図面を参照しながら、ここに開示される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。また、後続の実施形態においては、先行する実施形態で説明した事項に対応する部分に百以上の位だけが異なる参照符号を付することにより対応関係を示し、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他の形態の説明を参照し適用することができる。
(第1実施形態)
図1は、発明を実施するための第1実施形態に係る車両用空調装置1を示すブロック図である。車両用空調装置1は、磁気熱量効果型ヒートポンプ装置2を備える。磁気熱量効果型ヒートポンプ装置2はMHP(Magneto-caloric effect Heat Pump)装置2とも呼ばれる。MHP装置2は、熱磁気サイクル装置を提供する。
この明細書においてヒートポンプ装置の語は広義の意味で使用される。すなわち、ヒートポンプ装置の語には、ヒートポンプ装置によって得られる冷熱を利用する装置と、ヒートポンプ装置によって得られる温熱を利用する装置との両方が含まれる。冷熱を利用する装置は、冷凍サイクル装置とも呼ばれることがある。よって、この明細書においてヒートポンプ装置の語は冷凍サイクル装置を包含する概念として使用される。
車両用空調装置1は、MHP装置2の高温側に設けられた熱交換器3を有する。熱交換器3は、MHP装置2の高温と、媒体、例えば空気との間の熱交換を提供する。熱交換器3は、主として放熱のために用いられる。図示の例では、熱交換器3は、MHP装置2の熱輸送媒体と、空気との熱交換を提供する。熱交換器3は、車両用空調装置1における高温系統機器のひとつである。熱交換器3は、例えば車両の室内に設置され、空調用空気と熱交換することにより空気を温める。
車両用空調装置1は、MHP装置2の低温側に設けられた熱交換器4を有する。熱交換器4は、MHP装置2の低温端と、媒体、例えば空気との間の熱交換を提供する。熱交換器4は、主として吸熱のために用いられる。図示の例では、熱交換器4は、MHP装置2の熱輸送媒体と、熱源媒体との熱交換を提供する。熱交換器4は、車両用空調装置1における低温系統機器のひとつである。熱交換器4は、例えば車両の外部に設置され、外気と熱交換する。
MHP装置2は、MHP装置2を駆動するための回転軸2aを有する。回転軸2aは、動力源5と作動的に連結されている。よって、MHP装置2は、動力源5によって回転駆動される。動力源5は、MHP装置2に回転動力を提供する。動力源5は、MHP装置2の唯一の動力源である。動力源5は、電動機、内燃機関など回転機器によって提供される。動力源の一例は、車両に搭載された電池によって駆動される電動機である。
MHP装置2は、ハウジング6を備える。ハウジング6は回転軸2aを回転可能に支持している。MHP装置2は、ロータ7を備える。ロータ7は、ハウジング6内に回転可能に支持されている。ロータ7は、回転軸2aから直接的にまたは間接的に回転力を受けて、回転する。ロータ7は、動力源5によって回転させられる回転体である。ロータ7は、円筒状の部材である。
ロータ7は、熱輸送媒体が流れることができる作業室11を形成する。ひとつの作業室11は、ロータ7の軸方向に沿って延びている。ひとつの作業室11は、ロータ7の軸方向の両方の端面において開口している。ロータ7は、複数の作業室11を備えることができる。複数の作業室11は、ロータ7の回転方向に沿って配列されている。
ロータ7は、磁気熱量素子12を備える。磁気熱量素子12は、MCE(Magneto-Caloric Effect)素子12とも呼ばれる。MHP装置2は、MCE素子12の磁気熱量効果を利用する。MHP装置2は、MCE素子12によって低温端と高温端とを生成する。MCE素子12は、低温端と高温端との間に設けられている。図示の例では、図中の右側が低温端であり、図中の左端が高温端である。
MCE素子12は、作業室11内に、熱輸送媒体と熱交換するように配置されている。MCE素子12は、ロータ7に固定され、保持されている。MCE素子12は、熱輸送媒体の流れ方向に沿って配置されている。MCE素子12は、ロータ7の軸方向に沿って細長く延在している。ロータ7は、複数のMCE素子12を備えることができる。複数のMCE素子12は、ロータ7の回転方向に沿って互いに離れて配置されている。
MCE素子12は、外部磁場の強弱の変化に応答して発熱と吸熱とを生じる。MCE素子12は、外部磁場の印加により発熱し、外部磁場の除去により吸熱する。MCE素子12は、外部磁場が印加されることによって電子スピンが磁場方向に揃うと、磁気エントロピーが減少し、熱を放出することによって温度が上昇する。また、MCE素子12は、外部磁場が除去されることによって電子スピンが乱雑になると、磁気エントロピーが増加し、熱を吸収することによって温度が低下する。MCE素子12は、常温域において高い磁気熱量効果を発揮する磁性体によって作られている。例えば、ガドリウム系材料、またはランタン−鉄−シリコン化合物を用いることができる。また、マンガン、鉄、リンおよびゲルマニウムの混合物を用いることができる。MCE素子12には、外部磁場の印加により吸熱し、外部磁場の除去により発熱する素子を利用してもよい。
MHP装置2は、ロータ7と対向して配置されたステータ8を有する。ステータ8は、ハウジング6の一部によって提供されている。ステータ8は、ロータ7の径方向内側および/または径方向外側に配置され、ロータ7と径方向に関して対向する部位を有する。これら径方向に関して対向する部位は、磁場変調装置を提供するために利用される。ステータ8は、ロータ7の軸方向一端および/または軸方向他端に配置され、ロータ7と軸方向に関して対向する部位を有する。これら軸方向に対向する部位は、熱輸送装置、具体的には流路切換機構を提供するために利用される。
MHP装置2は、MCE素子12をAMR(ActiveMagnetic Refrigeration)サイクルの素子として機能させるための磁場変調装置14と熱輸送装置16とを備える。磁場変調装置14は、ロータ7と、ステータ8とによって提供される。磁場変調装置14は、ステータ8に対するロータ7の相対的な回転運動によって磁場を周期的に増減させる。磁場変調装置14は、回転軸2aに与えられる回転動力によって駆動される。熱輸送装置16は、ポンプ17と、流路切換機構18とを有する。流路切換機構18は、ロータ7と、ステータ8とによって提供される。流路切換機構18は、ステータ8に対するロータ7の相対的な回転運動によって機能する。流路切換機構18は、熱輸送媒体の流路に対する作業室11の接続状態を切換えることにより、作業室11およびMCE素子12に対する熱輸送媒体の流れ方向を反転するように切換える。
磁場変調装置14は、MCE素子12に外部磁場を与えるとともに、その外部磁場の強さを増減させる。磁場変調装置14は、MCE素子12を強い磁界内に置く励磁状態と、MCE素子12を弱い磁界内またはゼロ磁界内に置く消磁状態とを周期的に切換える。磁場変調装置14は、MCE素子12が強い外部磁場の中に置かれる励磁期間、およびMCE素子12が励磁期間より弱い外部磁場の中に置かれる消磁期間を周期的に繰り返すように外部磁場を変調する。磁場変調装置14は、後述する熱輸送媒体の往復的な流れに同期して、MCE素子12への磁場の印加と除去とを繰り返す。磁場変調装置14は、外部磁場を生成するための磁力源13、例えば永久磁石、または電磁石を備える。
具体的には、磁場変調装置14は、ひとつの作業室11およびMCE素子12を第1位置と第2位置とに交互に位置付ける。磁場変調装置14は、第1位置にあるMCE素子12を強い磁場の中に位置付ける。磁場変調装置14は、第2位置にあるMCE素子12を弱い磁場またはゼロ磁場の中に位置付ける。
磁場変調装置14は、MCE素子12に沿って第1方向に熱輸送媒体が流れるときに、MCE素子12が強い磁場の中に位置付けられるように、MCE素子12を第1位置に位置付ける。第1方向は、低温端から高温端に向かう方向である。磁場変調装置14は、作業室11の一端がポンプ17の吸入口に連通し、作業室11の他端がポンプ17の吐出口に連通するときに、その作業室11の中のMCE素子12が強い磁場の中に置かれるようにMCE素子12を第1位置に位置付ける。
磁場変調装置14は、MCE素子12に沿って第1方向とは反対の第2方向に熱輸送媒体が流れるときに、MCE素子12が弱い磁場またはゼロ磁場の中に位置付けられるように、MCE素子12を第2位置に位置付ける。第2方向は、高温端から低温端に向かう方向である。磁場変調装置14は、作業室11の一端がポンプ17の吐出口に連通し、作業室11の他端がポンプ17の吸入口に連通するときに、MCE素子12が弱い磁場またはゼロ磁場の中に置かれるようにMCE素子12を第2位置に位置付ける。
熱輸送装置16は、MCE素子12が放熱または吸熱する熱を輸送するための熱輸送媒体と、この熱輸送媒体を流すための流体機器とを備える。熱輸送装置16は、MCE素子12と熱交換する熱輸送媒体をMCE素子12に沿って流す装置である。熱輸送装置16は、MCE素子12に沿って熱輸送媒体を往復的に流す。熱輸送装置16は、磁場変調装置14による外部磁場の変化に同期して、熱輸送媒体の往復的な流れを発生させる。熱輸送装置16は、磁場変調装置14による磁場の増減に同期して熱輸送媒体の流れ方向を切換える。
MCE素子12と熱交換する熱輸送媒体は一次媒体と呼ばれる。一次媒体は、不凍液、水、油などの流体によって提供することができる。熱輸送装置16は、熱輸送媒体を流すためのポンプ17を備える。ポンプ17は、一方向に熱輸送媒体を流す一方向ポンプである。ポンプ17は、熱輸送媒体を吸入する吸入口と、熱輸送媒体を吐出する吐出口とを有する。ポンプ17は、熱輸送媒体の環状の流れ経路の上に配置されている。ポンプ17は、環状の流れ経路の中に熱輸送媒体の一方向の流れを生じさせる。ポンプ17は、回転軸2aによって駆動される。ポンプ17は、容積型ポンプである。
熱輸送装置16は、流路切換機構18を備える。流路切換機構18は、ひとつの作業室11およびひとつのMCE素子12に関する熱輸送媒体の流れ方向を反転させるように、作業室11に対して熱輸送媒体の流路を切換える。言い換えると、流路切換機構18は、一方向型のポンプ17によって生成される熱輸送媒体の一方向の流れの中における作業室11の配置を流れ方向に関して反転させる。流路切換機構18は、ポンプ17を含む環状の流路の中における往路と復路とにひとつの作業室11を交互に位置付ける。流路切換機構18は、ひとつの作業室11およびひとつのMCE素子12と、ポンプ17を含む環状の流路との接続関係を少なくとも2つの状態に切換える。第1の状態は、作業室11の一端がポンプ17の吸入口に連通し、作業室11の他端がポンプ17の吐出口に連通した状態である。第2の状態は、作業室11の一端がポンプ17の吐出口に連通し、作業室11の他端がポンプ17の吸入口に連通した状態である。
具体的には、流路切換機構18は、ひとつの作業室11およびMCE素子12を第1位置と第2位置とに交互に位置付ける。流路切換機構18は、第1位置にあるMCE素子12に沿って第1方向に熱輸送媒体を流すように、そのMCE素子12を収容する作業室11を流れ経路に連通させる。流路切換機構18は、第2位置にあるMCE素子12に沿って第1方向とは反対の第2方向に熱輸送媒体を流すように、そのMCE素子12を収容する作業室11を流れ経路に連通させる。流路切換機構18は、MCE素子12に対して熱輸送媒体を往復的に流すように、ポンプ17を含む熱輸送媒体の流れ経路と、MCE素子12、すなわち作業室11との接続状態を切換える。
流路切換機構18は、ひとつのMCE素子12が第1位置にあるときに、そのMCE素子12に沿って第1方向に熱輸送媒体が流れるように、そのMCE素子12を収容する作業室11と流路とを接続する。流路切換機構18は、ひとつのMCE素子12が第1位置にあるときに、そのMCE素子12を収容する作業室11の一端とポンプ17の吸入口とを連通し、他端とポンプ17の吐出口とを連通する。
流路切換機構18は、ひとつのMCE素子12が第2位置にあるときに、そのMCE素子12に沿って第1方向とは反対の第2方向に熱輸送媒体が流れるように、そのMCE素子12を収容する作業室11と流路とを接続する。流路切換機構18は、ひとつのMCE素子12が第2位置にあるときに、そのMCE素子12を収容する作業室11の一端とポンプ17の吐出口とを連通し、他端とポンプ17の吸入口とを連通する。
MHP装置2は、熱交換器3から熱輸送媒体を受け入れる高温側入口16aを有する。高温側入口16aはポンプ17の吸入口に連通可能である。MHP装置2は、熱交換器3へ向けて熱輸送媒体を供給する高温側出口16bを有する。高温側出口16bは、第1位置にある作業室11の一端に連通可能である。MHP装置2は、熱交換器4から熱輸送媒体を受け入れる低温側入口16cを有する。低温側入口16cは、第1位置にある作業室11の他端に連通可能である。MHP装置2は、熱交換器4へ向けて熱輸送媒体を供給する低温側出口16dを有する。低温側出口16dは、第2位置にある作業室11の他端に連通可能である。第2位置にある作業室11の一端はポンプ17の吐出口と連通可能である。
ロータ7は、MCE素子12を保持するための素子ベッドとも呼ばれる。この実施形態では、MCE素子12を収容する作業室11を形成する素子ベッドが回転軸2aと作動的に連結されている。流路切換機構18と磁場変調装置14との両方に関連するMCE素子12を含む素子ベッドが回転軸2aによって移動する。よって効率的な駆動が可能である。
ポンプ17、流路切換機構18、および磁場変調装置14は、共通のハウジング6の中に収容されている。この構成によると、ポンプ17を流路切換機構18の近傍に設置することができる。このため、長い配管を要することなくポンプ17と流路切換機構18とが接続される。この結果、ポンプ17を含む流れ経路の分岐があっても、熱輸送媒体の流れの差を抑制することができる。この構成では、ホースなどの配管を用いることなくハウジング6内の流路を利用できる。よって、分岐した流れ経路の間において、配管に起因する熱輸送媒体の流れの差が抑制される。
車両用空調装置1は、車両に搭載され、車両の乗員室の温度を調節する。2つの熱交換器3、4は、車両用空調装置1の一部を提供する。熱交換器3は、熱交換器4より高温になる高温側熱交換器3である。熱交換器4は、熱交換器3より低温になる低温側熱交換器4である。車両用空調装置1は、高温側熱交換器3、および/または低温側熱交換器4を室内空調のために利用するための空調ダクトおよび送風機などの空気系機器を備える。
車両用空調装置1は、冷房装置または暖房装置として利用される。車両用空調装置1は、室内に供給される空気を冷却する冷却器と、冷却器によって冷却された空気を再び加熱する加熱器とを備えることができる。MHP装置2は、車両用空調装置1における冷熱供給源、または温熱供給源として利用される。すなわち、高温側熱交換器3は上記加熱器として用いることができる。また、低温側熱交換器4は上記冷却器として用いることができる。
MHP装置2が温熱供給源として利用される場合、高温側熱交換器3を通過した空気は車両の室内に供給され、暖房のために利用される。このとき、低温側熱交換器4を通過した空気は車両の室外に排出される。熱交換器3は、室内熱交換器とも呼ばれる。熱交換器4は、室外熱交換器とも呼ばれる。
MHP装置2が冷熱供給源として利用される場合、低温側熱交換器4を通過した空気は車両の室内に供給され、冷房のために利用される。このとき、高温側熱交換器3を通過した空気は車両の室外に排出される。熱交換器4は、室内熱交換器とも呼ばれる。熱交換器3は、室外熱交換器とも呼ばれる。
MHP装置2は、除湿装置として利用されることもある。この場合、低温側熱交換器4を通過した空気は、その後に、高温側熱交換器3を通過し、室内に供給される。MHP装置2は、冬期においても、夏期においても、温熱供給源として利用される。
図2は、MHP装置2の斜視図である。MHP装置2の図中左側はフロント側と呼ばれ、図中右側はリア側と呼ばれる。MHP装置2は、円柱状の外径をもつ。ハウジング6を提供するケース21は、円筒状の胴部22を有する。胴部22のフロント側の端部には、ポンプボディ23、ポンプカバー24、およびフロントエンドカバー25が設けられている。これらの部材23、24、25は、ケース21のフロントエンドを提供する。胴部22のリア側の端部には、リアボディ26、およびリアエンドカバー27が設けられている。これらの部材26、27は、ケース21のリアエンドを提供する。MHP装置2のフロント側には、回転軸2aが露出している。この回転軸2aには、動力源5としての電動機が連結されている。
図3は、MHP装置2の左側面図である。フロントエンドカバー25の中央部に回転軸2aが露出している。図4は、MHP装置2の右側面図である。リアエンドカバー27の中央部に低温側入口16cが開口している。
図5は、MHP装置2の断面図である。図5は、図3のV−V線における縦断面図である。図6は、MHP装置2の断面図である。図6は、図5のVI−VI線における横断面図である。胴部22の径方向内側には、ロータ7が配置されている。ロータ7は円筒状の部材である。ロータ7は、ケース21内において回転可能に支持されている。ロータ7の径方向内側には、ステータ8が配置されている。ステータ8は、ケース21内に固定されている。ステータ8は、ポンプボディ23とリアボディ26との間に配置され、それらに固定されている。
ロータ7は、その円筒状の壁内に複数の作業室11を有する。ロータ7は、4つの作業室11を有する。すべての作業室11は、ロータ7の軸方向の両方の端面において開口している。作業室11は両端が開口した通路によって提供されている。
ロータ7は、内外二重の円筒の間に、それらの両端に開口する作業室11を区画形成する筒状の部材である。ロータ7は、MCE素子12を収容する作業室11を形成するとともに、回転軸2aによって回転させられることによってMCE素子12を第1位置と第2位置とに移動させる。
作業室11の中には、MCE素子12が収容され、固定されている。ひとつの作業室11の中には、複数のMCE素子12が配置されている。ひとつのMCE素子12は、作業室11の一端と他端との間にわたって延在している。ひとつのMCE素子12は、複数の素子片を有する。複数の素子片は、ロータ7の軸方向、すなわち作業室11内における熱輸送媒体の流れ方向に沿って配列されている。複数の素子片のそれぞれは、高い磁気熱量効果を発揮する高効率温度帯が異なる。高効率温度帯は、素子片の材料によって調節することができる。MHP装置2は、低温端と高温端との間に温度分布を発生させる。複数の素子片のひとつは、それが配置された位置に想定される温度帯において高い磁気熱量効果を発揮するように、その材料が選定されている。この構成は、低温端と高温端との間の全体において高い磁気熱量効果を得ることを可能とする。
ステータ8は、磁場変調装置14のためのインナヨーク31を提供する。胴部22は、アウタヨーク32を提供する。胴部22の径方向内側には、磁力源13としての永久磁石33、35が配置されている。ステータ8の径方向外側には、磁力源13としての永久磁石34、36が配置されている。永久磁石33と永久磁石34とは、径方向の内側と外側とに配置されることによって、それらの間に位置付けられたMCE素子12に強い磁場を供給する。永久磁石35と永久磁石36とは、径方向の内側と外側とに配置されることによって、それらの間に位置付けられたMCE素子12に強い磁場を供給する。
ポンプボディ23とポンプカバー24との間には、ポンプ17が配置されている。このポンプ17は、ギヤポンプである。ポンプ17は、熱輸送装置16の一部品でもある。回転軸2aは、ポンプ17と作動的に連結されている。回転軸2aとポンプ17とは、キーによって直接的に連結されている。
回転軸2aとロータ7との間には、変速機構9が配置されている。変速機構9は、遊星歯車機構によって提供されている。変速機構9は、ポンプボディ23とステータ8との間に配置されている。ポンプボディ23には、高温側入口16aと、高温側出口16bとが設けられている。変速機構9は、ポンプ17の回転数が、流路切換機構18および磁場変調装置14の回転数より高くなるように回転軸2aから伝達される回転数を調節する。この構成によると、ポンプ17の回転数が、流路切換機構18および磁場変調装置14の回転数より高くなる。これにより、高回転型のポンプ17を利用することができる。ポンプ17が高い回転数で回転することにより、ポンプ17の流量の増加、および/または小型のポンプ17の利用が可能となる。
ロータ7とリアボディ26との間には、ロータ7とケース21との間に形成される隙間を適切に維持するための可動シール機構が設けられている。この可動シール機構は、ロータ7の両端における熱輸送媒体の漏洩を抑制するシール機構とも呼ぶことができる。可動シール機構は、ロータ7の両端における摩擦の抑制と、熱輸送媒体の漏洩の抑制とのトレードオフを適切に調節する。可動シール機構は、ロータ7を軸方向に沿って一方向へ押し付ける付勢機構でもある。可動シール機構は、流路切換機構18の一部でもある。
流路切換機構18は、回転する回転部分と、停止している停止部分との間にわたって延びる横断流路を形成している。流路切換機構18は、回転部分と停止部分とを押し付けあうことにより横断流路のためのシールを提供するシール機構を備える。シール機構は、可動シール機構によって提供されている。ロータ7は、回転部分として設けられている。ロータ7は、MCE素子12を収容するとともに、ロータ7の端面に開口した作業室11を有する。シール機構は、ロータ7の端面に向けて押し付けられるように移動可能に支持されたピストン41を備える。ピストン41に設けられた連通室41aは、ロータ7の端面に対向するように位置付けられ、開口を通して作業室11と連通することによって横断流路を形成する。
可動シール機構は、ロータ7の他端側の端面に対向するように配置されたピストン41を有する。ピストン41は、ロータ7に対応した環状である。ピストン41は、軸方向に沿って移動可能にリアボディ26に支持されている。ピストン41は、回転軸2aの周りにおいて回転不能にリアボディ26に支持されている。ピストン41は、リアボディ26に設けられた環状の溝26a内に収容されている。ピストン41は、リアボディ26からロータ7に向けて軸方向に突出可能に支持されている。ピストン41とリアボディ26との間には、複数のシール部材42が設けられている。よって、ピストン41とリアボディ26との間には、ピストン41をロータ7に向けて押し付ける付勢力を発生するための背圧室が区画形成されている。この実施形態では、ピストン41をロータ7の端面に向けて押し付けるように熱輸送媒体の圧力差をピストン41に作用させる差圧機構が提供される。差圧機構は、ピストン41と、溝26aと、シール部材42とによって提供される。
ピストン41は、ロータ7に対向する面において開口する4つの連通室41a、41b、41c、41dを有する。4つの連通室41a、41b、41c、41dは、周方向に関して互いに仕切られている。4つの連通室41a、41b、41c、41dは、それらと対向する作業室11と連通する。ピストン41の一端面において連通室41a、41b、41c、41dが区画形成する開口は、流路切換機構18を提供する。
連通室41a、41bは、MHP装置2における第1位置に対応して設けられている。連通室41a、41bは、ピストン41の頂面に開設された連通開口41e、41fと、リアボディ26とリアエンドカバー27との間に形成された通路26bとを経由して、低温側入口16cに連通している。よって、連通室41a、41bは、低温側入口16cから導入される熱輸送媒体を第1位置にある作業室11に供給する。
連通室41c、41dは、MHP装置2における第2位置に対応して設けられている。連通室41c、41dは、ピストン41の側面に開設された連通開口41g、41hと、ピストン41とリアボディ26との間に形成された通路とを経由して、低温側出口16dに連通している。ピストン41の外周面には、環状の溝41kが設けられている。この溝41kによって形成される環状の通路は、2つの連通室41c、41dを連通することによって、熱輸送媒体を集め、低温側出口16dに案内する。よって、連通室41c、41dは、第2位置にある作業室11から熱輸送媒体を受け入れ、低温側出口16dへ供給する。
ケース21の中には、空間が形成される。この構成では、ロータ7の一端面とポンプボディ23との間の隙間、ロータ7の他端面とピストン41との間の隙間、および他の隙間を通して、ケース21内の空間には熱輸送媒体が漏れ出してくる。この実施形態では、ケース21内の空間は、ポンプ17の吸入側に連通されている。よって、漏れ出した熱輸送媒体がポンプ17に回収される。同時に、ケース21内の空間が低圧に維持されるから、ピストン41は熱輸送媒体の圧力差によってロータ7に向けて押し付けられる。これにより、ロータ7の一端面とポンプボディ23との間の隙間、およびロータ7の他端面とピストン41との間の隙間が望ましい小さい隙間に維持される。この結果、ロータ7の両端における摩擦の抑制と、熱輸送媒体の漏洩の抑制とが図られる。
図5および図6に図示される構成では、ピストン41とリアボディ26との間にはポンプ17の吐出口側の圧力が作用する。特に、ピストン41を軸方向に沿ってロータ7に向けて推進させる端面には、低温側入口16cから導入される熱輸送媒体の圧力が作用する。熱輸送媒体の圧力は、ピストン41の端面に対して全周にわたって作用する。この結果、ピストン41は、熱輸送媒体の圧力差によってロータ7に向けて押される。これにより、ロータ7とピストン41とが適切な力で相互に押し付けられる。また、ロータ7とポンプボディ23とが適切な力で相互に押し付けられる。これにより、ロータ7の両端における摩擦の過剰な増加を抑制しながら、ロータ7の両端における熱輸送媒体の漏れが抑制される。
図7は、ポンプカバー24の断面を示す。図7は、図5のVII−VII線における断面図である。図8は、ポンプボディ23の断面を示す。図8は、図5のVIII−VIII線における断面図である。ポンプボディ23とポンプカバー24とは、ギヤポンプのためのハウジングを提供する。この実施形態では、ポンプ17は、トロコイド型のギヤポンプによって提供される。図中には、複数のMCE素子12のうちの、ひとつのMCE素子12だけが代表的に図示されている。
ポンプカバー24には、高温側入口16aに連通する連通溝24aが形成されている。連通溝24aは、高温側入口16aとギヤポンプの吸入ポート51とを連通している。吸入ポート51は、ポンプカバー24を軸方向に貫通して形成されている。吸入ポート51は、ポンプ17の吸入口でもある。ポンプカバー24には、第1位置に対応して形成された連通通路24b、24cが形成されている。連通通路24b、24cは、ポンプカバー24を軸方向に貫通して形成されている。さらに、ポンプカバー24には、連通通路24b、24cと、高温側出口16bとを連通する連通溝24d、24eが形成されている。ポンプカバー24に形成された連通溝24a、24d、24eおよび連通通路24b、24cは、フロントエンドカバー25によって覆われている。
ポンプボディ23は、ロータ7に対向する面において開口する4つの連通室23a、23b、23c、23dを有する。4つの連通室23a、23b、23c、23dは、周方向に関して互いに仕切られている。4つの連通室23a、23b、23c、23dは、それらと対向する作業室11と連通する。ポンプボディ23の他端面において連通室23a、23b、23c、23dが区画形成する開口は、流路切換機構18を提供する。連通室23a、23b、23c、23dは、周方向に沿って配列されている。連通室23a、23b、23c、23dのそれぞれがもつ周方向の長さは、その上を通過する作業室に熱輸送媒体を流す期間を規定する。図示されるように、4つの連通室23a、23b、23c、23dのそれぞれは、互いに等しい角度範囲にわたって延びている。
4つの連通室23a、23b、23c、23dは、4つの連通室41a、41b、41c、41dと軸方向に関して対向している。4つの連通室23a、23b、23c、23dそれぞれの開口範囲は、4つの連通室41a、41b、41c、41dそれぞれの開口範囲と同じである。これら連通室23a−23d、41a−41dによって流路切換機構18が提供される。
連通室23a、23bは、MHP装置2における第1位置に対応して設けられている。連通室23a、23bは、ポンプカバー24に形成された連通通路24b、24cに連通している。よって、これら連通室23a、23bは、高温側出口16bに連通している。よって、連通室23a、23bは、第1位置にある作業室11から熱輸送媒体を受け入れ、高温側出口16bへ供給する。これらの連通室23a−23dおよび41a−41dを提供するピストン41とポンプボディ23とは、熱輸送媒体を分配する分配部材を提供している。
連通室23aと連通室23bは対称に形成されている。さらに、連通通路24bと連通通路24cは対称に形成されている。よって、連通室23aから高温側出口16bへ向かう通路と、連通室23bから高温側出口16bへ向かう通路とは、熱輸送媒体の流れに関して対称に形成されている。この結果、連通室23a、23bによって規定される2つの作業室11における熱輸送媒体の流れの差が抑制される。MHP装置2が単一の高温側出口16bをもつことにより、高温系統の流路がMHP装置2内の作業室11における熱輸送媒体の流れに与える影響が抑制される。
連通室23c、23dは、MHP装置2における第2位置に対応して設けられている。連通室23c、23dは、ポンプボディ23に形成された連通溝23e、23fを経由して、ポンプ17の吐出ポート52に連通している。熱輸送媒体は、ポンプ17から吐出ポート52へ吐出される。さらに、熱輸送媒体は、吐出ポート52から2つの連通溝23e、23fに向けて分岐し、連通室23c、23dに供給される。よって、連通室23c、23dは、ポンプ17から吐出された熱輸送媒体を第2位置にある作業室11に供給する。連通室23c、23dは、ポンプ17から吐出された高圧の熱輸送媒体を溜めるギャラリを提供する。
連通室23cと連通室23dは対称に形成されている。さらに、連通溝23eと連通溝23fは対称に形成されている。よって、吐出ポート52から連通室23cへ向かう通路と、吐出ポート52から連通室23dへ向かう通路とは、熱輸送媒体の流れに関して対称である。この結果、連通室23c、23dによって規定される2つの作業室11における熱輸送媒体の流れの差が抑制される。MHP装置2が単一の高温側入口16aをもつことにより、高温系統の流路がMHP装置2内の作業室11における熱輸送媒体の流れに与える影響が抑制される。
ポンプボディ23内には、アウタロータ53とインナロータ54とが配置されている。アウタロータ53は回転軸2aの回転中心に対してやや偏心して回転するように配置されている。この結果、アウタロータ53とインナロータ54との間には、複数の容積室55が形成される。アウタロータ53とインナロータ54とは、回転軸2aによって時計回りに回される。この結果、ポンプ17は吸入ポート51から熱輸送媒体を吸入し、吐出ポート52から熱輸送媒体を吐出する。
図9は、変速機構9の断面を示す。図9は、図5のIX−IX線における断面図である。変速機構9は、回転軸2aの回転を減速し、ロータ7に伝達する減速機構である。変速機構9は、ロータ7をAMRサイクルを提供するために適した回転数で駆動しながら、ポンプ17を高速回転させることを可能とする。この構成は、ポンプ17によって必要な流量を得るために貢献する。変速機構9は、回転軸2aに設けられたサンギヤ61と、ポンプボディ23とステータ8との間に支持されたプラネタリギヤ62と、ロータ7に設けられたリングギヤ63とを有する。
図中には、ロータ7の軸を直交する断面が図示されている。ロータ7は、作業室11を形成するためのロータハウジング71を有する。ロータハウジング71は、円筒状の部材である。ロータハウジング71は、その円筒状の壁の中に、周方向に沿って複数の作業室71a、71b、71c、71dを形成している。図示の例では、4つの作業室71a、71b、71c、71dが形成されている。ロータハウジング71は、第1位置に対応する2つの作業室71a、71bと、第2位置に対応する2つの作業室71c、71dを有する。これら作業室71a、71b、71c、71dは、第1位置および第2位置に対応している必要はない。これら作業室71a、71b、71c、71dの中には、複数のMCE素子12が配置されている。図中には、1つのMCE素子12が代表的に図示されている。図中には、作業室71a、71b、71c、71dの向こう側にあるピストン41の連通室と、ピストン41の連通開口41e、41fとが図示されている。
図10は、磁場変調装置14の断面を示す。図10は、図5のX−X線における断面図である。永久磁石33、34、35、36は、第1位置に対応する約90度の角度範囲に設けられている。永久磁石33、34、35、36は、径方向に関して作業室71a、71b、71c、71dの内側と外側との両方に位置するように配置されている。MHP装置2は、その直径上に位置付けられた複数の第1位置と、第1位置と交互に配置された複数の第2位置とを有する。2つの第1位置は図中の上下に位置し、2つの第2位置は図中の左右に位置している。インナヨーク31およびアウタヨーク32は、第1位置に強い磁場を供給するように形成されている。
図11は、可動シール機構の断面を示す。図11は、図5のXI−XI線における断面図である。ピストン41に設けられた連通室41a、41b、41c、41dは、第1位置および第2位置に対応する角度範囲にわたって広がっている。図示の例では、連通室41a、41b、41c、41dのそれぞれの角度範囲は、永久磁石33、34、35、36の角度範囲より小さい。
連通室41aと連通室41bは対称に形成されている。さらに、連通通路26bは図5に図示されるように上下方向に関して対称に形成されている。よって、低温側入口16cから連通室41aへ向かう通路と、低温側入口16cから連通室41bへ向かう通路とは、熱輸送媒体の流れに関して対称に形成されている。この結果、連通室41a、41bによって規定される2つの作業室11における熱輸送媒体の流れの差が抑制される。MHP装置2が単一の低温側入口16cをもつことにより、低温系統の流路がMHP装置2内の作業室11における熱輸送媒体の流れに与える影響が抑制される。
連通室41cと連通室41dは対称に形成されている。さらに、連通室41cと連通室41dとは、対称の位置に設けられた連通開口41g、41hを経由して、ピストン41を取り囲む環状の通路に対称の位置において連通している。また、低温側出口16dは、2つの連通開口41g、41hの間に位置付けられている。よって、連通室41cから低温側出口16dへ向かう通路と、連通室41dから低温側出口16dへ向かう通路とは、熱輸送媒体の流れに関してほぼ対称に形成されている。この結果、連通室41c、41dによって規定される2つの作業室11における熱輸送媒体の流れの差が抑制される。MHP装置2が単一の低温側出口16dをもつことにより、低温系統の流路がMHP装置2内の作業室11における熱輸送媒体の流れに与える影響が抑制される。
この実施形態では、回転部分と停止部分との間の摩擦部分には低摩擦係数の材料が採用されている。具体的には、ロータ7とケース21との間の摩擦部分(摺動部分)に低摩擦係数の材料が設けられている。ロータ7は、その両端面に低摩擦係数の材料を有する。ピストン41は、その全体を低摩擦係数の材料によって形成することができる。ポンプボディ23は、ロータ7の端面と対向する部位に低摩擦係数の材料を有することができる。低摩擦係数の材料は、流路切換機構18を提供する部材に設けられている。低摩擦係数の材料は、摺動部分における摩擦を低減する摩擦低減部を提供する。よって、流路切換機構18は、摩擦低減部を有している。低摩擦係数の材料は、摩擦係数が低い樹脂材料、例えばポリテトラフルオロエチレン系の樹脂によって提供することができる。また、低摩擦係数の材料は、低摩擦膜、例えば硬質炭素膜(ダイヤモンドライクカーボン膜:DLC膜)によって提供することができる。低摩擦係数の材料は、摩擦に起因する発熱を抑制する発熱抑制部を提供する。よって、流路切換機構18は、発熱抑制部を有している。
ピストン41を含む可動シール機構は、ロータ7の両端のそれぞれにおいて流路切換機構18を提供する。この構成では、ロータ7とポンプボディ23との間、およびロータ7とピストン41との間に横断流路が形成される。可動シール機構は、ロータ7とポンプボディ23との間、およびロータ7とピストン41との間に隙間が形成されることを許容する。この隙間は、その隙間に浸入する熱輸送媒体によって摩擦を抑制する。しかも、ピストン41は、熱輸送媒体の圧力によってロータ7に押し付けられる。このため、ピストン41は、ピストン41を押し出すように作用する熱輸送媒体の圧力が高くなるほど、ロータ7に向けてより強く押し付けられる。この結果、ピストン41は、隙間からの熱輸送媒体の漏洩を抑制しながら、摩擦の過剰な増加を抑制する。この可動シール機構は、摺動部分における摩擦を低減する摩擦低減部を提供する。よって、流路切換機構18は、摩擦低減部を有している。可動シール機構は、摩擦に起因する発熱を抑制する発熱抑制部を提供する。よって、流路切換機構18は、発熱抑制部を有している。
ケース21は、ロータ7を収容する室を形成している。この室は、ポンプ17の吸入口に間接的に連通している。このため、ケース21は、ロータ7を収容するとともに、ポンプ17の吸入口に連通する低圧室を区画形成している。可動シール機構は、それが提供する隙間を通して熱輸送媒体がわずかに漏れ出すことを許容する。可動シール機構を通して漏れ出た熱輸送媒体は、低圧室に受け入れられ、ポンプ17に吸入される。低圧室は、熱輸送媒体を溜めるリザーバでもある。よって、この構成によると、流路切換機構18の摺動部分には隙間が設けられており、流路切換機構18の直近に配置されたリザーバが、上記隙間を通して漏れ出した熱輸送媒体を受ける。しかも、熱輸送媒体の圧力が高くなるほど、隙間が小さくなるように可動シール機構が機能するから、熱輸送媒体の漏れ量は、隙間を形成する部位における摩擦を抑制するために必要な適量に制御される。
このように可動シール機構は、摺動部分における回転部分(ロータ7)と停止部分(ポンプボディ23、ピストン41)とを互いに押し付ける押付力を調節する調節機構を提供している。可動シール機構は、作業室11内の熱輸送媒体の圧力が高くなるほど、押付力を強くする。別の観点では、可動シール機構は、作業室11内の熱輸送媒体の圧力が低いと小さい押付力を発生するから、摺動部分における押付力を抑制する抑制部とも呼ぶことができる。
この構成において、流路切換機構18は、第1位置において作業室11に熱輸送媒体が第1方向に流れるように流れ経路と作業室とを接続する。流路切換機構18は、第2位置において作業室11に熱輸送媒体が第1方向とは逆の第2方向に流れるように流れ経路と作業室とを接続する。流路切換機構18は、分配部材としてのポンプボディ23とピストン41とを有する。分配部材は、ロータ7の両端に対向して配置されている。分配部材は、第1位置において作業室11と連通するように配置された第1群の連通室23a、23b、41a、41bを有する。分配部材は、第2位置において作業室11と連通するように配置された第2群の連通室23c、23d、41c、41dを有する。
磁場変調装置14は、第1位置と第2位置においてMCE素子12に異なる強さの磁場を与える。磁場変調装置14は、第1位置または第2位置に配置された永久磁石13を備える。
この構成によると、MCE素子12を収容する作業室11を形成するロータ7が回転軸2aによって回転させられる。これにより、MCE素子12は第1位置と第2位置とに移動される。言い換えると、ロータ7はMCE素子12を収容する素子ベッドである。この構成では、素子ベッドを回転させることによって、作業室11における熱輸送媒体の流れ方向が第1方向と第2方向とに切換えられる。連通室を有する分配部材によって作業室11における流れ方向が切換えられる。素子ベッドを回転させることによって、MCE素子12に与えられる磁場の強さが変化させられる。
図1に戻り、MHP装置2の作動を説明する。MHP装置2を作動させるために動力源5によって回転軸2aが回される。回転軸2aはポンプ17を作動させる。同時に、回転軸2aは変速機構9を介してロータ7を回転させる。永久磁石13を含む磁場変調装置14は、第1位置にあるMCE素子12に強い磁場を与える。磁場変調装置14は、第2位置にあるMCE素子12に弱い磁場またはゼロ磁場を与える。
ポンプ17は熱輸送媒体を吸入するとともに吐出する。このとき、ポンプ17は回転軸2aに直結されており、回転軸2aと同じ回転数で回される。ポンプ17は、ロータ7より高い回転数で回される。これにより効率的なポンプ17の運転が可能となる。ポンプ17を含む流路に熱輸送媒体が循環的に流される。熱輸送媒体は、ポンプ17から、第2位置にあるひとつの作業室11、熱交換器4、第1位置にあるひとつの作業室11、熱交換器3を順に経由し、ポンプ17へ戻る。
ロータ7は、作業室11内に収容されたMCE素子12を第1位置と第2位置とに交互に運び込み、位置付ける。ロータ7の回転数は、ポンプ17の回転数より低い。ロータ7の回転数は、MCE素子12をAMRサイクルとして機能させるための回転数に設定されている。すなわち、磁場の変化と熱輸送媒体による熱の輸送によって大きい温度差が得られるようにロータ7の回転数は設定されている。例えば、ロータ7の回転数は、MCE素子12の特性と、磁場の強さと、熱輸送媒体による熱輸送性能を考慮して設定される。
ロータ7は、ひとつの観点では磁場変調装置14を提供する。ロータ7は、MCE素子12を第1位置と第2位置とに交互に運び込むことによって、MCE素子12に加えられる磁場の強さを変化させる。ロータ7は、別の観点では、流路切換機構18を提供する。ロータ7は、MCE素子12を第1位置と第2位置とに交互に運び込むことによって、MCE素子12に沿って流れる熱輸送媒体の流れ方向を第1方向と第2方向とに切換える。
ひとつのMCE素子12が第1位置に運び込まれると、MCE素子12に与えられる磁場は強くなり、MCE素子12は発熱する。このとき、熱輸送媒体はMCE素子12に沿って第1方向へ流れる。第1方向は低温端から高温端へ向かう方向である。このため、高温端の温度が上昇する。
ひとつのMCE素子12が第2位置に運び込まれると、MCE素子12に与えられる磁場は弱くなり、MCE素子12は吸熱する。このとき、熱輸送媒体はMCE素子12に沿って第2方向へ流れる。第2方向は高温端から低温端へ向かう方向である。このため、低温端の温度が低下する。
この実施形態によると、一方向へ熱輸送媒体を流すポンプと、ロータ7とが共通の回転軸2aによって回される。この結果、磁場変調装置14と熱輸送装置16との両方を共通の動力源5によって駆動することができる。MHP装置2は、ポンプ17の回転数をロータ7の回転数より高くする変速機構9を備える。この結果、MCE素子12と熱輸送媒体との間の熱交換に必要な時間をロータ7上において提供しながら、MHP装置2に一体化可能な小型のポンプ17によって必要な流量を得ることができる。
この実施形態によると、MCE素子12に印加される磁場の変化が、ロータ7の回転によって機械的に与えられる。同時に、熱輸送媒体の流れ方向の切換えが、ロータ7の回転によって機能する流路切換機構18によって与えられる。しかも、流れ方向の切換えは、ポンプボディ23とピストン41とに形成された連通室23a−23d、41a−41dが提供する機械的な分配機構によって実行される。このため、簡単な構成によって、磁場の変化に同期した流れ方向の切換えが実現される。
(第2実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。図12は、この実施形態に係るMHP装置202の断面図を示す。先行する実施形態の要素と同一または対応する要素には同一の符号が付されており、先行する説明を参照することができる。
車両用空調装置1は、MHP装置202を備える。MHP装置202は、回転軸2aによって回転させられるロータ207と、ポンプ217とを有する。ポンプ217は、遠心式ポンプである。ポンプ217は、MHP装置2の一端に開口した吸入口から熱輸送媒体を吸入し、径方向外側に向けて吐出する。ポンプ217は、回転軸2aによって駆動される非容積型ポンプである。
MHP装置202は、ロータ207の径方向内側であって、ロータ207の軸方向の中央部に設けられた変速機構209を備える。変速機構209は遊星歯車機構である。変速機構209は減速機構であって、ロータ207を、ポンプ217の回転数より低い回転数で回す。
MHP装置202は、ロータ207の径方向外側にだけ永久磁石213を有する。永久磁石213は、第1位置に対応する範囲に設けられている。ロータ207のハウジング71は、樹脂材料製である。ハウジング71は、鉄などの磁性体によって形成されてもよい。変速機構209を構成するギヤ(歯車)、軸などの部品は、磁気抵抗が低い材料によって形成されている。この実施形態では、ギヤは鉄などの磁性体によって形成されている。
変速機構209は、磁場変調装置14のための磁気回路の一部を提供する。変速機構209を構成する部品は、ハウジング71とともに、MCE素子12に磁場を供給するためのヨークとしても機能する。言い換えると、MCE素子12に磁場を供給するための磁気回路の一部がロータ207を回転させるための変速機構209を構成するギヤなどの部品によって構成されている。この構成は、ロータ207の径方向内側の容積を有効に利用することを可能とする。すなわち、この実施形態では、ロータ207の径方向内側に、磁気回路を兼ねる変速機構209が設けられるから、MHP装置2の小型化が可能である。
MHP装置202は、ロータ207の他端側にピストン41を備える。さらに、MHP装置202は、ロータ207の一端側に上述の連通室23a−23dに相当する連通室を提供する分配部材281を備える。分配部材281はケース21に固定されている。ピストン41と分配部材281とは、分配機構を提供する。ピストン41と分配部材281とは、流路切換機構を提供する。
ケース21は、ポンプ217の吸入口に連通する吸入ギャラリ282を区画形成するアウタハウジング283を備える。吸入ギャラリ282は、熱輸送媒体のリザーバ室としても機能する。吸入ギャラリ282は、一方においてポンプ217の吸入口に連通している。吸入ギャラリ282は、他方においてケース21内の空間に連通している。これにより、ケース21内の空間は吸入ギャラリ282を通してポンプ217の吸入口に連通する。よって、ケース21内の空間は、ポンプ217によって低圧空間とされる。
この構成では、ロータ207の一端面と分配部材281との間の隙間、ロータ207の他端面とピストン41との間の隙間、および他の隙間を通して、ケース21内の空間には熱輸送媒体が漏れ出してくる。この構成によると、漏れ出した熱輸送媒体がポンプ217に回収される。同時に、ケース21内の空間が低圧に維持されるから、ピストン41は熱輸送媒体の圧力差によってロータ207に向けて押し付けられる。これにより、ロータ207の一端面と分配部材281との間の隙間、およびロータ207の他端面とピストン41との間の隙間が望ましい小さい隙間に維持される。この結果、ロータ207の両端における摩擦の抑制と、熱輸送媒体の漏洩の抑制とが図られる。
この実施形態でも上述の実施形態と同様に、摺動部分には低摩擦係数の材料が採用されている。よって、流路切換機構18は、摩擦低減部を有し、かつ、発熱抑制部を有しているといえる。また、流路切換機構18は、摺動部分における押付力を抑制する抑制部を備えるといえる。
(第3実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態は、先行または後続の実施形態の一部分に適用することができる。図13は、この実施形態に係る可動シール機構を示す。
可動シール機構は、ピストン341を有する。ピストン341は、作業室11内の熱輸送媒体の圧力を受ける受圧面41mを有する。受圧面41mは、ピストン341に設けられた段差によって提供されている。
段付きのピストン341は、作業室11内の熱輸送媒体の圧力を確実にピストン341に作用させることを可能とする。作業室11内の熱輸送媒体の圧力が受圧面41mに作用することにより、ピストン341にはピストン341を環状の溝26aから押し出す方向への力が作用する。言い換えると、このとき、ピストン341には、ピストン341をロータ7に向けて押し付ける力が作用する。この実施形態では、ピストン341をロータ7の端面に向けて押し付けるように熱輸送媒体の圧力差をピストン341に作用させる差圧機構が提供される。差圧機構は、ピストン341と、溝26aと、シール部材42と、受圧面41mとによって提供される。よって、熱輸送媒体の圧力が高くなるほど、摺動部分を押し付ける押付力が大きくなる。この実施形態によると、熱輸送媒体の圧力と正の相関をもつように押付力を調節することができる。また、可動シール機構は、ロータ7を含む複数の部品の寸法誤差、温度変化に起因する寸法変化があっても、追従的に必要なシール性の維持と、過剰な摩擦の発生の防止とを実現する。
(第4実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態は、先行または後続の実施形態の一部分に適用することができる。図14は、この実施形態に係る可動シール機構を示す。
可動シール機構は、ピストン441と、スプリング41pとを有する。スプリング41pは、圧縮された状態でピストン441とリアボディ26との間に設けられている。よって、スプリング41pは、ピストン441を環状の溝26aから押し出す方向への力をピストン441に作用させる。言い換えると、スプリング41pは、ピストン441をロータ7の端面に向けて押し付けるようにピストン441を付勢する。
スプリング41pは、ピストン441をロータ7に押し付けることにより適正なシール性の確保と、適正な摩擦の制限とを実現する付勢手段のひとつである。この実施形態でも、熱輸送媒体の圧力と、その圧力差を受けるピストン441は付勢手段を提供している。この実施形態によると、ポンプ17が作動を開始した直後から、ピストン441をロータ7に向けて押し付けることができる。
(第5実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態は、先行または後続の実施形態の一部分に適用することができる。図15は、この実施形態に係る流路切換機構518を示す。図中には、ピストン41とロータ7との間に設けられた流路切換機構518が図示されている。
図中には、ロータ7が回転部分として図示され、ピストン41が停止部分として図示されている。ピストン41には、ロータ7へ熱輸送媒体を流入させるための連通室41aが図示されている。連通室41aは、傾斜面518aによって区画形成されている。傾斜面518aは、ロータ7との対向面に近づくほど、ロータ7の回転方向の後方へ推移するように傾斜している。流路切換機構518における停止部分の流路は、回転部分の回転方向の後方に向けて傾斜している。よって、連通室41aを流れる熱輸送媒体は、連通室41a内に図示される矢印のように、ロータ7の回転方向の後方へ向けて引きずられるように傾斜する。一方、ロータ7上には、複数のMCE素子12が軸方向に延びる通路を形成するように配列されている。
ロータ7の回転は、図中においては運動ベクトルV7として示されている。ピストン41の端面からロータ7に流れ込んだ熱輸送媒体は、一点鎖線で示される流れベクトルVFを与えられる。熱輸送媒体は、ピストン41の端面、すなわち連通室41aの開口端からロータ7に徐々に流れこむ。ロータ7上に流れる熱輸送流体は、MCE素子12と平行に軸方向に延びる流れベクトルVSをもつ。
流れベクトルVFが流れベクトルVSに変化する過程において、ロータ7の周方向に沿って延びる変換ベクトルVTが作用していると解することができる。この変換ベクトルVTは、ロータ7の運動ベクトルV7と大きさが同じで方向が反対である。この構成では、停止部分における流路の方向が、ロータ7とピストン41との間における相対的な周方向の速度成分を打ち消すように設定されている。言い換えると、停止部分に設けられた連通室41aの流路は回転部分の回転方向RDに対して傾斜した傾斜面518aを有し、この傾斜面518aによって区画形成されている。さらに、傾斜面518aによって与えられる熱輸送媒体の流れの速度成分VFは、回転方向の速度成分V7を打ち消す。これにより押付力が抑制される。
この構成によると、MCE素子12を搭載したロータ7への流入部分における圧力損失が低減される。この構成では、流路切換機構518に臨む流路、すなわち連通室41aが傾斜している。しかも、その傾斜方向が、ロータ7の運動ベクトルV7があってもロータ7上の熱輸送媒体にAMRサイクルとして機能するために必要な流れベクトルVSを与えるように設定されている。これにより、流路切換機構518における停止部分から回転部分への熱輸送媒体の受渡しにおける圧力損失が抑制される。
ピストン41とポンプボディ23、またはピストン41と分配部材281との間に形成される流路切換機構にも図示される構成と同様の構成を採用することができる。傾斜面518aおよび傾斜した流路は、ポンプボディ23または分配部材281にも採用することができる。また、傾斜方向、傾斜角度は、流入側、流出側に応じて設定される。
(第6実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態は、先行または後続の実施形態の一部分に適用することができる。図16は、この実施形態に係る素子組立体675を示す。素子組立体675は、ロータ7上にMCE素子12を配置するためのユニットを提供する。複数の素子組立体675を並べることによってロータ7が形成される。
素子組立体675は、MCE素子12に接触して配置され、熱輸送媒体と熱交換するフィン76を備える。素子組立体675は、所定の間隔で配置された複数のMCE素子12と、隣接するMCE素子12の間に配置された複数のフィン76と、これら複数のMCE素子12とフィン76とを図示される所定の形状に保持するように設けられた樹脂製の枠体77とを備える。フィン76は、その両側に配置されたMCE素子12に機械的に、かつ熱的に接触している。フィン76は高い熱伝達性をもち、それでいて透磁率が低く磁束を通しにくい材料で作られている。例えば、フィン76は、アルミ、または銅などの非磁性金属で作られている。素子組立体675は、複数のMCE素子12と複数のフィン76とを交互に積層し、それらの外側に枠体77を配置すること、または枠体77を樹脂成形することによって製造することができる。より具体的には、素子組立体675は、複数のMCE素子12と複数のフィン76との交互積層体の外周部分だけを樹脂モールド成形することによって提供することができる。
この構成では、フィン76は、熱輸送媒体とMCE素子12との間の熱伝達を促進する。例えば、ロータ7およびポンプ17の回転数を高めることにより、熱輸送媒体の流速が高くなる。この構成では、フィン76によって熱輸送媒体とMCE素子12との間の熱交換が高い水準に維持されるから、熱輸送媒体の流速が高いときでもAMRサイクルとしての運転を実現できる。また、複数のMCE素子12と複数のフィン76との取り扱いが容易になる。
(第7実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態は、先行または後続の実施形態の一部分に適用することができる。図17は、ロータ7上におけるMCE素子12の配置を示す斜視図である。
ロータ7は、ロータ7の回転方向RDに沿って複数のMCE素子12を有する。複数のMCE素子12は、回転方向RDに沿って互いに離れて配置されている。回転方向RDにおけるMCE素子12の間の隙間は、熱輸送媒体のための流路を区画形成している。
ひとつのMCE素子12は、熱輸送媒体の流れ方向FDに沿って高温端と低温端との間にわたって断続的に配置された複数の素子片によって提供される。それぞれの素子片は、直方体である。それら素子片は、最も広い側面が熱輸送媒体の流れ方向と平行となるように配置されている。
複数のMCE素子12は、回転部分の回転方向RDおよび熱輸送媒体の流れ方向FDに関して互いに離れて配置された複数の素子片12a、12b、12cを備える。回転方向RDにおける素子片と素子片との間の隙間は熱輸送媒体の流路を提供する。さらに、流れ方向FDにおける素子片と素子片との間の隙間も、熱輸送媒体の流路を提供する。この流路を流れる熱輸送媒体は、素子片の表面における熱的な境界層の成長を抑制し、熱交換を促進する。
図中には、流れ方向FDに沿って互いに離れて配置された複数の素子片12a、12b、12cが図示されている。流れ方向FDに沿って隣接する2つの素子片は、流れ方向FDに沿って隙間SGを形成するように離れている。この隙間は、熱輸送媒体のための流路を提供する。
複数の素子片12a、12b、12cは、高い磁気熱量効果を発揮する温度帯が互いに異なる。これら複数の素子片12a、12b、12cは、互いに異なるキュリー点をもつ材料によって形成されている。例えば素子片12aが最も高い温度帯において高い磁気熱量効果を発揮する場合、素子片12cが最も低い温度帯において高い磁気熱量効果を発揮し、素子片12bがそれらの間の中間の温度帯において高い磁気熱量効果を発揮する。
しかも、一連のMCE素子12として想定することができる複数の素子片12a、12b、12cは、回転方向RDに向けて互いにずれるように配置されている。一連のMCE素子12を提供するために一群をなす複数のMCE素子12a、12b、12cは、流れ方向FDに沿って一方向にずれて配置されている。言い換えると、複数の素子片12a、12b、12cは、流れ方向FDにおいて隣接する他の素子片(例えば素子片12a)と流れ方向に関して重複しないように回転方向RDにずれて配置されたひとつの素子片(例えば素子片12b)を含む。
流れ方向FDにおける同じ列、例えば最前列に配置された素子片12a、12aの間の間隔は、ピッチPとそれら素子片の厚さとで示すことができる。流れ方向FDにおけるひとつの列に配置された素子片、例えば12aと、流れ方向FDにおける後列に配置された素子片、例えば12bとの間の回転方向RDにおけるずれ量は、P/2とすることができる。熱輸送媒体の流れFLは、図中に矢印で例示されるように後続の素子片に衝突し、流れ方向を複雑に変化させる。複雑な流れは、素子片の表面における熱的な境界層の発生と成長とを抑制する。よって、この配置は、素子片と熱輸送媒体との間の熱交換を促進する。
この構成では、ロータ7の上には、素子片12a、12b、12cを含む多数の素子片が互いに離れてマトリックス状に配列されている。複数の素子片は、流れ方向FDに沿って一連のMCE素子12を提供することを意図して配列されているが、一連のMCE素子12が認識される必要はない。図示の配置は、回転方向RDに沿って並べられた複数の素子片12aをひとつの列として規定し、複数の列が流れ方向FDに沿って配置された複数の素子片のP列Q行の群としてみることもできる。
この構成では、異なるキュリー点をもつ2つの素子片の間に、流れ方向FDにおける隙間SGと、回転方向RDにおけるずれ(オフセット)とが設定されている。この構成は、複数の素子片と熱輸送媒体との間において高い熱交換性能を発揮する。よって、熱磁気サイクル装置としての運転周波数、すなわちロータ7の回転数および熱輸送媒体の流速が高い場合であっても、MCE素子12と熱輸送媒体との間の熱交換効率の低下が抑制される。
(第8実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態は、先行または後続の実施形態の一部分に適用することができる。図18は、この実施形態に係るMCE素子812を示す斜視図である。MCE素子812は、先行する複数の実施形態に適用することができる。図示されたMCE素子812は素子片として用いることができる。MCE素子812は、熱輸送媒体の流れ方向に沿って延びる凹凸を有し、熱輸送媒体と接触する凹凸面78を有する。図示の例では、直方体であるMCE素子812の側面が凹凸面78である。
凹凸面78は、流れ方向FDに沿って延びる溝78aを有する。ひとつのMCE素子812は、一方の側面に、複数の溝78aを有する。溝78aと溝78aとの間に凸部が残されている。図示の例では、一方の側面に、2つの溝78aが設けられている。凹凸面78は、側面における表面積を増加させる。流れ方向FDに沿って延びる凹凸78面は、熱輸送媒体の流れを阻害することなく熱交換の促進を図る。別の観点では、凹凸面78は、熱輸送媒体の流れにおける圧力損失の増加を抑制しながら、熱交換に貢献できる表面積の増加を図る。
(第9実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態は、先行または後続の実施形態の一部分に適用することができる。図19は、この実施形態に係る可動シール機構を示す分解斜視図である。図20は、可動シール機構の断面図である。図21は、図20のXXI部の拡大図である。これらの図には、ハウジング6のポンプボディ23に配置された可動シール機構が図示されている。可動シール機構は、リアボディ26内に設けられてもよい。可動シール機構は、ロータ7の一方の端部、および/または他方の端部に設けることができる。
この実施形態では、ポンプボディ23側が低温端となるようにMHP装置2が構成される。具体的には、ポンプボディ23側が低温端となるように、磁場変調装置14、および熱輸送装置16が構成されている。ポンプボディ23側に配置される熱交換器3が低温側熱交換器である。ポンプボディ23側の通路には、ポンプ17から吐出された比較的高圧の熱輸送媒体が供給される。このような高圧の熱輸送媒体に起因して、熱輸送媒体の漏洩量が多くなる傾向があらわれる。一方で、低温側熱交換器が配置される低温端においては、熱輸送媒体の粘度が高くなる。粘度が高い場合、熱輸送媒体の漏洩量が少なくなる傾向があらわれる。この実施形態では、低温端が高圧側に位置づけられるから、熱輸送媒体の漏洩が抑制されやすい。
図19および図20において、可動シール機構は、シールプレート943と、伸縮部材944とによってピストンを提供する。シールプレート943と伸縮部材944とは、ハウジング6のリアボディ26に配置されている。リアボディ26は、シールプレート943を収容する環状の収容室26cを有する。収容室26cは、凹部として形成されている。リアボディ26は、複数の伸縮部材944を収容する複数の収容室26dを有する。収容室26dは、収容室26cの底部に凹部として形成されている。リアボディ26は、非磁性の金属製である。
シールプレート943は、ロータ7の枠体71と対向して配置される環状の部材である。シールプレート943は、停止側シール部材とも呼ばれる。シールプレート943は、非磁性の金属製である。シールプレート943の表面には、摩耗を抑制するための表面処理が施されている。シールプレート943は、例えば、ステンレス製である。
シールプレート943は、先行する実施形態の連通室41a〜41dに対応する連通室943a〜943dを有する。連通室943a〜943dのそれぞれは、シールプレート943の一方の面において、ロータ7に向けて開口している。連通室943a〜943dのそれぞれは、シールプレート943の他方の面において、連通開口943rによって開口している。連通室943a〜943dのそれぞれは、対応する連通開口943rと連通している。
連通室943a、943bに対応付けられた連通開口943rの数は、連通室943c、943dに対応付けられた連通開口943rの数より多い。連通室943a、943bは、連通室943c、943dより、熱輸送媒体の外部への漏洩を生じやすい。連通開口943rの数は、後述の伸縮部材944の数と対応している。伸縮部材944の数は、シールプレート943を押す力の差を生じさせる。この押す力の差は、熱輸送媒体の漏洩を抑制するために貢献する。例えば、伸縮部材944の数は、熱輸送媒体の粘度が低い高温端において強い押付力を発生させるように設定することができる。
伸縮部材944は、蛇腹状の側壁を有する管状の部材である。伸縮部材944は、非磁性の金属製である。伸縮部材944は、内部に導入される熱輸送媒体の圧力によって伸長する。さらに、伸縮部材944は、蛇腹状の側壁によってバネとしての機能を発揮する。伸縮部材944は、ベローズ部材とも呼ばれる。伸縮部材944の一端は、連通開口943rに接続されている。伸縮部材944の他端は、リアボディ26の通路に接続されている。伸縮部材944は、ハウジング6内の複数の流路と、それに対応付けられたシールプレート943の連通室41a〜41dとを連通するための通路部材である。さらに、伸縮部材944は、シールプレート943をロータ7に向けて押し付ける押付力発生部材でもある。伸縮部材944は、蛇腹状の側壁に代えて、弾性変形可能な材料製の側壁を備えることができる。例えば、伸縮部材944は、ゴムまたは樹脂によって形成されてもよい。
伸縮部材944は、ハウジング6とシールプレート943との間に、やや圧縮された状態で収容されている。よって、伸縮部材944は、自らのバネ力によって、シールプレート943をロータ7に向けて押し付ける。さらに、伸縮部材944内に加圧された熱輸送媒体が導入されると、伸縮部材944は伸長し、熱輸送媒体の圧力によって、シールプレート943をロータ7に向けて押し付ける。
シールプレート943は、収容室26c内において径方向および軸方向の両方に関してわずかに移動可能に収容されている。例えば、シールプレート943は、収容室26c内においてやや傾くことができる。さらに、複数の伸縮部材944は、自らが変形することによって、シールプレート943の径方向および軸方向の両方に関する移動を許容する。言い換えると、ハウジング6および伸縮部材944は、シールプレート943を径方向および軸方向の両方に関して拘束することなく支持するフロート支持構造を提供する。フロート支持構造によって支持されたシールプレート943は、ロータ7との接触状態を維持するように変位することができる。この結果、複数の部品の寸法の誤差、および複数の部品の組立に誤差があっても、必要なシール性能を発揮するようにシールプレート943とロータ7との接触状態が適合的に調節される。
ロータ7は、リング部材945を備える。リング部材945は、ロータ7の枠体71の端部に設けられている。リング部材945は、枠体71の端面に接着されている。リング部材945は、シールプレート943の端面943sと接触する。ロータ7が回転すると、リング部材945も回転する。リング部材945は、端面943sに接触しながら、摺動する。リング部材945は、回転側シール部材とも呼ばれる。シールプレート943とリング部材945とは、ロータ7の回転を許容しながら、シールプレート943とロータ7とにわたって延びる流路を区画形成する。リング部材945は、枠体71よりも耐摩耗性に優れた材料によって形成されている。リング部材945は、非磁性の材料により形成されている。例えば、リング部材945は、非磁性の金属製である。
図21において、リング部材945は、ボディ945aを有する。ボディ945aは、枠体71が提供する通路に対応する通路を提供する。ボディ945aは、非磁性の金属製である。ボディ945aは、エンドチップ、または爪部材とも呼ばれる。ボディ945aは、シールプレート943との間において所定のシール性能を提供するための平面度と、シールプレート943との摩擦に耐えうる硬さとを有する材料で作られている。
ボディ945aは、MCE素子12を枠体71内に保持するための保持部材を備える。この実施形態では、MCE素子12は、小片状またはペレット状と呼びうる形状である。保持部材は、MCE素子12を枠体71内に保持するためのメッシュ体945bと、メッシュ体945bをボディ945aに固定するためのリテーナリング945cとを有する。
ボディ945aは、台形の断面を有する。ボディ945aは、台形の下面において枠体71と接続されている。ボディ945aは、台形の頂面においてシールプレート943と接触する。ボディ945aは、シールプレート943と対向する部位に、接触部945dと、非接触部945eとを有する。
接触部945dは、シールプレート943とボディ945aとの間の環状の対向面における径方向外側と径方向内側との両方に設けられている。接触部945dは、円形に延在している。図には、径方向外側の接触部945dが図示されている。言い換えると、接触部945dは、通路内空間と通路外空間とを仕切る境界を提供する。
接触部945dは、ロータ7およびシールプレート943の中に区画形成される熱輸送媒体のための通路の内部と、その外部の空間との間の外部シール部を提供する。外部シール部は、熱輸送に貢献するための主要な通路から、外部への漏れ出しを抑制している。外部シール部を経由する熱輸送媒体の漏洩は、外部リークと呼ぶことができる。
非接触部945eは、シールプレート943とボディ945aとの間の環状の対向面において、環状に広がっている。非接触部945eは、径方向において、径方向外側の接触部945dと、径方向内側の接触部945dとの間にわたって広がっている。非接触部945eは、ボディ945aの端面において、浅い凹部として形成されている。非接触部945eを提供する凹部の深さは10μmである。凹部の深さは、10μm以下とすることができる。この結果、シールプレート943と非接触部945eとの間には、10μm以下の隙間が区画形成される。
非接触部945eは、接触部945dよりも通路の内側に設けられている。よって、非接触部945eは、接触部945dに到達する熱輸送媒体の流れを抑制する予備的なシール部でもある。非接触部945eは、複数の連通室943a〜943dの間における内部シール部を提供する。内部シール部は、隣接する2つの作動室の間における熱輸送媒体の漏れ出しを抑制する。2つの作動室の間における熱輸送媒体の漏洩は、内部リークと呼ぶことができる。
外部リーク量の増加は、入力される外部動力の増加、すなわち消費動力の増加を生じる。外部リーク量の増加は、熱損失の増加を生じる。これらの結果、ヒートポンプとしての成績係数の低下を生じる。一方、内部リーク量の増加は、入力される外部動力の増加を生じる。内部リーク量の増加は、専ら、外部動力の増加によって成績係数の低下を生じる。よって、成績係数の低下を抑制するためには、外部リーク量を抑制することが有効である。言い換えると、外部リークと、内部リークとを別々に抑制するように装置を構成することが望ましい。この実施形態では、内部シール部を非接触部945eによって提供し、外部シール部を接触部945dによって提供している。よって、内部リーク量よりも外部リーク量を抑制しやすい。この結果、成績係数の高いMHP装置2が提供される、
この実施形態では、シール機構は、複数の横断流路の間における熱輸送媒体の漏洩を抑制する内部シール部と、横断流路から外部への熱輸送媒体の漏洩を抑制する外部シール部とを有する。シール機構は、外部シール部における外部リーク量を内部シール部における内部リーク量より少なく抑制する。外部シール部は、リング部材945が提供する回転部分と、シールプレート943が提供する停止部分とが接触する接触部945dによって提供されている。内部シール部は、回転部分と停止部分とが隙間を介して対向する非接触部945eによって提供されている。例えば、ポンプ17が生成する熱輸送媒体の流量のうち、10%程度は外部リーク量となり、20%〜30%程度は内部リーク量となる場合がある。このような事例においては、外部リーク量は内部リーク量の1/2〜1/3に抑制される。これにより、成績係数の高いMHP装置2が提供される。
この実施形態では、ロータ7の端面に対向するように位置づけられたシールプレート943と、シールプレート943をロータ7に向けて押し付けるように伸縮可能な伸縮部材944とがピストンを提供する。この伸縮部材944は、自らの弾性により、および/または内部に導入される熱輸送媒体の圧力によりシールプレート943をロータ7に向けて押し付ける蛇腹状部分を有する。この構成は、簡単な構成によって熱輸送媒体の漏洩を抑制することを可能とする。
ピストンは、軸方向および径方向の両方に関して移動可能に支持されている。ピストンは、フロート支持構造によって支持されている。ピストンを提供するシールプレート943は、ロータ7との接触を維持するように移動可能である。この構成は、停止部分であるピストンと、回転部分であるロータとの接触を安定的に提供するために貢献する。
(第10実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態は、先行または後続の実施形態の一部分に適用することができる。例えば、この実施形態は、第9実施形態と組み合わせて用いることができる。図22は、この実施形態の可動シール機構の一部を示す断面図である。図中には、リアボディ26に設けられた通路と、ロータ7との間における可動シール機構が図示されている。この実施形態では、外部シール部は、回転部分と停止部分との間に設けられたリップシールA47a、A47bを備える。
ロータ7は、MCE素子12よりも長く延び出した枠体71を備える。筒状の枠体71は、その突出部分の外周面と内周面との両方に円筒状のシール面を提供する。リアボディ26は、枠体71の中に挿入され、配置される環状の支持筒A26を有する。支持筒A26は、枠体71の内部に配置される。支持筒A26は、枠体71を回転可能に支持する。支持筒A26は、枠体71を軸方向に沿って移動可能に支持する。支持筒A26の内部には、作業室と連通される通路が区画形成されている。
リアボディ26は、枠体71のシール面に接触することによって外部シール部を提供するリップシールA47a、A47bを備える。円筒状のシール面とリップシールA47a、A47bとが提供するシール部は、軸シール部、または円筒シール部と呼ばれる。リップシールA47a、A47bは、摩擦係数が低い樹脂材料製である。リップシールA47aは、枠体71の外周面に接触する。リップシールA47bは、枠体71の内周面に接触する。外部リーク量を所定の量に制限できる場合、リップシールA47a、A47bの一方だけを設けてもよい。
枠体71の外部の軸方向端面とリアボディ26との間には、接触プレートA48a、A48b、A48cの少なくともひとつが設けられる。接触プレートA48a、A48bは、枠体71の外部の端面と、リアボディ26との間に設けられている。接触プレートA48cは、枠体71の内部の軸方向端面と、支持筒A26の端面との間に設けられている。接触プレートA48a、A48b、A48cは、ポリテトラフルオロエチレンなど、摩擦係数が小さい樹脂材料、または金属材料によって提供されうる。接触プレートA48a、A48b、A48cは、枠体71がリアボディ26に向けて押し付けられる場合の荷重を受ける。接触プレートA48a、A48b、A48cは、枠体71と、リアボディ26との間の摩擦抵抗を抑制する。MHP装置2は、接触プレートA48a、A48b、A48cを交換できるように構成されている。例えば、接触プレートA48a、A48b、A48cは、リアボディ26を外すことによって交換可能である。
この実施形態によると、外部シール部がリップシールA47a、A47bによって提供されるから、外部リーク量を確実に抑制することができる。よって、高い成績係数を実現することができる。
(第11実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態は、先行または後続の実施形態の一部分に適用することができる。図23は、シールプレート943の分解斜視図である。この実施形態では、内部シール部は、回転部分と停止部分との間に設けられ、両者に接触するシール部材B43uを有する。
シールプレート943は、複数の連通室943a〜943dを有する。連通室943a〜943dの数は、ロータ7が提供する作業室の数に対応している。この実施形態では、作業室の数は、2の倍数である。隣接する2つの連通室の間には、内部シール部を提供するためのワイパ状のシール部が設けられている。シール部は、シールプレート943に設けられた放射状に延びる溝B43tと、この溝B43tの中に配置されたシール部材B43uとを含む。シール部は、面シール部とも呼ばれる。
溝B43tは、周方向に隣接する2つの連通室、例えば連通室943bと、連通室943dとの間に設けられている。溝B43tは、放射状に延びている。この実施形態では、複数のシール部を設けるために複数の溝B43tが設けられている。
シール部材B43uは、溝43tの中に配置される。シール部材B43uは、摩擦係数が低い樹脂材料製である。シール部材B43uは、シールプレート943の端面よりわずかに突出する。シール部材B43uの突出量は、接触部945dにおける接触を妨げることがないように設定されている。シール部材B43uの突出量は、非接触部945eにおける間隙を小さくするように設定されている。よって、シール部材B43uは、非接触部945eの径方向幅に対応する径方向長さを有していてもよい。
この実施形態によると、内部シール部における内部リーク量を抑制することができる。この結果、高い成績係数を実現することが可能となる。
(他の実施形態)
ここに開示される発明は、その発明を実施するための実施形態に何ら制限されることなく、種々変形して実施することが可能である。開示される発明は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、種々の組み合わせによって実施可能である。実施形態は追加的な部分をもつことができる。実施形態の部分は、省略される場合がある。実施形態の部分は、他の実施形態の部分と置き換え、または組み合わせることも可能である。実施形態の構造、作用、効果は、あくまで例示である。開示される発明の技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示される発明のいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。
例えば、上記実施形態では、車両用空調装置に本発明を適用した。これに代えて、住宅用の空調装置に本発明を適用してもよい。また、水を加熱する給湯装置として利用してもよい。また、上記実施形態では、室外の空気を主要な熱源とするMHP装置2を説明した。これに代えて、水、土などの他の熱源を主要熱源として利用してもよい。
また、上記実施形態では、熱磁気サイクル装置の一形態であるMHP装置2を説明した。これに代えて、熱磁気サイクル装置の一形態である熱磁気エンジン装置に本発明を適用してもよい。例えば、上記実施形態のMHP装置2の磁場変化と熱輸送媒体の流れとの位相を調節することにより熱磁気エンジン装置を提供することができる。
上記実施形態では、ひとつのMHP装置2に、2つの第1位置と、2つの第2位置とを設けた。これに代えて、1つの第1位置と、1つの第2位置とを設けてもよい。また、3つ以上の第1位置と第2位置とを設けてもよい。
また、上記実施形態では、MHP装置2の外部の熱交換器3、4に熱輸送媒体を供給した。これに代えて、一次媒体である熱輸送媒体と、二次媒体とを熱交換する熱交換器をMHP装置2内に設け、二次媒体を低温系統と高温系統とに供給してもよい。
上記実施形態では、容積型のギヤポンプまたは非容積型の遠心式ポンプを採用した。これに代えて、多様な形式のポンプを採用することができる。例えば、ベーン型ポンプ、ターボ型ポンプ、再生ポンプ、ギヤポンプ、レシプロポンプなどを利用することができる。
また、上記実施形態では、回転軸2aとロータ7、207との間に減速型の変速機構9、209を設けた。これに代えて、回転軸2aとロータ7、207とを直結し、回転軸2aとポンプ17、217との間に増速型の変速機構を設けてもよい。また、回転軸2aとロータとの間、および回転軸2aとポンプとの間の両方に変速機構を設けてもよい。
また、上記実施形態では、作業室11とMCE素子12とを有する素子ベッドが回転する構成を採用した。これに代えて、素子ベッドと磁場変調装置14との間の相対的な回転と、素子ベッドと流路切換機構18との間の相対的な回転とを提供するための多様な構成を採用することができる。例えば、素子ベッドを静止させておき、永久磁石を含む磁場変調装置を素子ベッドに対して相対的に回転移動させてもよい。これにより、ひとつのMCE素子12に与えられる磁場を変動させることができる。また、素子ベッドを静止させておき、連通室23a−23d、41a−41dに相当する開口をもつ分配部材を素子ベッドに対して相対的に回転させてもよい。これにより、ひとつのMCE素子12に沿って流れる熱輸送媒体の流れ方向を第1方向と第2方向とに交互に切換えることができる。
上記実施形態では、広い端面943sをシールプレート943に設け、接触部945dと非接触部945eとをリング部材945に設けることによって外部シール部と内部シール部とが形成される。これに代えて、広い端面を回転部材としてのリング部材945に設け、接触部と非接触部とを停止部材としてのシールプレート943に設けることによって外部シール部と内部シール部とが形成されてもよい。この構成でも、外部リーク量が内部リーク量よりも抑制される。
上記実施形態では、停止部材であるリアボディ26にリップシールA47a、A47bを固定した。これに代えて、枠体71などの回転部材にリップシールA47a、A47bを固定してもよい。この場合、リアボディ26などの停止部材に円筒状のシール面が設けられる。