JP2020034237A - 熱磁気サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機械的な損失が小さい熱磁気サイクル装置を提供する。【解決手段】装置は、ＭＣＥ素子１２を収容した複数の単位流路を提供する素子ベッド７を備える。装置は、ＭＣＥ素子に印加される磁場を変調する磁場変調装置１４と、ＭＣＥ素子と熱交換する熱輸送媒体の往復流れを生成する熱輸送装置１６とを備える。さらに、熱輸送装置は、流路切換機構１８と、付勢機構３０とを有する。流路切換機構１８は、単位流路に熱輸送媒体が流入するための入口弁１８ａおよび、単位流路から熱輸送媒体が流出するための出口弁１８ｂを形成する。付勢機構３０は、入口弁および出口弁に異なる付勢力を与える。付勢力の大小関係は、入口弁に作用する熱輸送媒体の圧力と、出口弁に作用する熱輸送媒体の圧力との大小関係と同じである。【選択図】図４

Description

この明細書における開示は、熱磁気サイクル装置に関する。

特許文献１ないし特許文献３は、磁性体の温度特性を利用した熱磁気サイクル装置を開示する。装置は、磁気熱量効果を発揮する素子を備える。装置は、素子と熱交換する熱輸送媒体の往復流れを生成する熱輸送装置と、素子に印加される磁場を変調する磁場変調装置とを備える。装置は、駆動力を入力として温度差を出力するヒートポンプ装置、または、温度差を入力として駆動力を出力するエンジン装置として利用される。従来技術として列挙された先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。

特開２０１２−２２９６３４号公報 特開２０１６−１１０１号公報 米国特許第８４４８４５３号明細書

従来技術の構成では、熱輸送媒体の漏洩を抑制するために、シール機構が必要である。しかし、シール機構は機械的な損失を生み出す。機械的な損失は、可動部材を駆動するための動力の損失としてあらわれる。このため、機械的な損失が小さい熱磁気サイクル装置が求められる。

ひとつの形態では、例えば、可動部材と静止部材との両方にわたって熱輸送媒体が流れる場合がある。この場合、可動部材と静止部材との間のシール機構は、機械的な損失を生み出す。他の形態では、例えば、可動部材または静止部材の中に、熱輸送媒体の流れを制御する開閉弁が配置される場合がある。この場合、開閉弁のシール機構は、機械的な損失を生み出す。

さらに、シール機構における熱輸送媒体の圧力が変動する場合、シールするべき圧力差が大きい期間と、シールするべき圧力差が小さい期間とが生じる。この場合、シール機構は、シールするべき圧力差が大きい期間に耐えるように設計される。しかし、この設計では、単位周期の間中にわたって機械的な損失を抑制することが困難である。

上述の観点において、または言及されていない他の観点において、熱磁気サイクル装置にはさらなる改良が求められている。

開示されるひとつの目的は、機械的な損失が小さい熱磁気サイクル装置を提供することである。

開示される他のひとつの目的は、熱輸送装置における機械的な損失が抑制された熱磁気サイクル装置を提供することである。

ここに開示された熱磁気サイクル装置は、磁気熱量効果を発揮するＭＣＥ素子（１２）を収容した複数の単位流路を提供する素子ベッド（７）と、ＭＣＥ素子に印加される磁場を変調する磁場変調装置（１４）と、ＭＣＥ素子と熱交換する熱輸送媒体の往復流れを生成する熱輸送装置（１６）とを備える。さらに、熱輸送装置は、熱輸送媒体を流す一方向型のポンプ（１７、２１７ａ）と、単位流路に熱輸送媒体が流入するための入口弁（１８ａ、１８ｆ、６１８ａ、６１８ｆ）および、単位流路から熱輸送媒体が流出するための出口弁（１８ｂ、１８ｅ、６１８ｂ、６１８ｅ）を単位流路の一端および／または他端に形成する流路切換機構（１８）と、入口弁および出口弁に異なる付勢力を与える付勢機構（３０）とを有し、付勢力の大小関係は、入口弁に作用する熱輸送媒体の圧力と、出口弁に作用する熱輸送媒体の圧力との大小関係と同じである。

開示される熱磁気サイクル装置によると、入口弁および出口弁に対して、付勢機構によって異なる付勢力が付与される。付勢力の大小関係は、入口弁に作用する熱輸送媒体の圧力と、出口弁に作用する熱輸送媒体の圧力との大小関係と同じである。例えば、入口弁に与えられる付勢力が出口弁に与えられる付勢力より大きい場合、入口弁に作用する熱輸送媒体の圧力は出口弁に作用する熱輸送媒体の圧力より大きい。例えば、出口弁に与えられる付勢力が入口弁に与えられる付勢力より大きい場合、出口弁に作用する熱輸送媒体の圧力は入口弁に作用する熱輸送媒体の圧力より大きい。これにより、入口弁および出口弁において熱輸送媒体の圧力に耐えるシール性が得られる。さらに、入口弁および出口弁において付勢力をえるための動力が抑制される。この結果、機械的な損失が抑制される。

この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。

第１実施形態に係る熱機器の断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。 熱輸送媒体の圧力分布を示す回路図である。 高温端のシール機構を示す分解斜視図である。 高温端のシール機構を示す展開図である。 低温端のシール機構を示す分解斜視図である。 低温端のシール機構を示す展開図である。 第２実施形態に係る圧力分布を示す回路図である。 シール機構を示す展開図である。 第３実施形態のシール機構を示す展開図である。 第４実施形態のシール機構を示す展開図である。 第５実施形態のシール機構を示す展開図である。 第６実施形態に係る熱機器の断面図である。 図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線における断面図である。 図１３のＸＶ−ＸＶ線における断面図である。 高圧弁の作動状態を示す断面図である。 低圧弁の作動状態を示す断面図である。

図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび／または構造的に対応する部分および／または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および／または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。

第１実施形態
図１および図２は、第１実施形態に係る空調装置１を示す。図１は、図２のＩ−Ｉ線における断面を示す。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面を示す。空調装置１は、熱機器のひとつである。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。

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の高温端ＨＴ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、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。

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ＬＴ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、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、素子ベッド７を備える。素子ベッド７は、ハウジング６内に回転可能に支持されている。素子ベッド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。素子ベッド７は、動力源５によって回転させられる回転体である。素子ベッド７は、円筒状の部材である。

素子ベッド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、素子ベッド７の軸方向に沿って延びている。ひとつの作業室１１は、素子ベッド７の軸方向の両方の端面において開口している。素子ベッド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、素子ベッド７の回転方向に沿って配列されている。

素子ベッド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によって高温端ＨＴと低温端ＬＴとを生成する。ＭＣＥ素子１２は、高温端ＨＴと低温端ＬＴ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ＬＴであり、図中の左端が高温端ＨＴである。素子ベッド７は、ロータとも呼ばれる。素子ベッド７は、作業室１１とＭＣＥ素子１２とを含む。

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、素子ベッド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、素子ベッド７の軸方向に沿って細長く延在している。素子ベッド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、素子ベッド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、ガドリニウム系材料、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、素子ベッド７と対向して配置された磁場モジュール８を有する。磁場モジュール８は、ステータとも呼ばれる。磁場モジュール８は、ハウジング６の一部によって提供されている。磁場モジュール８は、素子ベッド７の径方向内側および／または径方向外側に配置され、素子ベッド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。磁場モジュール８は、素子ベッド７の軸方向一端および／または軸方向他端に配置され、素子ベッド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（Ａｃｔｉｖｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ 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、素子ベッド７と、磁場モジュール８とによって提供される。磁場変調装置１４は、磁場モジュール８に対する素子ベッド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。磁場の変動は、素子ベッド７および磁場モジュール８のいずれか一方のみ、または両方を相対的に回転移動させることで作り出すことができる。素子ベッド７は、可動部材を提供する。磁場モジュール８は、静止部材を提供する。

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、素子ベッド７と、磁場モジュール８とによって提供される。流路切換機構１８は、磁場モジュール８に対する素子ベッド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ＡＭＧ、およびＭＣＥ素子１２が励磁期間ＡＭＧより弱い外部磁場の中に置かれる消磁期間ＤＭＧ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。磁力源１３は、素子ベッド７の径方向内側に位置する内側磁石１３ａを備える。磁力源１３は、素子ベッド７の径方向外側に位置する外側磁石１３ｂ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ＬＴから高温端ＨＴ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ＨＴから低温端ＬＴ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。

ＭＨＰ装置２は、中心軸ＡＸを有する。素子ベッド７および磁場モジュール８は、中心軸ＡＸに関して円柱状、または円筒状である。

ＭＨＰ装置２は、制御装置（ＣＮＴ）２０を備える。制御装置２０は、少なくとも動力源５を制御する。制御装置２０は、動力源５による回転数を制御する。加えて、制御装置２０は、空調装置１としての機能を制御する。制御装置２０は、例えば、熱交換器３および／または熱交換器４への送風量を制御する。

制御装置２０は、電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。制御装置２０は、熱磁気サイクル装置のための制御システムを提供する。制御システムは、少なくともひとつの演算処理装置（ＣＰＵ）と、プログラムとデータとを記憶する記憶媒体としての少なくともひとつのメモリ装置とを有する。制御システムは、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を備えるマイクロコンピュータによって提供される。記憶媒体は、コンピュータによって読み取り可能なプログラムを非一時的に格納する非遷移的実体的記憶媒体である。記憶媒体は、半導体メモリまたは磁気ディスクなどによって提供されうる。制御システムは、ひとつのコンピュータ、またはデータ通信装置によってリンクされた一組のコンピュータ資源によって提供されうる。プログラムは、制御システムによって実行されることによって、制御システムをこの明細書に記載される装置として機能させ、この明細書に記載される方法を実行するように制御システムを機能させる。

制御システムが提供する手段および／または機能は、実体的なメモリ装置に記録されたソフトウェアおよびそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、制御システムは、ｉｆ−ｔｈｅｎ−ｅｌｓｅ形式と呼ばれるロジック、または機械学習によってチューニングされたニューラルネットワークによって提供することができる。代替的に、例えば、制御システムがハードウェアである電子回路によって提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路によって提供することができる。

図３は、熱輸送媒体の圧力分布を示す。ＭＨＰ装置２は、熱輸送媒体の循環経路を提供する。ポンプ１７は、循環経路に配置されている。さらに、流路切換機構１８は、素子ベッド７と磁場モジュール８との間、すなわち可動部材と静止部材との間にわたって延びる流路に配置されている。流路切換機構１８は、複数の弁を有する。複数の弁は、複数の素子ベッド７の入口と出口とに配置されている。ここでは、説明を理解しやすくするために、循環経路を提供する２つの単位流路（素子ベッド７）と、関連する４つの弁を説明する。流路切換機構１８は、高温端ＨＴに、少なくとも入口弁１８ａと出口弁１８ｂとを有する。流路切換機構１８は、低温端ＬＴに、少なくとも出口弁１８ｅと入口弁１８ｆとを有する。

熱交換器３は、圧力損失ＰＤｅを生じる。熱交換器４も、圧力損失ＰＤｅを生じる。熱交換器３と熱交換器４とは、異なる圧力損失を生じてもよい。ポンプ１７は、吸入圧Ｐｓで熱輸送媒体を吸入する。ポンプ１７は、熱輸送媒体を加圧する。ポンプ１７は、吐出圧Ｐｄの熱輸送媒体を吐出する。単位流路（素子ベッド７）は、圧力損失ＰＤｄを生じる。

熱輸送媒体は、ひとつの単位流路に向けて圧力Ｐ１で供給される。このとき、入口弁１８ａには、圧力Ｐ１が作用する。入口弁１８ａが提供するシール機構は、圧力Ｐ１の下で正常に機能しうるシール性を提供する。熱輸送媒体は、圧力Ｐ２で、ひとつの単位流路から流出する。出口弁１８ｅには、圧力Ｐ２が作用する。出口弁１８ｅが提供するシール機構は、圧力Ｐ２の下で正常に機能しうるシール性を提供する。

圧力Ｐ１は、圧力Ｐ２より高い（Ｐ１＞Ｐ２）。よって、入口弁１８ａは、出口弁１８ｅより高いシール性を求められる。逆に、出口弁１８ｅは、入口弁１８ａより低いシール性で機能を実現できる。言い換えると、出口弁１８ｅにおける静止部材と可動部材との押付力は、入口弁１８ａにおける静止部材と可動部材との押付力より小さくても、機能を実現できる。入口弁１８ａと出口弁１８ｅとは、往復流のうちの一方向へ向かう熱輸送媒体の流れの入口および出口を提供する。一方向は、高温端ＨＴから低温端ＬＴへ向かう方向である。入口弁１８ａと出口弁１８ｅとは、共通の単位流路（素子ベッド７）に対応付けられた入口と出口とを提供する。

熱輸送媒体は、ひとつの単位流路に向けて圧力Ｐ３で供給される。このとき、入口弁１８ｆには、圧力Ｐ３が作用する。入口弁１８ｆが提供するシール機構は、圧力Ｐ３の下で正常に機能しうるシール性を提供する。熱輸送媒体は、圧力Ｐ４で、ひとつの単位流路から流出する。出口弁１８ｂには、圧力Ｐ４が作用する。出口弁１８ｂが提供するシール機構は、圧力Ｐ４の下で正常に機能しうるシール性を提供する。

圧力Ｐ３は、圧力Ｐ４より高い（Ｐ３＞Ｐ４）。よって、入口弁１８ｆは、出口弁１８ｂより高いシール性を求められる。逆に、出口弁１８ｂは、入口弁１８ｆより低いシール性で機能を実現できる。言い換えると、出口弁１８ｂにおける静止部材と可動部材との押付力は、入口弁１８ｆにおける静止部材と可動部材との押付力より小さくても、機能を実現できる。入口弁１８ｆと出口弁１８ｂとは、往復流のうちの他方向へ向かう熱輸送媒体の流れの入口および出口を提供する。他方向は、低温端ＬＴから高温端ＨＴへ向かう方向である。入口弁１８ｆと出口弁１８ｂとは、共通の単位流路（素子ベッド７）に対応付けられた入口と出口とを提供する。

高温端ＨＴまたは低温端ＬＴに着目すると、静止部材と可動部材との間には、少なくとも一対の入口弁および出口弁が配置されている。流路切換機構１８は、偶数対の入口弁および出口弁を備えることができる。この実施形態では、後述のように二対の入口弁および出口弁が配置されている。

一方の端部、すなわち高温端ＨＴにおいて、圧力Ｐ１は、圧力Ｐ４より高い（Ｐ１＞Ｐ４）。このため、入口弁１８ａは、出口弁１８ｂより高いシール性を求められる。逆に、出口弁１８ｂは、入口弁１８ａより低いシール性で機能を実現できる。言い換えると、出口弁１８ｂにおける静止部材と可動部材との押付力は、入口弁１８ａにおける静止部材と可動部材との押付力より小さくても、機能を実現できる。この実施形態では、入口弁１８ａにおける押付力Ｆ１を、出口弁１８ｄにおける押付力Ｆ２より大きくしている（Ｆ１＞Ｆ２）。これにより、出口弁１８ｂにおける機械的な損失が抑制される。

入口弁１８ａと出口弁１８ｂとは、一方の端部、すなわち高温端ＨＴにおいて、往復流それぞれの入口および出口を提供する。入口弁１８ａは、高温端ＨＴから低温端ＬＴへ向かう流れの入口を提供する。出口弁１８ｂは、低温端ＬＴから高温端ＨＴへ向かう流れの出口を提供する。入口弁１８ａと出口弁１８ｂとは、同時に、異なる単位流路に対応付けられた入口と出口とを提供する。

他方の端部、すなわち低温端ＬＴにおいて、圧力Ｐ２は、圧力Ｐ３より高い（Ｐ２＞Ｐ３）。このため、出口弁１８ｅは、入口弁１８ｆより高いシール性を求められる。逆に、入口弁１８ｆは、出口弁１８ｅより低いシール性で機能を実現できる。言い換えると、入口弁１８ｆにおける静止部材と可動部材との押付力は、出口弁１８ｅにおける静止部材と可動部材との押付力より小さくても、機能を実現できる。この実施形態では、出口弁１８ｅにおける押付力Ｆ５を、入口弁１８ｆにおける押付力Ｆ６より大きくしている（Ｆ５＞Ｆ６）。これにより、入口弁１８ｆにおける機械的な損失が抑制される。

入口弁１８ｆと出口弁１８ｅとは、他方の端部、すなわち低温端ＬＴにおいて、往復流それぞれの入口および出口を提供する。入口弁１８ｆは、低温端ＬＴから高温端ＨＴへ向かう流れの入口を提供する。出口弁１８ｅは、高温端ＨＴから低温端ＬＴへ向かう流れの出口を提供する。入口弁１８ｆと出口弁１８ｅとは、異なる単位流路に対応付けられた入口と出口とを提供する。

図４および図５は、高温端ＨＴにおける流路切換機構１８と、それに付随するシール機構とを示す。素子ベッド７が提供する作業室１１は、複数の軸方向流路を提供する。図中には、ＭＣＥ素子１２の塊によって、ひとつの単位流路が例示されている。「ひとつの素子ベッド７」という名称は、この単位流路を指す場合がある。

流路切換機構１８は、可動部材である素子ベッド７と対向して配置された弁要素１９を備える。弁要素１９は、静止部材である。弁要素１９は、素子ベッド７の端面と対向して配置されている。弁要素１９は、素子ベッド７の端面に対して、摺動可動に接触している。弁要素１９は、入口弁１８ａおよび出口弁１８ｂを提供するための複数のポートを提供している。弁要素１９は、複数のセグメント１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄを備える。複数のセグメント１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄは、環状に配置されている。複数のセグメント１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄのそれぞれは、扇形の領域を占めている。複数のセグメント１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄは、軸方向に関して相対的に移動可能に保持されている。複数のセグメント１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄは、周方向に関して移動不能に保持されている。

セグメント１９ａは、入口弁１８ａを提供する。入口弁１８ａは、セグメント１９ａと単位流路とが対向しているときに、その単位流路に対して開く。入口弁１８ａは、セグメント１９ａと単位流路とが対向せず、離れているときに、その単位流路に対して閉じる。セグメント１９ｂは、出口弁１８ｂを提供する。出口弁１８ｂは、セグメント１９ｂと単位流路とが対向しているときに、その単位流路に対して開く。出口弁１８ｂは、セグメント１９ｂと単位流路とが対向せず、離れているときに、その単位流路に対して閉じる。この結果、流路切換機構１８は、ひとつの単位流路の一端に入口弁１８ａと出口弁１８ｂとを形成する。この実施形態では、４つのセグメント１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄによって２つの入口弁と２つの出口弁とが提供されている。よって、流路切換機構１８は、ひとつの単位流路の一端に２つの入口弁と２つの出口弁とを形成する。２つの入口弁１８ａ、１８ｃと２つの出口弁１８ｂ、１８ｄとは、ひとつの単位流路に対して交互に開閉されることにより、往復流を提供する。

流路切換機構１８は、弁要素１９を素子ベッド７に向けて押し付けるための付勢機構３０を有する。付勢機構３０は、少なくとも２つの異なる付勢力を提供する。この実施形態では、付勢力は、押圧力とも呼ばれる。付勢機構３０は、４つのセグメント１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄのそれぞれに対応付けられた４つの付勢要素３１、３２、３３、３４を有する。この実施形態では、セグメント１９ａとセグメント１９ｃとは、入口弁を提供するから、共通の付勢要素によって付勢されてもよい。同様に、セグメント１９ｂとセグメント１９ｄとは、出口弁を提供するから、共通の付勢要素によって付勢されてもよい。

付勢要素３１、３２、３３、３４のそれぞれは、可変要素３５と、不変要素３６とを有する。可変要素３５は、熱輸送媒体の圧力に応じて付勢力を可変する。可変要素３５は、熱輸送媒体の圧力に応じて寸法、すなわち軸方向長さが変化する感圧要素によって提供されている。可変要素３５は、バルーンによって提供されている。可変要素３５は、熱輸送媒体の圧力が所定圧力を上回るとき、熱輸送媒体の圧力を受けて軸方向に伸長する。可変要素３５は、熱輸送媒体の圧力が所定圧力を下回るとき、熱輸送媒体の圧力を受けて軸方向に収縮する。所定圧力は、圧力Ｐ１と圧力Ｐ４との間に設定することができる。不変要素３６は、不変の弾力性を提供する弾性部材である。不変要素３６は、熱輸送媒体の圧力に依存することなく付勢力を生成する。不変要素３６は、例えば、機械的なコイルスプリングによって提供することができる。不変要素３６は、予荷重を与えられた圧縮コイルスプリングである。

可変要素３５に圧力Ｐ１が作用すると、可変要素３５は、軸方向に伸長する。この結果、セグメント１９ａは、押圧力Ｆ１で素子ベッド７に向けて押し付けられる。押圧力Ｆ１は、セグメント１９ａと素子ベッド７との間にシール性を提供する面圧を生む。可変要素３５に圧力Ｐ４が作用すると、可変要素３５は、軸方向に収縮する。この結果、セグメント１９ｂは、押圧力Ｆ２で素子ベッド７に向けて押し付けられる。押圧力Ｆ２は、セグメント１９ｂと素子ベッド７との間にシール性を提供する面圧を生む。押圧力Ｆ１は、押圧力Ｆ２より大きい（Ｆ１＞Ｆ２）。

可動部材である素子ベッド７が回転すると、単位流路は、複数のセグメント１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄの上を順に通過する。単位流路がセグメント１９ａ、１９ｃの上に位置するとき、セグメント１９ａ、１９ｃは、素子ベッド７に向けて押圧力Ｆ１で押し付けられる。単位流路がセグメント１９ｂ、１９ｄの上に位置するとき、セグメント１９ｂ、１９ｄは、素子ベッド７に向けて押圧力Ｆ２で押し付けられる。この結果、弁要素１９の全体が押圧力Ｆ１で素子ベッド７に向けて押し付けられる場合に比べて、セグメント１９ｂ、１９ｄの区間において、押圧力が抑制される。この結果、機械的な損失が抑制される。

図６および図７は、低温端ＬＴにおける流路切換機構１８と、それに付随するシール機構とを示す。弁要素１９は、入口弁１８ｆおよび出口弁１８ｅを提供するための複数のポートを提供している。弁要素１９は、複数のセグメント１９ｅ、１９ｆ、１９ｇ、１９ｈを備える。

セグメント１９ｅは、出口弁１８ｅを提供する。出口弁１８ｅは、セグメント１９ｅと単位流路とが対向しているときに、その単位流路に対して開く。出口弁１８ｅは、セグメント１９ｅと単位流路とが対向せず、離れているときに、その単位流路に対して閉じる。セグメント１９ｆは、入口弁１８ｆを提供する。入口弁１８ｆは、セグメント１９ｆと単位流路とが対向しているときに、その単位流路に対して開く。入口弁１８ｆは、セグメント１９ｆと単位流路とが対向せず、離れているときに、その単位流路に対して閉じる。この結果、流路切換機構１８は、ひとつの単位流路の他端に出口弁１８ｅと入口弁１８ｆとを形成する。この実施形態では、４つのセグメント１９ｅ、１９ｆ、１９ｇ、１９ｈによって２つの入口弁１８ｆ、１８ｈと２つの出口弁１８ｅ、１８ｇとが提供されている。よって、流路切換機構１８は、ひとつの単位流路の他端に２つの入口弁と２つの出口弁とを形成する。２つの入口弁と２つの出口弁とは、ひとつの単位流路に対して交互に開閉されることにより、往復流を提供する。高温端ＨＴにおける流路切換機構１８と、低温端ＬＴにおける流路切換機構１８とは、互いに対称的に配置されている。

低温端ＬＴにおいて、可変要素３５の所定圧力は、圧力Ｐ２と圧力Ｐ３との間に設定されている。可変要素３５に圧力Ｐ２が作用すると、可変要素３５は、軸方向に伸長する。この結果、セグメント１９ｅ、１９ｇは、押圧力Ｆ５で素子ベッド７に向けて押し付けられる。押圧力Ｆ５は、セグメント１９ｅ、１９ｇと素子ベッド７との間にシール性を提供する面圧を生む。可変要素３５に圧力Ｐ３が作用すると、可変要素３５は、軸方向に収縮する。この結果、セグメント１９ｆ、１９ｈは、押圧力Ｆ６で素子ベッド７に向けて押し付けられる。押圧力Ｆ６は、セグメント１９ｆ、１９ｈと素子ベッド７との間にシール性を提供する面圧を生む。押圧力Ｆ５は、押圧力Ｆ６より大きい（Ｆ５＞Ｆ６）。低温端ＬＴでも、弁要素１９の全体が押圧力Ｆ５で素子ベッド７に向けて押し付けられる場合に比べて、セグメント１９ｆ、１９ｈの区間において、押圧力が抑制される。この結果、機械的な損失が抑制される。

ＭＨＰ装置２に関して、特開２０１６−１１０１号公報の説明を参照することができる。特開２０１６−１１０１号公報の内容は、全体的に、参照によって援用されている。さらに、素子ベッド７および単位流路に関して、米国特許第８４４８４５３号明細書の説明を参照することができる。米国特許第８４４８４５３号明細書の内容は、全体的に、参照によって援用されている。

以上に述べた実施形態によると、流路切換機構１８は、ひとつの単位流路のひとつの端部（高温端ＨＴ）に、入口弁１８ａと出口弁１８ｂとを形成する。付勢機構３０は、入口弁１８ａおよび出口弁１８ｂを閉弁状態に維持するための付勢力を提供する。しかも、付勢機構３０は、入口弁１８ａおよび出口弁１８ｂに異なる付勢力Ｆ１、Ｆ２を与える。２つの付勢力の大小関係（Ｆ１＞Ｆ２）は、入口弁１８ａに作用する熱輸送媒体の圧力Ｐ１と、出口弁１８ｂに作用する熱輸送媒体の圧力Ｐ４との大小関係（Ｐ１＞Ｐ４）と同じである。

さらに、付勢力の絶対値が、可変要素３５によって調節される。しかも、付勢力は、圧力に応じて比例的に設定される。このため、熱輸送媒体の圧力に耐える閉弁性能、すなわちシール性が得られる。

流路切換機構１８は、ひとつの単位流路の他方の端部（低温端ＬＴ）に、入口弁１８ｆと出口弁１８ｅとを形成する。付勢機構３０は、入口弁１８ｆおよび出口弁１８ｅを閉弁状態に維持するための付勢力を提供する。しかも、付勢機構３０は、入口弁１８ｆおよび出口弁１８ｅに異なる付勢力Ｆ５、Ｆ６を与える。２つの付勢力の大小関係（Ｆ５＞Ｆ６）は、入口弁１８ｆに作用する熱輸送媒体の圧力Ｐ３と、出口弁１８ｅに作用する熱輸送媒体の圧力Ｐ２との大小関係（Ｐ２＞Ｐ３）と同じである。

この結果、機械的な損失を抑制することができる。しかも、弁要素１９は、複数のセグメントを備える。複数のセグメントは、異なる押圧力を許容し、確実に機械的な損失を抑制する。

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。上記実施形態では、ＭＨＰ装置２は、単一のポンプ１７を有する。これに代えて、ＭＨＰ装置２は、複数のポンプ１７、２１７ａを備えていてもよい。ポンプ１７は、単位流路の一端に設けられている。ポンプ２１７ａは、単位流路の他端に設けられている。

図８は、この実施形態における圧力分布を示す。ＭＨＰ装置２は、低温端ＬＴ側における経路にもポンプ２１７ａを有する。ポンプ１７と、ポンプ２１７ａとは、同じポンプである。ポンプ２１７ａは、出口弁１８ｅに圧力Ｐ２ａを作用させる。ポンプ２１７ａは、入口弁１８ｆに圧力Ｐ３ａを作用させる。

この場合、出口弁１８ｅに作用する圧力Ｐ２ａは、入口弁１８ｆに作用する圧力Ｐ３ａより高い。このため、入口弁１８ｆは、出口弁１８ｅより高いシール性を求められる。逆に、出口弁１８ｅは、入口弁１８ｆより低いシール性で機能を実現できる。言い換えると、出口弁１８ｅにおける静止部材と可動部材との押付力は、入口弁１８ｆにおける静止部材と可動部材との押付力より小さくても、機能を実現できる。この実施形態では、入口弁１８ｆにおける押付力Ｆ６ａを、出口弁１８ｅにおける押付力Ｆ５ａより大きくしている（Ｆ５ａ＜Ｆ６ａ）。これにより、出口弁１８ｅにおける機械的な損失が抑制される。入口弁１８ｆと出口弁１８ｅとは、他方の端部、すなわち低温端ＬＴにおいて、往復流それぞれの入口および出口を提供する。入口弁１８ｆは、低温端ＬＴから高温端ＨＴへ向かう流れの入口を提供する。出口弁１８ｅは、高温端ＨＴから低温端ＬＴへ向かう流れの出口を提供する。入口弁１８ｆと出口弁１８ｅとは、それぞれ異なる素子ベッド７に対向して位置づけられている。

図９は、低温端ＬＴにおける流路切換機構１８と、それに付随するシール機構とを示す。先行する実施形態との違いは、可変要素３５の形状と、それによって作り出される押圧力Ｆ５ａ、Ｆ６ａである。付勢機構３０が可変要素３５を備えることにより、押圧力に差が生じる。セグメント１９ｅ、１９ｇは、押圧力Ｆ５ａで素子ベッド７に向けて押し付けられる。セグメント１９ｆ、１９ｈは、押圧力Ｆ６ａで素子ベッド７に向けて押し付けられる。押圧力Ｆ６ａは、押圧力Ｆ５ａより大きい（Ｆ５ａ＜Ｆ６ａ）。

この実施形態によると、流路切換機構１８は、ひとつの単位流路の他方の端部（低温端ＬＴ）に、入口弁１８ｆと出口弁１８ｅとを形成する。付勢機構３０は、入口弁１８ｆおよび出口弁１８ｅを閉弁状態に維持するための付勢力を提供する。しかも、付勢機構３０は、入口弁１８ｆおよび出口弁１８ｅに異なる付勢力Ｆ５、Ｆ６を与える。２つの付勢力の大小関係（Ｆ５ａ＜Ｆ６ａ）は、入口弁１８ｆに作用する熱輸送媒体の圧力Ｐ３ａと、出口弁１８ｅに作用する熱輸送媒体の圧力Ｐ２ａとの大小関係（Ｐ２ａ＜Ｐ３ａ）と同じである。この結果、ポンプ２１７ａを備えていても、機械的な損失が抑制される。

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。上記実施形態では、付勢要素３１、３２、３３、３４は、可変要素３５と不変要素３６との両方を備える。これに代えて、付勢要素３１、３２、３３、３４は、不変要素３６だけを備えていてもよい。

図１０において、複数のセグメント１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄの機能は、入口または出口に固定されている。例えば、セグメント１９ａは、継続して入口を提供する。セグメント１９ｂは、継続して出口を提供する。このため、複数のセグメントに与えるべき押圧力は、固定でもよい。そこで、付勢要素３１、３２、３３、３４は、不変要素３６だけを備える。不変要素３６は、押圧力Ｆ１を生じるための第１弾性部材３３６ａと、押圧力Ｆ２を生じるための第２弾性部材３３６ｂとを含む。第１弾性部材３３６ａおよび第２弾性部材３３６ｂは、バネ定数または圧縮量が異なるコイルスプリングによって提供可能である。第１弾性部材３３６ａおよび第２弾性部材３３６ｂは、押圧力Ｆ１、Ｆ２を生成するように異なる予荷重を与えられた圧縮コイルスプリングである。第１弾性部材３３６ａは、押圧力Ｆ２より強い押圧力Ｆ１をセグメント１９ａ、１９ｃに作用させる。第２弾性部材３３６ｂは、押圧力Ｆ１より弱い押圧力Ｆ２をセグメント１９ｂ、１９ｄに作用させる。付勢要素３１、３３は、第１弾性部材３３６ａを備える。付勢要素３２、３４は、第２弾性部材３３６ｂを備える。この実施形態でも、先行する実施形態と同様に、機械的な損失を抑制することができる。なお、高温端ＨＴおよび／または低温端ＬＴにこの実施形態の構造を採用することができる。

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。上記実施形態では、不変要素３６としてコイルスプリングが利用されている。これに代えて、不変要素は、多様な弾性部材によって提供することができる。例えば、ゴムまたはエラストマのような樹脂材料を不変要素として利用することができる。

図１１において、不変要素３６は、押圧力Ｆ１を生じるための第１弾性部材４３６ａと、押圧力Ｆ２を生じるための第２弾性部材４３６ｂとを含む。第１弾性部材４３６ａおよび第２弾性部材４３６ｂは、弾力性が異なるゴムの塊によって提供可能である。この実施形態でも、先行する実施形態と同様に、機械的な損失を抑制することができる。

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。上記実施形態では、可変要素３５は、機械的な要素によって提供されている。これに代えて、可変要素３５は、多様な可変機構によって提供することができる。例えば、電磁的な可動機構を可変要素として利用することができる。

図１２において、可変要素３５は、電磁ソレノイドによって提供されている。電磁ソレノイドは、電磁コイルを含む固定子５３７を含む。電磁ソレノイドは、固定子５３７が励磁されたときに電磁力によって吸引されて縮小し、固定子５３７が非励磁されたときにスプリングによって伸長する可動子５３８を含む。可動子５３８は、不変要素３６に連結されている。電磁ソレノイドは、制御装置２０によって制御することができる。この実施形態でも、先行する実施形態と同様に、機械的な損失を抑制することができる。

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。上記実施形態では、素子ベッド７により可動部材を提供し、磁場モジュール８により静止部材を提供している。これに代えて、素子ベッド７により静止部材を提供し、磁場モジュール８により可動部材を提供してもよい。

図１３、図１４、図１５は、この実施形態の空調装置１およびＭＨＰ装置２を示す。図１３は、図１４、図１５のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線における断面を示す。図１４は、図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線における断面を示す。図１５は、図１３のＸＶ−ＸＶ線における断面を示す。

図１３において、ＭＨＰ装置２は、素子ベッド７と、磁場変調装置１４と、熱輸送装置１６とを備える。素子ベッド７は、ＭＣＥ素子１２を収容している。素子ベッド７は、複数の単位流路を提供している。磁場変調装置１４は、素子ベッド７に対して外部磁場を供給する。磁場変調装置１４は、ＭＣＥ素子１２が磁気熱量効果によって発熱と吸熱とを交互に発揮するように外部磁場の強度を変調する。熱輸送装置１６は、ＭＣＥ素子１２と熱交換するように熱輸送媒体の往復流を提供する。磁場変調装置１４と熱輸送装置１６とは、互いに同期している。ＭＨＰ装置２は、ＡＭＲサイクルを提供するように運転される。

磁場変調装置１４は、素子ベッド７と、磁場モジュール８とによって提供される。素子ベッド７は、静止部材である。素子ベッド７は、ステータとも呼ばれる。磁場モジュール８は、可動部材である。磁場モジュール８は、ロータとも呼ばれる。磁場モジュール８は、磁力源１３として、内側磁石６１３ａと、外側磁石６１３ｂとを有する。内側磁石６１３ａは、回転軸２ａとともに回転する内側ヨーク６０８ａに固定されている。外側磁石６１３ｂは、回転軸２ａとともに回転する外側ヨーク６０８ｂに固定されている。

流路切換機構１８は、切換弁を備える。切換弁は、素子ベッド７に対して固定されたボディ６１８ｋに配置されている。ボディ６１８ｋは、静止部材の一部である。切換弁は、複数の開閉弁によって提供されている。切換弁は、ひとつの単位流路の両端に配置された２組の開閉弁を備える。１組の開閉弁は、入口弁６１８ａと、出口弁６１８ｂとを含む。図１３には、２つの単位流路が例示的に図示されており、４組、８個の開閉弁が図示されている。

図１４は、素子ベッド７が提供する複数の単位流路を示す。複数の単位流路は、第１流路＃１から第８流路＃８として例示されている。図示される単位流路の数は、例示に過ぎず、８個に限られない。

この実施形態では、第１流路＃１から第８流路＃８は、静止している。磁力源６１３は、回転移動する。磁力源６１３の移動に伴って、励磁期間ＡＭＧおよび消磁期間ＤＭＧが移動する。この結果、ひとつの単位流路は、励磁期間ＡＭＧと消磁期間ＤＭＧとに交互に置かれる。例えば、図示の時点において、第１流路＃１は励磁期間ＡＭＧに位置づけられ、第２流路＃２は消磁期間ＤＭＧに位置づけられる。図示の時点から磁力源１３がπ／２だけ回転した時点において、第１流路＃１は消磁期間ＤＭＧに位置づけられ、第２流路＃２は励磁期間ＡＭＧに位置づけられる。

図１５は、高温端ＨＴにおける複数の単位流路に対応付けられた複数組の開閉弁を示している。記号“＝”は、閉弁状態を示す。記号“・”および記号“Ｘ”は開弁状態を示す。記号“・”は、紙面を手前に向けて流れる方向を示す。記号“Ｘ”は、紙面を奥に向けて流れる方向を示す。

この実施形態では、素子ベッド７は、８個の単位流路を提供している。流路切換機構１８は、８組の開閉弁を有する。例えば、第１流路＃１の高温端ＨＴには、入口弁６１８ａおよび出口弁６１８ｂが対応付けられている。同様に、第２流路＃２の高温端ＨＴにも、入口弁６１８ａおよび出口弁６１８ｂが対応付けられている。

複数組の開閉弁は、複数の単位流路において往復流を供給するように開閉駆動される。開弁および閉弁の切換は、励磁期間ＡＭＧおよび消磁期間ＤＭＧの切換に同期している。複数組の開閉弁は、複数のカム機構６１８ｍ、６１８ｎによって駆動されている。往復流の流れ方向の切換と、励磁期間ＡＭＧおよび消磁期間ＤＭＧの切換とは、位相調節器によって位相調節されてもよい。

ひとつの組をなす２つの開閉弁、すなわち入口弁６１８ａおよび出口弁６１８ｂは、交互に開閉される。例えば、第１流路＃１の入口弁６１８ａが開いている期間において、出口弁６１８ｂは閉じられる。第１流路＃１の入口弁６１８ａが閉じている期間において、出口弁６１８ｂは開かれる。さらに、これら入口弁６１８ａおよび出口弁６１８ｂの開閉状態は、交互に切換えられる。例えば、図示の時点において、励磁期間ＡＭＧに位置づけられている第１流路＃１の入口弁６１８ａは開かれ、出口弁６１８ｂは閉じられる。これにより、流路切換機構１８は、第１方向に向かう熱輸送媒体の流れを第１流路＃１に供給する。図示の時点から磁力源１３がπ／２だけ回転した時点において、消磁期間ＤＭＧに位置づけられた第１流路＃１の入口弁６１８ａは閉じられ、出口弁６１８ｂは開かれる。これにより、流路切換機構１８は、第１方向とは逆の第２方向に向かう熱輸送媒体の流れを第１流路＃１に供給する。

図１３に戻り、流路切換機構１８は、切換弁を回転軸２ａによって駆動するための機械的連動機構を備える。機械的連動機構は、複数のカム機構６１８ｍ、６１８ｎを有する。複数のカム機構６１８ｍ、６１８ｎは、ひとつの単位流路の両側に配置された４つの開閉弁を、熱輸送媒体の流れ方向を交互に切換えるように駆動する。

複数のカム機構６１８ｍ、６１８ｎは、複数の開閉弁を交互に、かつ相補的に開閉するように駆動する。交互の語は、入口弁６１８ａおよび出口弁６１８ｂが交互に開閉されることを指す。相補的の語は、高温端ＨＴにおける開閉弁と、低温端ＬＴにおける開閉弁との相対的な関係を指す。すなわち、相補的の語は、下記（１）の状態と下記（２）の状態との切換を指す。（１）の状態は、高温端ＨＴの入口弁６１８ａと低温端ＬＴの出口弁６１８ｂとが同時に開いており、低温端ＬＴの入口弁６１８ａと高温端ＨＴの出口弁６１８ｂとが同時に閉じていることである。（２）の状態は、低温端ＬＴの入口弁６１８ａと高温端ＨＴの出口弁６１８ｂとが同時に開いており、高温端ＨＴの入口弁６１８ａと低温端ＬＴの出口弁６１８ｂとが同時に閉じていることである。

カム機構６１８ｍは、第１ストロークＳＴ１を生み出す。カム機構６１８ｍは、入口弁６１８ａを駆動する。第１ストロークＳＴ１により、入口弁６１８ａは、開弁状態と、閉弁状態とに切換えられる。カム機構６１８ｎは、第２ストロークＳＴ２を生み出す。カム機構６１８ｎは、出口弁６１８ｂを駆動する。第２ストロークＳＴ２により、出口弁６１８ｂは、開弁状態と、閉弁状態とに切換えられる。第１ストロークＳＴ１は、第２ストロークＳＴ２より大きい（ＳＴ１＞ＳＴ２）。第１ストロークＳＴ１と第２ストロークＳＴ２との間の差は、後述するシール部材の圧縮量の差として利用される。

この実施形態でも、ポンプ１７の位置、および各部の圧力損失に起因して、流路には圧力分布が生じる。高温端ＨＴの入口弁６１８ａには圧力Ｐ１が作用する。一方、高温端ＨＴの出口弁６１８ｂには、圧力Ｐ４が作用する。圧力Ｐ１は圧力Ｐ４より高い。出口弁６１８ｂが圧力Ｐ４に抗して閉弁状態を維持するための力は、入口弁６１８ａが圧力Ｐ１に抗して閉弁状態を維持するための力より小さい。よって、出口弁６１８ｂに加えられる力を入口弁６１８ａに加えられる力より小さく調節することにより、機械的な損失が抑制される。

図１６は、高温端ＨＴにおける入口弁６１８ａとしての開閉弁を示す。図１７は、高温端ＨＴにおける出口弁６１８ｂとしての開閉弁を示す。図１６および図１７において、入口弁６１８ａおよび出口弁６１８ｂは、ハウジング６４１、ポート６４２、６４３、シール部材６４４ａ、６４４ｂ、プランジャ６４５、カムフォロア６４６、ロッド６４７、および可動フランジ６４８を有する。ハウジング６４１は、入口および出口として利用されるポート６４２、６４３を提供する。ハウジング６４１は、シール部材６４４ａ、６４４ｂおよびプランジャ６４５を収容している。シール部材６４４ａ、６４４ｂは、ハウジング６４１内に固定されている。プランジャ６４５は、ハウジング６４１内を相対的に移動可能である。カムフォロア６４６は、カム機構６１８ｍ、６１８ｎのカム面に接触している。ロッド６４７は、カムフォロア６４６の移動をプランジャ６４５に伝達する。可動フランジ６４８は、ハウジング６４１とロッド６４７との間を密封する。可動フランジ６４８は、ベローズまたはダイヤフラムによって提供されている。

図１６において、高温端ＨＴにおける入口弁６１８ａは、開弁状態ＯＰＮと閉弁状態ＣＬＳａとを提供する。入口弁６１８ａは、プランジャ６４５がシール部材６４４ａから離れることにより、開弁状態ＯＰＮを提供する。開弁状態ＯＰＮにおけるシール部材６４４ａは、初期長さＬ１を有する。入口弁６１８ａは、プランジャ６４５がシール部材６４４ａに接触し、さらにプランジャ６４５がシール部材６４４ａを圧縮することにより閉弁状態ＣＬＳａを提供する。閉弁状態ＣＬＳａにおけるシール部材６４４ａの圧縮量ＣＡ１は、初期長さＬ１および第１ストロークＳＴ１によって規定されている。圧縮量ＣＡ１は、高温端ＨＴにおける入口弁６１８ａが熱輸送媒体の圧力Ｐ１の下で閉弁状態を維持するために必要な圧縮量である。閉弁状態ＣＬＳａは、第１閉弁状態ＣＬＳａとも呼ばれる。圧縮量ＣＡ１は、第１圧縮量ＣＡ１とも呼ばれる。

図１７において、高温端ＨＴにおける出口弁６１８ｂは、開弁状態ＯＰＮと閉弁状態ＣＬＳｂとを提供する。出口弁６１８ｂは、プランジャ６４５がシール部材６４４ｂから離れることにより、開弁状態ＯＰＮを提供する。開弁状態ＯＰＮにおけるシール部材６４４ｂは、初期長さＬ２を有する。初期長さＬ２は、初期長さＬ１より小さい（Ｌ１＞Ｌ２）。出口弁６１８ｂは、プランジャ６４５がシール部材６４４ｂに接触し、さらにプランジャ６４５がシール部材６４４ｂを圧縮することにより閉弁状態ＣＬＳｂを提供する。閉弁状態ＣＬＳｂにおけるシール部材６４４ｂの圧縮量ＣＡ２は、初期長さＬ２および第２ストロークＳＴ２によって規定されている。圧縮量ＣＡ２は、高温端ＨＴにおける出口弁６１８ｂが熱輸送媒体の圧力Ｐ４の下で閉弁状態を維持するために必要な圧縮量である。閉弁状態ＣＬＳｂは、第２閉弁状態ＣＬＳｂとも呼ばれる。圧縮量ＣＡ２は、第２圧縮量ＣＡ２とも呼ばれる。

図１６および図１７において、第１圧縮量ＣＡ１は、第２圧縮量ＣＡ２より大きい（ＣＡ１＞ＣＡ２）。この結果、入口弁６１８ａは圧力Ｐ１に耐え、出口弁６１８ｂは圧力Ｐ４に耐える。同時に、出口弁６１８ｂにおいてシール部材６４４ｂを圧縮するための動力が抑制される。この実施形態では、付勢機構３０は、シール部材６４４ａ、６４４ｂの初期長さＬ１、Ｌ２と、カム機構６１８ｍ、６１８ｎのストロークＳＴ１、ＳＴ２とによって提供される。これにより、機械的な損失が抑制される。

この実施形態では、高温端ＨＴにおける複数の開閉弁と付勢機構３０について詳細に説明した。この説明は、低温端ＬＴにおける複数の開閉弁と付勢機構３０についても適用される。

図１３において、ＭＨＰ装置２は、低温端ＬＴにも、流路切換機構１８を有する。高温端ＨＴの流路切換機構１８と、低温端ＬＴの流路切換機構１８とは、対称的に配置されている。例えば、第１流路＃１の低温端ＬＴには、出口弁６１８ｅおよび入口弁６１８ｆが対応付けられている。同様に、第２流路＃２の低温端ＬＴにも、出口弁６１８ｅおよび入口弁６１８ｆが対応付けられている。

また、第１実施形態および第２実施形態に説明した複数の圧力分布は、この実施形態にも適用可能である。つまり、この実施形態でも、低温端ＬＴにポンプを配置することができる。低温端ＬＴにポンプが配置されない場合、低温端ＬＴの入口弁６１８ｆは図１７に基づいて提供でき、低温端ＬＴの出口弁６１８ｅは図１６に基づいて提供できる。低温端ＬＴにポンプが配置される場合、低温端ＬＴの入口弁６１８ｆは図１６に基づいて提供でき、低温端ＬＴの出口弁６１８ｅは図１７に基づいて提供できる。

第６実施形態では、付勢機構３０は、シール部材６４４ａ、６４４ｂの圧縮量の差（ＣＡ１−ＣＡ２）を、初期長さの差（Ｌ１−Ｌ２）、およびストロークの間の差（ＳＴ１−ＳＴ２）によって生み出している。これに代えて、付勢機構３０は、初期長さの差だけによって圧縮量の差を生み出してもよい。さらに、付勢機構３０は、ストロークの差だけによって圧縮量の差を生み出してもよい。

この実施形態でも、流路切換機構１８は、ひとつの単位流路のひとつの端部に、入口弁６１８ａと出口弁６１８ｂとを形成する。付勢機構３０は、入口弁６１８ａおよび出口弁６１８ｂを閉弁状態に維持するための付勢力を提供する。しかも、付勢機構３０は、入口弁６１８ａおよび出口弁６１８ｂに異なる付勢力Ｆ１、Ｆ２を与える。２つの付勢力の大小関係（Ｆ１＞Ｆ２）は、入口弁６１８ａに作用する熱輸送媒体の圧力Ｐ１と出口弁６１８ｂに作用する熱輸送媒体の圧力Ｐ４との大小関係（Ｐ１＞Ｐ４）と同じである。

他の実施形態
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに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。

１ 空調装置、 ２ ＭＨＰ装置、 ３、４ 熱交換器、
５ 動力源、 ６ ハウジング、 ７ 素子ベッド、
８ 磁場ユニット、 １１ 作業室、 １２ ＭＣＥ素子、
１３ 磁力源、 １４ 磁場変調装置、 １６ 熱輸送装置、
１７ ポンプ、 １８ 流路切換機構、 １９ 弁要素、
１８ａ、１８ｆ 入口弁、 １８ｂ、１８ｅ 出口弁、
１９ａ、１９ｂ、１９ｅ、１９ｆ セグメント、
３０ 付勢機構、 ３１、３２、３３、３４ 付勢要素、
３５ 可変要素、 ３６ 不変要素、
２１７ａ ポンプ、
３３６ａ 第１弾性部材、 ３３６ｂ 第２弾性部材、
４３６ａ 第１弾性部材、 ４３６ｂ 第２弾性部材、
５３７ 固定子、 ５３８ 可動子、
６１８ａ、６１８ｆ 入口弁、 ６１８ｂ、６１８ｅ 出口弁、
６１８ｍ、６１８ｎ カム機構、
ＡＭＧ 励磁期間、 ＤＭＧ 消磁期間。

Claims (10)

1. 磁気熱量効果を発揮するＭＣＥ素子（１２）を収容した複数の単位流路を提供する素子ベッド（７）と、
   前記ＭＣＥ素子に印加される磁場を変調する磁場変調装置（１４）と、
   前記ＭＣＥ素子と熱交換する熱輸送媒体の往復流れを生成する熱輸送装置（１６）とを備え、
   前記熱輸送装置は、
   前記熱輸送媒体を流す一方向型のポンプ（１７、２１７ａ）と、
   前記単位流路に前記熱輸送媒体が流入するための入口弁（１８ａ、１８ｆ、６１８ａ、６１８ｆ）および、前記単位流路から前記熱輸送媒体が流出するための出口弁（１８ｂ、１８ｅ、６１８ｂ、６１８ｅ）を前記単位流路の一端および／または他端に形成する流路切換機構（１８）と、
   前記入口弁および前記出口弁に異なる付勢力を与える付勢機構（３０）とを有し、前記付勢力の大小関係は、前記入口弁に作用する前記熱輸送媒体の圧力と、前記出口弁に作用する前記熱輸送媒体の圧力との大小関係と同じである熱磁気サイクル装置。
2. 前記流路切換機構は、複数の前記単位流路と対向して配置され、前記入口弁および前記出口弁を提供する複数のセグメントを含み、複数の前記単位流路に対して相対的に回転する弁要素（１９）を備える請求項１に記載の熱磁気サイクル装置。
3. 前記付勢機構は、前記素子ベッドと前記セグメントとを押し付ける押圧力を生成する請求項２に記載の熱磁気サイクル装置。
4. 前記流路切換機構は、ひとつの前記単位流路に固定的に配置され、前記入口弁および前記出口弁を提供する複数の開閉弁を含む請求項１に記載の熱磁気サイクル装置。
5. 前記付勢機構は、前記開閉弁のシール部材の圧縮量を調節する請求項４に記載の熱磁気サイクル装置。
6. 前記付勢機構は、前記熱輸送媒体の圧力に応じて前記付勢力を可変する可変要素（３５）を含む請求項１から請求項５のいずれかに記載の熱磁気サイクル装置。
7. 前記可変要素は、前記熱輸送媒体の圧力に応じて寸法が変化する感圧要素である請求項６に記載の熱磁気サイクル装置。
8. 前記付勢機構は、前記熱輸送媒体の圧力に依存しない前記付勢力を与える不変要素（３６）を含む請求項１から請求項７のいずれかに記載の熱磁気サイクル装置。
9. 前記付勢機構は、弾性部材を含む請求項１から請求項８のいずれかに記載の熱磁気サイクル装置。
10. 前記付勢機構は、電磁的な可動機構を含む請求項１から請求項９のいずれかに記載の熱磁気サイクル装置。

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