JP5644812B2 - 磁気ヒートポンプシステム及び該システムを用いた空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気ヒートポンプシステム及び該システムを用いた空気調和装置に関するものである。

磁気熱量材料を作業要素として使用する磁気ヒートポンプシステム（磁気冷凍）は、従来のガス圧縮及び膨張を利用する冷凍技術である気体ヒートポンプシステムに比べて、フロンや代替フロンを使用しないので環境に優しい。また、磁気ヒートポンプシステムは、気体ヒートポンプに必要なコンプレッサを使用した圧縮過程や膨張過程が不要であり、エネルギー効率が高い。磁気ヒートポンプシステムに必要な構成は、磁気熱量効果材料を通過させて熱交換を行う熱輸送媒体の移動を行うポンプと、磁気熱量効果材料に磁場変化を与える磁場印加装置のみである。

磁気ヒートポンプシステムに使用される磁気熱量効果材料は、磁界が印加された時に温度が変化するという特性を有する。更に詳しく説明すると、磁気熱量効果材料は、磁場が印加された時に暖かくなり、磁場が消去された時に冷たくなる現象（磁気熱量効果）を備える。このような磁気熱量材料を使用した回転磁石式磁気冷凍機が特許文献１に開示されている。また、磁気ヒートポンプシステムは車両用の空気調和装置、例えば、自動車や鉄道車両の空気調和装置のヒートポンプシステムへの適用が知られている。

特許第４２８４１８３号公報

しかし、特許文献１に開示の回転磁石式磁気冷凍機では、回転軸に対向して取り付けられた磁気回路を回転させて磁気熱量効果材料に磁場の印加及び除去を行っているが、磁気熱量効果材料容器への熱輸送媒体の流れが垂直に曲がっている。このため、特許文献１に開示の回転磁石式磁気冷凍機では、磁気回路の高速回転時に圧損が大きくなり、効率が低下して冷房能力及び暖房能力が低下するという課題があった。

本発明は、上記課題に鑑み、磁気熱量効果材料に対して磁場を印加する磁気回路を改良して、磁気熱量効果材料の発熱及び冷却性能を向上させることが可能な磁気ヒートポンプシステム並びに磁気ヒートポンプシステムを用いた空気調和装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明では、磁気熱量効果を有する磁気熱量効果材料（２６）が内部に配置されると共に、その内部を熱輸送媒体が流通するように形成された材料容器（２５）と、磁気熱量効果材料（２６）へ印加する磁場の大きさを変更する磁場変更手段（２２）と、材料容器（２５）の両端部の間で、熱輸送媒体を往復移動させる熱輸送媒体移動手段（１３）と、材料容器（２５）の一方の端部側から排出された熱輸送媒体に対して外部の熱を吸熱する吸熱手段（２）と、材料容器（２５）の他方の端部側から排出された熱輸送媒体が有する熱を外部へ放熱する放熱手段（５）と、を備える磁気ヒートポンプシステムであって、磁場変更手段（２２）は、材料容器（２５）の一側に、第１の保持機構で回転するように保持された状態で配置された第１の磁石（２３）及びヨークと、材料容器（２５）の他側で、第１の磁石（２３）に対して異なる極が対向するように配置された第２の磁石（４３）及びヨークと、第１の磁石（２３）及びヨークに連結された駆動手段（２０）と、第２の磁石（４３）及びヨークを、第１の磁石（２３）及びヨークに追従して回転するように保持する第２の保持機構（４１）とを備えることを特徴とする磁気ヒートポンプシステムが提供される。

これにより、磁気熱量効果材料に印加する磁束の変化、あるいは磁気熱量効果材料から除去する磁束の変化を大きくすることができ、磁気ヒートポンプシステムの発熱量及び冷房量を増大させることができ、磁気ヒートポンプシステムを高効率にできる。

また、磁気ヒートポンプシステム（３０）を用いた空気調和装置（１０）であって、吸熱手段（２）がクーラユニットとして、空気調和装置（１０）の冷房通路（３）の上流に配置され、放熱手段（５）がヒータユニットとして、吸熱手段（２）を通過した空気調和風の取り込み量を調節するエアミックスダンパ（７）の下流側に位置する暖房通路（４）の中に配置されていることを特徴とする空気調和装置が提供される。

これにより、空気調和装置における暖房能力及び冷房能力が向上する。

なお、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施態様との対応関係を示す一例である。

本発明に係る磁気ヒートポンプシステムを車両用空気調和装置に搭載した一実施形態における全体構成図である。 （ａ）は図１に示した磁気ヒートポンプシステムの第１の実施例を示す断面図、（ｂ）は（ａ）に示した磁気ヒートポンプシステムのＡ−Ａ線における局部断面図、（ｃ）は（ａ）に示した磁石を備えたロータの構成の一例を示す斜視図、（ｄ）は（ａ）に示した磁気熱量効果材料を収容する材料容器の一例の構成を示す組立斜視図である。 （ａ）は図１に示した磁気ヒートポンプシステムの第２の実施例を示す断面図、（ｂ）は（ａ）に示す往復動ポンプのピストンの駆動をクランク軸で行う場合の往復動ポンプの構成を示す概略斜視図である。 （ａ）は図１に示した磁気ヒートポンプシステムの第３の実施例を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のロータ単体の平面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。 （ａ）は図１に示した磁気ヒートポンプシステムの第４の実施例を示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）の駆動ギアの構成を示す平面図、（ｃ）は（ａ）のギア機構に代えて設置可能なプーリー機構の構成を示す部分側面図である。 は図１に示した磁気ヒートポンプシステムの第５の実施例を示す部分断面図である。 図３に示した第２の実施例の変形実施例の構成を示す構成図である。 図５（ａ）に示した第４の実施例の変形実施例の構成を示す構成図である。 図６に示した第５の実施例の変形実施例の構成を示す構成図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。また、各実施態様については、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略又は簡略化する。

図１は、本発明に係る磁気ヒートポンプシステム３０を用いた車両用の空気調和装置１０の構成を示すものである。空気調和装置１０は車両の室内側にあり、その装置本体１の中に吸熱手段としてのクーラユニット２がある。また、クーラユニット２の下流側には、冷房通路３と、放熱手段としてのヒータユニット５とヒータコア６を備える暖房通路４とがある。そして、冷房通路３と暖房通路４の入口部にはエアミックスダンパ７が設けられており、エアミックスダンパ７の移動によってクーラユニット２を通過した気流を冷房通路３に流すか、暖房通路４を流すかの調節が行われるようになっている。

一方、車両のエンジンルーム内には、駆動手段であるモータ２０によって回転される回転軸２１によって動作する冷却水製造部１１、温水製造部１２及び熱輸送媒体移動手段である往復動ポンプ１３がある。冷却水製造部１１、温水製造部１２及び往復動ポンプ１３の内部構造については後述する。冷却水製造部１１は磁気の作用で熱輸送媒体を冷却するものであり、冷却水製造部１１で冷却された熱輸送媒体は往復動ポンプ１３によって冷却水循環路１５に吐出され、クーラユニット２に送られた後に冷却水製造部１１に戻ってくる。逆に、温水製造部１２は磁気の作用で熱輸送媒体を加熱するものであり、温水製造部１２で加熱された熱輸送媒体は往復動ポンプ１３によって温水循環路１６に吐出され、ヒータユニット５に送られた後に温水製造部１２に戻ってくる。

一方、空気調和装置１０では、その暖房通路４に設けられたヒータコア６に、エンジン８を冷却して暖められた冷却水（クーラント）がクーラント循環路９を通じて供給され、ヒータユニット５と共に暖房通路４を通る気流を暖める。ヒータコア６は本発明には直接関係がないので、ヒータコア６についてはこれ以上の説明を省略する。

ここで、冷却水循環路１５と温水循環路１６の構成について詳細に説明する。冷却水製造部１１には複数のシリンダがあり、各シリンダには枝管１５Ａが接続されている。複数の枝管１５Ａは集合され、供給管１５Ｂとなってクーラユニット２に熱輸送媒体を供給する。クーラユニット２から排出された熱輸送媒体は、戻り管１５Ｃによって冷却水製造部１１まで戻り、各シリンダに接続された枝管１５Ｄに分配されて各シリンダに戻る。供給管１５Ｂと戻り管１５Ｃの間には、クーラユニット２をバイパスするバイパス管１７Ａが設けられている。バイパス管１７Ａは、戻り管１５Ｃには直接接続されるが、供給管１５Ｂには第１の流路切換弁１７を介して接続されている。

暖房時には、第１の流路切換弁１７の切り換えにより、供給管１５Ｂを流れる熱輸送媒体は、クーラユニット２を経由せず、バイパス管１７Ａを経由して冷却水製造部１１まで戻ることができる。更に、戻り管１５Ｃの枝管１５Ｄの上流側には、第３の流路切換弁１９があり、第３の流路切換弁１９には室外器１４を経由して戻り管１５Ｃに戻る迂回管１９Ａが接続されている。暖房時には、第３の流路切換弁１９の切り換えにより、戻り管１５Ｃを流れてきた熱輸送媒体は、第３の流路切換弁１９から迂回管１９Ａに流れ、室外器１４で外気から吸熱して迂回管１９Ａから戻り管１５Ｃに再流入する。戻り管１５Ｃに再流入した熱輸送媒体は冷却水製造部１１に戻る。

同様に、温水製造部１２には熱輸送媒体を加熱して温水にする複数のシリンダがあり、各シリンダには枝管１６Ａが接続されている。複数の枝管１６Ａは集合され、供給管１６Ｂとなってヒータユニット５に熱輸送媒体を供給する。ヒータユニット５から排出された熱輸送媒体は、戻り管１６Ｃによって温水製造部１２まで戻り、前述の各シリンダに接続された枝管１６Ｄに分配されて各シリンダに戻る。枝管１６Ｄの上流側の戻り管１６Ｃには、第２の流路切換弁１８があり、第２の流路切換弁１８には室外器１４を経由して戻り管１６Ｃに戻る迂回管１８Ａが接続されている。第２の流路切換弁１８の切り換えにより、戻り管１６Ｃを流れてきた熱輸送媒体は、温水製造部１２に戻る前に迂回管１８Ａに流れ、室外器１４で外気から吸熱してから、温水製造部１２に戻ることができる。

図２（ａ）は、図１に示した磁気ヒートポンプシステム３０における磁気ヒートポンプ４０の第１の実施例を示す断面図である。また、図２（ｂ）は図２（ａ）に示した磁気ヒートポンプ４０のＡ−Ａ線における局部断面を示す図である。更に、図２（ｃ）は図２（ａ）に示した磁石２３を備えたロータ２２の構成の一例を示す斜視図であり、図２（ｄ）は図２（ａ）に示した磁気熱量効果材料２６を収容する材料容器２５の一例の構成を示す組立斜視図である。

図２（ａ）に示す第１の実施例では、往復動ポンプ１３にラジアルピストンポンプが使用されているが、往復動ポンプ１３としては斜板コンプレッサを使用することもできる。往復動ポンプ１３に対して左右逆に取り付けられる冷却水製造部１１と温水製造部１２の構造は同じである。冷却水製造部１１は、回転軸２１に対して同心円状に配置された円筒状のシェル２４を備えており、回転軸２１には図２（ｂ）、（ｃ）に示すような、断面が扇状のロータ２２が対向して設けられている。そして、ロータ２２の外周面には永久磁石２３が取り付けられている。永久磁石２３の一方は外側がＮ極であり、他方は外側がＳ極である。

そして、永久磁石２３の回転軌跡の外側とシェル２４の内周面との間には、磁気熱量効果材料２６が充填された複数の材料容器２５と、円筒状のヨーク部４４が配置される。ヨーク部４４の外周面は保持機構であるボールベアリング４１によってシェル２４の内周面に回転自在に保持されている。また、ボールベアリングを省略して、潤滑油層や空気層とすることも可能である。更に、ヨーク部４４の内周面には、ロータ２２の外周面に取り付けられている永久磁石２３に対向する位置に永久磁石４３が取り付けられている。永久磁石４３の一方の極性は内側がＮ極で、ロータ２２の外周面に取り付けられている外側がＳ極の永久磁石２３に対向する。また、永久磁石４３の他方の極性は内側がＳ極で、ロータ２２の外周面に取り付けられている外側がＮ極の永久磁石２３に対向する。

材料容器２５は図２（ｄ）に示すように、その外形が断面が扇紙型の筒状をしており、内部の空間にペレット状の磁気熱量効果材料２６が充填され、両端部がメッシュ状の端板２５Ｍで塞がれて、磁気熱量効果材料２６を閉じ込めている。液体は材料容器２５の一端から端板２５Ｍを通って内部に進入し、磁気熱量効果材料２６の間の隙間を通って反対側の端部から端板２５Ｍを通って外部に抜け出ることができる。

第１の実施例では、ヨーク部４４の内周面には６個の同じ形状の材料容器２５が配置されており、材料容器２５の内周面側を、ロータ２２の外周面に取り付けられた永久磁石２３が回転移動する。また、永久磁石２３の回転移動に伴い、永久磁石２３に対向する回転磁石４３が磁石間に働く吸引力によって追従して移動し、ヨーク部４４が回転する。ロータ２２、対向する永久磁石２３と４３及びヨーク部４４が、材料容器２５に充填された磁気熱量効果材料２６に磁場を与える磁場変更手段として機能する。材料容器２５に充填された磁気熱量効果材料２６に印加される磁場の強さは、磁気熱量効果材料２６の内側のみに永久磁石２３が設けられている場合に比べて、３０〜６０％向上する。

図２（ａ）に戻って説明を続けると、第１の実施例では往復動ポンプ１３がラジアルピストンポンプで構成されており、ラジアルピストンポンプ１３の本体は、冷却水製造部１１及び温水製造部１２と一体的に形成されている。ラジアルピストンポンプ１３には、冷却水製造部１１にある材料容器２５の個数に合わせて６つのシリンダ３４が回転軸２１に対して放射状に設けられており、各シリンダ３４の内部には往復動するピストン３３が設けられている。

一方、モータ２０によって回転する回転軸２１には回転軸２１に対して偏心している制御カム３２が取り付けられており、制御カム３２のカムプロファイル（輪郭）に各ピストン３３が係合している。制御カム３２のカムプロファイルにより、制御カム３２が１回転した時に、各シリンダ３４内のピストン３３を２往復させることができる。第１の実施例では、永久磁石２３が２極であるので、ロータ２２が１回転する際に、制御カム３２を用いてピストン３３を２往復させる。回転軸２１から遠い側の各シリンダ３４の側面は、連絡通路３８によって冷却水製造部１１と温水製造部１２の各材料容器２５の端面に接続されている。

図２（ａ）に示す第１の実施例では、ラジアルピストンポンプ１３から遠い側の冷却水製造部１１の端面には、端面板２９が取り付けられている。端面板２９には、各材料容器２５の端面に熱輸送媒体を導き入れる吸入弁２８と、各材料容器２５の端面から排出される熱輸送媒体を吐出する吐出弁２７とが設けられている。各吐出弁２７には図１で説明した冷却水循環路１５の供給管１５Ｂの枝管１５Ａが接続し、各吸入弁２８には図１で説明した冷却水循環路１５の戻り管１５Ｃの枝管１５Ｄが接続する。以上、冷却水製造部１１の構造を説明したが、往復動ポンプ１３がラジアルピストンポンプの場合は、冷却水製造部１１と温水製造部１２における永久磁石２３の回転軸２１に対する位置は、９０度ずれている。

前述のように、冷却水製造部１１の構成と同様に構成された温水製造部１２では、往復動ポンプ１３と反対側の端面板２９にある各吐出弁２７に、図１で説明した温水循環路１６の供給管１６Ｂの枝管１６Ａが接続し、各吸入弁２８には図１で説明した温水循環路１６の戻り管１６Ｃの枝管１６Ｄが接続する。そして、往復動ポンプ１３においてピストン３３が動作し、冷却水製造部１１のある材料容器２５において熱輸送媒体が吸引されると、往復動ポンプ１３がラジアルピストンポンプの場合には、対向する温水製造部１２の対応する材料容器２５において熱輸送媒体が同様に吸引される。

冷却水製造部１１側では、材料容器２５から熱輸送媒体が吐出される時に、材料容器２５内にある磁気熱量効果材料２６に印加されていた磁場を除去することにより、磁気熱量効果材料２６の温度が下がり、吐出される熱輸送媒体が冷却される。各冷却容器２５において冷却された熱輸送媒体は冷却水循環路１５に送り込まれる。逆に、温水製造部１２側では、材料容器２５から熱輸送媒体が吐出される時に、材料容器２５内にある磁気熱量効果材料２６に磁場を印加することにより、磁気熱量効果材料２６が発熱し、吐出される熱輸送媒体が加熱されて温水循環路１６に送り込まれる。以上のような動作が行えるように、永久磁石２３はロータ２２の外周部に配置され、永久磁石４３はヨーク部４４の内周面に配置されている。

図３（ａ）は、図１に示した磁気ヒートポンプシステム３０における磁気ヒートポンプ４０の第２の実施例を示す断面図である。第１の実施例の磁気ヒートポンプ４０では、往復動ポンプ１３は冷却水製造部１１と温水製造部１２の間の部分に設けられていたが、第２の実施例では、２つの往復動ポンプ１３Ａ．１３Ｂが、磁気ヒートポンプ４０の両側に独立して設けられている。従って、第２の実施例の磁気ヒートポンプ４０は、往復動ポンプ１３を除去して、第１の実施例の冷却水製造部１１と温水製造部１２を接続した形状をしている。ただし、ロータ２２は、例えば温水製造部１２のロータ２２が引き伸ばされた形状をしており、図２（ａ）に示した位相の異なるロータがそのまま接続された形状ではない。

第２の実施例の磁気ヒートポンプ４０には第１の実施例のシェル２４と同じ直径を備えたシェル２４が設けられている。そして、シェル２４の内周面にボールベアリング４１を介してヨーク部４４が取り付けられ、ヨーク部４４の内周面にロータ２２の外周面にある永久磁石２３に対向する永久磁石４３がある構造は第１の実施例と同じである。永久磁石４３の一方は内側がＮ極で、ロータ２２の外周面に取り付けられている外側がＳ極の永久磁石２３に対向し、永久磁石４３の他方は内側がＳ極で、ロータ２２の外周面に取り付けられている外側がＮ極の永久磁石２３に対向する点も同じである。

第２の実施例における材料容器２５の形状と個数は第１の実施例と同じであり、第２の実施例の磁気ヒートポンプ４０におけるＢ−Ｂ線における断面は、図２（ｂ）に示した第１の実施例の磁気ヒートポンプ４０におけるＡ−Ａ線における断面と同じである。各材料容器２５の一方の端部は吐出弁２７又は吸入弁２８を介して熱交換機４５Ａを備える媒体通路４６Ａに接続されており、他方の端部は吐出弁２７又は吸入弁２８を介して熱交換機４５Ｂを備える媒体通路４６Ｂに接続されている。各材料容器２５に接続する媒体通路４６Ａと４６Ｂはそれぞれ独立している。

第２の実施例でも、ロータ２２の外周面に取り付けられた永久磁石２３がモータ２０によって回転すると、永久磁石２３の回転に伴って永久磁石２３に対向する回転磁石４３が磁石の吸引力によって追従して回転し、ヨーク部４４が回転する。材料容器２５に充填された磁気熱量効果材料２６に印加される磁場の強さが、磁気熱量効果材料２６の内側のみに永久磁石２３が設けられている場合に比べて、３０〜６０％向上する点も同様である。

なお、図３（ａ）に示した第２の実施例の磁気ヒートポンプ４０では、２つの往復動ポンプ１３Ａ．１３Ｂとして、制御カム３２Ａ，３２Ｂで駆動されるピストン３３Ａ，３３Ｂを備えたラジアルピストンポンプを示した。一方、２つの往復動ポンプ１３Ａ．１３Ｂとしてラジアルピストンポンプの代わりに、図３（ｂ）に示すように、クランクシャフト３５で駆動されるピストンを使用することも可能である。この場合は、クランクシャフト３５を回転軸２１に連結してピストン３３を駆動すれば良い。

図４（ａ）は、図１に示した磁気ヒートポンプシステム３０における第３の実施例を示す磁気ヒートポンプ５０の断面図である。また、図４（ｂ）は図４（ａ）に示されるロータ２２の平面図、図４（ｃ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。そして、第３の実施例では、２つの往復動ポンプ１３Ａ．１３Ｂの構造は第２の実施例と同じであるので図示を省略し、媒体流路４６Ａ，４６Ｂは実線で流路を記載してある。

第３の実施例でも、モータ２０によって駆動される回転軸２１で動作する２つの往復動ポンプ１３Ａ．１３Ｂは、磁気ヒートポンプ５０の両側に独立して設けられている。第３の実施例の磁気ヒートポンプ５０では、シェル５１の内部のモータ２０に近い側に、回転軸２１に取り付けられた円板状のロータ５２があり、ロータ５２の一方の面に図４（ｂ）に示すように、扇紙型の永久磁石５３が回転軸２１に点対称に取り付けられている。一方の永久磁石５３は、ロータ５２側がＮ極であり、他方の一方の永久磁石５３は、ロータ５２側がＳ極であって、ロータ５２がヨーク部となっている。

シェル５１のモータ２０から遠い側には、シェル５１の内周面にボールベアリング４１を介して回転自在に取り付けられた円環状のヨーク部５４がある。ヨーク部５４は回転軸２１には結合しておらず、中央部に設けられた孔を回転軸２１が貫通している。ヨーク部５４のロータ５２側の面には、ロータ５２に取り付けられた永久磁石５３と同じサイズの永久磁石５５が取り付けられている。一方の永久磁石５５は、ロータ５２側がＮ極であり、他方の一方の永久磁石５５は、ロータ５２側がＳ極である。従って、永久磁石５５と永久磁石５３との間には吸引力が作用しており、永久磁石５５と永久磁石５３とは対向する位置にある。そして、永久磁石５５が取り付けられたヨーク部５４はボールベアリング４１によってシェル５１内に回転自在に保持されているので、回転軸２１が回転して永久磁石５３が回転移動すると、永久磁石５５はこれに追従して回転移動する。

シェル５１内の永久磁石５３と永久磁石５５に挟まれた空間には、回転軸２１には結合していない容器取付部５７があり、容器取付部５７には図４（ｃ）に示すように、磁気熱量効果材料が充填された材料容器２５が放射状に複数個取り付けられている。材料容器２５の熱輸送媒体の流れに対して垂直な方向の断面形状は、矩形または円形である。容器取付部５７はシェル５１と一体的に形成しても良く、また、別体の容器取付部５７をシェル５１の内側に取り付けても良い。材料容器２５の外側と内側の端部にはそれぞれ吐出弁２７と吸入弁２８を内蔵する吐出吸入弁機構５６が設けられている。第３の実施例では、外側にある吐出吸入弁機構５６の各個は熱交換機４５Ａを備える媒体通路４６Ａに接続されており、内側にある吐出吸入弁機構５６の各個は熱交換機４５Ｂを備える媒体通路４６Ｂに接続されている。

第３の実施例でも、ロータ５２の一方の面に取り付けられた永久磁石５３がモータ２０によって回転すると、永久磁石５３の回転に伴って永久磁石５３に対向する回転磁石５５が吸引力によって追従して回転し、ヨーク部５４が回転する。材料容器２５に充填された磁気熱量効果材料２６に印加される磁場の強さが、磁気熱量効果材料２６の一方の側のみに永久磁石５３が設けられている場合に比べて、３０〜６０％向上する点も同様である。

図５（ａ）は、図１に示した磁気ヒートポンプシステム３０における第４の実施例を示す磁気ヒートポンプ４０Ａの断面図である。第４の実施例の磁気ヒートポンプ４０Ａの構成は第２の実施例の磁気ヒートポンプ４０の構成と殆ど同じであり、相違点は、ヨーク部４４を外部から強制的に回転させるヨーク部４４の駆動機構６０が設けられている点だけである。よって、ヨーク部４４の駆動機構６０が設けられていない磁気ヒートポンプ４０Ａの右半分の図示は省略してある。また、端面板２９はリングギアＧ４に干渉しないようにシェル２４に取り付ければ良い。

第４の実施例では、円筒状のヨーク部４４の一端が延長部４４Ｅによって端面板２９の外側に延長されており、延長部４４Ｅの端部の外周部分にリングギアＧ４が取り付けられている。一方、往復動ポンプ１３Ａとモータ２０の間の回転軸２１には直径の大きな第１のギアＧ１が取り付けられている。そして、第１のギアＧ１とリングギアＧ４は、駆動軸４７の両端に取り付けられた第２と第３のギアＧ２、Ｇ３で連結されている。即ち、第１のギアＧ１が回転すると、第１のギアＧ１に噛み合う第２のギアＧ２が回転し、第２のギアＧ２に駆動軸４７で結合する第３のギアＧ３が回転する。第３のギアＧ３はリングギアＧ４に噛み合っているので、リングギアＧ４が回転する。図５（ｂ）は、第３のギアＧ３とリングギアＧ４の噛み合い部分を取り出して示すものである。第１のギアＧ１の回転数とリングギアＧ４の回転数は、第１から第３のギアの歯数の調整により決定できる。

このように、円筒状のヨーク部４４を駆動機構６０によって回転させるようにすれば、永久磁石４３を永久磁石２３の吸引力で回転させる場合に比べて、永久磁石２３の回転に合わせて永久磁石４３をより正確に回転させることができる。

更に、変形例として、ヨーク部４４を駆動機構６０にある第１と第２のギアＧ１，Ｇ２の代わりに、図５（ｃ）に示すベルト機構６１を用いることができる。ベルト機構６１は、回転軸２１と駆動軸４７にそれぞれ取り付けられたプ−リーＰ１，Ｐ２と、プーリーＰ１，Ｐ２間に掛け渡されたベルト４８を備える。回転軸２１の回転は、このようなベルト機構６１によっても駆動軸４７に伝えることができる。

図６は、図１に示した磁気ヒートポンプシステム３０における第５の実施例を示す磁気ヒートポンプ４０Ｂの断面図である。第５の実施例の磁気ヒートポンプ４０Ｂの構成は第２の実施例の磁気ヒートポンプ４０の構成と殆ど同じであり、相違点は、ヨーク部４４を外部から強制的に回転させるヨーク部４４の駆動機構６２が設けられている点だけである。よって、ヨーク部４４の駆動機構６２が設けられていない磁気ヒートポンプ４０Ｂの右半分の図示は省略してある。

第５の実施例では、円筒状のヨーク部４４の一端が延長部４４Ｅによって端面板２９の外側に延長されており、延長部４４Ｅの端部の外周部分にリングギアＧ４が取り付けられている。この構成は第４の実施例と同じである。第４の実施例では、回転軸２１に直径の大きな第１のギアＧ１が取り付けられていて、第１のギアＧ１の回転を駆動軸４７の両端に取り付けられた第２と第３のギアＧ２、Ｇ３でリングギアＧ４に伝えていた。一方、第５の実施例は、リングギアＧ４に噛み合う第３のギアＧ３の駆動軸４７が、シェル２４の外周面に設置されたモータ４９の回転軸となっている点が異なる。

第５の実施例では、モータ４９が回転すると、モータ４９の回転軸である駆動軸４７が回転し、第３のギアＧ３が回転するので、これに噛み合うリングギアＧ４が回転する。このように、円筒状のヨーク部４４を駆動機構６２によって回転させるようにすれば、永久磁石４３を永久磁石２３の吸引力で回転させる場合に比べて、永久磁石２３の回転に合わせて永久磁石４３をより正確に回転させることができる。また、第５の実施例の磁気ヒートポンプ４０Ｂは、円筒状のヨーク部４４を外部からの駆動力によって回転できるので、第４の実施例の磁気ヒートポンプ４０Ａと同じ効果を有する。

以上説明した第１から第５の実施例では、モータ２０の回転軸２１が磁気ヒートポンプ４０，４０Ａ，４０Ｂ及び５０に直結しているので、ロータ２２，５２の回転数はモータ２０の回転数と同じであった。一方、第２から第５の実施例では、往復動ポンプ１３Ａ，１３Ｂが磁気ヒートポンプ４０，４０Ａ、４０Ｂ及び５０の両側に設けられている。そこで、第２、第４及び第５実施例では、往復動ポンプ１３Ａ，１３Ｂと磁気ヒートポンプ４０，４０Ａ、４０Ｂ及び５０の間の回転軸２１に変速機構を設ければ、ロータ２２の回転数をモータ２０の回転数と異ならせることができる。これを図７から図９を用いて説明する。

図７は、図３に示した第２の実施例の磁気ヒートポンプ４０及び図４に示した第３の実施例の磁気ヒートポンプ５０に共通な変形実施例の構成を示す構成図である。この実施例では、往復動ポンプ１３Ａと磁気ヒートポンプ４０、５０との間の回転軸２１に変速機構ＧＢ１を設けると共に、磁気ヒートポンプ４０、５０と往復動ポンプ１３Ｂとの間の回転軸２１にも変速機構ＧＢ２を設けている。変速機構ＧＢ１，ＧＢ２のギア比は２：１であり、モータ２０が２回転すると、磁気ヒートポンプ４０、５０の中にあるロータが１回転するようになっている。往復動ポンプ１３Ｂの回転数は往復動ポンプ１３Ａの回転数と同じである。

図８は、図５に示した第４の実施例の磁気ヒートポンプ４０Ａの変形実施例の構成を示す構成図である。この実施例でも、往復動ポンプ１３Ａと磁気ヒートポンプ４０との間の回転軸２１に変速機構ＧＢ１を設けると共に、磁気ヒートポンプ４０と往復動ポンプ１３Ｂとの間の回転軸２１にも変速機構ＧＢ２を設けている。変速機構ＧＢ１，ＧＢ２のギア比は２：１であり、モータ２０が２回転すると、磁気ヒートポンプ４０Ａの中にあるロータが１回転するようになっている。往復動ポンプ１３Ｂの回転数は往復動ポンプ１３Ａの回転数と同じである。

図９は、図６に示した第５の実施例の磁気ヒートポンプ４０Ｂの変形実施例の構成を示す構成図である。この実施例でも、往復動ポンプ１３Ａと磁気ヒートポンプ４０との間の回転軸２１に変速機構ＧＢ１を設けると共に、磁気ヒートポンプ４０と往復動ポンプ１３Ｂとの間の回転軸２１にも変速機構ＧＢ２を設けている。変速機構ＧＢ１，ＧＢ２のギア比は２：１であり、モータ２０が２回転すると、磁気ヒートポンプ４０Ｂの中にあるロータが１回転するようになっている。往復動ポンプ１３Ｂの回転数は往復動ポンプ１３Ａの回転数と同じである。

以上の３つの変形実施例では、変速機構ＧＢ１，ＧＢ２のギア比を２：１としているが、変速機構ＧＢ１，ＧＢ２のギア比を変更することにより、モータ２０の１回転に対するロータの回転数を変更することができる。

１０ 空気調和装置
１１ 冷却水製造部
１２ 温水製造部
１３ 熱輸送媒体移動手段（往復動ポンプ）
２２、５２ ロータ
２３、４３、５３、５５ 永久磁石
２５ 材料容器
２６ 磁気熱量効果材料
４０，４０Ａ，４０Ｂ，５０ 磁気ヒートポンプ
４１ ボールベアリング

Claims (12)

1. 磁気熱量効果を有する磁気熱量効果材料（２６）が内部に配置されると共に、その内部を熱輸送媒体が流通するように形成された材料容器（２５）と、前記磁気熱量効果材料（２６）へ印加する磁場の大きさを変更する磁場変更手段（２２）と、前記材料容器（２５）の両端部の間で、前記熱輸送媒体を往復移動させる熱輸送媒体移動手段（１３）と、
   前記材料容器（２５）の一方の端部側から排出された前記熱輸送媒体に対して外部の熱を吸熱する吸熱手段（２）と、前記材料容器（２５）の他方の端部側から排出された前記熱輸送媒体が有する熱を外部へ放熱する放熱手段（５）と、を備える磁気ヒートポンプシステムであって、
   前記磁場変更手段（２２）は、
   前記材料容器（２５）の一側に、第１の保持機構で回転するように保持された状態で配置された第１の磁石（２３）及びヨークと、
   前記材料容器（２５）の他側で、前記第１の磁石（２３）に対して異なる極が対向するように配置された第２の磁石（４３）及びヨークと、
   前記第１の磁石（２３）及びヨークに連結された駆動手段（２０）と、
   前記第２の磁石（４３）及びヨークを、前記第１の磁石（２３）及びヨークに追従して回転するように保持する第２の保持機構（４１）とを備えることを特徴とする磁気ヒートポンプシステム。
2. 前記保持機構（４１）がベアリング、潤滑油又は空気層であることを特徴とする請求項１に記載の磁気ヒートポンプシステム。
3. 前記第２の磁石（４３）が取り付けられた前記ヨークを、外部から駆動する外部駆動機構（６０、６２）が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気ヒートポンプシステム。
4. 前記外部駆動機構（６０）の駆動源が前記駆動手段（２０）であることを特徴とする請求項３に記載の磁気ヒートポンプシステム。
5. 前記外部駆動機構（６２）の駆動源が前記駆動手段（２０）とは別の駆動手段（４９）であることを特徴とする請求項３に記載の磁気ヒートポンプシステム。
6. 前記熱輸送媒体移動手段（１３）の両側に前記材料容器（２５）と前記磁場変更手段（２２）とがそれぞれ設けられており、
   前記材料容器（２５）の一方が前記吸熱手段（２）に接続され、他方が前記放熱手段（５）に接続されていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の磁気ヒートポンプシステム。
7. 前記熱輸送媒体移動手段（１３）が、前記材料容器（２５）の両方の端部に、第１の熱輸送媒体移動手段（１３Ａ）と第２の熱輸送媒体移動手段（１３Ｂ）として、それぞれ設けられていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の磁気ヒートポンプシステム。
8. 前記駆動手段（２０）が回転軸（２１）を備えたモータであり、
   前記第１の磁石（２３）は、対向する極性が異なる２つの磁石の組が前記回転軸（２１）に対して点対称の位置に少なくとも１組配置されて設けられており、
   前記材料容器（２５）は前記第１の磁石（２３）と前記第２の磁石（４３）に挟まれた円環状の領域に複数配置されていることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の磁気ヒートポンプシステム。
9. 前記材料容器（２５）は、前記熱輸送媒体の流れる方向が前記回転軸（２１）に対して平行になるように前記円環状の領域に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の磁気ヒートポンプシステム。
10. 前記材料容器（２５）は、前記熱輸送媒体の流れる方向が前記回転軸（２１）に対して垂直になるように前記円環状の領域に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の磁気ヒートポンプシステム。
11. 前記駆動手段（２０）が回転軸（２１）を備えたモータであり、
    前記第１の磁石（２３）は、対向する極性が異なる２つの磁石の組が前記回転軸（２１）に対して点対称の位置に少なくとも１組配置されて設けられており、
    前記材料容器（２５）は前記第１の磁石（２３）と前記第２の磁石（４３）に挟まれた円環状の領域に複数配置されており、
    前記第１の熱輸送媒体移動手段（１３Ａ）と前記材料容器（２５）の一方の端部との間、及び前記第２の熱輸送媒体移動手段（１３Ｂ）と前記材料容器（２５）の他方の端部との間に前記回転軸（２１）の回転数を変更する変速機構（ＧＢ１，ＧＢ２）が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の磁気ヒートポンプシステム。
12. 請求項１から１１の何れか１項に記載の磁気ヒートポンプシステム（３０）の何れかを用いた空気調和装置（１０）であって、
    前記吸熱手段（２）がクーラユニットとして、前記空気調和装置（１０）の冷房通路（３）の上流に配置され、
    前記放熱手段（５）がヒータユニットとして、前記吸熱手段（２）を通過した空気調和風の取り込み量を調節するエアミックスダンパ（７）の下流側に位置する暖房通路（４）の中に配置されていることを特徴とする空気調和装置。

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