷媒出口３１３ｂには、低温側冷媒回路５の上流端が接続している。

熱交換容器３１内には、作業室３１１の一端部３１１ａ側の空間を、冷媒入口３１２ａおよび冷媒出口３１２ｂのいずれかと連通するように切り替える圧力弁４２ｂが配設されている。また、熱交換容器３１内には、作業室３１１の他端部３１１ｂ側の空間を、冷媒入口３１３ａおよび冷媒出口３１３ｂのいずれかと連通するように切り替える圧力弁４２ａが配設されている。両圧力弁４２ａ、４３ａは、本実施形態における所定圧開弁装置に相当するものである。

圧力弁４２ａは、冷媒入口３１３ａと作業室３１１との圧力差が所定圧より低い場合には、冷媒入口３１３ａから作業室３１１の他端部３１１ｂへの冷媒経路を遮断するとともに、作業室３１１の他端部３１１ｂから冷媒出口３１３ｂへの冷媒経路を開放する。一方、冷媒入口３１３ａと作業室３１１との圧力差が所定圧以上となった場合には弁体がリフトし、冷媒入口３１３ａから作業室３１１の他端部３１１ｂへの冷媒経路を開放するとともに、作業室３１１の他端部３１１ｂから冷媒出口３１３ｂへの冷媒経路を遮断する。

また、圧力弁４２ｂは、冷媒入口３１２ａと作業室３１１との圧力差が所定圧より低い場合には、冷媒入口３１２ａから作業室３１１の一端部３１１ａへの冷媒経路を遮断するとともに、作業室３１１の一端部３１１ａから冷媒出口３１２ｂへの冷媒経路を開放する。一方、冷媒入口３１２ａと作業室３１１との圧力差が所定圧以上となった場合には弁体がリフトして、冷媒入口３１２ａから作業室３１１の一端部３１１ａへの冷媒経路を開放するとともに、作業室３１１の一端部３１１から冷媒出口３１２ｂへの冷媒経路を遮断する。

熱交換容器３１の内部には、磁場印加除去装置３２の一部を構成する回転軸３２１、回転軸３２１に固定されたロータ（回転子）３２２、およびロータ３２２の外周面に埋設された永久磁石３２３が収容されている。

回転軸３２１は、熱交換容器３１の軸線方向両端部に設けられた支持部である軸受部により回転可能に支持されている。そして、熱交換容器３１に収容された回転軸３２１は、両側の端部が熱交換容器３１の外部に延在しており、後述する一対の冷媒ポンプ３４Ａ、３４Ｂの駆動軸３４１に、後述する変速機構３７を介してそれぞれ接続されている。なお、一方の冷媒ポンプ３４Ａの回転軸３４１には、回転軸３４１を回転させる電動モータ３５が接続されている。

図２に示すように、ロータ３２２は、外周面に永久磁石３２３が設けられた状態で、熱交換容器３１の内周面に対して所定の空隙を空けて回転するように回転軸３２１に固定されている。

また、永久磁石３２３は、回転軸３２１の回転に応じて、熱交換容器３１の各作業室３１１に周期的に近づくように、ロータ３２２における外周面に複数（本例では２つ）設けられている。なお、ロータ３２２には、外周面に永久磁石３２３が配設されいない部分に、外周面から凹んで軸線方向に延びる溝部が形成されている。

これにより、回転軸３２１の回転に応じて、熱交換容器３１およびロータ３２２をヨークとして、永久磁石３２３の周囲に生ずる磁場が、各作業室３１１内に収容された磁気作業物質３０に印加・除去されるようになっている。各作業室３１１の周囲には、非磁性材料である例えば樹脂材料からなる保持部材３３が形成され、この保持部材３３により、各作業室３１１が熱交換容器３１内に位置決めされている。

図３は、ロータ３２２に設けられた２つの永久磁石３２３のうち片方の永久磁石３２３の配設部分について、熱交換容器３１も含め図示した要部断面図である。図３は、作業室３１１が配列された周方向（熱交換容器３１の延在方向、ロータ３２２の回転方向）を直線状に展開した図としている。

図２では詳細図示を省略しているが、図３に示すように、ロータ３２２の外周面に設けられた永久磁石３２３は、略一定に着磁されているとともに厚さはほぼ均一であるものの、ロータ３２２の回転中心からの距離が異なるように形成されている。これにより、永久磁石３２３の外周面（図３では図示上面）は、対向する熱交換容器３１の内周面との距離が、周方向において変化している。

磁気作業物質３０を収容する作業室３１１を挟んで対向する永久磁石３２３の外周面と熱交換容器３１の内周面との間は、永久磁石３２３とヨークを構成する熱交換容器３１およびロータ３２２とにより形成される磁気回路において、ギャップ３１Ｇとなっている。

ギャップ３１Ｇは、ロータ３２２が回転したときに、各作業室３１１内に収容された磁気作業物質３０に印加する磁場（磁界）を、所定のパターンで変更するように形成されている。具体的には、図９に示すような磁場の印加パターンとなるように形成されている。図３に示す永久磁石３２３の上面の形状は、ロータ回転方向の先頭側から順に、図９に示す磁場曲線に対応した形状となっている。なお、ロータ３２２に形成された溝部が、図９に示す印加磁場がほぼ消滅する部分に対応している。

図１に示す冷媒ポンプ３４Ａ、３４Ｂは、熱交換容器３１に形成された作業室３１１内の一端部３１１ａ側と他端部３１１ｂ側との間で冷媒を往復移動させる冷媒移動手段（熱媒体移動手段）を構成している。本実施形態では、冷媒ポンプ３４Ａ、３４Ｂとして、一つの駆動軸３４１により二つの吸入吐出機構が同軸上に作動するタンデム型のピストンポンプを採用し、それぞれ片側のポンプ機構を用いている。なお、上記構成の冷媒ポンプを１台採用して、両側のポンプ機構を用いるようにしてもかまわない。

具体的には、本実施形態の冷媒ポンプ３４Ａ、３４Ｂは、図１に示すように、ハウジング３４０、ハウジング３４０内に回転可能に支持された駆動軸３４１、駆動軸３４１に対して傾いた傾斜面を有して駆動軸３４１と一体的に回転する斜板３４２、斜板３４２の回転に応じて往復動するピストン３４３、ハウジング３４０におけるピストン３４３の両側に形成されたシリンダボア３４４ａ、３４４ｂ（作動室に相当）等で構成されている。

駆動軸３４１は、ハウジング３４０の軸線方向両端部に設けられた支持部である軸受部により回転可能に支持されている。そして、駆動軸３４１は、その端部がハウジング３４０の外部に延在し、変速機構３７を介して回転軸３２１に接続されている。

ここで、変速機構３７は、電動モータ３５に連結された冷媒ポンプ３４Ａの回転軸３４１を介して、電動モータ３５による動力を、熱交換容器３１の回転軸３２１、更に冷媒ポンプ３４Ｂの回転軸３４１に伝達する動力伝達機構を構成する。

本実施形態の変速機構３７は、冷媒ポンプ３４Ａ、３４Ｂの駆動軸３４１の回転数に対する回転軸３２１の回転数の比（減速比）を調整可能に構成されている。なお、減速比は、回転軸３２１に固定された永久磁石３２３の磁石の数に応じて決定される。例えば、本例のように永久磁石３２３の数が２つの場合、冷媒ポンプ３４Ａ、３４Ｂのピストン３４３が２往復したときに回転軸３２１が一回転するように減速比を決定することができる。

本実施形態の冷媒ポンプ３４Ａ、３４Ｂは、磁気作業物質３０への磁場の印加、除去に同期して、熱交換容器３１の各作業室３１１に対する冷媒の吸入、吐出を行うように構成されている。

冷媒ポンプ３４Ａのシリンダボア３４４ａは、連通路３１４ａを介して、熱交換容器３１の冷媒入口３１３ａに接続されている。冷媒ポンプ３４Ｂのシリンダボア３４４ｂは、連通路３１４ｂを介して、熱交換容器３１の冷媒入口３１２ａに接続されている。

連通路３１４ａには、低温側冷媒回路５の下流端が接続している。低温側冷媒回路５には、上流端から下流端への冷媒流れを許可し下流端から上流端への冷媒流れを禁止する逆止弁（一方向弁）４３ｂが介設されている。

また、連通路３１４ａには、蓄圧タンク４１ａ（蓄圧手段に相当）が配設されている。蓄圧タンク４１ａ内部空間は、気体が充填されるとともに、連通路３１４ａを介して冷媒ポンプ３４Ａのシリンダボア３４４ａと連通している。蓄圧タンク４１ａは、内部の気体の体積変化により蓄圧が可能となっている。

一方、連通路３１４ｂには、高温側冷媒回路４の下流端が接続している。高温側冷媒回路４には、上流端から下流端への冷媒流れを許可し下流端から上流端への冷媒流れを禁止する逆止弁（一方向弁）４３ａが介設されている。

また、連通路３１４ｂには、蓄圧タンク４１ｂ（蓄圧手段に相当）が配設されている。蓄圧タンク４１ｂ内部空間は、気体が充填されるとともに、連通路３１４ｂを介して冷媒ポンプ３４Ｂのシリンダボア３４４ｂと連通している。蓄圧タンク４１ｂも、内部の気体の体積変化により蓄圧が可能となっている。

なお、蓄圧タンク４１ａ、４１ｂおよび圧力弁４２ａ、４２ｂからなる構成が、本実施形態における熱媒体移動禁止手段に相当する。

詳細な図示は省略しているが、本実施形態の磁気冷凍機３は、熱交換容器３１の作動室３１１の数に対応したシリンダ数（気筒数）の冷媒ポンプ３４Ａ、３４Ｂを用いて、各作業室３１１に対して、上述した冷媒移動構成をそれぞれ備えている。なお、冷却用熱交換器１２および加熱用熱交換器１３は、各作業室３１１に対応してそれぞれ設けるものに限定されず、冷却用熱交換器１２および加熱用熱交換器１３のそれぞれを、作業室３１１の数よりも少ない１つもしくは複数にまとめるものであってもよい。

上述の構成に基づき、本実施形態の磁気冷凍システム２の作動について、図４〜図９も用いて説明する。なお、上記したように、本実施形態の磁気冷凍機３は、複数の作動室３１１のそれぞれに対して同一の冷媒移動構成を備えているので、図４〜図７では１つの作動室３１１について図示し、以下の作動説明も１つの作動室３１１について行う。複数の作動室３１１では、後述する作動が位相をずらして行われることになる。なお、図４〜図７では、電動モータ３５の図示も省略している。

電動モータ３５の回転軸から回転軸３４１に回転出力されると、磁気冷凍システム２は、以下に説明する第１ステップ、第２ステップ、第３ステップおよび第４ステップを順に繰り返し、冷却用熱交換器１２で外部流体から吸熱した熱量を、熱媒体で移送して、加熱用熱交換器１３から外部流体に放熱する。

図８は、作業室３１１内の熱媒体の流速の変化を例示するグラフであり、他端部３１１ｂから一端部３１１ａ方向の流れを正としている。また、図９は、作業室３１１内の磁気作業物質３０に印加される磁場の変化を例示するグラフである。図８および図９では、第１ステップをＩ、第２ステップをＩＩ、第３ステップをＩＩＩ、第４ステップをＩＶとしている。

図４に示すように、冷媒ポンプ３４Ａのピストン３４３がシリンダボア３４４ａ内を下死点から上死点に向かって移動を開始すると、冷媒ポンプ３４Ｂのピストン３４３がシリンダボア３４４ｂ内を上死点から下死点に向かって移動を開始し、第１ステップが実行される。

第１ステップでは、冷媒入口３１３ａと作業室３１１との圧力差が所定圧より低く、圧力弁４２ａが冷媒入口３１３ａから作業室３１１の他端部３１１ｂへの冷媒経路を遮断している。したがって、冷媒ポンプ３４Ａから吐出される冷媒は作業室３１１に流入せず、作動室３１１内での冷媒の移動は行われない（図８のＩ参照）。冷媒ポンプ３４Ａの吐出に伴う圧力エネルギーは、図４に破線で示したように、蓄圧タンク４１ａ内の気体体積収縮により蓄圧される。冷媒ポンプ３４Ｂは冷媒を吸入し、蓄圧タンク４１ｂ内の圧力を若干低下させつつ、高温側冷媒回路４からシリンダボア３４４ｂへ冷媒が流入する。

このとき、作業室３１１内の磁気作業物質３０には、永久磁石３２３によって印加される磁場が、印加磁場がほぼ消滅した状態から急激に増加する（図９のＩ参照）。すなわち、作業室３１１内の熱媒体の移動を停止した状態で、磁気作業物質３０に印加する磁場を増大させる第１ステップが実行される。第１ステップでは、作業室３３１内の熱媒体の移動を停止して、磁気作業物質３０を断熱状態として、磁気作業物質３０に対して印加する磁場を急激に増大させ、磁気作業物質３０を昇温させることができる。

第１ステップを継続していくと、図５に示すように、冷媒ポンプ３４Ａのピストン３４３がシリンダボア３４４ａ内を上死点へ向かって更に移動し、冷媒ポンプ３４Ｂのピストン３４３がシリンダボア３４４ｂ内を下死点へ向かって更に移動する。そして、冷媒入口３１３ａと作業室３１１との圧力差が所定圧に到達すると、圧力弁４２ａの弁体がリフトし、冷媒入口３１３ａから作業室３１１の他端部３１１ｂへの冷媒経路を開放する。これにより、図４に示す第１ステップから図５に示す第２ステップへの移行が行われる。

第２ステップでは、冷媒ポンプ３４Ａから吐出される冷媒に加え、蓄圧タンク４１ａに蓄圧されていたエネルギーにより、作業室３１１の他端部３１１ｂに冷媒が流入し、作動室３１１内に他端部３１１ｂから一端部３１１ａへ向かう冷媒流れが形成される（図８のＩＩ参照）。冷媒の流速は、第２ステップの前半部にピークを持つ流速パターンとなる。冷媒ポンプ３４Ｂは高温側冷媒回路４を介して冷媒を吸入し、作業室３１１の一端部３１１ａから高温側冷媒回路４へ、磁気作業物質３０で加熱され高温となった冷媒が流出する。

このとき、作業室３１１内の磁気作業物質３０には、永久磁石３２３によって印加される磁場が、第１ステップで増加させた磁場（第１ステップ終了時点の磁場）から徐々に増加する（図９のＩＩ参照）。すなわち、第１ステップを開始して、時間経過に伴い増加する冷媒入口３１３ａと作業室３１１との圧力差が所定圧に到達すると、磁気作業物質３０に印加する磁場を第１ステップ終了時点よりも減少させることなく徐々に増加させて、作業室３１１の他端部３１１ｂ側から一端部３１１ａ側へ熱媒体を移動させる第２ステップが実行される。第２ステップでは、作業室３１１の他端部３１１ｂ側から一端部３１１ａ側へ熱媒体を移動させ、第１ステップで昇温した磁気作業物質３０から熱媒体へ温熱を伝達して一端部３３１ａ側へ運ぶことができる。

第２ステップでは、作業室３１１内に形成される熱媒体の移動速度に応じて磁気作業物質３０に印加する磁場を徐々に増大させて、第２ステップで生じた分の熱量を磁気作業物質３０から熱媒体へ伝達している。

図３の左方部に示した、位相に応じて減少するギャップ３１Ｇを形成することにより、第２ステップでは、熱媒体の移動の速さが速いときほど磁気作業物質３０へ印加する磁場の大きさの増大率が大きくなるように、磁場の大きさを増大させる。例えば、熱媒体の流速が最大となったときに、磁場の増加率（図９のＩＩにおける磁場曲線の傾き）が最大となる。これにより、磁気作業物質３０を略等温状態とし、第２ステップが継続する間、磁気作業物質３０と熱媒体との間の熱伝達率を高い状態で維持するようにしている。

冷媒ポンプ３４Ａのピストン３４３がシリンダボア３４４ａ内で上死点に到達し、図６に示すように、ピストン３４３がシリンダボア３４４ａ内を上死点から下死点に向かって移動を開始すると、冷媒ポンプ３４Ｂのピストン３４３がシリンダボア３４４ｂ内を下死点から上死点に向かって移動を開始し、第３ステップが実行される。

第３ステップでは、冷媒入口３１２ａと作業室３１１との圧力差が所定圧より低く、圧力弁４２ｂが冷媒入口３１２ａから作業室３１１の一端部３１１ａへの冷媒経路を遮断している。したがって、冷媒ポンプ３４Ｂから吐出される冷媒は作業室３１１に流入せず、作動室３１１内での冷媒の移動は行われない（図８のＩＩＩ参照）。冷媒ポンプ３４Ｂの吐出に伴う圧力エネルギーは、図６に破線で示したように、蓄圧タンク４１ｂ内の気体体積収縮により蓄圧される。冷媒ポンプ３４Ａは冷媒を吸入し、蓄圧タンク４１ａ内の圧力を若干低下させつつ、低温側冷媒回路５からシリンダボア３４４ａへ冷媒が流入する。

このとき、作業室３１１内の磁気作業物質３０には、永久磁石３２３によって印加される磁場が、図３の略中央部に示す永久磁石３２３の段差（ギャップ３１Ｇの急激な増大）によって、第２ステップで増加させた磁場（第２ステップ終了時点の磁場）から急激に減少する（図９のＩＩＩ参照）。すなわち、作業室３１１内の熱媒体の移動を停止した状態で、磁気作業物質３０に印加する磁場を減少させる第３ステップが実行される。第３ステップでは、作業室３３１内の熱媒体の移動を停止して、磁気作業物質３０を断熱状態として、磁気作業物質３０に対して印加する磁場を急激に減少させ、磁気作業物質３０を降温させることができる。

第３ステップを継続していくと、図７に示すように、冷媒ポンプ３４Ｂのピストン３４３がシリンダボア３４４ｂ内を上死点へ向かって更に移動し、冷媒ポンプ３４Ａのピストン３４３がシリンダボア３４４ａ内を下死点へ向かって更に移動する。そして、冷媒入口３１２ａと作業室３１１との圧力差が所定圧に到達すると、圧力弁４２ｂの弁体がリフトし、冷媒入口３１２ａから作業室３１１の一端部３１１ａへの冷媒経路を開放する。これにより、図６に示す第３ステップから図７に示す第４ステップへの移行が行われる。

第４ステップでは、冷媒ポンプ３４Ｂから吐出される冷媒に加え、蓄圧タンク４１ｂに蓄圧されていたエネルギーにより、作業室３１１の一端部３１１ａに冷媒が流入し、作動室３１１内に一端部３１１ａから他端部３１１ｂへ向かう冷媒流れが形成される（図８のＩＶ参照）。冷媒の流速は、第４ステップの前半部にピークを持つ流速パターンとなる。冷媒ポンプ３４Ａは低温側冷媒回路５を介して冷媒を吸入し、作業室３１１の他端部３１１ｂから低温側冷媒回路５へ、磁気作業物質３０で冷却され低温となった冷媒が流出する。

このとき、作業室３１１内の磁気作業物質３０には、永久磁石３２３によって印加される磁場が、第３ステップで減少させた磁場（第３ステップ終了時点の磁場）から徐々に減少し、印加磁場がほぼ消滅した状態となる（図９のＩＶ参照）。すなわち、第３ステップを開始して、時間経過に伴い減少する冷媒入口３１２ａと作業室３１１との圧力差が所定圧に到達すると、磁気作業物質３０に印加する磁場を第３ステップ終了時点よりも増加させることなく徐々に減少させて、作業室３１１の一端部３１１ａ側から他端部３１１ｂ側へ熱媒体を移動させる第４ステップが実行される。第４ステップでは、作業室３１１の一端部３１１ａ側から他端部３１１ｂ側へ熱媒体を移動させ、第３ステップで降温した磁気作業物質３０から熱媒体へ冷熱を伝達して他端部３３１ｂ側へ運ぶことができる。

第４ステップでは、作業室３１１内に形成される熱媒体の移動速度に応じて磁気作業物質３０に印加する磁場を徐々に減少させて、第４ステップで減少した分の熱量を熱媒体から磁気作業物質３０へ伝達している。

図３の右方部に示した、位相に応じて増大するギャップ３１Ｇを形成することにより、第４ステップでは、熱媒体の移動の速さが速いときほど磁気作業物質３０へ印加する磁場の大きさの減少率が大きくなるように、磁場の大きさを減少させる。これにより、磁気作業物質３０を略等温状態とし、第４ステップが継続する間、熱媒体と磁気作業物質３０との間の熱伝達率を高い状態で維持するようにしている。

冷媒ポンプ３４Ｂのピストン３４３がシリンダボア３４４ｂ内で上死点に到達し、ピストン３４３がシリンダボア３４４ｂ内を上死点から下死点に向かって移動を開始すると、冷媒ポンプ３４Ａのピストン３４３がシリンダボア３４４ａ内を下死点から上死点に向かって移動を開始し、次サイクルの第１ステップが実行される。

上述の構成および作動によれば、第１ステップ、第２ステップ、第３ステップおよび第４ステップの順で実行するサイクルを繰り返して、冷却用熱交換器１２で吸熱した熱を加熱用熱交換器１３から放熱することができる。

第１ステップでは、作業室３３１内の熱媒体の移動を停止した断熱状態を形成して、磁気作業物質３０に対して印加する磁場を増大させ、磁気作業物質３０を昇温させることができる。第２ステップでは、作業室３１１の他端部３１１ｂ側から一端部３１１ａ側へ熱媒体を移動させ、第１ステップで昇温した磁気作業物質３０から、第２ステップでの発熱分の温熱を熱媒体へ伝達して、一端部３３１ａ側へ運ぶことができる。

また、第３ステップでは、作業室３３１内の熱媒体の移動を停止した断熱状態を形成して、磁気作業物質３０に対して印加する磁場を減少させ、磁気作業物質３０を降温させることができる。第４ステップでは、作業室３１１の一端部３１１ａ側から他端部３１１ｂ側へ熱媒体を移動させ、第３ステップで降温した磁気作業物質３０から、第４ステップでの減熱分の冷熱を熱媒体へ伝達して他端部３３１ｂ側へ運ぶことができる。

第２ステップでは、作業室３１１の他端部３１１ｂ側から一端部３１１ａ側への熱媒体の移動速度に応じて、磁気作業物質３０に印加する磁場を増大させ、磁気作業物質３０を略等温状態とすることができる。また、第４ステップでは、作業室３１１の一端部３１１ａ側から他端部３１１ｂ側への熱媒体の移動速度に応じて、磁気作業物質３０に印加する磁場を減少させ、磁気作業物質３０を略等温状態とすることができる。したがって、第２ステップおよび第４ステップでは、磁気作業物質３０と熱媒体との間の熱伝達率を高い状態で維持することができる。

具体的には、第２ステップでは、作業室３１１の他端部３１１ｂ側から一端部３１１ａ側へ熱媒体を移動させつつ、磁気作業物質３０へ印加する磁場の大きさを増大させ、第４ステップでは、作業室３１１の一端部３１１ａ側から他端部３１１ｂ側へ熱媒体を移動させつつ、磁気作業物質３０へ印加する磁場の大きさを減少させるように、冷媒ポンプ３４Ａ、３４Ｂと磁場印加除去装置３２とを連動させている。そして、第２ステップおよび第４ステップでは、熱媒体の移動の速さが速いときほど磁気作業物質３０へ印加する磁場の大きさの変化率が大きくなるように、冷媒ポンプ３４Ａ、３４Ｂと磁場印加除去装置３２とを連動させている。

これによると、第２ステップでは、熱媒体の移動の速さが速く磁気作業物質３０から熱媒体への熱伝達が良好なときほど、磁気作業物質３０へ印加する磁場の大きさの増大率を大きくして磁気作業物質における発熱量を大きくする。これにより、第２ステップにおいて、磁気作業物質３０をほぼ等温状態とすることができる。

また、第４ステップでは、熱媒体の移動の速さが速く熱媒体から磁気作業物質３０への熱伝達が良好なときほど、磁気作業物質３０へ印加する磁場の大きさの減少率を大きくして磁気作業物質における吸熱量を大きくする。これにより、第４ステップにおいて、磁気作業物質３０をほぼ等温状態とすることができる。

これらにより、磁気冷凍システム２の運転効率を確実に向上することができる。図１０は、本実施形態の磁気冷凍システム２の熱サイクル特性を温度−エントロピ図上に例示したものである。一点鎖線で示したサイクルが運転効率面において理想的な熱サイクルの一例であるカルノーサイクルである。比較例として破線で示したサイクルは、作動室内の冷媒を停止することなく往復動させるとともに、磁場印加中に磁場を変動させない場合である。

本発明を適用した磁気冷凍システム２では、磁気作業物質３０を、第１ステップＩでは励磁断熱変化させ、第２ステップＩＩでは励磁等温変化させ、第３ステップＩＩＩでは消磁（減磁）断熱変化させ、第４ステップＩＶでは消磁（減磁）等温変化させることができる。

図１０に一点鎖線で示した理想的な熱サイクルであるカルノーサイクルは、断熱励磁過程、等温励磁過程、断熱減磁過程および等温減磁過程よりなる。本実施形態の磁気冷凍システム２によれば、第１ステップＩを理想的な断熱励磁過程に近似させ、第２ステップＩＩを理想的な等温励磁過程に近似させることができる。また、第３ステップＩＩＩを理想的な断熱減磁過程に近似させ、第４ステップＩＶを理想的な等温減磁過程に近似させることができる。

すなわち、本実施形態によれば、図１０に実線で示す熱サイクルのように、極めて理想的なサイクルに近似させることができる。このようにして、断熱励磁過程、等温励磁過程、断熱減磁過程および等温減磁過程において理想的な熱サイクルからの乖離度を低減でき、磁気冷凍システム２の運転効率を向上することができる。

また、磁場印加除去装置３２は、第２ステップおよび第４ステップでは、熱サイクル（ヒートポンプサイクル）の動作周期中の位相に応じて、磁気作業物質３０を通る磁気回路の磁気抵抗を変化させて磁気作業物質３０へ印加する磁場の大きさを変更し、熱媒体の移動の速さに応じた磁場の大きさの変化率を設定している。

そして、磁気回路には、磁気作業物質３０が配置されるギャップ３１Ｇが形成されており、磁場印加除去装置３２は、位相に応じて、ギャップ３１Ｇの大きさを変化させることで、磁気回路の磁気抵抗を変化させている。

これによると、磁場印加除去装置３２は、位相に応じて磁気回路のギャップ３１Ｇの大きさを変化させて磁気回路の磁気抵抗を容易に変化させることができる。そして、この磁気回路の磁気抵抗の変化により、第２ステップおよび第４ステップにおいて、位相に応じて磁気作業物質３０へ印加する磁場の大きさの増減率を容易かつ確実に変更することができる。

また、蓄圧タンク４１ａ、４１ｂおよび圧力弁４２ａ、４２ｂを設けるという比較的簡単な構成により、冷媒ポンプ３４Ａ、３４Ｂを連続的に駆動したまま、第１ステップの断熱状態の形成および第１ステップから第２ステップへの移行、並びに、第３ステップの断熱状態の形成および第３ステップから第４ステップへの移行を、容易に行うことができる。

また、第１ステップでは、第２ステップよりも、磁気作業物質３０に印加する磁場を急峻に増大させ、第３ステップでは、第４ステップよりも、磁気作業物質３０に印加する磁場を急峻に減少させている。したがって、第１ステップでは、断熱状態を形成して、磁気作業物質３０を速やかに昇温させることができ、第３ステップでは、断熱状態を形成して、磁気作業物質３０を速やかに降温させることができる。これにより、第１ステップ、第２ステップ、第３ステップおよび第４ステップを順に繰り返すサイクル運転を速やかに行い、磁気ヒートポンプ装置の運転効率をより一層向上することができる。

なお、上述した例では、磁場印加除去装置３２は、位相に応じて、ギャップ３１Ｇの大きさを変化させることで、磁気回路の磁気抵抗を変化させていたが、これに限定されるものではない。

例えば、図１１に示す磁場印加除去装置３２Ａを用いてもよい。図１１に示すように、磁場印加除去装置３２Ａは、ロータ回転方向に延設された永久磁石３２３９の外周面に沿って取り付けられた磁気抵抗部材３２４を備えている。永久磁石３２３９は、周方向に延びて軸直交断面が円弧状をなし一定の着磁がなされた厚さが一定の永久磁石である。

図１１では詳細図示を省略しているが、図１２に直線状に展開した断面図を示すように、磁気抵抗部材３２４は、ロータ回転方向において磁気抵抗値が異なる異種材（例えば、比較的磁気抵抗値が大きい樹脂材や比較的磁気抵抗値が小さい鉄材等）を並設して構成されている。磁気抵抗部材３２４は、磁気作業物質３０へ印加する磁場を大きくするところほど磁気抵抗値が小さくなっている。このように、位相に応じて、磁気回路中に配置される磁気抵抗部材３２４の磁気抵抗値を変化させることで、磁気回路の磁気抵抗を変化させる。

このような構成によると、磁場印加除去装置３２Ａは、位相に応じて磁気回路中に配置される磁気抵抗部材３２４の磁気抵抗値を変化させて磁気回路の磁気抵抗を変化させることで、第２ステップおよび第４ステップにおいて、位相に応じて磁気作業物質３０へ印加する磁場の大きさの増減率を容易かつ確実に変更することができる。

また、例えば、図１３に示す磁場印加除去装置３２Ｂを用いてもよい。図１３に示すように、磁場印加除去装置３２Ｂは、ヨークの一部を構成するロータ３２２に、周方向（ロータ回転方向）および軸方向に延びる隙間部３２２１（切欠き部）が形成されている。

図１３では詳細図示を省略しているが、図１４に直線状に展開した断面図を示すように、隙間部３２２１は、ロータ回転方向において隙間寸法が変化している。隙間部３２２１は、磁気作業物質３０へ印加する磁場を大きくするところほど隙間寸法が小さくなっている（最小では０となる）。このように、位相に応じて、ロータ３２２中に形成された隙間部３２２１の隙間寸法を変化させることで、磁気回路の磁気抵抗を変化させる。

このような構成によると、磁場印加除去装置３２Ｂは、位相に対応して磁気回路中のヨーク隙間部寸法を変化させて磁気回路の磁気抵抗を変化させることで、第２ステップおよび第４ステップにおいて、位相に応じて磁気作業物質３０へ印加する磁場の大きさの増減率を容易かつ確実に変更することができる。

なお、隙間部３２２１は、空間部であってもよいが、隙間部３２２１内に磁気抵抗材料を充填したものであってもよい。

また、磁場印加除去装置は、永久磁石が熱サイクル（ヒートポンプサイクル）の動作周期中の位相に対応して周方向（ロータ回転方向）に異なる磁気特性を有することで、第２ステップおよび第４ステップにおいて、熱媒体の移動の速さに応じた磁場の大きさの変化率を設定するものであってもよい。

例えば、図１５に示す磁場印加除去装置３２Ｃを用いてもよい。図１５に示すように、磁場印加除去装置３２Ｃは、ロータ回転方向に延設された永久磁石３２３１を備えている。永久磁石３２３１は、ロータ回転方向において磁気特性の異なる複数の磁石を並設して構成されている。永久磁石３２３１は、磁気作業物質３０へ印加する磁場を大きくするところほど残留磁束密度もしくは保持力の少なくともいずれかが大きくなっている。

このような構成によると、磁場印加除去装置３２Ｃは、位相に応じて、永久磁石３２３１の残留磁束密度もしくは保持力の少なくともいずれかを変化させることで、第２ステップおよび第４ステップにおいて、位相に応じて磁気作業物質３０へ印加する磁場の大きさの増減率を容易かつ確実に変更することができる。

また、例えば、図１６に示す磁場印加除去装置３２Ｄを用いてもよい。図１６に示すように、磁場印加除去装置３２Ｄは、ロータ回転方向に延設された永久磁石３２３２を備えている。永久磁石３２３２は、ロータ回転方向において着磁方向の異なる複数の磁石を並設して構成されている。図１６に示した磁石上の矢印が着磁方向を示している。このように、ロータ回転方向において異なる永久磁石の磁気特性を着磁方向としても、磁場印加除去装置３２Ｃと同様の効果を得ることができる。

図１５および図１６に示した永久磁石３２３１、３２３２は、複数の磁石を並設して構成されていたが、例えば１つの磁石の中で上述した磁気特性を異ならせるものであってもかまわない。

また、例えば、図１７に示す磁場印加除去装置３２Ｅを用いてもよい。図１７に磁場印加除去装置３２Ｅの要部を直線状に展開した断面図を示すように、磁場印加除去装置３２Ｅは、ロータ回転方向に延設された永久磁石３２３３を備えている。永久磁石３２３３は、ロータ回転方向において厚さが変化している。永久磁石３２３３は、磁気作業物質３０へ印加する磁場を大きくするところほど厚さが厚くなっている。

このような構成によると、磁場印加除去装置３２Ｅは、位相に応じて、永久磁石３２３３の厚さを変化させて磁気特性を変化させることで、第２ステップおよび第４ステップにおいて、位相に応じて磁気作業物質３０へ印加する磁場の大きさの増減率を容易かつ確実に変更することができる。

図１７に示した永久磁石３２３３は、１つの磁石の厚さを変化させていたが、厚さの異なる複数の磁石を並設するものであってもかまわない。

また、位相に応じて磁気作業物質３０へ印加する磁場の大きさおよび磁場の大きさの増減率を変更するために、上述した構成を複数組み合わせてもかまわない。すなわち、位相に対応して、ギャップ３１Ｇの寸法、磁気抵抗部材３２４の磁気抵抗値、隙間部３２２１の隙間寸法、永久磁石の残留磁束密度、永久磁石の保持力、永久磁石の着磁方向、および、永久磁石の厚さの２つ以上を変化させるものであってもよい。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について図１８および図１９に基づいて説明する。

本第２の実施形態は、前述の第１の実施形態と比較して、熱媒体の流速パターンと磁場の印加パターンが異なる。なお、第１の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する場合がある。

図１８は、本実施形態における作業室３１１内の熱媒体の流速の変化を示すグラフである。また、図１９は、作業室３１１内の磁気作業物質３０に印加される磁場の変化を示すグラフである。

本実施形態の磁気冷凍システムは、第１の実施形態とほぼ同様である。第１の実施形態の磁気冷凍システム２に対し、例えば斜板３４２の形状を若干変更することにより図１８に示す熱媒体の流速パターンを得ている。また、磁場印加除去装置では、第１の実施形態で説明した位相に応じて磁気作業物質３０へ印加する磁場の大きさおよび磁場の大きさの増減率を変更する６つの手段のうち、１つもしくは複数を組み合わせることにより、図１９に示す磁場の印加パターンを得ている。

本実施形態の磁気冷凍システムの作動時には、第１ステップおよび第３ステップでは、第１の実施形態と同様の作動をする。

第２ステップでは、冷媒ポンプ３４Ａから吐出される冷媒に加え、蓄圧タンク４１ａに蓄圧されていたエネルギーにより、作業室３１１の他端部３１１ｂに冷媒が一気に流入し、作動室３１１内に他端部３１１ｂから一端部３１１ａへ向かうほぼ定速の冷媒流れが速やかに形成される（図１８のＩＩ参照）。冷媒ポンプ３４Ｂは高温側冷媒回路４を介して冷媒を吸入し、作業室３１１の一端部３１１ａから高温側冷媒回路４へ、磁気作業物質３０で加熱され高温となった冷媒が流出する。

このとき、作業室３１１内の磁気作業物質３０には、永久磁石３２３によって印加される磁場が、第１ステップで増加させた磁場（第１ステップ終了時点の磁場）から徐々に増加する（図１９のＩＩ参照）。すなわち、第１ステップを開始して、時間経過に伴い増加する冷媒入口３１３ａと作業室３１１との圧力差が所定圧に到達すると、磁気作業物質３０に印加する磁場を第１ステップ終了時点よりも減少させることなく徐々に増加させて、作業室３１１の他端部３１１ｂ側から一端部３１１ａ側へ熱媒体を移動させる第２ステップが実行される。第２ステップでは、作業室３１１の他端部３１１ｂ側から一端部３１１ａ側へ熱媒体を移動させ、第１ステップで昇温した磁気作業物質３０から熱媒体へ温熱を伝達して一端部３３１ａ側へ運ぶことができる。

第２ステップでは、作業室３１１内に形成される熱媒体の移動速度に応じて磁気作業物質３０に印加する磁場を徐々に増大させて、第２ステップで生じた分の熱量を磁気作業物質３０から熱媒体へ伝達している。これにより、磁気作業物質３０を略等温状態とし、第２ステップが継続する間、磁気作業物質３０と熱媒体との間の熱伝達率を高い状態で維持するようにしている。

第４ステップでは、冷媒ポンプ３４Ｂから吐出される冷媒に加え、蓄圧タンク４１ｂに蓄圧されていたエネルギーにより、作業室３１１の一端部３１１ａに冷媒が一気に流入し、作動室３１１内に一端部３１１ａから他端部３１１ｂへ向かうほぼ定速の冷媒流れが速やかに形成される（図１８のＩＶ参照）。冷媒ポンプ３４Ａは低温側冷媒回路５を介して冷媒を吸入し、作業室３１１の他端部３１１ｂから低温側冷媒回路５へ、磁気作業物質３０で冷却され低温となった冷媒が流出する。

このとき、作業室３１１内の磁気作業物質３０には、永久磁石３２３によって印加される磁場が、第３ステップで減少させた磁場（第３ステップ終了時点の磁場）から徐々に減少し、印加磁場がほぼ消滅した状態となる（図１９のＩＶ参照）。すなわち、第３ステップを開始して、時間経過に伴い減少する冷媒入口３１２ａと作業室３１１との圧力差が所定圧に到達すると、磁気作業物質３０に印加する磁場を第３ステップ終了時点よりも増加させることなく徐々に減少させて、作業室３１１の一端部３１１ａ側から他端部３１１ｂ側へ熱媒体を移動させる第４ステップが実行される。第４ステップでは、作業室３１１の一端部３１１ａ側から他端部３１１ｂ側へ熱媒体を移動させ、第３ステップで降温した磁気作業物質３０から熱媒体へ冷熱を伝達して他端部３３１ｂ側へ運ぶことができる。

第４ステップでは、作業室３１１内に形成される熱媒体の移動速度に応じて磁気作業物質３０に印加する磁場を徐々に減少させて、第４ステップで減少した分の熱量を熱媒体から磁気作業物質３０へ伝達している。これにより、磁気作業物質３０を略等温状態とし、第４ステップが継続する間、熱媒体と磁気作業物質３０との間の熱伝達率を高い状態で維持するようにしている。

上述の構成および作動によれば、第１ステップ、第２ステップ、第３ステップおよび第４ステップの順で実行するサイクルを繰り返して、冷却用熱交換器１２で吸熱した熱を加熱用熱交換器１３から放熱することができる。

第１ステップでは、作業室３３１内の熱媒体の移動を停止した断熱状態を形成して、磁気作業物質３０に対して印加する磁場を増大させ、磁気作業物質３０を昇温させることができる。第２ステップでは、作業室３１１の他端部３１１ｂ側から一端部３１１ａ側へ熱媒体を移動させ、第１ステップで昇温した磁気作業物質３０から、第２ステップでの発熱分の温熱を熱媒体へ伝達して、一端部３３１ａ側へ運ぶことができる。

また、第３ステップでは、作業室３３１内の熱媒体の移動を停止した断熱状態を形成して、磁気作業物質３０に対して印加する磁場を減少させ、磁気作業物質３０を降温させることができる。第４ステップでは、作業室３１１の一端部３１１ａ側から他端部３１１ｂ側へ熱媒体を移動させ、第３ステップで降温した磁気作業物質３０から、第４ステップでの減熱分の冷熱を熱媒体へ伝達して他端部３３１ｂ側へ運ぶことができる。

第２ステップでは、作業室３１１の他端部３１１ｂ側から一端部３１１ａ側への熱媒体の移動速度に応じて、磁気作業物質３０に印加する磁場を増大させ、磁気作業物質３０を略等温状態とすることができる。また、第４ステップでは、作業室３１１の一端部３１１ａ側から他端部３１１ｂ側への熱媒体の移動速度に応じて、磁気作業物質３０に印加する磁場を減少させ、磁気作業物質３０を略等温状態とすることができる。したがって、第２ステップおよび第４ステップでは、磁気作業物質３０と熱媒体との間の熱伝達率を高い状態で維持することができる。

これらにより、第１の実施形態と同様に磁気冷凍システム２の運転効率を確実に向上することができる。

本発明を適用した本実施形態の磁気冷凍システムにおいても、図１０に示した熱サイクル特性のように、磁気作業物質３０を、第１ステップＩでは励磁断熱変化させ、第２ステップＩＩでは励磁等温変化させ、第３ステップＩＩＩでは消磁（減磁）断熱変化させ、第４ステップＩＶでは消磁（減磁）等温変化させることができる。したがって、本実施形態によれば、図１０に実線で示す熱サイクルのように、極めて理想的なサイクルに近似させることができる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について図２０に基づいて説明する。

本第３の実施形態は、前述の第１の実施形態と比較して、熱交換容器３１を、磁気熱量効果により温熱を生成するための高温側容器３１ａと磁気熱量効果により冷熱を生成するための低温側容器３１ｂに分割した点が異なる。なお、第１、第２の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する場合がある。

図２０に示すように、本実施形態では、熱交換容器３１は、磁気熱量効果により温熱を生成するための高温側容器３１ａと磁気熱量効果により冷熱を生成するための低温側容器３１ｂに分割されている。高温側容器３１ａおよび低温側容器３１ｂは、１つの冷媒ポンプ３４を介して同軸上に並んで配置されている。

高温側容器３１ａおよび低温側容器３１ｂは、中空円柱状の容器で構成されている。各容器３１ａ、３１ｂは、その周壁に磁気作業物質３０を収容すると共に冷媒が流通する作業室３１１が形成されている。なお、各容器３１ａ、３１ｂには、周方向に並んで複数の作業室３１１が形成されている。

また、各容器３１ａ、３１ｂにおける冷媒ポンプ３４と反対側の端面に一対の冷媒出入口３１２、３１３が形成されており、一対の冷媒出入口３１２、３１３を介して、冷媒の吸入および吐出が可能となっている。

一対の冷媒出入口３１２、３１３のうち、高温側容器３１ａに形成された高温側出入口３１２は、高温側容器３１ａの各作業室３１１に対応してそれぞれ形成され、作業室３１１に連通している。

各高温側出入口３１２は、冷媒を吸入する冷媒吸入部（冷媒入口）３１２ａ、および冷媒を吐出する冷媒吐出部（冷媒出口）３１２ｂを有して構成されている。そして、冷媒吸入部３１２ａには、冷媒を吸入する際に開放されるサクションバルブ（吸入弁）３１２ｃが設けられ、冷媒吐出部３１２ｂに冷媒を吐出する際に開放されるディスチャージバルブ（吐出弁）３１２ｄが設けられている。

また、一対の冷媒出入口３１２、３１３のうち、低温側容器３１ｂに形成された低温側出入口３１３は、低温側容器３１ｂの各作業室３１１に対応してそれぞれ形成され、作業室３１１に連通している。

各低温側出入口３１３は、高温側出入口３１２と同様に、冷媒吸入部（冷媒入口）３１３ａおよび冷媒吐出部（冷媒出口）３１３ｂを有し、冷媒吸入部３１３ａにサクションバルブ３１３ｃが設けられ、冷媒吐出部３１３ｂにディスチャージバルブ３１３ｄが設けられている。

また、各容器３１ａ、３１ｂにおける冷媒ポンプ３４側の端面には、冷媒ポンプ３４のシリンダボア３４４ａ、３４４ｂ内に連通する連通路３１４ａ、３１４ｂが形成されている。なお、各容器３１ａ、３１ｂ内の構成は、第１の実施形態で説明した熱交換容器３１内の構成と同様であるので、説明を省略する。

高温側容器３１ａに収容された回転軸３２１は、冷媒ポンプ３４側の端部が、高温側容器３１ａの外部に延在し、冷媒ポンプ３４の駆動軸３４１に、変速機構３７を介して接続されている。

また、低温側容器３１ｂに収容された回転軸３２１は、冷媒ポンプ３４側の端部が、低温側容器３１ｂの外部に延在し、冷媒ポンプ３４の駆動軸３４１に、変速機構３７を介して接続されている。さらに、低温側の回転軸３２１は、冷媒ポンプ３４と反対側の端部が、低温側容器３１ｂの外部に延在し、電動モータ３５が接続されている。

冷媒ポンプ３４は、熱交換容器３１に形成された高温側出入口３１２側と低温側出入口３１３側との間で冷媒を往復移動させる冷媒移動手段を構成している。本実施形態では、冷媒ポンプ３４として、一つの駆動軸３４１により二つの圧縮機構が同軸上に作動するタンデム型のピストンポンプを作用している。

具体的には、本実施形態の冷媒ポンプ３４は、ハウジング３４０、ハウジング３４０内に回転可能に支持された駆動軸３４１、駆動軸３４１に対して傾いた傾斜面を有して駆動軸３４１と一体的に回転する斜板３４２、斜板３４２の回転に応じて往復動するピストン３４３、ハウジング３４０におけるピストン３４３の両側に形成されたシリンダボア３４４ａ、３４４ｂ等で構成されている。

駆動軸３４１は、その両端部がハウジング３４０の外部に延在し、各変速機構３７を介して高温側の回転軸３２１および低温側の回転軸３２１に接続されている。

シリンダボア３４４は、高温側容器３１ａの各連通路３１４ａが接続する高温側ボア部３４４ａ、低温側容器３１ｂの各連通路３１４ｂが接続する低温側ボア部３４４ｂを有して構成されている。なお、シリンダボア３４４ａ、３４４ｂは、高温側ボア部３４４ａ内の冷媒と低温側ボア部３４４ｂ内の冷媒とが熱交換可能に構成されている。

ここで、各サクションバルブ３１２ｃ、３１３ｃおよび各ディスチャージバルブ３１２ｄ、３１３ｄは、第１、第２の実施形態の逆止弁４３ａ、４３ｂと同様に、高温側冷媒回路４および低温側冷媒回路５の冷媒の逆流を防止するために設けられている。

本実施形態では、ディスチャージバルブ３１２ｄ、３１３ｄを、作業室３１１と各冷媒回路４、５との圧力差が所定圧以上となった際に開弁する圧力弁（所定圧開弁装置）としている。また、第１、第２の実施形態と同様に、連通路３１４ａに蓄圧タンク４１ａを設け、連通路３１４ｂに蓄圧タンク４１ｂを設けている。本実施形態では、蓄圧タンク４１ａ、４１ｂおよびディスチャージバルブ３１２ｄ、３１３ｄからなる構成が、熱媒体移動禁止手段に相当する。

本実施形態の構成によっても、電動モータ３５により両容器３１ａ、３１ｂ内の磁場印加除去装置３２および冷媒ポンプ３４を連続的に駆動すれば、第１、第２の実施形態と同様に、磁気作業物質３０を、励磁断熱変化させる第１ステップ、励磁等温変化させる第２ステップ、消磁（減磁）断熱変化させる第３ステップ、および消磁（減磁）等温変化させる第４ステップを、順に実行するサイクルを繰り返すことができる。これにより、第１、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、第１〜第３の実施形態において、例えば、冷媒ポンプの斜板３４２の形状設定により、第１ステップおよび第３ステップで熱媒体の移動を禁止すれば、蓄圧手段等を設けなくても、第１ステップ及び第３ステップで熱作動物質３０を断熱状態とすることが可能である。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について図２１〜図２６に基づいて説明する。

本第４の実施形態は、前述の第１〜第３の実施形態と比較して、第１ステップおよび第３ステップで磁気作業物質を断熱状態としないサイクル作動を行う点が異なる。なお、第１〜第３の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する場合がある。

図２１は、本発明を適用した第４の実施形態における磁気ヒートポンプ装置である磁気冷凍システム２を備える車両用空調装置１の概略構成を示す模式図である。また、図２２は、磁気冷凍システム２の磁気冷凍機１０３の軸方向断面図であり、図２３は、磁気冷凍システム２の熱交換容器３１の断面図（軸直交断面図）である。なお、図２１および図２２に示す磁気冷凍システム２の主要部である磁気冷凍機１０３は、図２３のＢ−Ｂ線断面を示している。

本実施形態では、本発明を適用した磁気冷凍システム２を、車両の車室内の空調を行う車両用空調装置１に適用している。本実施形態の車両用空調装置１は、例えば、内燃機関（エンジン）から車両走行用の駆動力を得る車両に搭載される空調装置である。

車両用空調装置１は、図２１に示すように、エンジンルーム内に配置される磁気冷凍システム２、車室内に配置される室内空調ユニット１０、空調制御装置１００を備えている。

本実施形態の磁気冷凍システム２は、車室内を冷房する冷房モード、車室内を暖房する暖房モード、車室内の暖房時に除湿を行う除湿モードの冷媒回路を切替え可能に構成されており、車両用空調装置１において車室内の冷房、暖房、除湿を行うことができる。

図２１に示す磁気冷凍システム２は、磁気熱量効果により生成された冷熱および温熱を磁気作業物質からなる磁気作業物質体３０自体に蓄えるＡＭＲ（Ａｃｔｉｖｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ）方式を採用している。本実施形態の磁気冷凍システム２は、磁気熱量効果により冷熱および温熱を生成する磁気冷凍機１０３、磁気冷凍機１０３で生成した温熱により昇温した熱媒体（例えば、不凍液を含む水等の液体、以下、冷媒と呼ぶことがある）を加熱用熱交換器（第１熱交換器）１３（放熱手段に相当）に循環させる高温側冷媒回路（第１冷媒循環回路）４、磁気冷凍機１０３で生成した冷熱により降温した冷媒を冷却用熱交換器（第２熱交換器）１２（吸熱手段に相当）に循環させる低温側冷媒回路（第２冷媒循環回路）５等を備えて構成されている。

磁気冷凍機１０３は、内部に磁気熱量効果を有する磁気作業物質で形成された磁気作業物質体３０が収容されると共に熱輸送媒体である冷媒（熱媒体）が流通する作業室３１１が形成された熱交換容器３１（容器に相当）、磁気作業物質体への磁場の印加・除去を行う磁場印加除去装置３２（磁場印加除去手段に相当）、熱交換容器３１内の冷媒を移動させる冷媒ポンプ３４（ポンプ手段、熱媒体移動手段に相当）、磁気冷凍機１０３の駆動源である電動モータ３５等を有して構成されている。

図２２に示すように、本実施形態の熱交換容器３１は、磁気熱量効果により温熱を生成するための高温側容器３１ａと磁気熱量効果により冷熱を生成するための低温側容器３１ｂに分割されている。高温側容器３１ａおよび低温側容器３１ｂは、冷媒ポンプ３４を介して同軸上に並んで配置されている。

本実施形態の磁気冷凍機１０３は、高温側容器３１ａ、低温側容器３１ｂおよび冷媒ポンプ３４が一体となっており、共通のハウジング内に両容器３１ａ、容器３１ｂおよび冷媒ポンプ３４の各機能部が収容されている。

高温側容器３１ａおよび低温側容器３１ｂは、中空円柱状の容器で構成されている。各容器３１ａ、３１ｂには、その周壁に磁気作業物質体３０を収容すると共に冷媒が流通する作業室３１１が形成されている。なお、図２３に示すように、各容器３１ａ、３１ｂには、周方向に等間隔に並んだ複数の（本例では１２の）作業室３１１が形成されている。

また、図２２に示すように、各容器３１ａ、３１ｂにおける冷媒ポンプ３４と反対側の端面に冷媒出入口３１２、３１３が形成されており、冷媒出入口３１２、３１３を介して、冷媒の吸入および吐出が可能となっている。

高温側容器３１ａおよび低温側容器３１ｂからなる熱交換容器３１には、各作業室３１１に対応して、作業室３１１の軸線方向（図示左右方向）の一端部３１１ａ側および他端部３１１ｂ側のそれぞれに、冷媒の入口および出口が形成されている。

冷媒出入口３１２、３１３のうち、高温側容器３１ａに形成された高温側出入口３１２は、図２２では２つ図示されており、その一方が高温側容器３１ａにおける図示上方側の作業室３１１に連通し、他方が高温側容器３１ａにおける図示下方側に位置する作業室３１１に連通している。

各高温側出入口３１２は、冷媒を吸入する冷媒吸入部（冷媒入口）３１２ａ、および冷媒を吐出する冷媒吐出部（冷媒出口）３１２ｂを有して構成されている。そして、冷媒吸入部３１２ａには、冷媒を吸入する際に開放されるサクションバルブ（吸入弁）３１２ｃが設けられ、冷媒吐出部３１２ｂに冷媒を吐出する際に開放されるディスチャージバルブ（吐出弁）３１２ｄが設けられている。

また、冷媒出入口３１２、３１３のうち、低温側容器３１ｂに形成された低温側出入口３１３は、図２２では２つ図示されており、その一方が低温側容器３１ｂにおける図示上方側の作業室３１１に連通し、他方が低温側容器３１ｂにおける図示下方側に位置する作業室３１１に連通している。

各低温側出入口３１３は、高温側出入口３１２と同様に、冷媒吸入部（冷媒入口）３１３ａおよび冷媒吐出部（冷媒出口）３１３ｂを有し、冷媒吸入部３１３ａにサクションバルブ３１３ｃが設けられ、冷媒吐出部３１３ｂにディスチャージバルブ３１３ｄが設けられている。

また、各容器３１ａ、３１ｂにおける冷媒ポンプ３４側の端面には、冷媒ポンプ３４のシリンダボア３４４内に連通する連通路３１４、３１５が形成されている。なお、当該連通路３１４、３１５は、各高温側出入口３１２および各低温側出入口３１３に対応して複数形成されている。

各容器３１ａ、３１ｂそれぞれの内部には、磁場印加除去装置３２の一部を構成する回転軸３２１ａ、３２１ｂ、回転軸３２１ａ、３２１ｂに固定されたロータ（回転子）３２２ａ、３２２ｂ、およびロータ３２２ａ、３２２ｂの外周面に埋設された永久磁石３２３ａ、３２３ｂが収容されている。

各回転軸３２１ａ、３２１ｂそれぞれは、各容器３１ａ、３１ｂの長手方向両端部に設けられた支持部である軸受部により回転可能に支持されている。

高温側容器３１ａに収容された高温側回転軸３２１ａ、および、低温側容器３１ｂに収容された低温側回転軸３２１ｂは、冷媒ポンプ３４の駆動軸３４１と一体となっている。

また、低温側容器３１ｂに収容された低温側回転軸３２１ｂは、冷媒ポンプ３４と反対側の端部が、低温側容器３１ｂの外部に延在し、各回転軸３２１ａ、３２１ｂおよび駆動軸３４１を回転させる電動モータ３５が接続されている。

各ロータ３２２ａ、３２２ｂは、外周面に永久磁石３２３ａ、３２３ｂが設けられた状態で、各容器３１ａ、３１ｂの内周面に対して所定の空隙を空けて回転するように回転軸３２１ａ、３２１ｂに固定されている。

また、永久磁石３２３ａ、３２３ｂは、図２２に示すように、各回転軸３２１ａ、３２１ｂの回転に応じて、各容器３１ａ、３１ｂの各作業室３１１に周期的に近づくように、ロータ３２２ａ、３２２ｂにおける外周面の約５／６の範囲を占め磁石が２つ設けられている。なお、ロータ３２２ａ、３２２ｂには、外周面に永久磁石３２３ａ、３２３ｂが配設されいない部分に、外周面から凹んで軸線方向に延びる溝部が形成されている。

これにより、回転軸３２１ａ、３２１ｂの回転に応じて、各容器３１ａ、３１ｂおよびロータ３２２ａ、３２２ｂをヨークとして、永久磁石３２３ａ、３２３ｂの周囲に生ずる磁場が、各容器３１ａ、３１ｂにおける永久磁石３２３ａ、３２３ｂに近い部位に収容された磁気作業物質体３０に印加され、永久磁石３２３ａ、３２３ｂに対して遠い部位に設けられた磁気作業物質体３０から除去される。各作業室３１１内の磁気作業物質体３０に対して、各容器３１ａ、３１ｂの径方向が印加される磁場方向となる。

本実施形態の磁場印加除去装置３２は、例えば、第１の実施形態で説明した、ギャップ３１Ｇの寸法、磁気抵抗部材３２４の磁気抵抗値、隙間部３２２１の隙間寸法、永久磁石の残留磁束密度、永久磁石の保持力、永久磁石の着磁方向、および、永久磁石の厚さのうち、1つもしくは２つ以上を、位相に対応して変化させる構成を有し、後述する図２５に示すような磁場印加パターンを形成するようになっている。

各作業室３１１の周囲には、非磁性材料である例えば樹脂材料からなる保持部材３３が形成され、この保持部材３３により、各作業室３１１が各熱交換容器３１ａ、３１ｂ内に位置決めされている。

冷媒ポンプ３４は、熱交換容器３１に形成された高温側出入口３１２側と低温側出入口３１３側との間で冷媒を往復移動させる冷媒移動手段を構成している。本実施形態では、冷媒ポンプ３４として、駆動軸３４１に取り付けられた制御カム３４２Ａにより、周方向に配置された複数の（作動室３１１と同数の）吸入吐出機構が径方向に作動するラジアル型のピストンポンプを採用している。

具体的には、本実施形態の冷媒ポンプ３４は、図２２に示すように、ハウジング３４０、ハウジング３４０内に回転可能に支持された駆動軸３４１、駆動軸３４１に対して固定されて駆動軸３４１と一体的に回転する制御カム３４２Ａ、制御カム３４２Ａの回転に応じて径方向に往復動するピストン３４３、ピストン３４３が往復動するシリンダボア３４４等で構成されている。駆動軸３４１は、ハウジング３４０の軸線方向両端部に設けられた支持部である軸受部により回転可能に支持されている。

本実施形態の制御カム３４２Ａは、回転軸３２１に固定された永久磁石３２３の磁石の数に応じて形状が決定される。例えば、本例のように永久磁石３２３の数が２つの場合、カムフォロアである冷媒ポンプ３４のピストン３４３が２往復したときに回転軸３２１ａ、３２１ｂが一回転するようにカムの形状を決定することができる。

シリンダボア３４４には、高温側容器３１ａの連通路３１４および低温側容器３１ｂの連通路３１５が共に連通している。これにより、シリンダボア３４４内では、高温側容器３１ａ側の冷媒と低温側容器３１ｂ側の冷媒とが同一空間で熱交換可能となっている。

ここで、本実施形態の冷媒ポンプ３４は、磁気作業物質体３０への磁場の印加、除去に同期して、各容器３１ａ、３１ｂの各作業室３１１に対する冷媒の吸入、吐出を行うように構成されている。

例えば、冷媒ポンプ３４は、高温側容器３１ａにおいて作業室３１１内の磁気作業物質体３０に磁場が印加されるとともに、低温側容器３１ｂにおいて作業室３１１内の磁気作業物質体３０から磁場が除去された際に、両作業室３１１に連通する共通のシリンダボア３４４内から冷媒を吐出する。

一方、冷媒ポンプ３４は、高温側容器３１ａにおいて作業室３１１内の磁気作業物質体３０から磁場が除去されるとともに、低温側容器３１ｂにおいて作業室３１１内の磁気作業物質体３０に磁場が印加された際に、両作業室３１１に連通する共通のシリンダボア３４４内へ冷媒を吸入する。

このように構成される冷媒ポンプ３４によって、各容器３１ａ、３１ｂの作業室３１１に冷媒が吐出されると、各容器３１ａ、３１ｂの冷媒吐出部３１２ｂ、３１３ｂに設けられたディスチャージバルブ３１２ｄ、３１３ｄが開放されて、各容器３１ａ、３１ｂにおける冷媒吐出部３１２ｂ、３１３ｂ（作業室３１１の一端部３１１ａおよび他端部３１１ｂでもある）付近の冷媒が外部に吐出される。

また、冷媒ポンプ３４によって、各容器３１ａ、３１ｂの作業室３１１から冷媒が吸入されると、各容器３１ａ、３１ｂの冷媒吸入部３１２ａ、３１３ａに設けられたサクションバルブ３１２ｃ、３１３ｃが開放されて、各容器３１ａ、３１ｂにおける冷媒吸入部３１２ａ、３１３ａ（作業室３１１の一端部３１１ａおよび他端部３１１ｂでもある）付近に外部から冷媒が導入される。

図２１に示す電動モータ３５は、車載されたバッテリ（図示略）からの電源供給により作動し、回転軸３２１ａ、３２１ｂおよび駆動軸３４１に動力を付与して、磁気冷凍機１０３を駆動する駆動手段である。

ここで、本実施形態では、各容器３１ａ、３１ｂに収容された回転軸３２１ａ、３２１ｂ、ロータ３２２ａ、３２２ｂ、永久磁石３２３ａ、３２３ｂ、および熱交換容器３１の外部に設けられた電動モータ３５が、磁場印加除去手段である磁場印加除去装置３２を構成している。また、永久磁石３２３ａ、３２３ｂは、磁場を発生させる磁場発生部を構成している。

詳細な図示は省略しているが、本実施形態の磁気冷凍機１０３は、熱交換容器３１の作動室３１１（相互に連通する高温側容器３１ａの作業室３１１および低温側容器３１ｂの作業室３１１からなる作業室対）の数に対応したシリンダ数（気筒数）の冷媒ポンプ３４を用いて、各作業室３１１に対して、上述した冷媒移動構成をそれぞれ備えている。

上述の構成に基づき、本実施形態の磁気冷凍システム２の作動について、図２４および図２５も用いて説明する。なお、上記したように、本実施形態の磁気冷凍機１０３は、複数の作動室３１１のそれぞれに対して同一の冷媒移動構成を備えているので、図２２図示上方の１つの作動室３１１について作動説明を行う。複数の作動室３１１では、後述する作動が位相をずらして行われることになる。

図２４は、作業室３１１内の熱媒体の流速の変化を例示するグラフであり、他端部３１１ｂから一端部３１１ａ方向の流れを正としている。また、図２５は、作業室３１１内の磁気作業物質３０に印加される磁場の変化を例示するグラフである。図２４および図２５では、第１ステップをＩ、第２ステップをＩＩ、第３ステップをＩＩＩ、第４ステップをＩＶとしている。

冷媒ポンプ３４のシリンダボア３４４内のピストン３４３が下死点付近に位置し（図２４のＩ参照）、永久磁石３２３ａが高温側容器３１ａの作業室３１１に近づくと、作業室３１１に収容された磁気作業物質体３０に磁場が印加（増磁、励磁）される（磁場印加過程、図２５のＩ参照）。この際、磁気熱量効果によって磁気作業物質体３０が発熱して、作業室３１１内の冷媒が昇温される。図２４および図２５のＩに示す過程は、非断熱励磁過程である。

その後、シリンダボア３４４内のピストン３４３が下死点側から上死点側へと移動して、作業室３１１内の冷媒が冷媒ポンプ３４側から高温側出入口３１２側に移動する（図２４のＩＩ参照）。この際、高温側出入口３１２の冷媒吐出部３１２ｂに設けられたディスチャージバルブ３１２ｄが開放されて、冷媒吐出部３１２ｂ（対をなす作業室３１１の一端部３１１ａ）付近に存する高温冷媒が加熱用熱交換器１３側に吐出される（冷媒吐出過程）。

このとき、図２４および図２５のＩＩに示すように、作業室３１１内に形成される熱媒体の移動速度に応じて磁気作業物質３０に印加する磁場を徐々に増大させて、第２ステップで生じた分の熱量を磁気作業物質３０から熱媒体へ伝達している。

第２ステップでは、熱媒体の移動の速さが速いときほど磁気作業物質３０へ印加する磁場の大きさの増大率が大きくなるように、磁場の大きさを増大させる。例えば、熱媒体の流速が最大となったときに、磁場の増加率（図２５のＩＩにおける磁場曲線の傾き）が最大となる。これにより、磁気作業物質３０を略等温状態とし、第２ステップが継続する間、磁気作業物質３０と熱媒体との間の熱伝達率を高い状態で維持するようにしている。

その後、シリンダボア３４４内のピストン３４３が上死点付近に位置し（図２４のＩＩＩ参照）、永久磁石３２３ａが高温側容器３１ａの作業室３１１から遠ざかると、作業室３１１に収容された磁気作業物質体３０から磁場が除去（減磁）される（磁場除去過程、図２５のＩＩＩ参照）。図２４および図２５のＩＩＩに示す過程は、非断熱減磁過程である。

その後、シリンダボア３４４内のピストン３４３が上死点側から下死点側へと移動して、作業室３１１内の冷媒が高温側出入口３１２側から冷媒ポンプ３４側に移動する（図２４のＩＶ参照）。この際、高温側出入口３１２の冷媒吸入部３１２ａに設けられたサクションバルブ３１２ｃが開放されて、加熱用熱交換器１３から流出した冷媒が冷媒吸入部３１２ａ付近に吸入される（冷媒吸入過程）。

このとき、図２４および図２５のＩＶに示すように、作業室３１１内に形成される熱媒体の移動速度に応じて磁気作業物質３０に印加する磁場を徐々に減少させて、第４ステップで減少した分の熱量を熱媒体から磁気作業物質３０へ伝達している。

第４ステップでは、熱媒体の移動の速さが速いときほど磁気作業物質３０へ印加する磁場の大きさの減少率が大きくなるように、磁場の大きさを減少させる。これにより、磁気作業物質３０を略等温状態とし、第４ステップが継続する間、熱媒体と磁気作業物質３０との間の熱伝達率を高い状態で維持するようにしている。

そして、冷媒ポンプ３４のピストン３４３が下死点付近に位置に戻ると、次の磁場印加過程となる。

このような磁場印加過程、冷媒吐出過程、磁場除去過程、冷媒吸入過程といった四つの工程によって、高温側容器３１ａの作業室３１１に収容された磁気作業物質体３０の磁気熱量効果により生ずる温熱を加熱用熱交換器１３側に輸送することができる。

低温側容器３１ｂの作業室３１１側では、高温側容器３１ａの作業室３１１側における磁場除去過程時に、シリンダボア３４４内のピストン３４３が上死点付近に位置した状態で（図２４のＩ参照）、磁気作業物質体３０に磁場が印加される（図２５のＩ参照）。

その後、シリンダボア３４４内のピストン３４３が上死点側から下死点側へと移動して、作業室３１１内の冷媒が低温側出入口３１３側から冷媒ポンプ３４側に移動する（図２４のＩＩ参照）。この際、低温側出入口３１３の冷媒吸入部３１３ａに設けられたサクションバルブ３１３ｃが開放されて、冷却用熱交換器１２から流出した冷媒が冷媒吸入部３１３ａ付近に吸入される（冷媒吸入過程）。

このとき、図２４および図２５のＩＩに示すように、作業室３１１内に形成される熱媒体の移動速度に応じて磁気作業物質３０に印加する磁場を徐々に増大させて、第２ステップで生じた分の熱量を磁気作業物質３０から熱媒体へ伝達している。

第２ステップでは、熱媒体の移動の速さが速いときほど磁気作業物質３０へ印加する磁場の大きさの増大率が大きくなるように、磁場の大きさを増大させる。例えば、熱媒体の流速が最大となったときに、磁場の増加率（図２５のＩＩにおける磁場曲線の傾き）が最大となる。これにより、磁気作業物質３０を略等温状態とし、第２ステップが継続する間、磁気作業物質３０と熱媒体との間の熱伝達率を高い状態で維持するようにしている。

その後、低温側容器３１ｂの作業室３１１側では、高温側容器３１ａの作業室３１１側における磁場印加過程時に、シリンダボア３４４内のピストン３４３が下死点付近に位置した状態で（図２４のＩＩＩ参照）、作業室３１１に収容された磁気作業物質体３０から磁場が除去される（図２５のＩＩＩ参照）。

その後、シリンダボア３４４内のピストン３４３が下死点側から上死点側へと移動して、作業室３１１内の冷媒が冷媒ポンプ３４側から低温側出入口３１３側に移動する（図２４のＩＶ参照）。この際、低温側出入口３１３の冷媒吐出部３１３ｂに設けられたディスチャージバルブ３１３ｃが開放されて、冷媒吐出部３１３ｂ（対をなす作業室３１１の他端部３１１ｂ）付近に存する低温冷媒が冷却用熱交換器１２側に吐出される（冷媒吐出過程）。

このとき、図２４および図２５のＩＶに示すように、作業室３１１内に形成される熱媒体の移動速度に応じて磁気作業物質３０に印加する磁場を徐々に減少させて、第４ステップで減少した分の熱量を熱媒体から磁気作業物質３０へ伝達している。

第４ステップでは、熱媒体の移動の速さが速いときほど磁気作業物質３０へ印加する磁場の大きさの減少率が大きくなるように、磁場の大きさを減少させる。これにより、磁気作業物質３０を略等温状態とし、第４ステップが継続する間、熱媒体と磁気作業物質３０との間の熱伝達率を高い状態で維持するようにしている。

このような磁場印加過程、冷媒吸入過程、磁場除去過程、冷媒吐出過程といった四つの工程によって、低温側容器３１ｂの作業室３１１に収容された磁気作業物質体３０の磁気熱量効果により生ずる冷熱を冷却用熱交換器１２側に輸送することができる。

ここで、熱交換容器３１全体で見ると、磁気作業物質体３０に磁場を印加された後に、低温側出入口３１３（作業室３１１の他端部３１１ｂ）側から高温側出入口３１２（作業室３１１の一端部３１１ａ）側へ向けて冷媒が移動し、磁気作業物質体３０から磁場を除去された後に高温側出入口３１２側から低温側出入口３１３側へ向けて冷媒が移動することとなる。

そして、熱交換容器３１における高温側容器３１ａ側にて磁場印加過程、冷媒吐出過程、磁場除去過程、冷媒吸入過程が繰り替えされ、低温側容器３１ｂ側にて磁場印加過程、冷媒吸入過程、磁場除去過程、冷媒吐出過程が繰り替えされることで、高温側容器３１ａの作業室３１１に収容された磁気作業物質体３０と、低温側容器３１ｂの作業室３１１に収容された磁気作業物質体３０との間に大きな温度勾配を生成することができる。

次に、高温側冷媒回路４および低温側冷媒回路５について説明する。高温側冷媒回路４は、高温側容器３１ａにおける高温側出入口３１２の冷媒吐出部３１２ｂから吐出された冷媒を、加熱用熱交換器１３の冷媒流入口１３ａに導く共に、加熱用熱交換器１３の冷媒流出口１３ｂから流出した冷媒を高温側出入口３１２の冷媒吸入部３１２ａに戻す冷媒循環回路である。

具体的には、高温側出入口３１２の冷媒吐出部３１２ｂ側には、加熱用熱交換器１３の冷媒流入口１３ａ側が接続されている。加熱用熱交換器１３は、室内空調ユニット１０のケース１１内に配置されて、その内部を流通する冷媒と、冷却用熱交換器１２通過後の送風空気とを熱交換させることで、送風空気を加熱する熱交換器（第１熱交換器）である。

加熱用熱交換器１３の冷媒流出口１３ｂ側には、第１電気式三方弁１４１が接続されている。第１電気式三方弁１４１は、空調制御装置１００から出力される制御信号によって、その作動が制御される流路切替手段を構成している。

より具体的には、第１電気式三方弁１４１は、空調制御装置１００からの制御信号に応じて、加熱用熱交換器１３の冷媒流出口１３ｂ側と高温側容器３１ａの冷媒吸入部３１２ａ側との間を接続する冷媒回路、および加熱用熱交換器１３の冷媒流出口１３ｂ側と吸放熱用熱交換器６の放熱側冷媒流入口６１ａ側との間を接続する冷媒流路を切り替える。

吸放熱用熱交換器６は、エンジンルーム内に配置されて、その内部を流通する冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器である。本実施形態の吸放熱用熱交換器６は、加熱用熱交換器１３から流出した冷媒が流れる放熱部６１、および低温側容器３１ｂから吐出された冷媒が流れる吸熱部６２といった二つの熱交換部を有して構成されている。

吸放熱用熱交換器６の放熱部６１は、放熱側冷媒流入口６１ａから流入した冷媒（加熱用熱交換器１３から流出した冷媒）と外気とを熱交換させる熱交換部である。また、吸放熱用熱交換器６の吸熱部６２は、吸熱側冷媒流入口６２ａから流入した冷媒（低温側容器３１ｂから吐出された冷媒）と外気とを熱交換させる熱交換部である。

なお、放熱部６１および吸熱部６２は、吸放熱用熱交換器６の内部において放熱部６１を流れる冷媒と吸熱部６２を流れる冷媒が混在しないように、互いに冷媒流路が独立して構成されている。

吸放熱用熱交換器６における放熱側冷媒流出口６１ｂ側には、高温側容器３１ａの冷媒吸入部３１２ａが接続されており、吸放熱用熱交換器６にて放熱された冷媒が高温側容器３１ａの作業室３１１に戻る。

従って、高温側冷媒回路４は、高温側容器３１ａの冷媒吐出部３１２ｂ→加熱用熱交換器１３→第１電気式三方弁１４１→高温側容器３１ａの冷媒吸入部３１２ａといった順に冷媒が循環する循環回路と、高温側容器３１ａの冷媒吐出部３１２ｂ→加熱用熱交換器１３→第１電気式三方弁１４１→吸放熱用熱交換器６の放熱部６１→高温側容器３１ａの冷媒吸入部３１２ａといった順に冷媒が循環する循環回路とで構成される。

なお、高温側冷媒回路４には、加熱用熱交換器１３と第１電気式三方弁１４１との間には、固定絞り１４２を介して、高温側冷媒回路４内の冷媒量を調整するためのリザーバタンク１４３が接続されている。なお、固定絞り１４２としては、オリフィスやキャピラリチューブ等を採用することができる。

低温側冷媒回路５は、低温側容器３１ｂにおける低温側出入口３１３の冷媒吐出部３１３ｂから吐出された冷媒を、冷却用熱交換器１２の冷媒流入口１２ａに導く共に、冷却用熱交換器１２の冷媒流出口１２ｂから流出した冷媒を低温側出入口３１３の冷媒吸入部３１３ａに戻す冷媒循環回路である。

具体的には、低温側出入口３１３の冷媒吐出部３１３ｂ側には、第２電気式三方弁５１が接続されている。第２電気式三方弁５１は、第１電気式三方弁１４１と同様に、空調制御装置１００から出力される制御信号によって、その作動が制御される流路切替手段を構成している。

第２電気式三方弁５１は、空調制御装置１００からの制御信号に応じて、低温側出入口３１３の冷媒吐出部３１３ｂ側と吸放熱用熱交換器６の吸熱側冷媒流入口６２ａ側との間を接続する冷媒回路、および低温側出入口３１３の冷媒吐出部３１３ｂ側と第３電気式三方弁５２との間を接続する冷媒回路を切り替える。そして、吸放熱用熱交換器６の吸熱側冷媒流出口６２ｂ側には、第３電気式三方弁５２が接続されている。

第３電気式三方弁５２は、第１、第２電気式三方弁１４１、５１と同様に、空調制御装置１００から出力される制御信号によって、その作動が制御される流路切替手段を構成している。

具体的には、第３電気式三方弁５２は、第２電気式三方弁５１に連動して作動するように構成されている。すなわち、第３電気式三方弁５２は、第２電気式三方弁５１にて低温側出入口３１３の冷媒吐出部３１３ｂ側と第３電気式三方弁５２との間を接続する冷媒回路に切り替えられると、第２電気式三方弁５１と冷却用熱交換器１２の冷媒流入口１２ａ側との間を接続する冷媒回路に切り替える。また、第３電気式三方弁５２は、第２電気式三方弁５１にて低温側出入口３１３の冷媒吐出部３１３ｂ側と吸放熱用熱交換器６の吸熱側冷媒流入口６２ａ側との間を接続する冷媒回路に切り替えられると、第２電気式三方弁５１と低温側出入口３１３の冷媒吸入部３１３ａ側との間を接続する冷媒回路に切り替える。

第３電気式三方弁５２に接続された冷却用熱交換器１２は、室内空調ユニット１０のケース１１内のうち、加熱用熱交換器１３の送風空気流れ上流側に配置されて、その内部を流通する冷媒と送風空気とを熱交換させて送風空気を冷却する熱交換器である。そして、冷却用熱交換器１２の冷媒流出口１２ｂ側には、低温側出入口３１３の冷媒吸入部３１３ａが接続されている。

このように、低温側冷媒回路５は、低温側容器３１ｂの冷媒吐出部３１３ｂ→第２電気式三方弁５１→第３電気式三方弁５２→冷却用熱交換器１２→低温側容器３１ｂの冷媒吸入部３１３ａといった順に冷媒が循環する循環回路と、低温側容器３１ｂの冷媒吐出部３１３ｂ→吸放熱用熱交換器６の吸熱部６２→第２電気式三方弁５１→第３電気式三方弁５２→低温側容器３１ｂの冷媒吸入部３１３ａといった順に冷媒が循環する循環回路とで構成される。

なお、低温側冷媒回路５には、第２電気式三方弁５１および吸放熱用熱交換器６と第３電気式三方弁５２との間には、固定絞り５３を介して、低温側冷媒回路５内の冷媒量を調整するためのリザーバタンク５４が接続されている。なお、固定絞り５３としては、オリフィスやキャピラリチューブ等を採用することができる。

次に、室内空調ユニット１０について説明する。室内空調ユニット１０は、車室内最前部の計器盤（インストルメントパネル）の内側に配置されて、その外殻を形成するケース１１内に図示しない送風機、前述の冷却用熱交換器１２、加熱用熱交換器１３、ヒータコア１４等を収容したものである。

ケース１１は、車室内に送風される送風空気の空気流路を形成しており、ある程度の弾性を有し、強度的にも優れた樹脂（例えば、ポリプロピレン）にて成形されている。ケース１１内の送風空気流れ最上流側には、内気（車室内空気）と外気（車室外空気）とを切替導入する図示しない内外気切替箱が配置されている。

内外気切替箱の空気流れ下流側には、内外気切替箱を介して吸入した空気を車室内へ向けて送風する送風機が配置されている。この送風機は、遠心多翼ファン（シロッコファン）を電動モータにて駆動する電動送風機であって、空調制御装置１００から出力される制御電圧によって回転数（送風量）が制御される。

送風機の空気流れ下流側には、前述の冷却用熱交換器１２が配置されている。さらに、冷却用熱交換器１２の空気流れ下流側には、冷却用熱交換器１２通過後の空気を流す加熱用冷風通路１５、冷風バイパス通路１６といった空気通路、並びに、加熱用冷風通路１５および冷風バイパス通路１６から流出した空気を混合させる混合空間１７が形成されている。

加熱用冷風通路１５には、冷却用熱交換器１２通過後の空気を加熱するための加熱手段としての加熱用熱交換器１３、およびヒータコア１４が、送風空気流れ方向に向かってこの順で配置されている。ヒータコア１４は、車両走行用駆動力を出力するエンジン（図示略）の冷却水と冷却用熱交換器１２通過後の空気とを熱交換させて、冷却用熱交換器１２通過後の空気を加熱する熱交換器である。

一方、冷風バイパス通路１６は、冷却用熱交換器１２通過後の空気を、加熱用熱交換器１３、およびヒータコア１４を通過させることなく、混合空間１７に導くための空気通路である。従って、混合空間１７にて混合された送風空気の温度は、加熱用冷風通路１５を通過する空気および冷風バイパス通路１６を通過する空気の風量割合によって変化する。

そこで、本実施形態では、冷却用熱交換器１２の空気流れ下流側であって、加熱用冷風通路１５および冷風バイパス通路１６の入口側に、加熱用冷風通路１５および冷風バイパス通路１６へ流入させる冷風の風量割合を連続的に変化させるエアミックスドア１８を配置している。つまり、エアミックスドア１８は、加熱用熱交換器１３に流入する送風空気の風量を調整して、混合空間１７内の空気温度（車室内へ吹き出す空気の温度）を調整する温度調整手段を構成する。

さらに、ケース１１の送風空気流れ最下流部には、混合空間１７から冷却対象空間である車室内へ温度調整された送風空気を吹き出す図示しない吹出口（例えば、フェイス吹出口、フット吹出口、デフロスタ吹出口）が配置されている。なお、各吹出口の空気流れ上流側には、吹出口の開口面積を調整するドアが配置されており、各ドアの開閉により車室内に空調風を吹き出す吹出口を切り替えることが可能となっている。

空調制御装置１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成される。そして、空調制御装置１００は、そのＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、出力側に接続された電動モータ３５、流路切替手段を構成する各電気式三方弁１４１、５１、５２、送風機、エアミックスドア１８の駆動手段等の作動を制御する。

空調制御装置１００の入力側には、車室内前部の計器盤付近に配置された操作パネル（図示略）に設けられた各種空調操作スイッチからの操作信号が入力される。操作パネルに設けられた各種空調操作スイッチとしては、具体的に、車両用空調装置１の作動スイッチ、オートスイッチ、運転モード（冷房モード、暖房モード、除湿モード等）の切替スイッチ等が設けられている。

なお、空調制御装置１００のうち、磁気冷凍機１０３の駆動手段を構成する電動モータ３５を制御する構成が電動モータ制御手段を構成し、各電気式三方弁１４１、５１、５２を制御する構成が流路切替制御手段を構成している。

上記構成の磁気冷凍システム２を含む車両用空調装置１では、操作パネルに設けられた運転モードの切替スイッチ、または空調制御装置１００の制御処理によって、冷房運転モード、暖房運転モード、除湿運転モード等の各種運転モードを実行することができる。

例えば、冷房運転モードでは、空調制御装置１００からの制御信号によって、高温側冷媒回路４が、第１電気式三方弁１４１にて加熱用熱交換器１３の冷媒流出口１３ｂ側と吸放熱用熱交換器６の放熱側冷媒流入口６１ａ側との間を接続する冷媒回路に切り替えられる。また、低温側冷媒回路５は、第２電気式三方弁５１にて低温側出入口３１３の冷媒吐出部３１３ｂ側と第３電気式三方弁５２との間を接続する冷媒回路に切り替えられる共に、第３電気式三方弁５２にて第２電気式三方弁５１と冷却用熱交換器１２の冷媒流入口１２ａ側との間を接続する冷媒回路に切り替えられる。

また、暖房運転モードでは、空調制御装置１００からの制御信号によって、高温側冷媒回路４が、第１電気式三方弁１４１にて加熱用熱交換器１３の冷媒流出口１３ｂ側と高温側容器３１ａの冷媒吸入部３１２ａ側との間を接続する冷媒回路に切り替えられる。また、低温側冷媒回路５は、第２電気式三方弁５１にて低温側出入口３１３の冷媒吐出部３１３ｂ側と吸放熱用熱交換器６の吸熱側冷媒流入口６２ａ側との間を接続する冷媒回路に切り替えられると共に、第３電気式三方弁５２にて第２電気式三方弁５１と低温側出入口３１３の冷媒吸入部３１３ａ側との間を接続する冷媒回路に切り替えられる。

また、除湿運転モードでは、空調制御装置１００からの制御信号によって、高温側冷媒回路４が、第１電気式三方弁１４１にて加熱用熱交換器１３の冷媒流出口１３ｂ側と高温側容器３１ａの冷媒吸入部３１２ａ側との間を接続する冷媒回路に切り替えられる。また、低温側冷媒回路５は、第２電気式三方弁５１にて低温側出入口３１３の冷媒吐出部３１３ｂ側と第３電気式三方弁５２との間を接続する冷媒回路に切り替えられる共に、第３電気式三方弁５２にて第２電気式三方弁５１と冷却用熱交換器１２の冷媒流入口１２ａ側との間を接続する冷媒回路に切り替えられる。

このようにして、各運転モードにおいて、熱交換容器３１の作業室３１１の一端部３１１ａ側で得られる温熱および他端部３１１ｂ側で得られる冷熱を利用して、車室内を空調することができる。

第１〜第３の実施形態では詳細な説明を省略していたが、第１〜第３の実施形態における冷却用熱交換器１２および加熱用熱交換器１３も、本実施形態のように車両用空調装置に適用することが可能である。

前述した本実施形態の磁気冷凍システムによれば、第１ステップ、第２ステップ、第３ステップおよび第４ステップの順で実行するサイクルを繰り返して、冷却用熱交換器１２で吸熱した熱を加熱用熱交換器１３から放熱することができる。

第１ステップでは、作業室３３１内の熱媒体の移動を僅かに行いつつ、磁気作業物質３０に対して印加する磁場を増大させ、磁気作業物質３０を昇温させることができる。第２ステップでは、作業室３１１の他端部３１１ｂ側から一端部３１１ａ側へ熱媒体を移動させ、第１ステップで昇温した磁気作業物質３０から、第２ステップでの発熱分の温熱を熱媒体へ伝達して、一端部３３１ａ側へ運ぶことができる。

また、第３ステップでは、作業室３３１内の熱媒体の移動を僅かに行いつつ、磁気作業物質３０に対して印加する磁場を減少させ、磁気作業物質３０を降温させることができる。第４ステップでは、作業室３１１の一端部３１１ａ側から他端部３１１ｂ側へ熱媒体を移動させ、第３ステップで降温した磁気作業物質３０から、第４ステップでの減熱分の冷熱を熱媒体へ伝達して他端部３３１ｂ側へ運ぶことができる。

第１の実施形態と同様に、第２ステップおよび第４ステップでは、熱媒体の移動の速さが速いときほど磁気作業物質３０へ印加する磁場の大きさの変化率が大きくなるように、冷媒ポンプ３４と磁場印加除去装置３２とを連動させている。

これによると、第２ステップでは、熱媒体の移動の速さが速く磁気作業物質３０から熱媒体への熱伝達が良好なときほど、磁気作業物質３０へ印加する磁場の大きさの増大率を大きくして磁気作業物質における発熱量を大きくする。これにより、第２ステップにおいて、磁気作業物質３０をほぼ等温状態とすることができる。

また、第４ステップでは、熱媒体の移動の速さが速く熱媒体から磁気作業物質３０への熱伝達が良好なときほど、磁気作業物質３０へ印加する磁場の大きさの減少率を大きくして磁気作業物質における吸熱量を大きくする。これにより、第４ステップにおいて、磁気作業物質３０をほぼ等温状態とすることができる。

これらにより、磁気冷凍システム２の運転効率を向上することができる。図２６は、本実施形態の磁気冷凍システム２の熱サイクル特性を温度−エントロピ図上に例示したものである。一点鎖線で示したサイクルが運転効率面において理想的な熱サイクルの一例であるカルノーサイクルである。比較例として破線で示したサイクルは、作動室内の冷媒を停止することなく往復動させるとともに、磁場印加中に磁場を変動させない場合である。

本発明を適用した磁気冷凍システム２では、磁気作業物質３０を、第１ステップＩおよび第３ステップＩＩＩでは断熱状態としていないが、第２ステップＩＩでは略等温励磁変化させ、第４ステップＩＶでは略等温減磁変化させることができる。

図２６に一点鎖線で示した理想的な熱サイクルであるカルノーサイクルは、断熱励磁過程、等温励磁過程、断熱減磁過程および等温減磁過程よりなる。本実施形態の磁気冷凍システム２によれば、第２ステップＩＩを理想的な等温励磁過程に近似させることができる。また、第４ステップＩＶを理想的な等温減磁過程に近似させることができる。

すなわち、本実施形態によれば、図２６に実線で示す熱サイクルのように、理想的なサイクルに近似させることができる。このようにして、等温励磁過程および等温減磁過程において理想的な熱サイクルからの乖離度を低減でき、磁気冷凍システム２の運転効率を向上することができる。

なお、本実施形態の磁気冷凍機１０３において、例えば、制御カムの形状設定により、第１ステップおよび第３ステップで熱媒体の移動を禁止すれば、第１ステップ及び第３ステップで熱作動物質３０を断熱状態とすることが可能である。これによれば、第１の実施形態と同様に、断熱励磁過程、等温励磁過程、断熱減磁過程および等温減磁過程において理想的な熱サイクルからの乖離度を低減でき、磁気冷凍システム２の運転効率を確実に向上することができる。

（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について図２７〜図２９に基づいて説明する。

本第５の実施形態は、前述の第４の実施形態と比較して、磁場の印加パターンが異なる。なお、第１〜第４の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する場合がある。

図２７は、作業室３１１内の熱媒体の流速の変化を例示するグラフであり、他端部３１１ｂから一端部３１１ａ方向の流れを正としている。また、図２８は、作業室３１１内の磁気作業物質３０に印加される磁場の変化を例示するグラフである。図２８および図２９では、第１ステップをＩ、第２ステップをＩＩ、第３ステップをＩＩＩ、第４ステップをＩＶとしている。

本実施形態の磁気冷凍システムは、第４の実施形態とほぼ同様である。第４の実施形態の磁気冷凍システム２に対し、磁場印加除去装置３２と冷媒ポンプ３４とが連動する際の相互の位相が若干シフトしており、図２７に示す熱媒体の流速パターンと図２８に示す磁場印加パターンとが同期するようになっている。また、本実施形態の磁場印加除去装置３２は、例えば、第１の実施形態で説明した、ギャップ３１Ｇの寸法、磁気抵抗部材３２４の磁気抵抗値、隙間部３２２１の隙間寸法、永久磁石の残留磁束密度、永久磁石の保持力、永久磁石の着磁方向、および、永久磁石の厚さのうち、1つもしくは２つ以上を、位相に対応して変化させる構成を有し、図２８に示すような磁場印加パターンを得ている。

本実施形態の磁気冷凍システムでは、第１ステップ、第２ステップ、第３ステップおよび第４ステップの順で実行するサイクルを繰り返して、冷却用熱交換器１２で吸熱した熱を加熱用熱交換器１３から放熱することができる。

第１ステップでは、作業室３３１の一端部３１１ａ側から他端部３１１ｂ側への熱媒体の移動の速さを減少させ（図２７のＩ参照）、磁気作業物質３０に対して磁場は印加しない（磁場の大きさを変更しない。ただし本例では磁場強さ＝０。図２８のＩ参照）。第１ステップでは、磁場の大きさは変化しないので磁気作業物質３０は温熱を生成しないが、作業室３１１内を移動する熱媒体からの熱伝達により、磁気作業物質３０を昇温させることができる。

第２ステップでは、作業室３１１の他端部３１１ｂ側から一端部３１１ａ側への熱媒体の移動の速さを増大させ（図２７のＩＩ参照）、磁気作業物質３０に印加する磁場も増大させる（図２８のＩＩ参照）。第２ステップでは、熱媒体の移動の速さが速いときほど磁気作業物質３０へ印加する磁場の大きさの増大率が大きくなるように、磁場の大きさを増大させる。例えば、熱媒体の流速が最大となったときに、磁場の増加率（図９のＩＩにおける磁場曲線の傾き）が最大となる。これにより、磁気作業物質３０を略等温状態とし、第２ステップが継続する間、磁気作業物質３０と熱媒体との間の熱伝達率を高い状態で維持するようにしている。

第２ステップでは、作業室３１１の他端部３１１ｂ側から一端部３１１ａ側へ熱媒体を移動させ、第１ステップで昇温した磁気作業物質３０から、第２ステップでの発熱分の温熱を熱媒体へ伝達して、一端部３３１ａ側へ運ぶことができる。

また、第３ステップでは、作業室３３１の他端部３１１ｂ側から一端部３１１ａ側への熱媒体の移動の速さを減少させ（図２７のＩＩＩ参照）、磁気作業物質３０に対して印加する磁場の大きさを変更しない。（図２８のＩＩＩ参照）。第３ステップでは、磁場の大きさは変化しないので磁気作業物質３０は冷熱を生成しないが、作業室３１１内を移動する熱媒体への熱伝達により、磁気作業物質３０を降温させることができる。

第４ステップでは、作業室３１１の一端部３１１ａ側から他端部３１１ｂ側への熱媒体の移動の速さを増大させ（図２７のＩＶ参照）、磁気作業物質３０に印加する磁場を減少させる（図２８のＩＶ参照）。第４ステップでは、熱媒体の移動の速さが速いときほど磁気作業物質３０へ印加する磁場の大きさの減少率が大きくなるように、磁場の大きさを増大させる。これにより、磁気作業物質３０を略等温状態とし、第４ステップが継続する間、磁気作業物質３０と熱媒体との間の熱伝達率を高い状態で維持するようにしている。

第４ステップでは、作業室３１１の一端部３１１ａ側から他端部３１１ｂ側へ熱媒体を移動させ、第３ステップで降温した磁気作業物質３０から、第４ステップでの減熱分の冷熱を熱媒体へ伝達して他端部３３１ｂ側へ運ぶことができる。

本実施形態の磁気冷凍システムによれば、第２ステップおよび第４ステップでは、熱媒体の移動の速さが速いときほど磁気作業物質３０へ印加する磁場の大きさの変化率が大きくなるように、冷媒ポンプ３４と磁場印加除去装置３２とを連動させている。

これによると、第２ステップでは、熱媒体の移動の速さが速く磁気作業物質３０から熱媒体への熱伝達が良好なときほど、磁気作業物質３０へ印加する磁場の大きさの増大率を大きくして磁気作業物質における発熱量を大きくする。これにより、第２ステップにおいて、磁気作業物質３０をほぼ等温状態とすることができる。

また、第４ステップでは、熱媒体の移動の速さが速く熱媒体から磁気作業物質３０への熱伝達が良好なときほど、磁気作業物質３０へ印加する磁場の大きさの減少率を大きくして磁気作業物質における吸熱量を大きくする。これにより、第４ステップにおいて、磁気作業物質３０をほぼ等温状態とすることができる。

これらにより、磁気冷凍システム２の運転効率を向上することができる。図２９は、本実施形態の磁気冷凍システム２の熱サイクル特性を温度−エントロピ図上に例示したものである。一点鎖線で示したサイクルが運転効率面において理想的な熱サイクルの一例であるエリクソンサイクルである。また、二点鎖線で示したサイクルは、前述のカルノーサイクルである。

本実施形態の磁気冷凍システムでは、磁気作業物質３０を、第２ステップＩＩでは略等温励磁変化させ、第４ステップＩＶでは略等温減磁変化させることができる。

図２９に一点鎖線で示した理想的な熱サイクルの一例であるエリクソンサイクルは、等温励磁過程および等温減磁過程を有している。本実施形態の磁気冷凍システム２によれば、第２ステップＩＩを理想的な等温励磁過程に近似させることができる。また、第４ステップＩＶを理想的な等温減磁過程に近似させることができる。

すなわち、本実施形態によれば、図２９に実線で示す熱サイクルのように、理想的なサイクルに近似させることができる。このようにして、等温励磁過程および等温減磁過程において理想的な熱サイクルからの乖離度を低減でき、磁気冷凍システム２の運転効率を向上することができる。

なお、本実施形態の磁気冷凍システムにおいて、熱媒体の流速パターンと磁場印加パターンとの同期は、図２７および図２８に示す関係に限定されるものではない。例えば図２７に示す熱媒体流速パターンにおいて、第２ステップを熱媒体の流速が最大値を越えるところまで延長する。そして、延長した第２ステップにおいて、熱媒体の流速が速いときほど磁気作業物質３０へ印加する磁場の大きさの変化率が大きくなるように、磁場を変化させてもかまわない。

（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態について図１８、図３０および図３１に基づいて説明する。

本第６の実施形態は、前述の第２の実施形態と比較して、磁場の印加パターンが異なる。なお、第１〜第５の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する場合がある。

図１８は、作業室３１１内の熱媒体の流速の変化を例示するグラフであり、他端部３１１ｂから一端部３１１ａ方向の流れを正としている。作業室３１１内の熱媒体の流速パターンは、第２の実施形態と同一である。また、図３０は、作業室３１１内の磁気作業物質３０に印加される磁場の変化を例示するグラフである。図１８および図３０では、第１ステップをＩ、第２ステップをＩＩ、第３ステップをＩＩＩ、第４ステップをＩＶとしている。

本実施形態の磁気冷凍システムは、第２の実施形態とほぼ同様である。本実施形態の磁場印加除去装置３２は、例えば第１の実施形態で説明したギャップ３１Ｇの寸法、磁気抵抗部材３２４の磁気抵抗値、隙間部３２２１の隙間寸法、永久磁石の残留磁束密度、永久磁石の保持力、永久磁石の着磁方向、および、永久磁石の厚さ等を、周方向（ロータ回転方向）に変化させる構成を有していない。本実施形態の磁場印加除去装置３２は、周方向に延びて軸直交断面が円弧状をなし一定の着磁がなされた永久磁石が、周方向の半分の領域に配設されている。これにより、図３０に示すような磁場印加パターンを得ている。

本実施形態の磁気冷凍システムの作動時には、第１ステップおよび第３ステップでは、第１、第２の実施形態と同様の作動をする。ただし、第３ステップでは、磁気作業物質３０に印加する磁場は、急激に減少され磁場強さは０となる（ほぼ完全に消磁される）。

第２ステップでは、冷媒ポンプ３４Ａから吐出される冷媒に加え、蓄圧タンク４１ａに蓄圧されていたエネルギーにより、作業室３１１の他端部３１１ｂに冷媒が一気に流入し、作動室３１１内に他端部３１１ｂから一端部３１１ａへ向かうほぼ定速の冷媒流れが速やかに形成される（図１８のＩＩ参照）。冷媒ポンプ３４Ｂは高温側冷媒回路４を介して冷媒を吸入し、作業室３１１の一端部３１１ａから高温側冷媒回路４へ、磁気作業物質３０で加熱され高温となった冷媒が流出する。

このとき、永久磁石３２３によって作業室３１１内の磁気作業物質３０に印加される磁場は、第１ステップで増加させた磁場（第１ステップ終了時点の磁場）が維持される（図３０のＩＩ参照）。すなわち、第１ステップを開始して、時間経過に伴い増加する冷媒入口３１３ａと作業室３１１との圧力差が所定圧に到達すると、磁気作業物質３０に印加する磁場を第１ステップ終了時点よりも減少させることなく一定に保ち、作業室３１１の他端部３１１ｂ側から一端部３１１ａ側へ熱媒体を移動させる第２ステップが実行される。第２ステップでは、作業室３１１の他端部３１１ｂ側から一端部３１１ａ側へ熱媒体を移動させ、第１ステップで昇温した磁気作業物質３０から熱媒体へ温熱を伝達して一端部３３１ａ側へ運ぶことができる。

第２ステップでは、磁気作業物質３０に印加する磁場は変化しないので、磁気作業物質３０は温熱を生成しない。第２ステップでは、第１ステップで生成された温熱が熱媒体へ伝達され、磁気作業物質３０は降温する。

第４ステップでは、冷媒ポンプ３４Ｂから吐出される冷媒に加え、蓄圧タンク４１ｂに蓄圧されていたエネルギーにより、作業室３１１の一端部３１１ａに冷媒が一気に流入し、作動室３１１内に一端部３１１ａから他端部３１１ｂへ向かうほぼ定速の冷媒流れが速やかに形成される（図１８のＩＶ参照）。冷媒ポンプ３４Ａは低温側冷媒回路５を介して冷媒を吸入し、作業室３１１の他端部３１１ｂから低温側冷媒回路５へ、磁気作業物質３０で冷却され低温となった冷媒が流出する。

このとき、永久磁石３２３によって作業室３１１内の磁気作業物質３０に印加される磁場は、第３ステップで減少させた磁場（第３ステップ終了時点の磁場、本例では印加磁場がほぼ消滅した状態）が維持される（図３０のＩＶ参照）。すなわち、第３ステップを開始して、時間経過に伴い減少する冷媒入口３１２ａと作業室３１１との圧力差が所定圧に到達すると、磁気作業物質３０に印加する磁場を第３ステップ終了時点よりも増加させることなく一定に保ち、作業室３１１の一端部３１１ａ側から他端部３１１ｂ側へ熱媒体を移動させる第４ステップが実行される。第４ステップでは、作業室３１１の一端部３１１ａ側から他端部３１１ｂ側へ熱媒体を移動させ、第３ステップで降温した磁気作業物質３０から熱媒体へ冷熱を伝達して他端部３３１ｂ側へ運ぶことができる。

第４ステップでは、磁気作業物質３０に印加する磁場は変化しないので、磁気作業物質３０は冷熱を生成しない。第４ステップでは、第３ステップで生成された冷熱が熱媒体へ伝達され、磁気作業物質３０は昇温する。

上述の構成および作動によれば、第１ステップ、第２ステップ、第３ステップおよび第４ステップの順で実行するサイクルを繰り返して、冷却用熱交換器１２で吸熱した熱を加熱用熱交換器１３から放熱することができる。

第１ステップでは、作業室３３１内の熱媒体の移動を停止した断熱状態を形成して、磁気作業物質３０に対して印加する磁場を増大させ、磁気作業物質３０を昇温させることができる。第２ステップでは、作業室３１１の他端部３１１ｂ側から一端部３１１ａ側へ熱媒体を移動させ、第１ステップで昇温した磁気作業物質３０から温熱を熱媒体へ伝達して、一端部３３１ａ側へ運ぶことができる。

また、第３ステップでは、作業室３３１内の熱媒体の移動を停止した断熱状態を形成して、磁気作業物質３０に対して印加する磁場を減少させ、磁気作業物質３０を降温させることができる。第４ステップでは、作業室３１１の一端部３１１ａ側から他端部３１１ｂ側へ熱媒体を移動させ、第３ステップで降温した磁気作業物質３０から冷熱を熱媒体へ伝達して他端部３３１ｂ側へ運ぶことができる。

これらにより、磁気冷凍システム２の運転効率を向上することができる。図３１は、本実施形態の磁気冷凍システム２の熱サイクル特性を温度−エントロピ図上に例示したものである。一点鎖線で示したサイクルが運転効率面において理想的な熱サイクルの一例であるブレイトンサイクルである。また、二点鎖線で示したサイクルは、前述のカルノーサイクルである。比較例として破線で示したサイクルは、作動室内の冷媒を停止することなく往復動させるとともに、磁場印加中に磁場を変動させない場合である。

本実施形態の磁気冷凍システムでは、磁気作業物質３０を、第１ステップＩでは略断熱励磁変化させ、第３ステップＩＩＩでは略断熱減磁変化させることができる。

図３１に一点鎖線で示した理想的な熱サイクルの一例であるブレイトンサイクルは、断熱励磁過程および断熱減磁過程を有している。本実施形態の磁気冷凍システム２によれば、第１ステップＩを理想的な断熱励磁過程に近似させることができる。また、第３ステップＩＩＩを理想的な断熱減磁過程に近似させることができる。

すなわち、本実施形態によれば、図３１に実線で示す熱サイクルのように、理想的なサイクルに近似させることができる。このようにして、断熱励磁過程および断熱減磁過程において理想的な熱サイクルからの乖離度を低減でき、磁気冷凍システム２の運転効率を向上することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

上記第１、第２、第６の実施形態に例示した構成では、所定圧開弁装置である圧力弁４２ａ、４２ｂを、冷媒ポンプ３４Ａ、３４Ｂから冷媒が導入される作業室３１１の冷媒導入口の側に設け、上記第３、第４の実施形態に例示した構成では、所定圧開弁装置であるディスチャージバルブ３１２ｄ、３１３ｄを、冷媒ポンプ３４Ａ、３４Ｂから導入された冷媒が熱交換器１２、１３へ向かって導出される作業室３１１の冷媒導出口の側に設けていたが、作業室３１１の冷媒導入口側・冷媒導出口側のいずれに設けるものであってもよい。所定圧開弁装置を作業室３１１の冷媒導入口側に設ければ、上記第１ステップおよび第３ステップにおいて、作業室３１１内の冷媒の移動を確実に停止させることができる。

また、上記第１、第２、第３、第６の実施形態に例示した構成では、蓄圧手段である蓄圧タンク４１ａ、４１ｂは、上記第１ステップおよび第３ステップでは、冷媒ポンプ３４、３４Ａ、３４Ｂが吐出する冷媒の吐出圧を蓄圧するものであったが、冷媒ポンプ３４、３４Ａ、３４Ｂの吸入圧を蓄圧するものであってもかまわない。

また、上記第１、第２、第３、第６の実施形態に例示した構成では、熱媒体移動禁止手段を、蓄圧手段と所定圧開弁装置とで構成し、時間経過に伴い変化する物理量である圧力差が所定値に到達したときに、第１ステップから第２ステップへの移行、および、第３ステップから第４ステップへの移行を行っていたが、これに限定されるものではない。例えば、熱媒体移動禁止手段を、回転軸回転角度検出手段と電磁弁とで構成し、時間経過に伴い変化する物理量である回転軸の回転角度に応じて電磁弁を開弁するものであってもよい。また、熱媒体移動禁止手段を、タイマーと電磁弁とで構成し、所定時間経過した際に電磁弁を開弁するものであってもよい。

また、上記第１、第２、第３、第６の実施形態に例示した構成では、冷媒ポンプ３４、３４Ａ、３４Ｂを連続駆動し、蓄圧手段と所定圧開弁装置とで構成された熱媒体移動禁止手段によって、第１ステップおよび第３ステップで冷媒の移動を禁止していたが、これに限定されるものではない。例えば、冷媒ポンプ３４、３４Ａ、３４Ｂを、第１ステップおよび第３ステップでは停止するように、断続的に駆動するものであってもよい。

また、上記各実施形態では、磁場印加除去装置を回転することで磁気作業物質に印加する所定の磁場パターンを得ていたが、これに限定されるものではなく、磁場印加除去装置と磁気作業物質とが相対的に移動するものであればよい。例えば、磁場印加除去装置が固定され、作業室が回転するものであってもよい。

また、所定の磁場パターンが得られるのであれば、磁場印加除去装置と磁気作業物質とが相対的に移動するものに限定されるものでもない。例えば、磁場印加除去装置と磁気作業物質との相対的な移動がない構成において、第１の実施形態で説明した、ギャップ３１Ｇの寸法を変更する手段、磁気抵抗部材３２４の磁気抵抗値を変更する手段、隙間部３２２１の隙間寸法を変更する手段のいずれかを採用してもかまわない。すなわち、磁場印加除去装置および磁気作業物質が固定された状態で、磁気回路中のギャップや隙間部を機械的に寸法変化させたり、磁気回路中に配設する磁気抵抗部材のみを移動させたりするものであってもかまわない。

また、上記各実施形態では、磁場印加除去装置３２の磁場発生手段を永久磁石３２３で構成していたが、これに限定されるものではない。磁場発生手段を通電により磁場を生ずる電磁石で構成してもよい。

例えば、図３２および図３３に例示する構成の磁気冷凍機２０３を採用してもかまわない。図３２は、磁気冷凍機２０３の軸方向断面図であり、図３３は、熱交換容器３１の軸直交断面図である。図３２および図３３に示しように、磁気冷凍機２０３は、第４の実施形態で説明した磁気冷凍機１０３に対し、磁場変更手段を通電により電磁石となるコイル１３２としている。

図３２および図３３に示すように、コイル１３２は、内部に作業室３１１を形成する保持部材３３の周りに巻装されている。コイル１３２に通電する電流値を変更することで、上記各実施形態において磁気作業物質３０に印加する各種の磁場パターンを容易に形成することができる。

すなわち、磁場変更手段を電磁石であるコイル１３２とし、上記第１〜第５の実施形態の第２ステップおよび第４ステップでは、ヒートポンプサイクルの動作周期中の位相に対応してコイル１３２に通電する電流値を変更することで、熱媒体の移動の速さに応じた磁場の大きさの変化率を設定することが可能である。

このように、磁場変更手段を電磁石とし、電磁石に通電する電流値を変化させることで、磁気作業物質へ印加する磁場の大きさを容易に変更することができる。したがって、磁場変更手段は、位相に応じて磁気作業物質へ印加する磁場の大きさおよびその増減率を容易に変更することができる。

図３２および図３３に示すように、磁気冷凍機２０３では、１つの熱交換容器３１内に２つの作業室３１１を形成しており、各作業室３１１のそれぞれに対応してコイル１３２を配設している。２つのコイル１３２が形成する磁場パターンは、例えば相互に位相がずれたものとなる。そこで、図３３に示すように、コイル１３２に通電された際にヨークとなる熱交換容器３１には、２つのコイル１３２が形成する磁場同士の干渉を抑制するように、例えば樹脂材からなる低透磁率材層３１ｓが形成されている。

作業室およびコイルの数は２つに限定されるものではない。また、各コイルが形成する磁場同士が互いに悪影響を与えることがなければ、低透磁率材層を省略することが可能である。

また、上記第１〜第４、第６の実施形態では、磁場パターンが急峻に上昇するときの前後を含め第１ステップとし、磁場パターンが急峻に下降するときの前後を含め第３ステップとしていたが、これに限定されるものではない。例えば、磁場パターンが急峻に上昇するときのみを第１ステップとし、磁場パターンが急峻に下降するときのみを第３ステップとしてもかまわない。

また、上記各実施形態では、作業室３１１の一端部３１１ａの高温の冷媒を外部の加熱用熱交換器１３に循環して外部流体に放熱し、作業室３１１の他端部３１１ｂの低温の冷媒を外部の冷却用熱交換器１２に循環して外部流体から吸熱していたが、これに限定されるものではない。例えば、熱媒体と外部流体との熱交換を作動室の両端部で行うものであってもよい。

２ 磁気冷凍システム（磁気ヒートポンプ装置）
３０ 磁気作業物質
３１、３１ａ、３１ｂ 熱交換容器（容器）
３１Ｇ ギャップ
３２、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ、３２Ｅ 磁場印加除去装置（磁場変更手段）
３４、３４Ａ、３４Ｂ 冷媒ポンプ（熱媒体移動手段）
４１ａ、４１ｂ 蓄圧タンク（蓄圧手段、熱媒体移動禁止手段の一部）
４２ａ、４２ｂ 圧力弁（所定圧開弁装置、熱媒体移動禁止手段の一部）
１３２ コイル（電磁石、磁場変更手段）
３１１ 作動室
３１１ａ 一端部
３１１ｂ 他端部
３１２ｄ、３１３ｄ ディスチャージバルブ（所定圧開弁装置、熱媒体移動禁止手段の一部）
３２２、３２２ａ、３２２ｂ ロータ（ヨークの一部）
３２３、３２３ａ、３２３ｂ、３２３１、３２３２、３２３３、３２３９ 永久磁石
３２４ 磁気抵抗部材
３２２１ 隙間部

Claims (16)

1. 磁気熱量効果を有する磁気作業物質（３０）が配置されるとともに熱媒体が流通する作業室（３１１）が形成された容器（３１）と、
   前記磁気作業物質（３０）へ印加する磁場の大きさを変更する磁場変更手段（３２）と、
   前記磁気作業物質（３０）を挟む前記作業室（３１１）の両端部のうち、一端部（３１１ａ）側と他端部（３１１ｂ）側との間で前記熱媒体を往復移動させる熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）と、
   前記一端部（３１１ａ）側の前記熱媒体が有する熱を外部へ放熱する放熱手段（１３）と、
   前記他端部（３１１ｂ）側の前記熱媒体へ外部の熱を吸熱する吸熱手段（１２）と、を備え、
   前記磁気作業物質（３０）を昇温させる第１ステップと、
   前記第１ステップで昇温した前記磁気作業物質（３０）に対し前記磁場変更手段（３２）によって印加する磁場の大きさを増大させつつ、前記熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）によって前記他端部（３１１ｂ）側から前記一端部（３１１ａ）側へ前記熱媒体を移動させる第２ステップと、
   前記第２ステップの後、前記磁気作業物質（３０）を降温させる第３ステップと、
   前記第３ステップで降温した前記前記磁気作業物質（３０）に対し前記磁場変更手段（３２）によって印加する磁場の大きさを減少させつつ、前記熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）によって前記一端部（３１１ａ）側から前記他端部（３１１ｂ）側へ前記熱媒体を移動させる第４ステップとを、
   前記第１ステップ、前記第２ステップ、前記第３ステップおよび前記第４ステップの順で繰り返して動作するヒートポンプサイクルによって、前記吸熱手段（１２）で吸熱した熱を前記放熱手段（１３）から放熱する磁気ヒートポンプ装置であって、
   前記第２ステップおよび前記第４ステップでは、前記熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）による前記熱媒体の移動の速さが速いときほど前記磁場変更手段（３２）による前記磁気作業物質（３０）へ印加する磁場の大きさの変化率が大きくなるように、前記熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）と前記磁場変更手段（３２）とが連動することを特徴とする磁気ヒートポンプ装置。
2. 前記磁場変更手段（３２）は、前記第２ステップおよび前記第４ステップでは、前記ヒートポンプサイクルの動作周期中の位相に応じて、前記磁気作業物質（３０）を通る磁気回路の磁気抵抗を変化させて前記磁気作業物質（３０）へ印加する磁場の大きさを変更し、前記熱媒体の移動の速さに応じた前記磁場の大きさの変化率を設定することを特徴とする請求項１に記載の磁気ヒートポンプ装置。
3. 前記磁気回路には、前記磁気作業物質（３０）が配置されるギャップ（３１Ｇ）が形成されており、
   前記磁場変更手段（３２）は、前記位相に応じて、前記ギャップ（３１Ｇ）の大きさを変化させることで、前記磁気回路の磁気抵抗を変化させることを特徴とする請求項２に記載の磁気ヒートポンプ装置。
4. 前記磁場変更手段（３２Ａ）は、前記位相に応じて、前記磁気回路中に配置される磁気抵抗部材（３２４）の磁気抵抗値を変化させることで、前記磁気回路の磁気抵抗を変化させることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の磁気ヒートポンプ装置。
5. 前記磁気回路の一部を構成するヨーク（３２２）を備え、
   前記ヨーク（３２２）には、前記磁気作業物質（３０）が配置されるギャップとは異なる隙間部（３２２１）が形成されており、
   前記磁場変更手段（３２Ｂ）は、前記位相に応じて、前記隙間部（３２２１）の隙間寸法を変化させることで、前記磁気回路の磁気抵抗を変化させることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１つに記載の磁気ヒートポンプ装置。
6. 前記磁場変更手段（３２Ｃ）は、前記磁気作業物質（３０）と相対的に位置を変更する永久磁石（３２３１）を具備し、
   前記永久磁石（３２３１）が前記ヒートポンプサイクルの動作周期中の位相に対応して前記相対的に位置を変更する方向に異なる磁気特性を有することで、前記磁場変更手段（３２Ｃ）は、前記第２ステップおよび前記第４ステップでは、前記熱媒体の移動の速さに応じた前記磁場の大きさの変化率を設定することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載の磁気ヒートポンプ装置。
7. 前記磁気特性は、残留磁束密度もしくは保持力の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項６に記載の磁気ヒートポンプ装置。
8. 前記磁気特性は、着磁方向であることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の磁気ヒートポンプ装置。
9. 前記永久磁石（３２３３）は、前記相対的に位置を変更する方向において厚さが異なることで、前記位相に対応して前記相対的に位置を変更する方向に異なる磁気特性を有することを特徴とする請求項６ないし請求項８のいずれか１つに記載の磁気ヒートポンプ装置。
10. 前記磁場変更手段は、電磁石（１３２）を具備し、
    前記磁場変更手段は、前記第２ステップおよび前記第４ステップでは、前記ヒートポンプサイクルの動作周期中の位相に対応して前記電磁石（１３２）に通電する電流値を変更することで、前記熱媒体の移動の速さに応じた前記磁場の大きさの変化率を設定することを特徴とする請求項１に記載の磁気ヒートポンプ装置。
11. 前記第１ステップでは、前記熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）による前記作業室（３１１）内の前記熱媒体の移動を停止した状態で、前記磁場変更手段（３２）によって前記磁気作業物質（３０）に印加する磁場を増大させ、
    前記第１ステップを開始して、所定時間経過した後、もしくは、時間経過に伴い変化する物理量が所定値に到達した後に、前記第２ステップを実行し、
    前記第３ステップでは、前記熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）による前記作業室（３１１）内の前記熱媒体の移動を停止した状態で、前記磁場変更手段（３２）によって前記磁気作業物質（３０）に印加する磁場を減少させ、
    前記第３ステップを開始して、所定時間経過した後、もしくは、時間経過に伴い変化する物理量が所定値に到達した後に、前記第４ステップを実行することを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１つに記載の磁気ヒートポンプ装置。
12. 磁気熱量効果を有する磁気作業物質（３０）が配置されるとともに熱媒体が流通する作業室（３１１）が形成された容器（３１）と、
    前記磁気作業物質（３０）へ印加する磁場の大きさを変更する磁場変更手段（３２）と、
    前記磁気作業物質（３０）を挟む前記作業室（３１１）の両端部のうち、一端部（３１１ａ）側と他端部（３１１ｂ）側との間で前記熱媒体を往復移動させる熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）と、
    前記一端部（３１１ａ）側の前記熱媒体が有する熱を外部へ放熱する放熱手段（１３）と、
    前記他端部（３１１ｂ）側の前記熱媒体へ外部の熱を吸熱する吸熱手段（１２）と、を備え、
    前記熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）による前記作業室（３１１）内の前記熱媒体の移動を停止した状態で、前記磁場変更手段（３２）によって前記磁気作業物質（３０）に印加する磁場を増大させる第１ステップと、
    前記第１ステップを開始して、所定時間経過した後、もしくは、時間経過に伴い変化する物理量が所定値に到達した後に、前記磁場変更手段（３２）により前記磁気作業物質（３０）に印加する磁場を前記第１ステップで増大させた磁場よりも減少させることなく、前記熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）によって前記他端部（３１１ｂ）側から前記一端部（３１１ａ）側へ前記熱媒体を移動させる第２ステップと、
    前記第２ステップの後、前記熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）による前記作業室（３１１）内の前記熱媒体の移動を停止した状態で、前記磁場変更手段（３２）によって前記磁気作業物質（３０）に印加する磁場を減少させる第３ステップと、
    前記第３ステップを開始して、所定時間経過した後、もしくは、時間経過に伴い変化する物理量が所定値に到達した後に、前記磁場変更手段（３２）により前記磁気作業物質（３０）に印加する磁場を前記第３ステップで減少させた磁場よりも増大させることなく、前記熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）によって前記一端部（３１１ａ）側から前記他端部（３１１ｂ）側へ前記熱媒体を移動させる第４ステップとを、
    前記第１ステップ、前記第２ステップ、前記第３ステップおよび前記第４ステップの順で繰り返して、前記吸熱手段（１２）で吸熱した熱を前記放熱手段（１３）から放熱することを特徴とする磁気ヒートポンプ装置。
13. 前記熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）は、前記熱媒体を前記往復移動させるように連続的に駆動するものであり、
    前記作業室（３１１）内の前記熱媒体の移動を禁止する熱媒体移動禁止手段（４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ）を備え、
    前記第１ステップおよび前記第３ステップでは、前記熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）を駆動した状態で、前記熱媒体移動禁止手段（４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ）によって前記作業室（３１１）内の前記熱媒体の移動を禁止することにより、前記熱媒体の移動を停止することを特徴とする請求項１２に記載の磁気ヒートポンプ装置。
14. 前記熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）は、前記作業室（３１１）の外部に設けられ、連続的に作動室（３４４ａ、３４４ｂ）の容積を変化させて前記作業室（３１１）の前記熱媒体を吸入および吐出することで、前記熱媒体を前記往復移動させるポンプ手段（３４Ａ、３４Ｂ）であり、
    前記熱媒体移動禁止手段（４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ）は、
    前記作動室（３４４ａ、３４４ｂ）と連通して、前記ポンプ手段（３４Ａ、３４Ｂ）の吐出圧および吸入圧の少なくともいずれかを蓄圧する蓄圧手段（４１ａ、４１ｂ）と、
    前記蓄圧手段（４１ａ、４１ｂ）の蓄圧により前記作業室（３１１）と前記作動室（３４４ａ、３４４ｂ）との圧力差が所定圧力差に到達したときに開弁して、前記ポンプ手段（３４Ａ、３４Ｂ）が吐出もしくは吸入する前記熱媒体を前記作業室（３１１）に流入させる所定圧開弁装置（４２ａ、４２ｂ）と、を有し、
    前記第１ステップを開始して、前記時間経過に伴い変化する物理量である前記圧力差が前記所定圧力差に到達したときに、前記所定圧開弁装置（４２ａ）が開弁して前記第１ステップから前記第２ステップへ移行し、
    前記第３ステップを開始して、前記時間経過に伴い変化する物理量である前記圧力差が前記所定圧力差に到達したときに、前記所定圧開弁装置（４２ｂ）が開弁して前記第３ステップから前記第４ステップへ移行することを特徴とする請求項１３に記載の磁気ヒートポンプ装置。
15. 前記第２ステップでは、前記熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）による前記他端部（３１１ｂ）側から前記一端部（３１１ａ）側への前記熱媒体の移動速度に応じて、前記磁場変更手段（３２）によって前記磁気作業物質（３０）に印加する磁場を増大させ、
    前記第４ステップでは、前記熱媒体移動手段（３４Ａ、３４Ｂ）による前記一端部（３１１ａ）側から前記他端部（３１１ｂ）側への前記熱媒体の移動速度に応じて、前記磁場変更手段（３２）によって前記磁気作業物質（３０）に印加する磁場を減少させることを特徴とする請求項１２ないし請求項１４のいずれか１つに記載の磁気ヒートポンプ装置。
16. 前記第２ステップでは、前記第１ステップよりも、前記磁場変更手段（３２）により前記磁気作業物質（３０）に印加する磁場を緩やかに増大させ、
    前記第４ステップでは、前記第３ステップよりも、前記磁場変更手段（３２）により前記磁気作業物質（３０）に印加する磁場を緩やかに減少させることを特徴とする請求項１５に記載の磁気ヒートポンプ装置。

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