JP2014214943A - 磁気冷暖房装置および冷暖房システム - Google Patents

Abstract

【課題】磁気冷暖房装置内で生成した熱を効率的に外部に取り出す磁気冷暖房装置を提供する。
【解決手段】磁気熱量材料１と熱スイッチ部３０ａおよび３０ｂを交互に備えた磁性体ブロックＭＢを環状に並べた中空状の熱生成ディスク１０と、磁気熱量材料１に磁気を印加する磁石を備えた中空状の磁気印加ディスクとを複数積層し、熱生成ディスク１０に対して磁気印加ディスクを相対的に回転させることによって回転方向と交差する方向に熱を輸送する磁気冷暖房装置において、熱生成ディスク１０の内周に沿って設けられた内周冷媒通路４１と、熱生成ディスク１０の外周に沿って設けられた外周冷媒通路４２と、を有し、それぞれの通路に接続されている内周冷媒出入口４５と、外周冷媒出入口４６を隣り合うように設けた。
【選択図】図３

Description

本発明は、磁気冷暖房装置および冷暖房システムに関し、詳しくは磁気熱量材料を使用した磁気冷暖房装置、およびこの磁気冷暖房装置を用いた冷暖房システムに関する。

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相変化を利用している。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磁気熱量材料という。この磁気熱量材料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。

磁気冷凍技術を応用した冷凍機としては、たとえば、下記特許文献１に記載されているような、固体物質の熱伝導を利用して熱を輸送する磁気冷凍機がある。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。

磁気が印加されると発熱し磁気が除去されると吸熱する正の磁性体（磁気熱量材料）を、間隔をあけて一定方向に複数個並べて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さらに環状に複数配置して磁性体ユニットを形成する。この磁性体ユニットと同心で内径と外径が略等しい円盤上に複数個の磁性体に対して、一定の方向および円周方向共に一つおきに対峙するように永久磁石を配置して磁気ユニットを形成する。この磁気ユニットは磁性体ユニットを上下から挟むように配置する。また磁気ユニットの一方には複数の磁性体の間で、複数の磁性体の一定の方向および円周方向共に一つおきに挿脱されるように熱伝導部材を配置する。また環状に複数配置した磁性体ブロックの内周側に低温側熱交換部、外周側に高温側熱交換部を配置する。

そして磁性体ユニットを磁性体に対し相対的に回転させる。永久磁石と熱伝導部材が回転することで、磁性体には磁気が印加または除去されることになり、同時に熱伝導部材が挿脱されることになる。これにより磁性体は磁気熱量効果により発熱または吸熱して、その熱が熱伝導部材によって磁性体ブロックに磁性体が配置されている方向に伝達されて、低温側熱交換部から高温側熱交換部へ熱輸送されることになる。

国際公開第２０１２／１５０６８１号

しかし、上記特許文献１に記載された磁気冷凍機は、固体物質の熱伝導を利用して一方向に熱を輸送する構成は開示されているものの、輸送した熱を外部と熱交換するための具体的な構成は開示されていない。磁気冷凍機は、低温側熱交換部において他の物体から磁気冷凍機に熱を効率的に伝えないと、他の物体の熱を外に取り出すことができない。一方、高温側熱交換部では磁気冷凍機で輸送した熱を効率的に外部に放出することができないと、磁気冷凍機内に熱が籠り、磁気冷凍機としての熱効率が著しく低下することになる。

本発明は、上記のような事情に鑑みて成されたものであり、磁気冷暖房装置と外部との熱交換を効率的に行うことのできる磁気冷暖房装置の提供を目的とする。また、これにより効率的な冷暖房を行うことのできる冷暖房システム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暖房装置は、磁気熱量効果を有する磁気熱量材料と、この磁気熱量材料の熱を輸送する熱スイッチ部とを交互に配置した熱輸送器を、環状に間隔をあけて複数配置した中空状の熱生成ディスクと、前記磁気熱量材料に磁気を印加する磁石を備えた中空状の磁気印加ディスクと、を有して、熱生成ディスクに対して磁気印加ディスクを相対的に回転させることによって回転方向とは交差する方向に熱を輸送する磁気冷暖房装置である。そしてこの磁気冷暖房装置において、熱生成ディスクの内周に沿って設けられた内周冷媒通路と、熱生成ディスクの外周に沿って設けられた外周冷媒通路と、内周冷媒通路に接続されていて、内周冷媒通路に流す内周冷媒の入口または出口となる内周冷媒出入口と、外周冷媒通路に接続されていて、外周冷媒通路に流す外周冷媒の入口または出口となる外周冷媒出入口と、を有し、内周冷媒出入口と外周冷媒出入口が隣り合うように設けられていることを特徴とする。

また、上記目的を達成するための本発明に係る冷暖房システムは、本発明による磁気冷暖房装置を用いる。そして、空調する空間との熱交換後、本発明の磁気冷暖房装置に戻ってきて内周冷媒出入口または外周冷媒出入口に入る冷媒の温度を監視する流入冷媒温度監視部と、磁気冷暖房装置の内周冷媒出入口または外周冷媒出入口から出てゆく冷媒の温度を監視する流出冷媒温度監視部と、流入冷媒温度監視部および流出冷媒温度監視部からの冷媒温度の情報に基づき、内周冷媒出入口または外周冷媒出入口から出てゆく冷媒の温度が所定の温度領域になるように磁気冷暖房装置を制御する制御部と、を有することを特徴とする。

上記のような構成を有する本発明によれば、複数の磁気熱量材料と、この磁気熱量材料の熱を輸送する熱スイッチ部とを交互に配置した熱輸送器を環状に並べて熱生成ディスクを形成している。そして熱生成ディスクの内周に沿って内周冷媒通路、外周に沿って外周冷媒通路を設け、これらに流す冷媒の入口または出口となる内周冷媒出入口と外周冷媒出入口を隣り合うように配置した。これにより熱輸送器によって生成される熱による温度差が最も大きくなる熱輸送器の内周端と外周端に冷媒を流すことができるようになる。したがって、それら冷媒により磁気冷暖房装置と外部との熱交換を効率的に行うことができる。

本実施形態に係る磁気冷暖房装置の外観図である。 磁気冷暖房装置の内部構成を説明するための図であり、図１中Ａ−Ａ線に沿う部分断面図であって、略円筒形状の磁気冷暖房装置における半径部分を示している。 磁気熱量材料の配置を説明するための平面図である。 磁石の配置を説明するための平面図である。 内周冷媒通路および外周冷媒通路に通じている冷媒出入口を説明するための図であり、図５Ａは図３におけるＡ−Ａ線に沿う切断部端面図であり、図５Ｂは図３におけるＢ−Ｂ線に沿う切断部端面図である。 内周冷媒および外周冷媒を流す方向について説明するための説明図である。 内周冷媒および外周冷媒を流す方向について説明するための説明図である。 内周冷媒通路が高温側熱交換器、外周冷媒通路が低温側熱交換器とした場合における内周冷媒と外周冷媒のそれぞれの温度変化の仕方を説明するためのグラフであり、図８Ａは平流方式のときのグラフであり、図８Ｂは向流方式のときのグラフである。 並流方式の場合の一つの磁性体ブロックにおける磁気熱量材料の並びを説明するための説明図である。 並流方式の場合における各磁性体ブロックを構成する複数の磁気熱量材料のそれぞれのキュリー点を示すグラフである。 向流方式の場合の一つの磁性体ブロックにおける磁気熱量材料の並びを説明するための説明図である。 向流方式の場合における各磁性体ブロックを構成する複数の磁気熱量材料のそれぞれのキュリー点を示すグラフである。 熱スイッチ部の形態１を説明するための説明図である。 熱スイッチ部の形態２を説明するための説明図である。 熱スイッチ部の形態３を説明するための説明図である。 熱スイッチ部の形態４を説明するための説明図である。 熱スイッチ部の形態５を説明するための説明図である。 熱スイッチ部の形態６を説明するための説明図である。 熱スイッチ部の形態７を説明するための説明図である。 熱スイッチ部の形態８における熱スイッチ部の構成を説明するための熱スイッチ部分の断面図である。 熱スイッチ部の形態８における熱スイッチ部の構成を説明するための熱スイッチ部分の平面図である。 エレクトロウェッティングの原理を説明するための説明図である。 隙間における液体金属の移動を説明するための説明図で、隙間における液体金属部分の拡大図である。 図２０と同じ部分の断面図であり、液体金属が隙間を上がってきた状態、すなわち熱伝達状態を示している。 熱スイッチ部の形態９における熱スイッチ部の構成を説明するための平面図である。 第１の状態における磁気印加ディスク上の磁石の位置を示す概略平面図である。 第１の状態のときの磁性体ブロックの概略断面図である。 第１の状態から３０度回転した第２の状態における磁気印加ディスク上の磁石の位置を示す概略平面図である。 第２の状態のときの磁性体ブロックの概略断面図である。

第２の状態のときの磁性体ブロックの概略断面図である。
冷暖房システムに係る磁気冷暖房装置の空気の循環系統を示す図である。 冷暖房システムに係る磁気冷暖房装置の制御系のブロック図である。 図３１の空調情報入力部のさらに具体的な制御系のブロック図である。 磁気冷暖房装置の動作を制御する手順を示すフローチャートである。 内周冷媒通路が低温側熱交換器、外周冷媒通路が高温側熱交換器とした場合における内周冷媒と外周冷媒のそれぞれの温度変化の仕方を説明するためのグラフであり、図３４Ａは平流方式のときのグラフであり、図３４Ｂは向流方式のときのグラフである。 内周冷媒通路が低温側熱交換器、外周冷媒通路が高温側熱交換器とした場合において、並流方式の場合における各磁性体ブロックを構成する複数の磁気熱量材料のそれぞれのキュリー点を示すグラフである。 内周冷媒通路が低温側熱交換器、外周冷媒通路が高温側熱交換器とした場合において、向流方式の場合における各磁性体ブロックを構成する複数の磁気熱量材料のそれぞれのキュリー点を示すグラフである。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面における各部材の大きさや比率は説明の都合上誇張または簡略化されており、実際の大きさや比率とは異なる。

〔実施形態１〕
［全体構成］
図１は本実施形態に係る磁気冷暖房装置の外観図である。図に示すように、磁気冷暖房装置５００は略円柱状の外形をしており、ハウジング５０によって覆われている。

ハウジング５０からは、内周冷媒通路４１（詳細後述）に接続されていて内周冷媒の入口または出口となる内周冷媒出入口４５と、外周冷媒通路４２（詳細後述）に接続されていて外周冷媒の入口または出口となる外周冷媒出入口４６が引き出されている。内周冷媒出入口４５および外周冷媒出入口４６は、直径方向の両端においてそれぞれが隣り合うように設けられている。

また、ハウジング５０の中心部には、ハウジング５０に対して回転自在となっている回転軸６０が出ている。

図２は磁気冷暖房装置の内部構成を説明するための図であり、図１中Ａ−Ａ線に沿う部分断面図であって、略円柱状の磁気冷暖房装置における半径部分を示している。図３は磁気熱量材料の配置を説明するための平面図である。図４は磁石の配置を説明するための平面図である。

ハウジング５０の内部には、磁気熱量効果を有する磁性体である磁気熱量材料１と、熱を輸送するための熱スイッチ部３０ａおよび３０ｂが交互に並べられた磁性体ブロックが入っている。この磁性体ブロックが熱輸送器となる。

熱スイッチ部３０ａおよび３０ｂは機能的には同じものであるが、熱伝達状態（オン状態）と断熱状態（オフ状態）が３０ａと３０ｂで互いに逆となる。熱スイッチ部３０ａと３０ｂのオン、オフの切り替えは、磁気印加ディスク（後述）の回転に合わせてどちらか一方の状態となるようにする。この熱スイッチ部３０ａと３０ｂのオン、オフを切り替えることで複数の磁気熱量材料１の熱を半径方向に輸送している。すなわち、環状に接続された磁性体ブロックＭＢの円周方向と交差する方向に熱を輸送するのである。

図３を参照して磁性体ブロック（熱輸送器）を説明する。一つの磁性体ブロックＭＢは、複数の磁気熱量材料１と熱スイッチ部３０ａおよび３０ｂが半径方向に交互に配置されている。そして、磁性体ブロックＭＢは環状に間隔をあけて並列に１２個配置している。各磁性体ブロックＭＢの間（間隔の部分）は空気層または断熱材などにより断熱されている。この環状に並べた１２個の磁性体ブロックＭＢにより中空状で円盤形状となった熱生成ディスク１０が構成されている。

磁気熱量材料１については後に詳述するが、本実施形態では磁気熱量効果として磁気が印加されると発熱し磁気が除去されると吸熱する正の磁気熱量材料を用いている。

熱生成ディスク１０の内周に沿って内周冷媒通路４１が設けられている。内周冷媒通路４１は内周端にある磁気熱量材料１と熱スイッチ部３０ａを介して隣接されている。この内周冷媒通路４１は高温側熱交換器となるものである。

また、熱生成ディスク１０の外周に沿って外周冷媒通路４２が設けられている。外周冷媒通路４２は外周端にある磁気熱量材料１と熱スイッチ部３０ａを介して隣接している。外周冷媒通路４２は低温側熱交換器となるものである。

内周冷媒通路４１（高温側熱交換器）に流す冷媒を内周冷媒、外周冷媒通路４２（低温側熱交換器）に流す冷媒を外周冷媒と称する。

磁気熱量材料１、熱スイッチ部３０ａおよび３０ｂ、内周冷媒通路４１、および外周冷媒通路４２は、磁気熱量材料基板１１上に固定されている（図２参照）。

このような内周冷媒通路４１と外周冷媒通路４２の配置とすることで、一つひとつの磁性体ブロックＭＢによって生成される熱による温度差が最も大きくなる磁性体ブロックの内周端と外周端に冷媒を流すことができるようになる。

熱生成ディスク１０は、図２に示したように、磁気熱量材料基板１１の内周端において内周冷媒通路４１ごと回転軸６０に対してボールベアリングなどの回転支持部材５１を介して回転軸６０の回転を妨げないように支持されている。一方、熱生成ディスク１０の磁気熱量材料基板１１外周端は外周冷媒通路４２ごとハウジング５０に固定されている。

熱生成ディスク１０の上下には、図２に示したように、磁気印加ディスク２０が配置されている。図４を参照して磁気印加ディスク２０を説明する。磁気印加ディスク２０上には、複数の磁石２が設けられている。各磁石２は、複数の磁気熱量材料１の半径方向一つおきに対峙するとともに、円周方向にも磁気熱量材料１に対して一つおきに対峙するように配置されている。このため磁気印加ディスク２０が熱生成ディスク１０に対して相対的に回転して３０度進むごとに、磁気が印加される磁気熱量材料１が次々に切り替わって行くことになる。各磁石２は磁石基板２１上に固定されている。

また、磁気印加ディスク２０は、図２に示すように、磁気熱量材料１と磁石２の間に隙間がある。磁気印加ディスク２０は中空状であり、その内周端は回転軸６０に固定されている。一方、磁気印加ディスク２０の外周端はハウジング５０との間に隙間があり、熱生成ディスク１０の外周部（おおむね外周冷媒通路４２部分）において、ボールベアリングなどの回転支持部材５２を介して回転自在に支持されている。これにより磁気印加ディスク２０は回転軸６０の回転によって、熱生成ディスク１０に対して相対的に回転することができるようになっている。

熱生成ディスク１０と、熱生成ディスク１０に対して図示上下側に配置された磁気印加ディスク２０が１セットとなって一つの層を形成している。このようなセット（層）が、図２に示したように、複数積層されている。積層方向中間部分にある磁気印加ディスク２０は、図２に示したように、磁気印加ディスク２０の一方側の磁気熱量材料１と対峙する磁石２を保持するとともに、他方の側の磁気熱量材料１と対峙する磁石２を保持している。そして、一方側の磁気熱量材料１に対峙する磁石２の位置と、他方の側の磁気熱量材料１に対峙する磁石２の位置が、磁気印加ディスク２０の回転方向に３０度ずれた配置となるようにしている。なお、積層方向の端にある磁気印加ディスク２０は、図２に示したように、磁気熱量材料１と対峙する磁石２を保持している。

１セットとなった熱生成ディスク１０と磁気印加ディスク２０の積層数は任意であり、積層数を多くすることで、冷媒の流速が同じであれば、磁気冷暖房装置全体に流すことのできる冷媒の量を多くすることができる。

［熱交換器］
内周冷媒通路および外周冷媒通路について説明する。

内周冷媒通路４１は高温側熱交換器となるものである。内周冷媒通路４１は熱生成ディスク１０のもっとも内周側に位置した磁気熱量材料１と熱スイッチ部３０ａを介して隣接している。内周冷媒通路４１は、図３に示したように、熱生成ディスク１０の内周に沿って２つの通路が設けられている。このために円周方向において２か所に仕切り板４１ａが設けられている。これにより２本の内周冷媒通路４１内を流れる冷媒（流体）は互いに混じることなく、熱生成ディスク１０の直径方向の一方端から入り、内周に沿って流れて半周したところで直径方向の他方端から出るように流れる。

外周冷媒通路４２は低温側熱交換器となるものである。外周冷媒通路４２は熱生成ディスク１０のもっとも外周側に位置した磁気熱量材料１と熱スイッチ部３０ａを介して隣接している。外周冷媒通路４２は、図３に示したように、熱生成ディスク１０の内周に沿って２つの通路が設けられている。このために円周方向において２か所に仕切り板４２ａが設けられている。これにより２本の外周冷媒通路４２内を流れる冷媒（流体）は互いに混じることなく、熱生成ディスク１０の直径方向の一方端から入り、外周に沿って流れて半周したところで直径方向の他方端から出るように流れる。

２つの内周冷媒通路４１を仕切る仕切り板４１ａと、２つの外周冷媒通路４２を仕切る仕切り板４２ａとは、熱生成ディスク１０の円周方向において同じ位置にある。これにより内周冷媒通路４１の内周冷媒出入口４５と、外周冷媒通路４２の外周冷媒出入口４６とがほぼ同じ位置で隣り合うように配置することができる。このような配置とすることで、後述するように、内周冷媒と外周冷媒が交差することなく流すことができる。そして、それらの流れを同じ方向とする平流方式と、互いに逆方向とする向流方式にすることができる。

図５は内周冷媒通路および外周冷媒通路に通じている冷媒出入口を説明するための図であり、図５Ａは図３におけるＡ−Ａ線に沿う切断部端面図であり、図５Ｂは図３におけるＢ−Ｂ線に沿う切断部端面図である。なお、図５においては一つの熱生成ディスク１０のみ示したが、他の熱生成ディスク１０も同様である。

図５Ａに示すように、内周冷媒出入口４５と外周冷媒出入口４６は、熱生成ディスク１０の外周端において隣り合うように設けられている。内周冷媒出入口４５は、磁性体ブロックＭＢの間を通って内周冷媒通路４１に接続されている（図３参照）。また、外周冷媒通路４２は図５Ｂから分かるように外壁４２ｂにより外周冷媒が取るための通路が形成されている。図示しないが内周冷媒通路４１も同様に外壁により形成されている。

各冷媒出入口４５、４６はパイプ状（円筒）部材である。しかし、各冷媒出入口４５、４６はパイプ形状に限らず、矩形状などであってもよい。

このように磁性体ブロックＭＢの内周と外周にそれぞれ沿うように冷媒を流す内周冷媒通路４１および外周冷媒通路４２を設けたことで、複数の熱生成ディスク１０を積層した場合に、各冷媒通路が層を跨がることがなくなる。このため層を跨る配管による余分な体積の増加がなく冷暖房装置全体としてコンパクトにすることができる。

ここで本実施形態１の磁気冷暖房装置５００は、内周冷媒の出口温度は、外周冷媒の出口温度より高くなるように構成している。このため各磁性体ブロックＭＢにおいて内周側が高温、外周側が低温となるように熱輸送しているのである。ここでいう低温、高温とは、相対的に内周側が外周側よりも高温（逆にいうと外周側が内周側よりも低温）という意味である。

内周冷媒および外周冷媒を流す方向について説明する。図６および７は、内周冷媒および外周冷媒を流す方向について説明するための説明図である。図中の矢印が例場合の流れる方向である。なお、図６および７においては熱生成ディスク１０のみを示した。また、図中「ＭＢ１」〜「ＭＢ６」は磁性体ブロックＭＢを識別するための符号であり、１２個の磁性体ブロックＭＢにおいて図示左右対称となるように付した。

内周冷媒および外周冷媒を流す方向は、図６に示すように共に同じ方向に流す並流方式と、図７に示すように互いに逆方向に流す向流方式とがある。本実施形態１では、いずれの方式においても、内周冷媒通路４１が高温側熱交換器、外周冷媒通路４２が低温側熱交換器である。

並流方式は、図６に示すように、熱生成ディスク１０の直径方向のＡ側（こちらを一端側とする）にある内周冷媒出入口４５と外周冷媒出入口４６からそれぞれの冷媒を入力する。そして直径方向のＡ側とは反対のＢ側（他端側）にある内周冷媒出入口４５と外周冷媒出入口４６からそれぞれの冷媒を出力するものである。したがって、平流方式においては、内周冷媒、外周冷媒共にＡ側からＢ側へ流すことになる。

このため内周冷媒はＡ側から入って磁性体ブロックＭＢ１〜ＭＢ６の熱を奪って暖かくなってＢ側から放出される。外周冷媒はＡ側から入って磁性体ブロックＭＢ１〜ＭＢ６により冷やされてＢ側から放出される。

向流方式は、図７に示すように、外周冷媒は、熱生成ディスク１０の直径方向のＡ側（（一端側）から入力してＢ側（他端側）から出力する。一方、内周冷媒は、Ｂ側（他端側）から入力してＡ側（一端側）から出力する。したがって、向流方式においては、外周冷媒はＡ側から入って磁性体ブロックＭＢ１〜ＭＢ６により冷やされてＢ側から放出される。内周冷媒はＢ側から入って磁性体ブロックＭＢ６〜ＭＢ１の熱を奪って暖かくなってＡ側から放出される。

図８は、内周冷媒通路が高温側熱交換器、外周冷媒通路が低温側熱交換器とした場合における内周冷媒と外周冷媒のそれぞれの温度変化の仕方を説明するためのグラフであり、図８Ａは平流方式のときのグラフであり、図８Ｂは向流方式のときのグラフである。これらグラフにおいて横軸は図６および７におけるＡ側からＢ側までの位置を示し、縦軸は温度を示す。

各グラフにおいて、内周冷媒および外周冷媒は、入口での温度が同じであり、ここではＴｂであるとする。また、グラフ中のＭＢ１〜ＭＢ６は各磁性体ブロック（図６および７参照）と温度の関係を示している。

並流方式は、図８Ａに示すように、内周冷媒が入口温度Ｔｂから出口温度Ｔｈにまで温度が上昇する。この温度変化を＋ΔＴ（＝Ｔｈ−Ｔｂ）とする。この＋ΔＴはたとえば３０Ｋである。一方、外周冷媒は入口温度Ｔｂから出口温度Ｔｃまで温度が下降する。この温度変化を−ΔＴ（＝Ｔｃ−Ｔｂ）とする。この−ΔＴはたとえば３０Ｋである。これにより、内周冷媒通路４１の出口における内周冷媒温度Ｔｈの方が外周冷媒通路４２の出口における外周冷媒温度Ｔｃより高い温度となる。

図８Ａのグラフからわかるように、並流方式では、磁性体ブロックＭＢ１においては、内周冷媒と外周冷媒の温度差がほとんど少ないが、磁性体ブロックＭＢ６に行くほどこの温度差が大きくなっている。したがって、磁性体ブロックＭＢ１は冷却（または加熱）する温度は少なくてもよいが、磁性体ブロックＭＢ６では２×ΔＴに相当する温度を冷却（または加熱）しなければならないことになる。

向流方式は、図８Ｂに示すように、内周冷媒が入口温度Ｔｂから出口温度Ｔｈにまで温度が上昇する。この温度変化を＋ΔＴ（＝Ｔｈ−Ｔｂ）とする。この＋ΔＴはたとえば３０Ｋである。一方、外周冷媒は入口温度Ｔｂから出口温度Ｔｃまで温度が下降する。この温度変化を−ΔＴ（＝Ｔｃ−Ｔｂ）とする。この−ΔＴはたとえば３０Ｋである。これにより、内周冷媒通路４１の出口における内周冷媒温度Ｔｈの方が外周冷媒通路４２の出口における外周冷媒温度Ｔｃより高い温度となる。

そして図８Ｂのグラフからわかるように、向流方式では、磁性体ブロックＭＢ１〜ＭＢ６はいずれも内周冷媒と外周冷媒の温度差に相当する温度範囲を冷却（または加熱）することになる。しかも磁性体ブロックＭＢ１〜ＭＢ６はそれぞれがΔＴに相当する温度を冷却（または加熱）すればよいことになる。

ここで、冷房効率の指標となるカルノーサイクルにおける成績係数（ＣＯＰ）を求める。ＣＯＰ＝（Ｔ低温）／（（Ｔ高温）−（Ｔ低温））である。式中（Ｔ高温）−（Ｔ低温）は、内周冷媒と外周冷媒における磁性体ブロックＭＢ１〜ＭＢ６のそれぞれの内周側と外周側の温度差である。

並流方式では、（（Ｔ高温）−（Ｔ低温））は、最大２×ΔＴということになる（ＭＢ６の内周側と外周側の温度差に相当する）。このことから並流方式の成績係数は、ＣＯＰ＝Ｔｃ／（２×ΔＴ）となる。

一方、向流方式では、（（Ｔ高温）−（Ｔ低温））はどの磁性体ブロックにおいてもΔＴということなる。このことから向流方式の成績係数は、ＣＯＰ＝Ｔｃ／ΔＴとなる。したがって、向流方式の方が並流方式より２倍冷却効率がよいことになる。

［磁気熱量材料］
磁気熱量材料について説明する。

磁気熱量材料１は、磁気の移動（印加、除去）により温度変化する磁性体である。そして磁気を移動させたときに変化する温度範囲が決まっている。この変化する温度範囲を作動温度という。作動温度は、磁気熱量材料１が持つキュリー点に対応している。したがって、磁気熱量材料１のキュリー点を、その磁気熱量材料１が担う温度範囲に合わせることで、効率よく温度変化させることができる。

キュリー点は磁気熱量材料を構成する材料によって決まってくる。磁気熱量材料を構成する具体的な材料としては、たとえば、公知のＬａＦｅＳｉＨを用いることができる。ＬａＦｅＳｉＨは、その組成中の水素の量の変化で、キュリー点を変えることができる（たとえば参考文献１“Ｌａｒｇｅ ｍａｇｎｅｔｏｃａｌｏｒｉｃ ｅｆｆｅｃｔｓ ａｎｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｌａ（ＦｅＳｉ）１３ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｈｙｄｒｉｄｅｓ” Ｋ． Ｆｕｋａｍｉｃｈｉら Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｌｌｏｙｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ４０８−４１２ （２００６） ｐ．３０７−３１２）。また、同様に、一般式：Ｌａ（Ｆｅ_１−ｘＭ_ｘ）_１３Ｈ_ｚ（Ｍは、Ｓｉ、Ａｌからなるグループ中から選択された１種または２種以上の元素であり、ｘおよびｚの値は、それぞれ、０．０５≦ｘ≦０．２；０．３≦ｚ≦３；で規定される）であらわされる磁気熱量材料（特開２００３−９６５４７号公報）でも、前述したキュリー点を変えることができる。

本実施形態では、上述した冷媒の流し方に応じて、各磁気熱量材料１のキュリー点を変えている。

まず並流方式の場合を説明する。

図９は並流方式の場合の一つの磁性体ブロックにおける磁気熱量材料の並びを説明するための説明図である。図９においては、一つの磁性体ブロックＭＢを構成する複数の磁気熱量材料のそれぞれを区別するために外周側から内周側方向へａ１〜ａ１２の符号を付した。

図１０は並流方式の場合における各磁性体ブロックを構成する複数の磁気熱量材料のそれぞれのキュリー点を示すグラフであり、横軸は低温側温度Ｔｃから高温側温度Ｔｈまでの温度であり、縦軸は各磁気熱量材料が変化する温度である。図１０におけるａ１〜ａ１２は図９で各磁気熱量材料に付した符号に対応する。また、グラフ中の山形の複数の曲線のそれぞれのピークがキュリー点である。

図１０に示したように、並流方式の場合は、片側６個の磁性体ブロックＭＢ１〜ＭＢ６は全て、それぞれの複数の磁気熱量材料ａ１〜ａ１２のキュリー点が外周側（ａ１）から内周側（ａ１２）へ高くなるようにしている。これは、本実施形態においては内周冷媒が外周冷媒と比較して相対的に高温になる。そこでそれぞれの磁気熱量材料ａ１〜ａ１２のキュリー点をこのようにすることで、最適な磁気熱量効果を得られるようになる。しかも並流方式の場合は、冷媒の入口側と出口側とで磁性体ブロックＭＢの内周側と外周側の温度差が異なるので、最も温度差が大きくなる出口における温度差２×ΔＴに合わせて、各磁性体ブロックＭＢを構成する複数の磁気熱量材料のキュリー点を設定したである。また一つひとつの磁性体ブロックの中にある複数の磁気熱量材料ａ１〜ａ１２のキュリー点の平均値は、同じとなるようにしている。したがって熱生成ディスク１０を構成する複数の磁性体ブロックＭＢは、磁気熱量材料ａ１〜ａ１２が同じ構成となった磁性体ブロックＭＢを環状に１２個並列に並べればよい。このため向流方式と対比すれば熱生成ディスク１０を製造する際のコストを低減することができる。

次に向流方式の場合の磁気熱量材料を説明する。

向流方式の場合は、一つの磁性体ブロックＭＢにおいて内周側と外周側との温度差は、すべての磁性体ブロックＭＢで同じであり、既に説明したようにΔＴに相当する温度差を得られればよい（ただし各磁性体ブロックが担う温度領域が異なる（後述））。そして、このΔＴが最大温度差である。

ここで一つひとつの磁気熱量材料が担う温度差が並流方式と同じであると仮定する。平流方式では１２個の磁気熱量材料を用いて一つの磁性体ブロックＭＢを構成して、２×ΔＴの温度差となるようにしていた。これが向流方式の場合は磁性体ブロックの内周側と外周側でΔＴの温度差が得られればよいのであるから、一つの磁性体ブロックを６個の磁気熱量材料で構成すればよいことになる。このことは先に説明したＣＯＰが向流方式では並流方式の２倍あることからもわかる。

図１１は向流方式の場合の一つの磁性体ブロックにおける磁気熱量材料の並びを説明するための説明図である。図１１においては磁性体ブロックを構成する複数の磁気熱量材料のそれぞれを区別するために外周側から内周側方向へａ１〜ａ６の符号を附した。

図１２は向流方式の場合における各磁性体ブロックを構成する複数の磁気熱量材料のそれぞれのキュリー点を示すグラフであり、横軸は低温側温度Ｔｃから高温側温度Ｔｈまでの温度であり、縦軸は各磁気熱量材料が変化する温度である。図１１におけるａ１〜ａ６は、図１１で各磁気熱量材料に付した符号に対応する。また、グラフ中の山形の複数の曲線のそれぞれのピークがキュリー点である。

図１２に示すように、向流方式の場合も並流方式と同様に、各磁性体ブロックＭＢ１〜ＭＢ６を構成するそれぞれの複数の磁気熱量材料ａ１〜ａ６のキュリー点は外周側（ａ１）から内周側（ａ６）へ高くなるようにしている。そして向流方式の場合はさらに片側６個の磁性体ブロックＭＢ１〜６のそれぞれが冷媒の温度変化域に対応して、異なる温度領域を担うようになっている。つまり、図８Ｂに示したように磁性体ブロックＭＢ１〜ＭＢ６の温度が異なることから、それに合わせて磁性体ブロックＭＢ１〜ＭＢ６のそれぞれが担う温度領域を変えているのである。このため向流方式では、一つひとつの磁性体ブロック中にある複数の磁気熱量材料ａ１〜ａ６のキュリー点の平均値が、磁性体ブロックＭＢ１〜ＭＢ６方向に低くなるようにしている。つまり、各磁気ブロックＭＢ１〜ＭＢ６を構成する磁気熱量材料ａ１〜ａ６のキュリー点の平均値が、外周冷媒を基準としても、内周冷媒を基準としても、それらの入口から出口の方向に段階的に変化しているのである。

またこのことは、各磁気ブロックＭＢ１〜ＭＢ６における外周側に位置する磁気熱量材料ａ１を見れば、そのキュリー点は外周冷媒の入口側（Ａ側、すなわちＭＢ１側）が高く、出口側（Ｂ側、すなわちＭＢ６側）が低くなるように配置されていることになる。また、内周側に位置する磁気熱量材料ａ６を見れば、そのキュリー点は内周冷媒の入口側（Ｂ側、すなわちＭＢ６側）が低く、出口側（Ａ側、すなわちＭＢ１側）が高くなるように配置されていることになる。

このように向流方向においては、各磁気ブロックＭＢ１〜ＭＢ６を構成する磁気熱量材料ａ１〜ａ６は外周側から内周側へ、段階的にキュリー点（作動温度）が変化するようにキュリー点の異なる磁気熱量材料を配置している。さらに、各磁気ブロックＭＢ１〜ＭＢ６を構成する磁気熱量材料ａ１〜ａ６のキュリー点の平均値は、冷媒の入口から出口の方向に段階的に変化しているものとなっているのである。

これにより向流方式においては、磁気冷暖房装置５００として必要な温度差を平流方式と比較して、より少ない数の磁気熱量材料で得ることができる。

もちろん、向流方式においても、一つひとつの磁性体ブロックＭＢを構成する磁気熱量材料１の数を１２個としてもよい。その場合には、冷媒出口側における内周冷媒と外周冷媒の温度差を平流方式の約倍の温度差にすることができる。

なお、一つひとつの磁性体ブロックを構成する磁気熱量材料の数を６個とした場合の全体構成については図示していないが、既に説明した１２個とした場合と同じである。

［熱スイッチ部］
次に熱スイッチ部について説明する。

熱スイッチ部３０ａおよび３０ｂは、一つの磁性体ブロックＭＢ内において、内周冷媒通路４１と磁気熱量材料１の間、隣接する磁気熱量材料１同士の間、磁気熱量材料１と外周冷媒通路４２の間に配置されていて、これらの間の熱の伝達、遮断を行う熱伝達部である。この熱スイッチ部３０ａおよび３０ｂについては、様々な形態がある。

＜熱スイッチ部の形態１＞
図１３は熱スイッチ部の形態１を説明するための説明図である（図においては途中の磁気熱量材料１を省略した）。

熱スイッチ部の形態１は、熱スイッチ部３０ａおよび３０ｂとして磁気の印加、除去によって絶縁体、金属に相転移する転移体を使用した例である。

熱スイッチ部の形態１は、図１３に示すように、磁気熱量材料１の両面に熱スイッチ部３０ａと３０ｂが配置されている。熱スイッチ部３０ａ、３０ｂは、磁気熱量材料１の対向する両面に接合または接着によって一体化する。熱スイッチ部３０ａの磁気熱量材料１がない存在しない側には内周冷媒通路４１が接合または接着されることになる。熱スイッチ部３０ｂは、その両側とも磁気熱量材料１が接合または接着されることになる。そして同様に磁気熱量材料１の数だけ熱スイッチ部３０ａ、３０ｂが設けられて、最後に外周冷媒通路４２が熱スイッチ部３０ａに接合または接着される。

（熱スイッチ部３０ａの動作）
熱スイッチ部３０ａおよび３０ｂとして用いた転移体は、たとえば９テスラ程度の磁気が印加されると、印加される前よりも熱伝導率が大きくなる。熱伝導率の大きさの変化は、１００倍から３０００倍の範囲である。したがって、熱スイッチ部３０ａおよび３０ｂは、磁気が印加されなければ熱伝導率は極めて小さくなり、接続されている内周冷媒通路４１と磁気熱量材料１の間、磁気熱量材料１同士の間、磁気熱量材料１と外周冷媒通路４２の間でそれぞれ熱を伝導しない。一方、熱スイッチ部３０ａおよび３０ｂに磁気が除去されると熱伝導率が極めて大きくなって、内周冷媒通路４１と磁気熱量材料１の間、磁気熱量材料１同士の間、磁気熱量材料１と外周冷媒通路４２の間でそれぞれ熱を伝導する。熱スイッチ部３０ａおよび３０ｂへの磁気の印加、除去は、磁石２によって行えばよい。

転移体は、少なくとも１種類以上の電荷整列絶縁体を含む。したがって、転移体に磁気を印加すると金属に相転移して熱伝導率が相対的に大きくなる。また、転移体から磁気を除去すると絶縁体に相転移して熱伝導率が相対的に小さくなる。したがって、このような転移体を含む熱スイッチ部３０ａおよび３０ｂに対して、一方に磁気を印加するとき、他方は磁気を印加しないようにすることで、互いに逆の状態、すなわち一方が熱伝導であれば他方は断熱状態にすることができる。

磁気を印加することで絶縁体から金属に相転移するメカニズムを解明する研究の結果によれば、次のような報告がなされた。

遷移金属の酸化物の中には、大量の電子が存在し電子間の相関が強い物質であるために、電子同士が反発し合い局在化した、電荷整列絶縁体という絶縁体が多く存在している。電荷整列絶縁体では、電子のスピンや軌道など、電荷以外の電子の持つ性質（自由度）に直接作用する外場が、電荷整列絶縁体という絶縁体を金属に相変化させる。特に、磁気が電子のスピンに作用すると、局在している大量の電子を雪崩のように動かし、絶縁体を金属に相変化させる。報告によると、ネオジウムストロンチウムマンガン酸化物を用いた場合、温度１０Ｋ（−２３６℃）２．４テスラの磁気では電気抵抗率が５００Ωｍと高い絶縁体状態であったが、９テスラの磁気では電気抵抗率が０．２Ωｍと４桁ほど減少したことが示された。本実施形態の熱スイッチ部３０ａはこの現象を積極的に利用して、磁気冷暖房装置５００を構成している。なお、本実施形態では、磁気を印加すると金属化する電荷整列絶縁体として、Ｇｄ_０．５５Ｓｒ_０．４５ＭｎＯ、Ｐｒ_０．５Ｃａ_０．５ＭｎＯ_３を用いる。

このように、熱スイッチ部３０ａおよび３０ｂを、電荷整列絶縁体を含む転移体で形成すると、磁気の印加、除去によって、熱伝導率の大きさを大きく変えることができ、熱スイッチ部３０ａおよび３０ｂとして機能させることができる。このような熱伝導率が変化する熱スイッチ部３０ａおよび３０ｂを用いることで、隣接する磁気熱量材料１への磁石２による磁気の印加、除去と同時に、これら熱スイッチ部３０ａおよび３０ｂへも磁気の印加、除去を行うことができる。

＜熱スイッチ部の形態２＞
図１４は熱スイッチ部の形態２を説明するための説明図である。

熱スイッチ部の形態２に係る熱スイッチ部３０ａおよび３０ｂは、電圧の印加、除去により金属状態と絶縁状態に変化する相転移体を使用した例である。

熱スイッチ部の形態２に係る熱スイッチ部３０ａおよび３０ｂは同じ形態であり、電極３１Ａおよび３１Ｂと、これら電極３１Ａおよび３１Ｂの間に取り付ける金属／絶縁相転移体３２とによって構成される。電極３１Ａの一方の面は磁気熱量材料１の一方の面に接合または接着によって取り付ける。電極３１Ｂの一方の面は他の磁気熱量材料１の一方の面に接合または接着によって取り付ける。したがって、熱スイッチ部３０ａおよび３０ｂは、複数の磁気熱量材料１と電極３１Ａおよび３１Ｂと介して一体化されることになる。なお、内周冷媒通路４１と磁気熱量材料１の間、および磁気熱量材料１と外周冷媒通路４２と間においても同様に熱スイッチ部３０ａが接合または接着されて一体化される。

電極３１Ａ、３１Ｂは導電性の良好な、たとえばアルミニウムや銅などの金属（金属単体または合金でもよい）を用いる。磁気熱量材料１の間では電極３１Ａと３１Ｂを介して熱が伝導するので、電極３１Ａと３１Ｂは熱伝導率のより大きい金属を用いることが好ましい。

電極３１Ａ、３１Ｂを磁気熱量材料１および金属／絶縁相転移体３２に接着する接着剤は、熱伝導率の大きいものを用いる。たとえば、接着剤に金属粉を接着性が妨げられない程度に混ぜ込んだ熱伝導性を改善した接着剤を用いる。

金属／絶縁相転移体３２は、電圧を印加すると絶縁体から金属に相転移し、熱伝導率が大きくなり、逆に、電圧を遮断すると金属から絶縁体に相転移し、熱伝導率が小さくなる性質を持つものである。金属と絶縁体の相互間の相転移を示す絶縁体は、無機酸化物モット絶縁体または有機モット絶縁体がある。無機酸化物モット絶縁体は少なくとも遷移金属元素を含む。モット絶縁体としては、ＬａＴｉＯ_３、ＳｒＲｕＯ_４、ＢＥＤＴ−ＴＴＦ（ＴＣＮＱ）が知られている。金属と絶縁体の相互間の相転移が可能なデバイスとして現在知られているものは、ＺｎＯ単結晶薄膜電気二重層ＦＥＴ、ＴＭＴＳＦ／ＴＣＮＱ積層型ＦＥＴ素子がある。熱は、熱電子および格子結晶によって移送することができる。ＺｎＯ単結晶薄膜電気二重層ＦＥＴおよびＴＭＴＳＦ／ＴＣＮＱ積層型ＦＥＴ素子は、電圧を印加すると熱電子が活発に移動するようになる性質を利用する。ここでは、金属／絶縁相転移体３２に、少なくとも遷移金属元素を含む無機酸化物モット絶縁体、有機モット絶縁体、ＺｎＯ単結晶薄膜電気二重層ＦＥＴ、ＴＭＴＳＦ／ＴＣＮＱ積層型ＦＥＴ素子など、電圧の印加除去によって熱伝導率が大きく変化するものを用いる。

図１４に示すように、電極３１Ａと３１Ｂとの間に直流電圧Ｖを印加すると、金属／絶縁相転移体３２の熱伝導率が相対的に大きくなって、磁気熱量材料１と各冷媒通路４１および４２の間および磁気熱量材料１間で熱の移動が起こる。一方、電極３１Ａと３１Ｂとの間の直流電圧Ｖを除去すると、金属／絶縁相転移体３２の熱伝導率が相対的に小さくなって、磁気熱量材料１と各冷媒通路４１および４２の間および磁気熱量材料１間の熱の移動が阻止される。したがって、熱スイッチ部３０ａおよび３０ｂは、電圧の印加、除去によって熱の移動を制御する熱スイッチ部となる。

このように熱スイッチ部３０ａおよび３０ｂの熱伝導の断続は、電極３１Ａと３１Ｂに電圧を印加、除去することによってできる。電極３１Ａと３１Ｂを設けることで、金属／絶縁相転移体３２に容易に電圧を印加することができる。また、金属／絶縁相転移体３２に、少なくとも遷移金属元素を含む無機酸化物モット絶縁体、有機モット絶縁体、ＺｎＯ単結晶薄膜電気二重層ＦＥＴ、ＴＭＴＳＦ／ＴＣＮＱ積層型ＦＥＴ素子を用いると、熱伝導率の変化の応答性が良好になる。

この様な形態の熱スイッチ部３０ａおよび３０ｂは磁気熱量材料１との並び方向にのみ熱を輸送できるため、熱的な損失が小さくできる。熱スイッチ部３０ａおよび３０ｂは、電圧の印加、除去に応じて、磁気熱量材料１間をすべての接触面を使って接続できるので、熱輸送能力および熱輸送効率を向上させることができる。

＜熱スイッチ部の形態３＞
図１５は熱スイッチ部の形態３を説明するための説明図である。

熱スイッチ部の形態３に係る熱スイッチ部３０ａおよび３０ｂは、熱スイッチ部の形態２で説明した熱スイッチ部３０ａおよび３０ｂに、さらに補助電極３３Ａ、３３Ｂを追加している。その他の構成および動作は熱スイッチ部の形態２と同様である。

補助電極３３Ａと３３Ｂは、金属／絶縁相転移体３２に接合または接着によって取り付ける。補助電極３３Ａと３３Ｂは熱伝導性を考慮しなくてもよい。また補助電極３３Ａと３３Ｂを金属／絶縁相転移体３２に接着する接着剤も熱伝導性を考慮しなくてもよい。補助電極３３Ａと３３Ｂと接着剤には、熱電子が通過しないからである。

補助電極３３Ａと３３Ｂは、電極３１Ａと３１Ｂに対して、直交方向に電圧を印加する。補助電極３３Ａと３３Ｂとの間に直流電圧を印加すると、金属／絶縁相転移体３２内の電子の分布が補助電極３３Ａと３３Ｂの方向に偏る。このため、磁気熱量材料１との間を移動する熱電子の抵抗が減少し、熱電子が移動しやすくなる。つまり、補助電極３３Ａと３３Ｂを設けることで、金属／絶縁相転移体３２の熱伝導率をより大きくすることができる。

＜熱スイッチ部の形態４＞
図１６は熱スイッチ部の形態４を説明するための説明図である。

熱スイッチ部の形態４に係る熱スイッチ部３０ａおよび３０ｂには、電極３１Ａと３１Ｂを、金属／絶縁相転移体３２と磁気熱量材料１との間には設けずに、金属／絶縁相転移体３２内を移動する熱電子の移動方向に対して直交する方向から電圧が印加できるように設けている。その他の構成および動作は熱スイッチ部の形態２と同様である。

したがって、金属／絶縁相転移体３２は、磁気熱量材料１および各冷媒通路４１および４２に直接取り付ける。金属／絶縁相転移体３２と磁気熱量材料１とは、接合または接着剤で取り付ける。このときに用いる接着剤は、熱伝導性の大きいものを用いる。

電極３１Ａと３１Ｂは、金属／絶縁相転移体３２に接合または接着によって取り付ける。電極３１Ａと３１Ｂは熱伝導性を考慮しなくてもよい。また電極３１Ａと３１Ｂを金属／絶縁相転移体３２に接着する接着剤も熱伝導性を考慮しなくてもよい。電極３１Ａと３１Ｂと接着剤には、熱電子が通過しないからである。

電極３１Ａと３１Ｂは、金属／絶縁相転移体３２内を移動する熱電子の移動方向に対して、直交方向に電圧を印加する。電極３１Ａと３１Ｂとの間に直流電圧を印加すると、金属／絶縁相転移体３２内の電子の分布が電極３１Ａと３１Ｂの方向に偏って相転移する。このため、磁気熱量材料１との間を移動する熱電子の抵抗が減少し、熱電子が移動しやすくなる。

熱スイッチ部の形態２、３の場合には、熱電子の通過方向に電極３１Ａ、３１Ｂが存在するので、熱電子にとっては電極３１Ａ、３１Ｂが障害物となる。このため、電極３１Ａ、３１Ｂの存在は熱伝導率を小さくする方向に働く。熱スイッチ部の形態４の場合には、金属／絶縁相転移体３２を磁気熱量材料１に直接取り付けるので、電極３１Ａ、３１Ｂの存在は熱伝導率を下げる方向には働かない。したがって、本形態に係る熱スイッチ部３０ａおよび３０ｂの熱伝導率は、熱スイッチ部の形態２、３の場合と比較して、大きくなる。

＜熱スイッチ部の形態５＞
図１７は熱スイッチ部の形態５を説明するための説明図である。

熱スイッチ部の形態５に係る熱スイッチ部３０ａ、３０ｂは、金属／絶縁相転移体３２を磁気熱量材料１に直接取り付け、磁気熱量材料１に直流電圧を印加できるようにしたものである。金属／絶縁相転移体３２と磁気熱量材料１とは接合または接着剤で取り付ける。接着剤は熱伝導率の大きいものを用いる。その他の構成および動作は熱スイッチ部の形態２と同様である。

磁気熱量材料１を電極の代わりに用いると、構造が単純化され、また、部品点数の減少と製造工程の簡略化が図れる。また、熱スイッチ部の形態４の場合と同様に、熱スイッチ部３０ａおよび３０ｂの熱伝導率は、熱スイッチ部の形態２、３の場合と比較して、大きくなる。

＜熱スイッチ部の形態６＞
図１８は熱スイッチ部の形態６を説明するための説明図である。

熱スイッチ部の形態６は、熱スイッチ部３０ａおよび３０ｂに絶縁体３４を追加している。具体的には、図１８に示すように、熱電子の移動を妨げる絶縁体３４を電極３１Ａと金属／絶縁相転移体３２との間に設けている。図１８では、図１４の構成に絶縁体３４を追加しているが、図１５〜１７の構成に対して絶縁体３４を追加してもよい。その他の構成および動作は熱スイッチ部の形態２と同様である。

絶縁体３４は、熱電子以外の電子の移動を阻止するために設ける。電極３１Ａと３１Ｂとの間に直流電圧を印加すると、電極３１Ａと３１Ｂとの間に電流が流れるが、本来移動してほしい熱電子に加え、熱輸送に関与しない電子を過剰に移動させてしまう可能性がある。この熱輸送に関与しない電子の過剰の移動を防ぐために、絶縁体３４を金属／絶縁相転移体３２に取り付けることによって、金属／絶縁相転移体３２の熱伝導率の低下を防止できる。

＜熱スイッチ部の形態７＞
図１９は熱スイッチ部の形態７を説明するための説明図である。

熱スイッチ部の形態７は、熱スイッチ部の形態４に係る図１６の熱スイッチ部３０ａおよび３０ｂに分極体３５を追加している。具体的には、電極３１Ａと金属／絶縁相転移体３２との間に熱電子の移動を促す分極体３５を配置する。分極体３５は、誘電体およびイオン性液体のうちの少なくとも１種類以上から形成する。その他の構成および動作は熱スイッチ部の形態４と同様である。

分極体３５は、金属／絶縁相転移体３２内を移動する電子を取り出したり、金属／絶縁相転移体３２内に電子を注入したりする。このため、金属／絶縁相転移体３２内の電子の分布状態が変化して、熱電子が流れやすくなる。分極体３５を配置することで、金属／絶縁相転移体３２の熱伝導率をより大きくすることができる。

＜熱スイッチ部の形態８＞
図２０は熱スイッチ部の形態８における熱スイッチ部の構成を説明するための熱スイッチ部分の断面図である。図２１は熱スイッチ部の形態８における熱スイッチ部の構成を説明するための熱スイッチ部分の平面図（図２０の矢視Ａの図）である。

本形態の熱スイッチ部３０は、電気濡れ（エレクトロウェッティング）効果を利用したものである。

ここでは、磁気熱量材料１とそれに隣接する磁気熱量材料１’の間に設けられた熱スイッチ部３０を例に説明する。なお、熱スイッチ部３０は、これまでに説明した熱スイッチ部３０ａおよび３０ｂとなるものである。

熱スイッチ部３０は、磁気熱量材料１に接する第１電極構造体７１と、磁気熱量材料１’に接する第２電極構造体８１と、第１電極構造体７１および第２電極構造体８１の間の隙間９０と、この隙間９０に出し入れされる液体金属９５とを有する。また、隙間９０の一端には、液体金属９５を収容する液溜まり７７を有する。なお、隙間９０において、液溜まり７７を設けた一端の反対側の端部は開放端９２となっている。

第１電極構造体７１と第２電極構造体８１は、同じ構造を有していて、隙間９０を中心線とする対称構造である。第１電極構造体７１は、磁気熱量材料１側から順に、第１電極７２、誘電体７３、第２電極７４、撥液コート層７５を有する。第２電極構造体８１も同様に、磁気熱量材料１’側から順に、第１電極７２、誘電体７３、第２電極７４、および撥液コート層７５を有する。つまり、隙間９０を中心としてみれば、第１電極構造体７１も第２電極構造体８１も、隙間９０側から順に撥液コート層７５、第２電極７４、誘電体７３、第１電極７２となるように配置されているのである。

磁気熱量材料全体の下部には、下部基板７６を有する。この下部基板７６内に、隙間９０に連通した液溜まり７７を有している。

第２電極７４は、液溜まり７７内部にまで入っていて、液体金属９５と電気的に導通することができるようになっている。一方、第１電極７２は液溜まり７７からは絶縁されている。すなわち、第１電極７２は液体金属９５と絶縁されているのである。

これにより、第１電極７２と第２電極７４は、その間にある誘電体７３を介したキャパシター構造となっていて、これがそのまま液体金属９５と第１電極７２のキャパシターとして作用することになる（詳細後述）。

第１電極構造体７１と第２電極構造体８１の上部には、それぞれ第１および第２電極７２、７４から導かれた配線が形成される上部基板１００を有する。上部基板１００は、第１電極構造体７１側と第２電極構造体８１側とで、隙間９０の延長によって分離、絶縁され、第１電極構造体７１および第２電極構造体８１と同様に隙間９０によって対称な同じ構造である。上部基板１００は、それぞれ第１電極７２からの第１配線１１１と、第２電極７４からの第２配線１１２が絶縁層１１３によって絶縁されている。第１および第２配線１１１および１１２は、この熱スイッチ部３０を制御するために、磁気冷暖房装置５００の制御装置（不図示）に接続されている。そして制御装置が、磁気の移動に同期して、この熱スイッチ部３０による熱伝達状態と断熱状態を切り替えている。

以下さらにこの熱スイッチ部３０各部を詳細に説明する。

第１電極７２および第２電極７４は、たとえば、銅、アルミニウムなど、導電性のものであれば、特に限定されない。第１電極７２および第２電極７４の形状はともに同じであり、隙間９０の大きさ（隙間の間隔を除く）と一致する電極板となっている。

誘電体７３は、第１電極７２と第２電極７４の間にあって、たとえば、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜など、誘電体７３であれば特に限定されない。誘電体７３の形状は第１電極７２および第２電極７４と同じ大きさであり、第１電極７２と第２電極７４が短絡しない形状となっている。

撥液コート層７５は、液体金属９５に対して撥液性を有する。また、撥液コート層７５は、導電性であることが好ましい。このような撥液コート層７５に用いる材料とは、たとえば、導電性酸化膜、導電性ガラス材、導電性セラミックス材、グラフェンなどが好ましい。

このように、撥液コート層７５が液体金属９５に対して撥液性となっていることで、電気を印加していない状態では、液体金属９５が容易に液溜まり７７内に収納されるようになる。また、導電性を有することで、第２電極７４に流した電気を液体金属９５に直接流すことができて効率がよい。また、第２電極７４に電気を流して液体金属９５を第１電極構造体７１と第２電極構造体８１の間の隙間９０に充填する際に、液溜まり７７内を空にできるので、液体金属９５使用量を少なくすることができる。

なお、液溜まり７７内に常に液体金属９５の一部が残留して、第２電極７４から液体金属９５に電気を流すことができれば、撥液コート層７５は撥液性を有するだけで、導電性のないものであってもよい。また、第２電極７４の隙間９０側の表面に極薄いシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの絶縁性の撥液性部材を形成してもよい。極薄いシリコン酸化膜やシリコン窒化膜であれば、これらが介在していても第２電極７４に電気を流したときにトンネル効果によって、液体金属９５に電気を流すことができる。

このような部材によって構成される撥液コート層７５の形状は第２電極７４を覆う大きさである。

さらに、第２電極７４自体を導電性で、かつ、その表面が撥液性となる部材を用いてもよい。つまり第２電極７４自体を導電性酸化膜、導電性ガラス材、導電性セラミックス材、グラフェンなどによって形成するのである。この場合、第２電極７４の隙間側表面に、撥液コート層を設ける必要がなくなる。

下部基板７６は、少なくとも第１および第２電極７２、７４との間で絶縁されているものであればよい。たとえば、全体が絶縁性を有する材料として、エポキシ基板、フェノール基板、ＡＢＳ樹脂基板などが用いられる。そして、これら基板に液溜まり７７を設ける。この場合、液体金属９５を液溜まり７７内に収納しやすいように、液溜まり内壁面を親液性にする。親液性を持たせるためには、液溜まり壁面に金属膜７９（たとえば銅、ニッケル、アルミニウムなどの金属膜）を形成することが好ましい。

また、下部基板７６としては、たとえばシリコン基板を用いることもできる。シリコン基板を用いた場合、まず液溜まり７７の形成後、液溜まり７７内部の壁面表面を含めて、すべての表面をシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などにより絶縁層（不図示）を形成する。そして、液溜まり７７内に親液性を持たせるために金属膜７９（たとえば銅、ニッケル、アルミニウムなどの金属膜、さらにシリコン基板とした場合は導電性を付与したポリシリコンなどでもよい）を形成することが好ましい。

液溜まり７７内に形成した金属膜７９は第２電極７４と導通するようにしてもよい。

なお、液溜まり７７内の金属膜７９はなくてもよい。上述したとおり、液溜まり７７内の金属膜７９は、液溜まり７７内壁面を親液性にすることで液体金属９５が下がったときに、液体金属９５が液溜まり７７内に収納されやすくするためのものである。このため、液溜まり７７の大きさが十分に大きく、液溜まり７７内壁面が親液性でなくても液体金属９５の収納がスムーズにゆく場合には金属膜７９はなくてもよい。

さらに、下部基板７６の液溜まり７７には、液体金属９５が漏れ出ない程度の空気穴９３が設けられている（空気穴９３の機能については後述）。

上部基板１００は、第１電極構造体７１側と第２電極構造体８１側で同じ構成であり、第１電極７２と電気的に接続された第１配線１１１と、第２電極７４と電気的に接続された第２配線１１２と、これらを絶縁分離する絶縁層１１３を有する。また、すでに説明したように、第１電極構造体７１側と第２電極構造体８１側は隙間９０によって絶縁、分離されているため、当然に上部基板１００も第１電極構造体７１側と第２電極構造体８１側でそれぞれ分離して同じ構成となるように設けられている。また、各第２配線１１２の隙間９０に面した部分は、撥液コート層７５が形成されている。また、隙間９０部分は、上から見ると、図２１に示すように、撥液コート層７５が隙間９０を取り囲むように形成されており、隙間９０の側面部分７５ａから液体金属９５が漏れないようになっている。なお、隙間９０の側面部分７５ａには、図示しないが、撥液コート層７５の外側に、隙間の側面部分（または磁気熱量材料１の側面を含めた側面全体）を覆う構造体（不図示）があってもよい。このような構造体は、たとえば樹脂やセラミックなど非磁性、非導電性の部材が好ましい。

上部基板１００で配線が対向した部分（図２０中のまるで囲った部分）は、開放端９２となっていて、液体金属９５の移動によって隙間９０内の圧力が上ったり下がったりしないようになっている。このため液体金属９５は、スムーズに隙間９０内を移動できる。

上部基板１００に用いられる配線１１１、１１２は、第１および第２電極７２および７４と同じく、銅、アルミニウムなどである。一方、絶縁層１１３は、少なくとも誘電体７３よりも誘電率の低い絶縁体（絶縁材）が好ましい。

配線１１１、１１２は、第１および第２電極７２および７４に対して電圧を印加するための配線である。このため配線が対向した部分（図２０中のまるで囲った開放端９２近傍部分）でも、第１および第２電極７２および７４と同じ電圧がかかる。そうすると、上部基板１００の絶縁層１１３として誘電率の高い材料が用いられていると、この部分でも液体金属９５と配線１１２との間がキャパシター構造となってしまう。そうすると液体金属９５が上昇してきたときに、その勢いで、まるで囲んだ部分からさらに上にまで液体金属９５が来て、吐出してしまう虞がある。これを防ぐために、この配線１１２同士が隙間９０を介して向き合う部分では、誘電率が低い絶縁材を用いることで、液体金属９５がこの配線１１２同士が対向する部分の隙間９０に入ってくるのを防止している。具体的には、たとえば、半導体装置において使用されている、いわゆるＬｏｗ−ｋ材料を使用することができる。たとえばシリコン酸化物にフッ素や炭素を添加したもの、有機ポリマーなどがある。そのほか、第１および第２電極７２、７４の間に用いた誘電体７３よりも誘電率が低い材料であればよい。これらＬｏｗ−ｋ材料であってもよい。これらのＬｏｗ−ｋ材料は、ＳｉＯ_２の比誘電率４．２〜４．０に対して、比誘電率３．０以下であることが知られている。

なお、絶縁体である絶縁層１１３を配置する開放端９２近傍部分は、配線１１２および１１３が絶縁される厚みであるが、たとえば隙間上端から誘電体７３の厚み程度の厚さ分もあれば、液体金属９５が上がってきたときに上端から吐出することはない。

そして、液体金属９５（導電性流体と称されることもある）は、少なくともこの磁気冷暖房装置５００が使用される温度範囲において液体の金属である。たとえば、ガリウム、インジウム、スズの共晶合金であるガリンスタンを用いることができる。ガリンスタンは、常温で液体の金属であり、ガリウム、インジウム、スズの組成よって融点が異なる。たとえば、ガリウム６８．５％、インジウム２１．５％、スズ１０％のガリンスタンは、融点：−１９℃、沸点：１３００℃以上、比重：６．４４ｇ／ｃｍ３、粘度：０．００２４Ｐａ・ｓ（ａｔ２０℃）、熱伝導率：１６．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。そのほかにも、周知の様々な液体金属９５を用いてもよく、熱伝達率が高いものが好ましい。

次に、このように構成された熱スイッチ部３０の作用を説明する。

本形態の熱スイッチ部３０においては、熱スイッチ部としての機能を隙間９０と液溜まり７７の間を行き来する液体金属９５により行っている。そして、液体金属９５を隙間９０と液溜まり７７の間を行き来させるためには、エレクトロウェッティングを用いている。エレクトロウェッティングによる液体金属９５の移動自体には、公知であり、たとえば、特開２００７−１０３３６３号公報などに開示されるので、ここでは本形態の理解のために必要な原理について説明する。

図２２はエレクトロウェッティングの原理を説明するための説明図である。

エレクトロウェッティングは、電極板３００上に設けられた誘電体３０１の表面に液体金属９５（ここでは液滴として示した）を乗せ、電極板３００と液体金属９５の間に電圧を印加することで、誘電体表面における液体金属９５との濡れ性を制御する技術である。

電極板３００と液体金属９５との間は誘電体３０１を介してキャパシターが形成されている。図２２Ａに示すように、電極板３００と液体金属９５との間に電圧を印加すると、このキャパシターの静電エネルギーが変化（増加）して、それに相当する液体金属９５の表面エネルギーが減少し、液体金属９５の表面張力が低下する。これにより液体金属９５の表面に対する接触角度θが変化する。ここで接触角度θとは、液体金属９５が乗っている誘電体３０１の表面における液体金属表面とのなす角をいう。この接触角度θは、液体金属９５の表面張力に応じて０°〜１８０°の範囲で変化する。

ここで図２２Ａに示すように（電圧印加時）、接触角度θが、０°から９０°までは、液体金属９５に対する表面の濡れ性がよい状態、すなわち親液性のある状態である。一方、図２２Ｂに示すように（電圧印加無しのとき）、接触角度θは、９０°を超えて１８０°であり、これが濡れ性の悪い状態、すなわち撥液性の状態である。このように誘電体表面に置いた液体金属９５の接触角度θを、電圧の印加によって変更できるのがエレクトロウェッティングである。

図２３は隙間における液体金属の移動を説明するための説明図で、隙間における液体金属部分の拡大図である。

本形態では、液体金属９５が移動する表面は、磁気熱量材料０と１０’の間の隙間９０に対向するように設けられた撥液コート層７５である。この撥液コート層７５は、すでに説明したとおり、液体金属９５に対する撥液性を有する。このため、第１および第２電極７２、７４の間に電圧を印加しなければ、図２３Ａに示すように、液体金属９５は、撥液コート層７５の表面においてその接触角度は９０°以上となって撥液性（疎液性ともいう）となっている。

このように液体の接触面（撥液コート層７５の表面）と接触角度が９０°以上となることで、図２３Ａに示したように、液体金属９５の液面は、中央部分が凸となって、液体金属９５の撥液コート層７５表面との接触部分が下がった状態になる。このため液体金属９５が撥液コート層７５表面を伝って行く力が働かなくなり、液体金属９５が毛細管現象によって上昇してしまうことはない。

この状態は、熱スイッチ部３０全体としては図２０に示した状態であり、液体金属９５は、液溜まり７７内にあって、隙間９０は空気により満たされている。したがって、この空気で満たされた隙間９０によって磁気熱量材料１と１’の間は断熱状態となる。

一方、磁気熱量材料１と１’のそれぞれにある第１電極７２と第２電極７４の間に電圧を印加すると、第１電極７２と第２電極７４の間にある誘電体７３が分極して静電エネルギーが変化（増加）する。このとき第２電極７４と液体金属９５とは電気的導通がとられているため、結果的に、液体金属９５と第１電極７２とが誘電体７３を介してキャパシター構造となっている。この構造はエレクトロウェッティングの原理を説明した図２２の電極板３００と誘電体３０１を介した液体金属９５とによるキャパシター構造と同様の構造ということである。

このため、第１電極７２と第２電極７４の間に電圧を印加したことで、液体金属９５の表面エネルギーが増加して、それに伴い撥液コート層７５（誘電膜）表面における液体金属９５の表面張力が減少し、濡れ性がよくなる。そうすると、図２３Ｂに示すように、撥液コート層７５表面に接している液体金属９５表面の接触角度θが９０°以下になる。これにより、液体金属９５自体の表面張力は失われるものの、隙間９０を登ってゆく張力が働くことになる。図２３Ｂにおけるｈがもとの液面に位置（図２３Ａ）からの上昇量である。なお、図２３においてｄは隙間の間隔である。

図２４は、図２０と同じ部分の断面図であり、液体金属９５が隙間９０を上がってきた状態、すなわち熱伝達状態を示している。

図示するように、液体金属９５は隙間９０の頂上である上部基板１００の位置まで到達する。上部基板１００の隙間部分ではすでに説明したように、上部基板１００の第１配線１１１と第２配線１１２の間には誘電体が存在しない（または誘電率が低い）。このため、この部分での静電エネルギーはほとんど変化しないため、上昇した液体金属９５の濡れ性はよくならないので、これ以上液体金属９５が上昇することはない。

そして、液体金属９５が上昇したことにより、隙間９０は液体金属９５で満たされて磁気熱量材料１と１’間の熱の伝達が起きて熱伝達状態になる。

このようにして本形態の熱スイッチ部３０では、エレクトロウェッティングにより熱スイッチ部３０に設けた隙間９０に液体金属９５が充填された熱伝達状態と、隙間９０から液体金属９５を排除した断熱状態を、電気的に制御することができるのである。

熱スイッチ部３０を構成する各部の好ましいサイズは、ガリンスタンを液体金属９５として用いた場合、隙間９０の間隔が１０μｍ〜５０μｍが好ましいものとなる。下限値を１０としたのは、この程度の隙間９０をあけることで、液体金属９５が下がって隙間９０内に空気が入ったときに十分な断熱性を有するようにするためである。一方、上限の５０μｍは、液体金属９５が上がって隙間９０を満たした場合の熱伝達性能を保つためである。

なお、図２４に示したように、液体金属９５が隙間９０を上昇すると液溜まり７７内から液体金属９５が出てゆくことになる。このとき、仮に液溜まり７７が密閉状態だと、液溜まり７７内部が負圧（真空）になるため液体金属９５が液溜まり７７から隙間９０に出て行きづらくなる。そこで、本形態では、液溜まり７７の下部端に空気穴９３を設けたのである。空気穴９３の大きさは液体金属９５が漏れ出ない程度でかつ空気の流入、流出が起こる程度の大きさとする。なお、空気穴９３の位置は、液溜まり７７の下部端以外であってもよく、液体金属９５が液溜まり７７から隙間９０に出て行きやすくなるように配置されていればよい。

ここで、本形態においては、隙間９０を介して対向する第１および第２電極構造体７１および８１は、それぞれ第１電極７２と第２電極７４を、誘電体７３を介して平行に設けている。このうち、エレクトロウェッティングの作用しているのは、第１電極７２、液体金属９５、およびその間の誘電体７３によって構成されるキャパシターである。このため、エレクトロウェッティングの原理としては、液体金属９５に電圧を印加することができれば、第２電極７４はなくてもよい。たとえば、下部基板を通して、液体金属と電気的に接続される電極を設けるなどである。この場合、第２電極は隙間内に存在しないので、隙間の対向する面は誘電体となり、液体金属に対して撥液性があるので、撥液コート層もなくてよい。

ただし、このようにした場合（第２電極を省略した場合）、キャパシター構造としては、第１電極７２の対向電極となる液体金属９５が移動するため、電極面積が増減することになる。このため、エレクトロウェッティング作用を起こさせる誘電体での静電エネルギーも増減してしまうことになる。したがって、同じ電圧を印加していても液体金属の上昇量によってエレクトロウェッティング作用により液体金属を移動させる力が変わって、液体金属の上昇速度が変化するおそれがある。

本形態では、第１電極７２と第２電極７４を、誘電体７３を介して平行に設けているので、第１電極７２と第２電極７４によるキャパシターの大きさは、液体金属９５の移動によって変化しない。したがって、同じ電圧の印加でも、液体金属の移動によって液体金属の移動速度が変化したりせず安定的に熱伝達と断熱を切り替えることができる。なお、第２電極を省略した場合でも、液体金属の移動速度が若干不安定になるおそれはあるものの、第２電極を設けた場合と同様に、熱伝達と断熱の切り替えは可能である。

＜熱スイッチ部の形態９＞
図２５は熱スイッチ部の形態９における熱スイッチ部３０の構成を説明するための平面図であって、図２０中の矢視Ａに相当する方向から見た図である。

本形態の熱スイッチ部３０もまた、電気濡れ（エレクトロウェッティング）効果を利用したものである。したがって、熱スイッチ部の形態８の変形例となる。

熱スイッチ部の形態９は、熱スイッチ部３０の隙間９０に第１電極構造体７１側と第２電極構造体８１側のそれぞれの壁面、すなわち撥液コート層７５の表面にブレード８２を配置したものである。このブレード８２は、下部基板７６の液溜まり７７から上部基板１００方向に垂直に延びており、第１電極構造体７１側のブレード８２と第２電極構造体８１側のブレード８２は互い接触しない幅となっている。ブレード８２自体は、たとえば撥液コート層７５の材料をそのままブレード８２の構造となるように形成するとよい。

そのほかの構成は、熱スイッチ部の形態８と同じであるので説明を省略する。

このようにすることで、液体金属９５と第１電極構造体７１の壁面および第２電極構造体８１の壁面との接触表面積が大きくなって熱伝達効率が良くなる。また、第１電極構造体７１側のブレード８２と第２電極構造体８１側のブレード８２との間で隙間ｄ_Ｂが形成されるため、このブレード８２間の隙間ｄ_Ｂでもブレード壁面に液体金属９５の表面張力が働き、いっそう液体金属９５が上昇しやすくなる（電圧印加時）。ブレード８２間の隙間ｄ_Ｂもすでに説明したとおり、１０μｍ〜５０μｍ程度が好ましい。

以上説明した熱スイッチ部の形態１〜９は、いずれも、熱スイッチ部自身を移動させて、各冷媒通路４１および４２と磁気熱量材料１の間、磁気熱量材料１同士の間を挿脱させる必要がなくなるため、熱スイッチ部３０ａおよび３０ｂ（または３０）の耐久性が向上し、同時に信頼性も向上する。

本実施形態で好ましく適用し得る熱スイッチ部の形態を説明したが、本発明はこれらの熱スイッチ部の形態に限定されない。たとえば、従来技術のように各冷媒通路４１および４２と磁気熱量材料１の間、磁気熱量材料１同士の間を摺動する部材を設けてもよい。この場合、摺動部材が磁気印加ディスク２０の回転に同期して各冷媒通路４１および４２と磁気熱量材料１の間、磁気熱量材料１同士の間を挿脱することで熱伝達および断熱を行うことになる。

［全体動作］
磁気冷暖房装置５００の動作は、磁気印加ディスク２０を回転させることで磁気印加ディスク２０上の磁石２が、それに対峙する磁気熱量材料１に対して磁気を印加、除去することになる。

図２６は第１の状態における磁気印加ディスク上の磁石の位置を示す概略平面図であり、図２７はこの第１の状態のときの磁性体ブロックの概略断面図である。図２８は第１の状態から３０度回転した第２の状態における磁気印加ディスク上の磁石の位置を示す概略平面図であり、図２９はこの第２の状態のときの磁性体ブロックの概略断面図である。なお、図２７および図２９の概略断面図においては１セット（層）分のみ示し、ハウジング５０は省略した。また、各図において磁気熱量材料には説明のためにａ１〜ａ１２の符号を付した。

磁気印加ディスク２０が回転することで、磁石２の位置は第１の状態から第２の状態に移動することになる。まず、第１の状態（図２６、図２７）では、磁石２が磁気熱量材料ａ１、ａ３、ａ５、ａ７、ａ９、ａ１１に対峙する位置となっている。このため磁気熱量材料ａ１、ａ３、ａ５、ａ７、ａ９、ａ１１に磁気が印加される。本実施形態で用いている磁気熱量材料は磁気が印加されると発熱し磁気が除去されると吸熱する正の磁性体（磁気熱量材料）である。したがって、磁気が印加された磁気熱量材料ａ１、ａ３、ａ５、ａ７、ａ９、ａ１１は発熱する。一方第１の状態のときに磁気が印加されていない磁気熱量材料ａ２、ａ４、ａ６、ａ８、ａ１０、ａ１２は吸熱となる。

この第１の状態のとき、磁気が印加された磁気熱量材料ａ１、ａ３、ａ５、ａ７、ａ９、ａ１１のそれぞれの内周側にある熱スイッチ３０ａおよび外周冷媒通路４２の内周側の熱スイッチ３０ａは、磁気の印加と同時にオン（熱伝達状態）にする。このとき熱スイッチ３０ｂはオフ（断熱状態）にする。これにより磁気熱量材料ａ１、ａ３、ａ５、ａ７、ａ９、ａ１１および外周冷媒通路４２と、それらの内周側にある部材が熱平衡になろうとする。すなわち、内周冷媒通路４１と磁気熱量材料ａ１、磁気熱量材料ａ２と磁気熱量材料ａ３、…、磁気熱量材料ａ１２と外周冷媒通路４２がそれぞれ同じ温度になろうとして熱が伝達される。

そして、磁気印加ディスク２０が回転して第２の状態（図２８、図２９）となれば、磁石２が磁気熱量材料ａ２、ａ４、ａ６、ａ８、ａ１０、ａ１２に対峙する位置となる。このため磁気熱量材料ａ２、ａ４、ａ６、ａ８、ａ１０、ａ１２に磁気が印加される。したがって、磁気が印加された磁気熱量材料ａ２、ａ４、ａ６、ａ８、ａ１０、ａ１２は発熱する。一方この第２の状態のときに磁気が印加されていない磁気熱量材料ａ１、ａ３、ａ５、ａ７、ａ９、ａ１１は吸熱となる。

この第２の状態のとき、磁気が印加された磁気熱量材料ａ２、ａ４、ａ６、ａ８、ａ１０、ａ１２のそれぞれの内周側にある熱スイッチ３０ｂを磁気の印加と同時にオンにする。このとき熱スイッチ３０ａはオフにする。これにより磁気熱量材料ａ２、ａ４、ａ６、ａ８、ａ１０、ａ１２と、それらの内周側にある部材は熱平衡になろうとする。すなわち、磁気熱量材料ａ１とａ２、磁気熱量材料ａ３と磁気熱量材料ａ４、…、磁気熱量材料ａ１１とａ１２がそれぞれ同じ温度になろうとして熱が伝達される。

このように磁気印加ディスク２０を回転させることで、磁気熱量材料への磁気の印加と除去が行われ、同時に熱スイッチのオン／オフを繰り返すことで、各磁性体ブロックＭＢにおいて外周冷媒通路４２から内周冷媒通路４１方向へ熱が伝わって、外周冷媒通路４２側が冷却され、内周冷媒通路４１側が加熱されるようになるのである。

積層されている他の熱生成ディスク１０および磁気印加ディスク２０においても同じ動作となる。以上の動作によって、本実施形態の磁気冷暖房装置５００では、外周冷媒通路４２を通過した冷媒は温度が下降し、内周冷媒通路４１を通過した冷媒は温度が上昇するのである。

ここでは（図２６〜２９）、一つの磁性体ブロックＭＢにおいて磁気熱量材料１が１２個の場合を用いて説明したが、磁気熱量材料の数はいくつであっても同様の動作である。したがって、前述した向流方式を採用して一つの磁性体ブロックＭＢに磁気熱量材料が６個の場合も同じように動作することになる。

［冷暖房システム］
次に、本実施形態の磁気冷暖房装置５００を、たとえば自動車などの冷暖房システム（いわゆるエアコンディショナー）として用いた例を説明する。

図３０は冷暖房システムに係る磁気冷暖房装置５００の冷媒の循環系統を示す図である。図に示すように、磁気冷暖房装置５００には、低温側放熱器６３０、高温側放熱器７３０を接続する。低温側放熱器６３０は外周冷媒通路用ポンプ７８０を介して外周冷媒通路４２の外周冷媒出入口４６に接続する。高温側放熱器７３０は内周冷媒通路用ポンプ７９０を介して内周冷媒通路４１の内周冷媒出入口４５に接続する。ここで冷媒はたとえば空気である。なお、冷媒は空気に限らず、その他の気体や液体を使用してもよい。

外周冷媒通路用ポンプ７８０は外周冷媒通路４２を流れる冷媒の流量を制御する。内周冷媒通路用ポンプ７９０は内周冷媒通路４１を流れる冷媒の流量を制御する。

外周冷媒通路４２で冷やされた冷媒は低温側放熱器６３０に供給され、低温側放熱器用ファン６３０Ｆによって強制的に送風された外部の空気と熱交換される。熱交換された後の冷媒は再び外周冷媒通路４２に戻って冷却される。一方、内周冷媒通路４１で温められた冷媒は高温側放熱器７３０に供給され、高温側放熱器用ファン７３０Ｆによって強制的に送風された外部の空気と熱交換される。熱交換された後の冷媒は再び内周冷媒通路４１に戻って加熱される。このようにして低温側放熱器６３０は外部の空気を冷却し高温側放熱器７３０は外部の空気を加熱する。

ここで空調する空間が車室内などであれば、車室内を冷房する場合には、低温側放熱器６３０によって熱交換された冷風を車室内に供給する。一方、車室内を暖房する場合には、高温側放熱器７３０によって熱交換された温風を車室内に供給する。

図３１は、冷暖房システムの制御系のブロック図である。また、図３２は、図３１の空調情報入力部のさらに具体的な制御系のブロック図である。

図３１に示すように、冷暖房システムの制御系は、空調情報入力部１０００、空調制御部（制御部）１１００、モータ制御部１２００、回転軸用モータ７００、熱スイッチ制御部１３００、ポンプ制御部１４００、ファン制御部１５００を備える。空調制御部１１００およびモータ制御部１２００は制御部を形成する。

空調情報入力部１０００は空調に必要な情報を入力する。空調に必要な情報は、設定温度、外周流入冷媒温度、外周流出冷媒温度、内周流入冷媒温度、内周流出冷媒温度である。空調情報入力部１０００の具体的な説明は、後述の図３２に基づいて行う。

回転軸用モータ７００は、磁気印加ディスク２０を回転させるための回転軸６０を回転させるモータである。

空調制御部１１００は、本実施形態に係る磁気冷暖房装置５００の動作を総括的に制御する。空調制御部１１００の具体的な説明は、後述の図３３のフローチャートに基づいて行う。

モータ制御部１２００は、空調制御部１１００の指令を受けて、回転軸用モータ７００の回転速度を制御する。また、熱スイッチ制御部１３００は、磁気熱量材料基板９００Ａ−９００Ｆが有する磁気熱量材料１間に位置して設けられている熱スイッチのオン、オフを制御する。熱スイッチは磁気熱量材料１間の熱伝導を、磁気印加ディスク２０の回転に同期させて制御するスイッチである。

ポンプ制御部１４００は、図３０に示した外周冷媒通路用ポンプ７８０と内周冷媒通路用ポンプ７９０の動作を制御する。ポンプ制御部１４００は、より多くの冷房能力が要求されると外周冷媒通路用ポンプ７８０の冷媒流出量を増加させ、より多くの暖房能力が要求されると内周冷媒通路用ポンプ７９０の冷媒流出量を増加させる。

ファン制御部１５００は、図３０に示した低温側放熱器用ファン６３０Ｆと高温側放熱器用ファン７３０Ｆの動作を制御する。ファン制御部１５００は、より多くの冷房能力が要求されると低温側放熱器用ファン６３０Ｆの送風量を増加させ、より多くの暖房能力が要求されると高温側放熱器用ファン７３０Ｆの送風量を増加させる。

図３２に示すように、空調情報入力部１０００は、温度設定部１０１０、外周流入冷媒温度センサ１０２０、外周流出冷媒温度センサ１０３０、内周流入冷媒温度センサ１０４０、内周流出冷媒温度センサ１０５０、磁気熱量材料周囲温度センサ１０６０、冷媒通路温度センサ１０７０を備える。

温度設定部１０１０は、磁気冷暖房装置５００が空調する空間（たとえば車室内）の温度を設定する。外周流入冷媒温度センサ１０２０は、外周冷媒通路４２に流入する冷媒の温度を検出する。外周流出冷媒温度センサ１０３０は、外周冷媒通路４２から流出する冷媒の温度を検出する。内周流入冷媒温度センサ１０４０は、内周冷媒通路４１に流入する冷媒の温度を検出する。内周流出冷媒温度センサ１０５０は、内周冷媒通路４１から流出する冷媒の温度を検出する。磁気熱量材料周囲温度センサ１０６０は、磁気熱量材料１の周囲の温度を検出する。磁気熱量材料１の周囲の温度を検出するのは、磁気熱量材料１の周囲温度が、磁気熱量材料１の熱生成量に影響を与えるからである。冷媒通路温度センサ１０７０は、外周冷媒通路４２と内周冷媒通路４１の温度を検出する。

温度設定部１０１０、磁気熱量材料周囲温度センサ１０６０、冷媒通路温度センサ１０７０を設けるのは、磁気冷暖房装置５００でどの程度の熱量を発生させなければならないかを知るためである。外周流入冷媒温度センサ１０２０、外周流出冷媒温度センサ１０３０、内周流入冷媒温度センサ１０４０、内周流出冷媒温度センサ１０５０は、磁気冷暖房装置５００が、安定した温度を保ち続ける高温源および低温源を形成するために必要となる。

ここで、車室内を冷房するときには、外周流入冷媒温度センサ１０２０が磁気冷暖房装置５００に戻ってきて外周冷媒出入口４６に入る冷媒の温度を監視する流入冷媒温度監視部となる。また、このとき外周流出冷媒温度センサ１０３０は外周冷媒出入口４６から出て行く冷媒の温度を監視する流出冷媒温度監視部となる。

逆に車室内を暖房するときには、内周流入冷媒温度センサ１０４０が磁気冷暖房装置５００に戻ってきて内周冷媒出入口４５に入る冷媒の温度を監視する流入冷媒温度監視部となる。また、このとき内周流出冷媒温度センサ１０５０は内周冷媒出入口４５から出て行く冷媒の温度を監視する流出冷媒温度監視部となる。

磁気冷暖房装置５００が発生する熱量は、磁気印加ディスク２０の回転速度（周波数）に比例する。必要熱力が大きくなると磁気印加ディスク２０の回転速度を上昇させ、必要熱力が小さくなると磁気印加ディスク２０の回転速度を低下させる。磁気印加ディスク２０は回転軸用モータ７００によって駆動されるので、磁気印加ディスク２０の回転速度の制御は空調制御部１１００およびモータ制御部１２００が行う。つまり、空調制御部１１００およびモータ制御部１２００が回転軸用モータ７００の回転速度を制御することで磁気冷暖房装置５００が発生する熱量を調整する。

冷暖房システムに係る磁気冷暖房装置５００の動作を、図３３を参照しながら説明する。図３３は磁気冷暖房装置の動作を制御する手順を示すフローチャートである。

まず、操作者は、温度設定部１０１０から車室内（空調する空間）の設定温度を入力する。設定温度が入力されると、空調制御部１１００は、要求熱量と要求温度差を入力する（Ｓ１０）。

空調制御部１１００は、車室内の空間容量、現在の車室内の温度、車室内の設定温度を参照して、車室内を設定温度にするために必要な要求熱量を求める。また、外周冷媒通路４２から流出する冷媒の温度と内周冷媒通路４１から流出する冷媒の温度との差を求める。この求めた値を、要求熱量、要求温度差として入力する。

次に、空調制御部１１００は、入力した要求熱量と要求温度差をあらかじめ記憶しているマップと照合して、回転軸用モータ７００の回転速度、すなわち動作周波数ｆを入力する。また、磁気熱量材料周囲温度検出センサ１０６０が検出する温度から外周冷媒通路４２に流入する冷媒の温度の基準となる冷媒温度、磁気熱量材料周囲温度検出センサ１０６０が検出する温度と要求温度差の半分の温度から外周冷媒通路４２から流出する冷媒の温度、磁気熱量材料周囲温度検出センサ１０６０が検出する温度から内周冷媒通路４１に流入する冷媒の温度の基準となる冷媒温度、磁気熱量材料周囲温度検出センサ１０６０が検出する温度と要求温度差の半分の温度から内周冷媒通路４１から流出する冷媒の温度を入力する。また、外周冷媒通路４２に対して冷媒を供給する外周冷媒通路用ポンプ７８０の冷媒流量と、内周冷媒通路４１に対して冷媒を供給する内周冷媒通路用ポンプ７９０の冷媒流量も入力する。さらに、低温側放熱器用ファン６３０Ｆの風量と高温側放熱器用ファン７３０Ｆの風量も入力する（Ｓ２０）。

空調制御部１１００は磁気冷暖房装置５００を運転する。具体的には、空調制御部１１００は、入力した動作周波数ｆを実現するために、モータ制御部１２００に回転数の指示を出す。動作周波数ｆは、１つの磁気熱量材料１に対して１秒間に何回磁気の印加除去をするかを示すものである。たとえば、動作周波数ｆが６Ｈｚであったとすると、磁気印加ディスク２０が１秒間に１回転すると一つの磁気熱量材料１に対して６回の磁気の印加除去が行われる（磁気の印加と除去で１回）。このため、回転軸用モータ７００と磁気印加ディスク８００Ａが直結されていれば、回転軸用モータ７００に要求される回転数は６０ｒｐｍである。モータ制御部１１００にはこの回転数を指示する。

空調制御部１１００は、図示しない磁気熱量材料基板上の磁気熱量材料１の周囲温度を検出する磁気熱量材料周囲温度検出センサ１０６０により得られる磁気熱量材料１の周囲温度、外周冷媒通路４２と内周冷媒通路４１の温度を検出する冷媒通路温度センサ１０７０により得られる温度、動作周波数ｆの情報に基づき見積もられる磁気冷暖房装置５００が生成した熱量が要求熱量に対して誤差範囲にあるか否かを判断する（Ｓ３０）。誤差範囲はあらかじめ設定しておく。空調制御部１１００は、生成した熱量が誤差範囲になければ（Ｓ３０：ＮＯ）、誤差範囲内に収まるように、動作周波数ｆを変更する（Ｓ４０）。具体的には、磁気冷暖房装置５００が生成した熱量が要求熱量よりもかなり小さければ、生成する熱量を増加させるために、回転軸用モータ７００の回転速度を増加する。逆に、磁気冷暖房装置５００が生成した熱量が要求熱量よりも大きすぎれば、生成する熱量を減少させるために、回転軸用モータ７００の回転速度を低下する。

空調制御部１１００は、生成した熱量が誤差範囲内であれば（Ｓ３０：ＹＥＳ）、外周流入冷媒温度センサ１０２０によって検出された外周冷媒通路４２の流入口の冷媒の温度、および内周流入冷媒温度センサ１０４０によって検出された内周冷媒通路４１の流入口の冷媒の温度が、各々、外周冷媒通路および内周冷媒通路４１へ流入する冷媒の温度の基準となる冷媒温度と誤差内にありかつ外周流出冷媒温度センサ１０３０によって検出された外周冷媒通路４２の流出口の冷媒の温度、および内周流出冷媒温度センサ１０５０によって検出された内周冷媒通路４１の流出口の冷媒の温度が、各々、設定した外周冷媒通路および内周冷媒通路４１から流出する冷媒の温度と誤差内にあるか否かを判断する（Ｓ５０）。誤差範囲はあらかじめ設定しておく。空調制御部１１００は、外周冷媒通路４２および内周冷媒通路４１の流入口および流出口の冷媒の温度が誤差内になければ（Ｓ５０：ＮＯ）、誤差囲内に収まるように、ポンプ制御部１４００とファン制御部１５００に指令を出し、外周冷媒通路４２に対して冷媒を流す外周冷媒通路用ポンプ７８０と内周冷媒通路４１に対して冷媒を流す内周冷媒通路用ポンプ７９０の冷媒流量を変更するとともに、低温側放熱器用ファン６３０Ｆと高温側放熱器用ファン７３０Ｆの風量を変更する（Ｓ６０）。

空調制御部１１００は、外周冷媒通路および内周冷媒通路４１へ流入する冷媒の温度、および外周冷媒通路および内周冷媒通路４１から流出する冷媒の温度が誤差内であれば（Ｓ５０：ＹＥＳ）処理を終了する。

このように、冷暖房システムに係る磁気冷暖房装置５００によれば、回転軸用モータ７００の回転速度を制御することと、外周冷媒通路用ポンプ７８０、内周冷媒通路用ポンプ７９０による空気流量を制御することと、低温側放熱器用ファン６３０Ｆ、高温側放熱器用ファン７３０Ｆの風量を制御することによって、空調に利用される空気の温度を容易に調整することができる。

〔実施形態２〕
上述した実施形態１では内周冷媒通路４１が高温側熱交換器、外周冷媒通路４２が低温側熱交換器となる形態を説明した。しかし本発明はこのような形態に限らず、内周冷媒通路４１が低温側熱交換器、外周冷媒通路４２が高温側熱交換器となる形態であってもよい。この形態を実施形態２とする。

本実施形態２では、内周冷媒の出口温度は外周冷媒の出口温度より低くなる。このため各磁性体ブロックＭＢにおいて内周側が低温、外周側が高温となるように熱輸送しているのである。ここでいう低温、高温とは、相対的に内周側が外周側よりも低温（逆にいうと外周側が内周側よりも高温）という意味である。

したがって、磁気冷暖房装置の外観構成および各部の構成は、上述した実施形態１と同じであるが、磁性体ブロックＭＢ１〜ＭＢ６（各熱輸送器）および各磁性体ブロックを構成する磁気熱量材料ａ１〜ａ１２（またはａ１〜ａ６）が担う温度範囲が異なる。このためここでは、磁気冷暖房装置の外観構成および各部の構成は上述した実施形態１と同じであるのでそれらの説明は省略し、本実施形態２における磁性体ブロックＭＢ１〜ＭＢ６および各磁性体ブロックを構成する磁気熱量材料ａ１〜ａ１２（またはａ１〜ａ６）が担う温度について説明する。

図３４は、内周冷媒通路が低温側熱交換器、外周冷媒通路が高温側熱交換器とした場合における内周冷媒と外周冷媒のそれぞれの温度変化の仕方を説明するためのグラフであり、図３４Ａは平流方式のときのグラフであり、図３４Ｂは向流方式のときのグラフである。ここでも各グラフにおいては、内周冷媒および外周冷媒は、入口での温度が同じであり、ここではＴｂであるとする。また、グラフ中のＭＢ１〜ＭＢ６は各磁性体ブロック（図６および７参照）と温度の関係を示している。

まず、並流方式の場合を説明する。

並流方式の各冷媒の流れは、図６に示したものと同様であり、内周冷媒通路４１、外周冷媒通路４２ともに、各冷媒をＡ側から入れてＢ側から出す。

この場合は、図３４Ａに示すように、外周冷媒が入口温度Ｔｂから出口温度Ｔｈにまで温度が上昇する。温度変化は、＋ΔＴ（＝Ｔｈ−Ｔｂ）であり、＋ΔＴはたとえば３０Ｋである。一方、内周冷媒は入口温度Ｔｂから出口温度Ｔｃまで温度が下降する。温度変化は−ΔＴ（＝Ｔｃ−Ｔｂ）であり、−ΔＴはたとえば３０Ｋである。これにより、内周冷媒通路４１の出口における内周冷媒温度Ｔｃの方が外周冷媒通路４２の出口における外周冷媒温度Ｔｈより低い温度となる。

図３４Ａのグラフからわかるように、並流方式では、磁性体ブロックＭＢ１においては、内周冷媒と外周冷媒の温度差がほとんど少ないが、磁性体ブロックＭＢ６に行くほどこの温度差が大きくなっている。したがって、磁性体ブロックＭＢ１は冷却（または加熱）する温度は少なくてもよいが、磁性体ブロックＭＢ６では２×ΔＴに相当する温度を冷却（または加熱）しなければならないことになる。

このように並流方式では、外周冷媒と内周冷媒の温度変化が実施形態１（図８Ａ）と入れ替わっているだけで、磁性体ブロックＭＢ１〜ＭＢ６のそれぞれが担う温度域は図８Ａに示した場合と同じになる（ただし、磁性体ブロックＭＢ１〜ＭＢ６のそれぞれを構成する複数の磁気熱量材料のそれぞれが担う温度は異なる（詳細後述））。

次に向流方式における各冷媒の流れは、図７に示したものと同様であり、外周冷媒通路４ではＡ側から外周冷媒を入れてＢ側から出す。一方、内周冷媒通路４１ではＢ側から内周冷媒を入れてＡ側から出す。

この場合は、図３４Ｂに示すように、外周冷媒が入口温度Ｔｂから出口温度Ｔｈにまで温度が上昇する。この温度変化を＋ΔＴ（＝Ｔｈ−Ｔｂ）とする。この＋ΔＴはたとえば３０Ｋである。一方、内周冷媒は入口温度Ｔｂから出口温度Ｔｃまで温度が下降する。この温度変化を−ΔＴ（＝Ｔｃ−Ｔｂ）とする。この−ΔＴはたとえば３０Ｋである。これにより、内周冷媒通路４１の出口における内周冷媒温度Ｔｃの方が外周冷媒通路４２の出口における外周冷媒温度Ｔｈより低い温度となる。

図３４Ｂのグラフからわかるように、向流方式では、磁性体ブロックＭＢ１〜ＭＢ６はいずれも内周冷媒と外周冷媒の温度差に相当する温度範囲を冷却（または加熱）することになる。しかも磁性体ブロックＭＢ１〜ＭＢ６はそれぞれがΔＴに相当する温度を冷却（または加熱）すればよいことになる。

そして向流方式においては、磁性体ブロックＭＢ１〜ＭＢ６のそれぞれが担う温度域は図３４Ｂに示したように、磁性体ブロックＭＢ１からＭＢ６方向に高くなる。

また実施形態２においても、実施形態１同様に並流方式と向流方式を比べれば、カルノーサイクルにおける成績係数（ＣＯＰ）は、向流方式の方が並流方式より２倍冷却効率がよいことになる。

次に、本実施形態２における各磁性体ブロックを構成する各磁気熱量材料が担う温度について説明する。磁気熱量材料１は、実施形態１と同様に、磁気が印加されると発熱し磁気が除去されると吸熱する正の磁性体（磁気熱量材料）である。そして磁気熱量材料１のキュリー点を、その磁気熱量材料１が担う温度範囲に合わせることで、効率よく温度変化させることができる。

まず、並流方式における各磁性体ブロックを構成する各磁気熱量材料が担う温度について説明する。図３５は、内周冷媒通路が低温側熱交換器、外周冷媒通路が高温側熱交換器とした場合において、並流方式の場合における各磁性体ブロックを構成する複数の磁気熱量材料のそれぞれのキュリー点を示すグラフであり、横軸は低温側温度Ｔｃから高温側温度Ｔｈまでの温度であり、縦軸は各磁気熱量材料が変化する温度である。ここで、図３５における一つの磁性体ブロックＭＢを構成する複数の磁気熱量材料は、図９と同じであり外周側から内周側方向へａ１〜ａ１２とする。

図３５に示すように、並流方式の場合の一つの磁性体ブロックにおける磁気熱量材料ａ１〜ａ１２は、内周側から外周側方向（すなわちａ１２からａ１方向）へ、そのキュリー点が高くなるように並べている。なお、並流方式の場合、各磁性体ブロックを構成する複数の磁気熱量材料ａ１〜ａ１２のキュリー点の平均値は同じである。

したがって、並流方式の場合は、本実施形態２においても磁気熱量材料ａ１〜ａ１２が同じ構成となった磁性体ブロックＭＢを環状に１２個並列に並べればよい。このため向流方式と対比すれば熱生成ディスク１０を製造する際のコストを低減することができる。

次に、向流方式における各磁性体ブロックを構成する各磁気熱量材料が担う温度について説明する。図３６は本実施形態２において、内周冷媒通路が低温側熱交換器、外周冷媒通路が高温側熱交換器とした場合において、向流方式の場合における各磁性体ブロックを構成する複数の磁気熱量材料のそれぞれのキュリー点を示すグラフであり、横軸は低温側温度Ｔｃから高温側温度Ｔｈまでの温度であり、縦軸は各磁気熱量材料が変化する温度である。また、グラフ中の山形の複数の曲線のそれぞれのピークがキュリー点である。ここで、図３６における一つの磁性体ブロックＭＢを構成する複数の磁気熱量材料は、図１０と同じであり外周側から内周側方向へａ１〜ａ６とする。

実施形態２において、向流方式の場合は、図３６に示すように、各磁気熱量材料ａ１〜ａ６のキュリー点は、内周側から外周側方向（すなわちａ６からａ１方向）へ、そのキュリー点が高くなるように並べている。そして、各磁性体ブロックＭＢ１〜ＭＢ６のそれぞれを構成する複数の磁気熱量材料ａ１〜ａ６のキュリー点の平均値は、各磁性体ブロックＭＢ１〜ＭＢ６方向に高くなるようにしている。つまり、各磁気ブロックＭＢ１〜ＭＢ６を構成する磁気熱量材料ａ１〜ａ６のキュリー点の平均値が、外周冷媒を基準としても、内周冷媒を基準としても、それらの入口から出口の方向に段階的に変化しているのである。

このことは、各磁気ブロックＭＢ１〜ＭＢ６における外周側に位置する磁気熱量材料ａ１を見れば、そのキュリー点は外周冷媒の入口側（Ａ側、すなわちＭＢ１側）が低く、出口側（Ｂ側、すなわちＭＢ６側）が高くなるように配置されていることになる。また、内周側に位置する磁気熱量材料ａ６を見れば、そのキュリー点は内周冷媒の入口側（Ｂ側、すなわちＭＢ６側）が高く、出口側（Ａ側、すなわちＭＢ１側）が低くなるように配置されていることになる。

したがって、本実施形態２も向流方向においては、各磁気ブロックＭＢ１〜ＭＢ６を構成する磁気熱量材料ａ１〜ａ６は外周側から内周側へ、段階的にキュリー点（作動温度）が変化するようにキュリー点の異なる磁気熱量材料を配置している。さらに、各磁気ブロックＭＢ１〜ＭＢ６を構成する磁気熱量材料ａ１〜ａ６のキュリー点の平均値は、冷媒の入口から出口の方向に段階的に変化しているものとなっているのである。

このように構成された向流方式では、本実施形態２においても、実施形態１と同様に、磁気冷暖房装置５００として必要な温度差を、平流方式と比較してより少ない数の磁気熱量材料で得ることができる。

もちろん実施形態２においても、向流方式において一つひとつの磁性体ブロックＭＢを構成する磁気熱量材料１の数を１２個としてもよい。その場合には、冷媒出口側における内周冷媒と外周冷媒の温度差を平流方式の約倍の温度差にすることができる。

なおここで説明した実施形態２の磁気冷暖房装置を冷暖房システム（図３０参照）に用いた場合、外周冷媒と内周冷媒の作用が高温側と低温側とで逆になる。すなわち、低温側放熱器６３０は冷媒通路用ポンプ７８０を介して内外周冷媒通路４１の内周冷媒出入口４５に接続する。高温側放熱器７３０は冷媒通路用ポンプ７９０を介して外周冷媒通路４２の内周冷媒出入口４６に接続する。また、制御においては、外周冷媒と内周冷媒が逆になるだけであるので、説明は省略する。

以上説明した本発明を適用した実施形態の効果を説明する。

（１）実施形態によれば、複数の磁気熱量材料と、この磁気熱量材料の熱を輸送する熱スイッチ部とを交互に配置した磁性体ブロック（熱輸送器）を環状に並べることで中空状の熱生成ディスクを形成している。そして、熱生成ディスクの内周端側に内周冷媒通路、外周端側に外周冷媒通路を設け、これらに流す冷媒の入口または出口となる内周冷媒出入口と外周冷媒出入口を隣り合うように配置した。これにより磁性体ブロック（熱輸送器）によって生成される熱による温度差が最も大きくなる磁性体ブロック（熱輸送器）の内周端と外周端に冷媒を流すことができるようになる。したがって、それら冷媒により磁気冷暖房装置と外部との熱交換を効率的に行うことができる。しかも内周冷媒出入口と外周冷媒出入口を隣り合うように配置したことで、これらの内周冷媒通路と外周冷媒通路が交差することなく平坦状に配管することができる。したがって、熱生成ディスクを積層した場合でも配管による余分な体積増がなく、コンパクトな形状とすることができる。

（２）実施形態では、冷媒を流す方向として、内周冷媒と外周冷媒の向きが互いに逆方向となる、向流方式を採用することができる。この向流方式においては、磁性体ブロック（熱輸送器）の内周端と外周端のそれぞれの冷媒温度の差を、どの磁性体ブロック（熱輸送器）の内周端と外周端をとってもほぼ同じ温度にすることができる。このため、冷房効率の指標となるカルノーサイクルにおける成績係数（ＣＯＰ）がよくなり、内周冷媒と外周冷媒の向きが同じ方向の並流方式に比べ、２倍効率よく熱交換することができる。

（３）実施形態では、一つのひとつの磁性体ブロック（熱輸送器）を構成する複数の磁気熱量材料は外周側から内周側へ段階的にキュリー点が変化するようにキュリー点の異なる磁気熱量材料を配置し、かつ、それら磁性体ブロックを構成する複数の磁気熱量材料のキュリー点の平均値が冷媒の入口から出口の方向に段階的に変化するようにした。これにより、外周と内周のそれぞれに流す冷媒の温度差に対応させるだけでなく、冷媒の流れる方向の入口と出口の温度差にも対応させて、効率よく複数の磁気熱量材料の発熱、吸熱を行わせることができる。

（４）特に、実施形態１では、一つの磁性体ブロック（熱輸送器）を構成する複数の磁気熱量材料として、複数の磁気熱量材料のキュリー点の平均値が、外周冷媒の流れる入口から出口方向に低くなるようにした。これは逆に言うと向流方式では内周冷媒の流れる入口から出口方向に高くなるようにしたものとなる。これにより環状に複数配列した各磁性体ブロックの温度差に対応した温度領域で効率よく磁気熱量材料の温度変化させることができる。

（５）また実施形態１では、一つの磁性体ブロック（熱輸送器）を構成する複数の磁気熱量材料として、外周冷媒通路に隣接する磁気熱量材料のキュリー点が外周冷媒の流れる入口から出口方向に低くなるように配置した。これにより向流方式における外周冷媒の流れ方向の温度差に対応した温度領域で効率よく磁気熱量材料の温度変化させることができる。

（６）さらに実施形態１では、一つの磁性体ブロック（熱輸送器）を構成する複数の磁気熱量材料として、内周冷媒通路に隣接する磁気熱量材料のキュリー点が内周冷媒の流れる入口から出口方向に高くなるように配置した。これにより向流方式における内周冷媒の流れ方向の温度差に対応した温度領域で効率よく磁気熱量材料の温度変化させることができる。

（７）特に、実施形態２では、一つの磁性体ブロック（熱輸送器）を構成する複数の磁気熱量材料として、複数の磁気熱量材料のキュリー点の平均値が、外周冷媒の流れる入口から出口方向に高くなるようにした。これは逆に言うと向流方式では内周冷媒の流れる入口から出口方向に低くなるようにしたものとなる。これにより環状に複数配列した各磁性体ブロックの温度差に対応した温度領域で効率よく磁気熱量材料の温度変化させることができる。

（８）また実施形態２では、一つの磁性体ブロック（熱輸送器）を構成する複数の磁気熱量材料として、外周冷媒通路に隣接する磁気熱量材料のキュリー点が外周冷媒の流れる入口から出口方向に高くなるように配置した。これにより向流方式における外周冷媒の流れ方向の温度差に対応した温度領域で効率よく磁気熱量材料の温度変化させることができる。

（９）さらに実施形態２では、一つの磁性体ブロック（熱輸送器）を構成する複数の磁気熱量材料として、内周冷媒通路に隣接する磁気熱量材料のキュリー点が内周冷媒の流れる入口から出口方向に低くなるように配置した。これにより向流方式における内周冷媒の流れ方向の温度差に対応した温度領域で効率よく磁気熱量材料の温度変化させることができる。

（１０）実施形態では、冷媒を流す方向として、内周冷媒と外周冷媒の向きが共に同じ方向となる、並流方式を採用することができる。この並流方式においては、熱生成ディスクを構成する複数の磁性体ブロック（熱輸送器）をすべて同じ構成にすることができる。

（１１）実施形態１では、内周冷媒通路の出口における内周冷媒の温度が外周冷媒通路の出口における外周冷媒の温度より高くなるようにした。すなわち、内周冷媒通路を高温側熱交換器とし、外周冷媒通路を低温側熱交換器としたものである。この場合、たとえばモータで回転軸を回すと、ボールベアリングなどの回転支持部材部が摩擦で発熱し、熱くなる。そこで、内周側に高温側熱交換があることで、この発生した熱を冷媒と熱交換させることができるので、暖房能力を向上することができる。

（１２）実施形態２では、内周冷媒通路の出口における内周冷媒の温度が外周冷媒通路の出口における外周冷媒の温度より低くなるようにした。すなわち、内周冷媒通路を低温側熱交換器とし、外周冷媒通路を高温側熱交換器としたものである。

磁気冷凍システムにおける磁気熱量材料の伝熱特性として、ＱＨ＝ＱＬ＋Ｗ（ここで、ＱＨは発熱量、ＱＬは吸熱量、Ｗは１冷暖房サイクルでの仕事量）となることが知られている（参考文献：「Ｍａｉｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ａ Ｂｒａｙｔｏｎ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ ｃｙｃｌｅ ｏｆ ｐａｒａｍａｇｎｅｔｉｃ ｓａｌｔ」 （Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ／ Ｖｏｌｕｍｅ ７５ Ｉｓｓｕｅ ３， ｐｐ．１２４９−１２５３， １ Ｆｅｂｒｕａｒｙ １９９４， Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ）の特に図２）。

この伝熱特性を実施形態２にあてはめれば、低温側の吸熱量ＱＬ、高温側の発熱量ＱＨとなる。このため高温側熱交換部に渡す熱量の方が、１冷暖房サイクルでの仕事量の分だけ、低温側熱交換部から受け取る熱量より大きくなる。このため高温側熱交換部が外周側にある場合は、内周側に比べて熱交換できる面積が大きくなるため、実施形態１と比較して、１サイクルで交換できる熱量を多くすることができる。

（１３）実施形態の冷暖房システムは、本実施形態に係る磁気冷暖房装置を用いたので、自動車の車室内などの冷暖房を磁気冷凍技術を利用して効率よく行うことができる。しかも、コンパクトな磁気冷暖房装置によって冷暖房することができる。もちろん、本発明の冷暖房システムは、自動車の車室内ばかりでなく、通常の建物の部屋内などの冷暖房に用いることも可能である。さらには、居住空間としての車室内や部屋内だけでなく、様々な物体の冷暖房に用いることも可能である。

以上本発明を適用した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限定されるものではない。特に、一つひとつの磁性体ブロックＭＢを構成する磁気熱量材料の数は、何個であってもよい。たとえば最低は、内周冷媒通路と外周冷媒通路の間に１個の磁気熱量材料があればよい。また、内周冷媒通路と外周冷媒通路の間に１２個以上の磁気熱量材料を配置すれば、内周冷媒と外周冷媒のそれぞれの出口温度の差をより大きくすることができる。

そのほか、様々な変形形態が可能であり、本発明は、特許請求の範囲により規定した事項によって定められるものである。

１、ａ１〜ａ１２ 磁気熱量材料、
２ 磁石、
１０ 熱生成ディスク、
１１ 磁気熱量材料基板、
２０ 磁気印加ディスク、
２１ 磁石基板、３０ａ、
３０ｂ 熱スイッチ部、
４１ 内周冷媒通路、
４２ 外周冷媒通路、
４５ 内周冷媒出入口、
４６ 外周冷媒出入口、
５０ ハウジング、
６０ 回転軸、
５００ 磁気冷暖房装置、
６３０ 低温側放熱器、
７３０ 高温側放熱器、
７８０ 外周冷媒通路用ポンプ、
７９０ 内周冷媒通路用ポンプ、
７００ 回転軸用モータ、
１０００ 空調情報入力部、
１０２０ 外周流入空気温度センサ（流入冷媒温度監視部）、
１０３０ 外周流出空気温度センサ（流出冷媒温度監視部）、
１０４０ 内周流入空気温度センサ（流入冷媒温度監視部）、
１０５０ 内周流出空気温度センサ（流出冷媒温度監視部）、
１１００ 空調制御部（制御部）、
１２００ モータ制御部、
１３００ 熱スイッチ制御部、
１４００ ポンプ制御部、
１５００ ファン制御部、
ＭＢ、ＭＢ１〜ＭＢ６ 磁性体ブロック（熱輸送器）。

Claims (13)

1. 磁気熱量効果を有する磁気熱量材料と前記磁気熱量材料の熱を輸送する熱スイッチ部とを交互に配置した熱輸送器を、環状に間隔をあけて複数配置した中空状の熱生成ディスクと、前記磁気熱量材料に磁気を印加する磁石を備えた中空状の磁気印加ディスクと、を有して、前記熱生成ディスクに対して前記磁気印加ディスクを相対的に回転させることによって回転方向とは交差する方向に熱を輸送する磁気冷暖房装置において、
   前記熱生成ディスクの内周に沿って設けられた内周冷媒通路と、
   前記熱生成ディスクの外周に沿って設けられた外周冷媒通路と、
   前記内周冷媒通路に接続されていて、前記内周冷媒通路に流す内周冷媒の入口または出口となる内周冷媒出入口と、
   前記外周冷媒通路に接続されていて、前記外周冷媒通路に流す外周冷媒の入口または出口となる外周冷媒出入口と、
   を有し、
   前記内周冷媒出入口と前記外周冷媒出入口が隣り合うように設けられていることを特徴とする磁気冷暖房装置。
2. 前記内周冷媒通路を流れる冷媒の方向と前記外周冷媒通路を流れる冷媒の方向とが互いに逆方向であることを特徴とする請求項１に記載の磁気冷暖房装置。
3. 前記各熱輸送器を構成する複数の磁気熱量材料は外周側から内周側へ段階的にキュリー点が変化するようにキュリー点の異なる磁気熱量材料を配置し、かつ、前記各熱輸送器を構成する複数の磁気熱量材料のキュリー点の平均値が冷媒の入口から出口の方向に段階的に変化していることを特徴とする請求項２に記載の磁気冷暖房装置。
4. 前記各熱輸送器のそれぞれを構成する複数の磁気熱量材料のキュリー点の平均値が、前記外周冷媒の流れる入口から出口方向に低くなるようにしたことを特徴とする請求項３に記載の磁気冷暖房装置。
5. 前記熱生成ディスク内の各熱輸送器を構成する複数の磁気熱量材料のうち、前記外周冷媒通路に隣接する磁気熱量材料のキュリー点が、外周冷媒の流れる入口から出口方向に低くなるように配置したことを特徴とする請求項４に記載の磁気冷暖房装置。
6. 前記熱生成ディスク内の各熱輸送器を構成する複数の磁気熱量材料のうち、前記内周冷媒通路に隣接する磁気熱量材料のキュリー点が、内周冷媒の流れる入口から出口方向に高くなるように配置したことを特徴とする請求項４に記載の磁気冷暖房装置。
7. 前記各熱輸送器のそれぞれを構成する複数の磁気熱量材料のキュリー点の平均値が、前記外周冷媒の流れる入口から出口方向に高くなるようにしたことを特徴とする請求項３に記載の磁気冷暖房装置。
8. 前記熱生成ディスク内の各熱輸送器を構成する複数の磁気熱量材料のうち、前記外周冷媒通路に隣接する磁気熱量材料のキュリー点が、外周冷媒の流れる入口から出口方向に高くなるように配置したことを特徴とする請求項７に記載の磁気冷暖房装置。
9. 前記熱生成ディスク内の各熱輸送器を構成する複数の磁気熱量材料のうち、前記内周冷媒通路に隣接する磁気熱量材料のキュリー点が、内周冷媒の流れる入口から出口方向に低くなるように配置したことを特徴とする請求項７に記載の磁気冷暖房装置。
10. 前記内周冷媒通路を流れる冷媒の方向と前記外周冷媒通路を流れる冷媒の方向とが同じ方向であることを特徴とする請求項１に記載の磁気冷暖房装置。
11. 前記内周冷媒通路の出口における内周冷媒の温度は、前記外内周冷媒通路の出口における外周冷媒の温度より高いことを特徴とする請求項１〜６および１０のいずれか一つに記載の磁気冷暖房装置。
12. 前記内周冷媒通路の出口における内周冷媒の温度は、前記外内周冷媒通路の出口における外周冷媒の温度より低いことを特徴とする請求項１〜３および７〜１０のいずれか一つに記載の磁気冷暖房装置。
13. 請求項１〜１２のいずれか一つに記載の磁気冷暖房装置と、
    空調する空間との熱交換後、前記磁気冷暖房装置に戻ってきて前記内周冷媒出入口または前記外周冷媒出入口に入る冷媒の温度を監視する流入冷媒温度監視部と、
    前記磁気冷暖房装置の前記内周冷媒出入口または前記外周冷媒出入口から出てゆく冷媒の温度を監視する流出冷媒温度監視部と、
    前記流入冷媒温度監視部および前記流出冷媒温度監視部からの冷媒温度の情報に基づき、前記内周冷媒出入口または前記外周冷媒出入口から出てゆく冷媒の温度が所定の温度領域になるように前記磁気冷暖房装置を制御する制御部と、
    を有することを特徴とする磁気冷暖房システム。