JP5665005B2 - 磁気冷暖房装置 - Google Patents

Description

本発明は磁気冷暖房装置に係り、特に磁気熱量効果を有する磁性体と当該磁性体に接する液体冷媒との間の熱交換効率を向上させることができる磁気冷暖房装置に関する。

従来用いられている室温域の冷暖房装置、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熱伝導を利用している。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環境負荷が大きい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、革新的な冷凍機を含めた冷暖房装置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暖房技術が磁気冷暖房技術である。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利用して熱を輸送する冷暖房装置技術が磁気冷暖房装置技術である。

気体冷媒を利用する冷凍機の場合、冷凍サイクルを成立させるためには環境負荷が大きい気体冷媒を用いなければならず、しかもこの気体冷媒を圧縮する工程が必須である。ところが、磁気熱量効果を利用する磁気冷凍機の場合、磁気冷凍サイクルを成立させるためには環境負荷が小さい液体冷媒（通常は水または水＋アルコール）を用いればよく、液体冷媒を高温側低温側の双方向に移動させるだけでよい。

このように、磁気冷凍機はオゾン層破壊や地球温暖化の問題が生じないばかりか高いエネルギー効率を有するので、次世代の冷凍機として注目を浴びているのである。

室温域を対象とする磁気冷凍技術には、例えば、下記特許文献１に記載されているようなＡＭＲ（Active-Magnetic Regenerative Refrigeration）方式がある。ＡＭＲ方式は、磁気冷凍材料として磁性体を用い、磁性体に磁気熱量効果を発揮させるだけではなく、その磁性体が発生する熱を蓄える蓄冷効果をも発揮させる磁気冷凍技術である。

ＡＭＲ方式は、磁気熱量効果と蓄冷効果を組み合わせ、磁気冷凍材料全体として熱輸送に有利な温度勾配を生成するために、磁気冷凍材料の熱伝導を制御する。

国際公開第２０１０／０３４９０７号

しかし、高いエネルギー効率を有する磁気冷凍機でも熱交換効率の向上には改善の余地がある。

従来の磁気冷凍機の場合、平板状の複数の磁性体を、隙間を空けて積層し、その隙間に液体冷媒を流通させ、磁性体と液体冷媒との間での熱交換を行っている。磁性体と液体冷媒との間の熱交換効率は、液体冷媒の往復移動の高周波化、具体的には液体冷媒を往復移動させる距離や周期の最適化を探ることによって向上させることができる。しかし、距離や周期の最適化を図って高周波化するだけでは熱交換効率の向上には限界がある。

そこで、本発明の発明者らは、流れ場に平板を置いたときに平板の前縁部では温度境界層の厚さが薄くなって高い熱伝達率が得られるという前縁効果に注目した。前縁効果を積極的に利用すればより高周波化を進めることができる。また、高周波化した場合により高い熱交換効率を得ることができる。

本発明は、前縁効果を利用できる構造の磁性体を用いることで、磁性体と当該磁性体に接する液体冷媒との間の熱交換効率を向上させた磁気冷暖房装置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、熱交換器、磁場印加除去部及び液体冷媒移動部を備えている。熱交換器は磁気熱量効果を有する磁性体が配置されている。磁場印加除去部は磁性体に対して磁場を印加し除去する。液体冷媒移動部は熱交換器内で磁性体との間で熱交換を行うために熱交換器の一端から他端に向けてまたは他端から一端に向けて液体冷媒を往復移動させる。磁性体は少なくとも１つの平板磁性体で構成されており、当該平板磁性体は、液体冷媒の移動方向に対して直交する方向に開口する少なくとも１つの流通路を有している。流通路の開口端は前縁効果を積極的に利用するために稜角を形成している。

以上のような構成を有する本発明に係る磁気冷暖房装置によれば、平板磁性体に少なくとも１つの流通路を開口し、流通路の開口端に稜角を形成しているので、前縁効果を積極的に利用することができ、より高い熱交換効率を得ることができる。また、各平板磁性体の熱交換効率が向上するため従来に比較して厚みの薄い多数の平板磁性体によって磁性体を形成することができる。

したがって、同一の熱輸送能力であれば、磁気冷暖房装置を小型化、軽量化することができる。

本発明に係る磁気冷暖房装置の全体構成図である。 前縁効果の説明に供する図である。 実施形態１の磁気冷暖房装置が備える磁性体の構成図である。 平板磁性体に開口されたスリットの内部構造図である。 平板磁性体に開口されたスリットの他の形態を示す内部構造図である。 実施形態２の磁気冷暖房装置が備える磁性体の構成図である。 実施形態３の磁気冷暖房装置が備える磁性体の構成図である。 図７に示した磁性体の矢視Ａ方向から見た側面図である。 実施形態４の磁気冷暖房装置が備える磁性体の構成図である。

以下に、本発明に係る磁気冷暖房装置の実施形態を「実施形態１」から「実施形態４」に分けて詳細に説明する。まず、本発明に適用する磁気冷暖房の概略の構成と動作を図面に基づいて詳細に説明する。

「実施形態１」
図１は本発明に係る磁気冷暖房装置の全体構成図である。図に示すように磁気冷暖房装置１００は、熱交換器１０、磁場印加除去部２０、液体冷媒移動部３０、高温側熱交換部４０Ａ、低温側熱交換部４０Ｂを有する。熱交換器１０の内部には、磁気熱量効果を有する磁性体５０が配置され、磁性体５０との間で熱交換を行う液体冷媒６０が充填される。

熱交換器１０は、一端に高温側熱交換部４０Ａを有し他端に低温側熱交換部４０Ｂを有する。高温側熱交換部４０Ａと低温側熱交換部４０Ｂは図示しない外部の熱交換器と接続される。

磁場印加除去部２０は、熱交換器１０内の磁性体５０に対して磁場を印加したり除去したりする。磁性体５０は、磁場印加除去部２０によって磁場が印加されたときには発熱し、磁場印加除去部２０によって磁場が除去されたときには吸熱する。

液体冷媒移動部３０は、熱交換器１０に接続され、熱交換器１０内で磁性体５０との間で熱交換を行うために熱交換器１０の一端から他端に向けてまたは他端から一端に向けて液体冷媒６０を一定の周期、一定の振幅で往復移動させる。

磁性体５０は、液体冷媒６０の移動方向に対して直交する方向に立てて配置した複数の平板磁性体５０Ａ…５０Ｈで構成される。平板磁性体５０Ａ…５０Ｈは、流通路として、液体冷媒６０の移動方向に対して直交する方向に開口する複数のスリット（後述する）を有する。液体冷媒６０はそのスリットを介して流通し平板磁性体５０Ａ…５０Ｈの熱を吸収し、また液体冷媒の熱を平板磁性体５０Ａ…５０Ｈに放熱する。なお、本実施形態では発明の理解を容易にするために８枚の平板磁性体５０Ａ…５０Ｈを例示したが、何枚の平板磁性体を用いるのかは、磁気冷暖房装置１００に要求される熱輸送能力によって異なる。このため磁性体５０は、少なくとも１枚の平板磁性体から構成されることとなる。

以上のように構成された磁気冷暖房装置１００は次のように動作する。

まず、磁場印加除去部２０によって磁性体５０に磁気が印加されると磁性体５０が発熱し磁性体５０の温度が上昇する。次に、液体冷媒移動部３０が熱交換器１０内の液体冷媒６０を熱交換器１０の他端から一端に向けて、すなわち低温側熱交換部４０Ｂ側から高温側熱交換部４０Ａ側に向けて移動させる。液体冷媒６０の移動によって磁性体５０との間で熱交換が行われる。その結果、熱交換器１０の一端側に位置される液体冷媒６０の温度、すなわち高温側熱交換部４０Ａ側に位置される液体冷媒６０の温度がより高くなる。

次に、磁場印加除去部２０によって磁性体５０から磁気を除去すると磁性体５０が吸熱し磁性体５０の温度が低下し、磁性体５０が吸熱する。そして、液体冷媒移動部３０が熱交換器１０内の液体冷媒６０を上記とは逆に熱交換器１０の一端から他端に向けて、すなわち高温側熱交換部４０Ａ側から低温側熱交換部４０Ｂ側に向けて移動させる。液体冷媒６０の移動によって磁性体５０との間で熱交換が行われる。その結果、熱交換器１０の他端側に位置される液体冷媒６０の温度、すなわち低温側熱交換部４０Ｂ側に位置される液体冷媒６０の温度がより低くなる。

以上のような動作を継続して繰り返すと、熱交換器１０の一端側に位置される高温側熱交換部４０Ａ側の温度が熱交換器１０の他端側に位置される低温側熱交換部４０Ｂ側の温度よりも定常的に高くなる。この状態で、高温側熱交換部４０Ａを流通する液体冷媒との間で熱交換を行うと高温の液体冷媒を得ることができ、低温側熱交換部４０Ｂを流通する液体冷媒との間で熱交換を行うと低温の液体冷媒を得ることができる。

本発明に係る磁気冷暖房装置１００では、液体冷媒６０との間で効率的な熱交換ができるように、磁性体５０を構成する複数の平板磁性体５０Ａ…５０Ｈのそれぞれに後述する前縁効果を積極的に利用できる構造を採用している。

図２は前縁効果の説明に供する図である。図に示すように、液体冷媒６０の流れ方向に対して平行に平板を置いた場合、流れ方向に対向する平板の前縁部の熱伝達率ｈ（図示実線）は最大になる。前縁部から流れ方向に距離ｘが大きくなるほど、平板の熱伝達率は小さくなり、温度境界層δｔ（図示点線）の厚みが大きくなる。前縁効果は、流れ場に平板を置いたときに平板の前縁部では温度境界層の厚さが薄くなって高い熱伝達率が得られるという効果である。

本発明に係る磁気冷暖房装置１００ではこの前縁効果を積極的に利用するために、図１に示したように、磁性体５０を構成する複数の平板磁性体５０Ａ…５０Ｈのそれぞれを、液体冷媒６０の移動方向に対して直交する方向に立てて配置している。そして、複数の平板磁性体５０Ａ…５０Ｈのそれぞれに、液体冷媒６０の移動方向に対して直交する方向に複数のスリットを開口している。

図３は実施形態１の磁気冷暖房装置が備える磁性体の構成図である。図に示すように、磁性体５０を構成する複数の平板磁性体５０Ａ…５０Ｈのそれぞれは、図中矢印で示す液体冷媒６０の移動方向に対して直交する方向に複数のスリットを開口してある。図示のスリットは、さらに磁場印加除去部２０によって印加される磁界の方向に対しても直交する方向に開口してある。

平板磁性体５０Ａには、５つの長方形状のスリット５０Ａａ…５０Ａｅが開口され、平板磁性体５０Ｈには、５つの長方形状のスリット５０Ｈａ…５０Ｈｅが開口される。平板磁性体５０Ａと平板磁性体５０Ｈとの間にある６枚の平板磁性体（図１参照）も同様に５つの長方形状のスリットが開口されている。スリットは液体冷媒６０の流通路を形成する。

磁性体５０を構成する複数の平板磁性体５０Ａ…５０Ｈに開口された全てのスリットの開口端５１は前述の前縁効果が効果的に得られるように稜角を有している。ここで、稜角とは、液体冷媒６０の流れ方向に対して垂直な方向に広がる平板磁性体５０Ａの一面と、液体冷媒６０の流れ方向に対して平行に広がるスリット５０Ａａ内面とが形成するほぼ９０度の交差角を有する稜線の部分である。

開口端５１は、液体冷媒６０の流れ方向に対向して尖っている部分であるので、図２に示したような前縁部を形成する。したがって、平板磁性体５０Ａ…５０Ｈに開口された全てのスリットの開口端５１で液体冷媒６０との間の熱伝達率が向上し、磁性体５０から液体冷媒６０への熱交換効率が向上する。

図３に示したように、平板磁性体５０Ａ…５０Ｈに稜角を有するスリットを開口するだけでも熱伝達率を向上させることができるが、さらにスリット内の形状を次のような構造することによって、さらに熱伝達率を向上させることができる。

図４は平板磁性体に開口されたスリットの内部構造図である。図４Ａは図３の平板磁性体５０Ａを矢視Ａ方向から見た図であり、図４Ｂは図４Ａの開口部５５の拡大図である。

図４Ａに示すように、スリット５０Ａａ、５０Ａｂの内部は、平板磁性体５０Ａを直線状に貫く構造ではなく、階段状の段差構造となっている。スリット５０Ａａ、５０Ａｂの内部を階段状の段差構造とすると、スリット５０Ａａ、５０Ａｂ内を流通する液体冷媒６０の流通抵抗が大きくなって流速が遅くなる。

図４Ｂに示すように、開口部５５は段差構造を有しているので、平板磁性体５０Ａを図３の矢視Ａ方向から見ると、スリット５０Ａａには、液体冷媒６０の流れ方向に対向して尖っている部分、すなわち６つの稜角が存在する。稜角５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄはスリット５０Ａａの開口端５１で形成され、稜角５２ｅ、５２ｆはスリット５０Ａａ内の段差部分で形成される。

このように、スリット５０Ａａ内に稜角の数を増やすことができ、前縁効果を利用できる部分が増えて、さらに熱伝達率を向上させることができる。開口部５５の形態としてはこの他にも次のような形態が考えられる。

図５は平板磁性体に開口されたスリットの他の形態を示す内部構造図である。図５Ａは８つの稜角が形成されるスリット５０Ａａを示し、図５Ｂは図４Ｂと同様に６つの稜角が形成されるスリット５０Ａａを示す。

図５Ａに示したスリット５０Ａａは、液体冷媒６０の流れ方向に対向して絞られた部分と直線の部分が混在する構造を有している。平板磁性体５０Ａを矢視Ａ方向（図３、図４Ａ参照）から見ると、スリット５０Ａａには、液体冷媒６０の流れ方向に対向して尖っている部分、すなわち８つの稜角が存在する。稜角５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄはスリット５０Ａａの開口端５１で形成され、稜角５２ｅ、５２ｆ、５２ｇ、５２ｈはスリット５０Ａａ内で形成される。

図５Ｂに示したスリット５０Ａａは、液体冷媒６０の流れ方向に対向して絞られた部分を持つ構造となっている。平板磁性体５０Ａを矢視Ａ方向（図３、図４Ａ参照）から見ると、スリット５０Ａａには、液体冷媒６０の流れ方向に対向して尖っている部分、すなわち６つの稜角が存在する。稜角５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄはスリット５０Ａａの開口端５１で形成され、稜角５２ｅ、５２ｆはスリット５０Ａａ内で形成される。

このように、スリット５０Ａａ内に稜角の数を増やすことができ、前縁効果を利用できる部分が増えて、さらに熱伝達率を向上させることができる。開口部５５の形態としてはこの他にも前縁部を形成するものであれば前述の形態以外にも考え得るさまざまな形態を採用できる。また、流通路を形成するスリット５０Ａａ…５０Ａｅの液体冷媒６０の移動方向に沿った断面形状を、平板磁性体５０Ａの液体冷媒移動方向の厚みの中心線を基準に線対称またはその中心線上に位置する流通路の中心点を基準に点対称な図形としている。このため、液体冷媒６０の往復移動時の熱交換特性及び圧損が往復の両方向において均一になる。

以上のように構成された本実施形態の磁気冷暖房装置１００によれば、以下のような効果を得ることができる。
・平板磁性体５０Ａ…５０Ｈの前縁部で生じる前縁効果を積極的に利用することができ、平板磁性体５０Ａ…５０Ｈと液体冷媒６０との間の熱交換効率が向上する。
・熱交換効率が向上した分、磁気冷暖房装置１００を小型化及び軽量化することができる。
・スリット５０Ａａ…５０Ａｅ内に前縁効果を利用できる稜角を設けることによってさらに熱交換効率が向上する。
・各平板磁性体５０Ａ…５０Ｈの熱交換効率が良好なため従来に比較して厚みの薄い多数の平板磁性体を配して磁性体５０を形成することができる。
・磁性体５０は多数の平板磁性体５０Ａ…５０Ｈから構成されるので、液体冷媒６０との間の熱交換効率を向上させることができ、熱輸送能力を向上させることができる。

「実施形態２」
図６は実施形態２の磁気冷暖房装置が備える磁性体の構成図である。この図に示した磁性体５０は、図３に示した磁性体５０とは異なって、磁性体５０を構成する複数の平板磁性体５０Ａ…５０Ｈのそれぞれが、磁場印加除去部２０によって印加される磁界の方向に対して平行となるように複数のスリットを開口してある。つまり、図３に示した平板磁性体５０Ａ…５０Ｈの配置を液体冷媒６０の流れ方向を軸に９０度回転させている。

なお、本実施形態２でも実施形態１と同様に８枚の平板磁性体５０Ａ…５０Ｈを例示したが、磁気冷暖房装置１００に要求される熱輸送能力により、磁性体５０は少なくとも１枚の平板磁性体から構成される。

図６のように、複数のスリットの長手方向が磁場印加除去部２０によって印加される磁界の方向と平行となるように平板磁性体５０Ａ…５０Ｈを配置すると、磁場印加除去部２０からの磁力線が平板磁性体５０Ａ…５０Ｈをより多く通過することになる。したがって、磁場の減衰が抑えられることから平板磁性体５０Ａ…５０Ｈの磁気熱量効果を向上させることができ、平板磁性体５０Ａ…５０Ｈ発熱量と吸熱量を大きくすることができる。

平板磁性体５０Ａには、図示縦方向に５つの長方形状のスリット５０Ａａ…５０Ａｅが開口され、平板磁性体５０Ｈにも、図示縦方向に５つの長方形状のスリット５０Ｈａ…５０Ｈｅが開口される。平板磁性体５０Ａと平板磁性体５０Ｈとの間にある６枚の平板磁性体（図１参照）も同様に、図示縦方向に５つの長方形状のスリットが開口されている。

磁性体５０を構成する複数の平板磁性体５０Ａ…５０Ｈに開口された全てのスリットの開口端５１は前述の前縁効果が効果的に得られるように稜角を有している。この稜角が存在することで磁性体５０から液体冷媒６０への熱交換効率が向上することは前述の通りである。

図６に示した磁性体５０を構成する複数の平板磁性体５０Ａ…５０Ｈのスリットにも図４及び図５に示したような形状の稜角を形成すれば、さらに熱交換効率が向上する。

以上のように構成された本実施形態の磁気冷暖房装置１００によれば、以下のような効果を得ることができる。
・磁場印加除去部２０によって印加される磁場の磁力線が平板磁性体５０Ａ…５０Ｈをより多く通過させることができる。
・磁場のエネルギーが効率的に平板磁性体５０Ａ…５０Ｈに伝わり、磁気熱量効果を効率的に活用できる。
・実施形態１と同一の効果に加え、磁性体５０に対する磁場の減衰を抑えることができるため、さらに磁気冷暖房装置１００の熱輸送能力を向上させることができる。

「実施形態３」
図７は実施形態３の磁気冷暖房装置が備える磁性体の構成図である。この図に示した磁性体５０は、図３及び図６に示した磁性体５０とは異なって、磁性体５０を構成する複数の平板磁性体５０Ａ…５０Ｈのそれぞれに、図中矢印で示す液体冷媒６０の移動方向に液体冷媒６０を流通させる円形状の流通路５３Ａａ…５３Ｈａ…５３Ｈｙを形成してある。

なお、本実施形態３でも実施形態１、２と同様に８枚の平板磁性体５０Ａ…５０Ｈを例示したが、磁気冷暖房装置１００に要求される熱輸送能力により、磁性体５０は少なくとも１枚の平板磁性体から構成される。

また、磁性体５０を構成する複数の平板磁性体５０Ａ…５０Ｈのそれぞれの表面と裏面には、流通路５３Ａａ…５３Ｈａ…５３Ｈｙの間に、隣り合う平板磁性体を一体化させる円形状のかん合部を形成してある。かん合部は、隣り合う平板磁性体５０Ａ…５０Ｈの一方の面に形成された係合突起と、その反対の面に形成された、係合突起がかん合するかん合孔で構成される。

図８は図７に示した磁性体５０の矢視Ａ方向から見た側面図である。図７及び図８に示したように、平板磁性体５０Ｈの１面には、流通路５３Ｈａ…５３Ｈｙの間に、円形状の係合突起５６Ｈａ…５６Ｈｍ…を形成してある。一方、平板磁性体５０Ｈと隣り合う平板磁性体５０Ｇの対向面には、流通路の間に、平板磁性体５０Ｈの係合突起５６Ｈａ…５６Ｈｍ…とかん合するかん合孔５８Ｇａ…５８Ｇｄ…を形成してある。

平板磁性体５０Ｈのこれらの係合突起５６Ｈａ…５６Ｈｍ…は、平板磁性体５０Ｈに隣り合う平板磁性体５０Ｇのかん合孔５８Ｇａ…５８Ｇｄと係合し、平板磁性体５０Ｈと平板磁性体５０Ｇを一体化させる。平板磁性体５０Ｈと平板磁性体５０Ｇが一体化しても、平板磁性体５０Ｈと平板磁性体５０Ｇとの間に液体冷媒６０が自由に流通できるように隙間が形成される。

図７のように、平板磁性体５０Ａ…５０Ｈのそれぞれに円形状の流通路５３Ａａ…５３Ｈａ…５３Ｈｙを形成すると、流通路５３Ａａ…５３Ｈａ…５３Ｈｙの開口端５１は、前述の前縁効果を得ることができる稜角を有することになる。ここで、稜角とは、液体冷媒６０の流れ方向に対して垂直な方向に広がる平板磁性体５０Ａの一面と、液体冷媒６０の流れ方向に対して平行に広がる流通路５３Ａａ…５３Ｈａ…５３Ｈｙ内面とが形成するほぼ９０度の交差角を有する円形状の稜線の部分である。

このように、図７の平板磁性体５０Ａ…５０Ｈの流通路５３Ａａ…５３Ｈａ…５３Ｈｙの開口端５１は、液体冷媒６０の流れ方向に対向して尖っている部分となるので、図２に示したような前縁部を形成する。したがって、平板磁性体５０Ａ…５０Ｈに開口された全ての流通路５３Ａａ…５３Ｈａ…５３Ｈｙの開口端５１で液体冷媒６０との間の熱伝達率が向上し、磁性体５０から液体冷媒６０への熱交換効率が向上する。

図７に示した磁性体５０を構成する複数の平板磁性体５０Ａ…５０Ｈの流通路５３Ａａ…５３Ｈａ…５３Ｈｙにも図４及び図５に示したような形状の稜角を形成すれば、さらに熱交換効率が向上する。

以上のように構成された本実施形態の磁気冷暖房装置１００によれば、実施形態１と同一の効果に加え、さらに以下のような効果を得ることができる。
・平板磁性体５０Ａ…５０Ｈに複数の流通路５３Ａａ…５３Ｈａ…５３Ｈｙを均等に配置しているので、前縁部の数が実施形態１、２よりも増加し、平板磁性体５０Ａ…５０Ｈと液体冷媒６０との間の熱交換効率がさらに向上する。
・係合突起５６Ｈａ…５６Ｈｍ…が存在することによって、平板磁性体５０Ａ…５０Ｈの伝熱表面積が増加し熱交換効率をさらに向上させることができる。
・平板磁性体５０Ａ…５０Ｈに複数の流通路５３Ａａ…５３Ｈａ…５３Ｈｙを均等に配置しているので、平板磁性体５０Ａ…５０Ｈの強度を、実施形態１、２の場合に比較して向上させることができる。
・磁性体５０を形成する場合には、平板磁性体５０Ａ…５０Ｈの係合突起５６Ｈａ…５６Ｈｍ…をかん合孔５８Ｇａ…５８Ｇｄ…に差し込むだけで良いので、磁性体５０の生産性が向上する。
・平板磁性体５０Ａ…５０Ｈには係合突起５６Ｈａ…５６Ｈｍ…が形成されているので、流通路５３Ａａ…５３Ｈａ…５３Ｈｙを開口しても、平板磁性体５０Ａ…５０Ｈの磁性体の重量を減らさずに済み、磁気熱量効果を有効に発揮させることができる。

「実施形態４」
図９は実施形態４の磁気冷暖房装置が備える磁性体の構成図である。この磁性体５０は、図７の磁性体５０とはかん合部の構造が異なるのみで、他の部分の構造は同一である。

なお、本実施形態４でも実施形態１〜３と同様に８枚の平板磁性体５０Ａ…５０Ｈを例示したが、磁気冷暖房装置１００に要求される熱輸送能力により、磁性体５０は少なくとも１枚の平板磁性体から構成される。

磁性体５０を構成する複数の平板磁性体５０Ａ…５０Ｈのそれぞれの表面と裏面には、隣り合う平板磁性体を一体化させる方形状のかん合部を形成してある。かん合部は、隣り合う平板磁性体５０Ａ…５０Ｈの一方の面に形成された方形状の係合突起５７Ｈａ…５７Ｈｄと、その反対の面に形成された、方形状の係合突起がかん合するかん合溝（図示せず）で構成される。

平板磁性体５０Ｈの１面には、流通路５３Ａａ…５３Ｈａ…５３Ｈｙの間に、方形状、具体的には直方体状の係合突起５７Ｈａ…５７Ｈｄを形成してある。一方、平板磁性体５０Ｈと隣り合う平板磁性体５０Ｇ（図８参照）の対向面には、流通路の間に、平板磁性体５０Ｈの直方体状の係合突起５７Ｈａ…５７Ｈｄとかん合するかん合溝（図示せず）を形成してある。

平板磁性体５０Ｈのこれらの係合突起５７Ｈａ…５７Ｈｄは、平板磁性体５０Ｈに隣り合う平板磁性体５０Ｇのかん合溝と係合し、平板磁性体５０Ｈと平板磁性体５０Ｇを一体化させる。平板磁性体５０Ｈと平板磁性体５０Ｇが一体化しても、平板磁性体５０Ｈと平板磁性体５０Ｇとの間に液体冷媒６０が自由に流通できるように隙間が形成される。

図９のように、平板磁性体５０Ａ…５０Ｈのそれぞれに円形状の流通路５３Ａａ…５３Ｈａ…５３Ｈｙを形成すると、流通路５３Ａａ…５３Ｈａ…５３Ｈｙの開口端５１は、前述の前縁効果を得ることができる稜角を有する。流通路５３Ａａ…５３Ｈａ…５３Ｈｙの開口端５１が前縁部を形成し、磁性体５０から液体冷媒６０への熱交換効率が向上することは前述の通りである。

以上のように構成された本実施形態の磁気冷暖房装置１００によれば、実施形態３と同一の効果に加え、さらに以下の効果を得ることができる。
・係合突起とかん合溝は、単純な形状である方形状としてあるので、平板磁性体５０Ａ…５０Ｈの成形を容易に行うことができる。
・特に方形状の係合突起を印加される磁界の方向と平行となるように配置すると、図６に示す実施形態２と同様に、磁場印加除去部２０からの磁力線が平板磁性体５０Ａ…５０Ｈをより多く通過することになる。したがって、磁場の減衰が抑えられることから平板磁性体５０Ａ…５０Ｈの磁気熱量効果を向上させることができ、平板磁性体５０Ａ…５０Ｈ発熱量と吸熱量を大きくすることができる。

以上の実施形態１−４において、図３、図６、図７及び図９で例示した平板磁性体５０Ａ…５０Ｈの厚みをＬｍとし、液体冷媒６０が往復移動されるときの液体冷媒６０の移動振幅（移動距離）をＬｒとしたときには、Ｌｒ≧２Ｌｍとなるように、液体冷媒６０を移動させるようにする。すなわち液体冷媒６０が有する熱量を平板磁性体５０Ａ…５０Ｈ内に止めることなく移動させて効率よく熱量の移動を可能にする。

液体冷媒６０の移動振幅が平板磁性体の厚みよりも大きくなりすぎると高周波化が困難になり、熱交換効率の向上に限界が生じる。したがって、Ｌｒ≧２Ｌｍの条件を満たしつつも、液体冷媒６０の往復移動の周期に応じてＬｒの大きさを調整することが好ましい。

このように、液体冷媒６０の移動振幅を平板磁性体５０Ａ…５０Ｈの厚みよりも大きくすることによって、流通路に形成された稜角での熱交換効率が良好になる。したがって、磁性体５０の熱変換効率が向上する。

また、以上の実施形態１−４においては、熱交換器１０内に配置する磁性体５０は、磁性体５０を構成する平板磁性体５０Ａ…５０Ｈを全て同一の材料で形成している。しかし、磁性体５０全体としての磁気熱量効果を向上させるためには、高温側熱交換部４０Ａ側に高温条件下でより高い磁気熱量効果を有する（高温のエントロピ特性を有する）平板磁性体を配置し、低温側熱交換部４０Ｂ側に低温条件下でより高い磁気熱量効果を有する（低温のエントロピ特性を有する）平板磁性体を配置することが望ましい。具体的には、高温側熱交換部４０Ａに隣り合う平板磁性体５０Ａから低温側熱交換部４０Ｂに隣り合う平板磁性体５０Ｈに向けて段階的に、高温域で磁気熱量効果を発現する平板磁性体（高温用）、中温域で磁気熱量効果を発現する平板磁性体（中温用）、低温域で磁気熱量効果を発現する平板磁性体（低温用）、という順番に並べると、高温側熱交換部４０Ａと低温側熱交換部４０Ｂとの温度差をさらに大きく取ることができる。

このように、高温側熱交換部４０Ａ側に高温条件下でより高い磁気熱量効果を有する（高温のエントロピ特性を有する）平板磁性体を配置し、低温側熱交換部４０Ｂ側に低温条件下でより高い磁気熱量効果を有する（低温のエントロピ特性を有する）平板磁性体を配置すると、磁性体５０の磁気熱量効果を最大限に活用することができる。

１０ 熱交換器、
２０ 磁場印加除去部、
３０ 液体冷媒移動部、
４０Ａ 高温側熱交換部、
４０Ｂ 低温側熱交換部、
５０ 磁性体、
５０Ａ…５０Ｈ 平板磁性体、
５０Ａａ…５０Ａｅ スリット、
５０Ｈａ…５０Ｈｅ スリット、
５１ 開口端、
５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ 稜角、
５２ｅ、５２ｆ、５２ｇ、５２ｈ 稜角、
５３Ａａ…５３Ｈａ… 流通路、
５５…開口部、
５６Ｈａ…５６Ｈｄ 円柱状の係合突起、
５８Ｇａ…５８Ｇｄ かん合孔、
５７Ｈａ…５７Ｈｄ 直方体状の係合突起、
５９Ｇａ…５９Ｇｄ かん合溝、
６０ 液体冷媒、
１００ 磁気冷暖房装置。

Claims (6)

1. 磁気熱量効果を有する磁性体が配置される熱交換器と、
   前記磁性体に対して磁場を印加し除去する磁場印加除去部と、
   前記熱交換器内で前記磁性体との間で熱交換を行うために前記熱交換器の一端から他端に向けてまたは他端から一端に向けて液体冷媒を往復移動させる液体冷媒移動部と、
   を備える磁気冷暖房装置において、
   前記磁性体は少なくとも１つの平板磁性体で構成され、当該平板磁性体は、前記液体冷媒の移動方向に対して直交する方向に開口する少なくとも１つの流通路を有し、前記流通路の開口端は稜角を有し、前記平板磁性体は、少なくとも１つ以上の流通路内に、開口端以外に少なくとも１つの稜角を有することを特徴とする磁気冷暖房装置。
2. 磁気熱量効果を有する磁性体が配置される熱交換器と、
   前記磁性体に対して磁場を印加し除去する磁場印加除去部と、
   前記熱交換器内で前記磁性体との間で熱交換を行うために前記熱交換器の一端から他端に向けてまたは他端から一端に向けて液体冷媒を往復移動させる液体冷媒移動部と、を備える磁気冷暖房装置において、
   前記磁性体は少なくとも１つの平板磁性体で構成され、当該平板磁性体は、前記液体冷媒の移動方向に対して直交する方向に開口する少なくとも１つの流通路を有し、前記流通路の開口端は稜角を有し、
   前記熱交換器の一端側が高温側熱交換部、他端側が低温側熱交換部であり、磁性体は、高温側熱交換部側に高温条件下でより高い磁気熱量効果を有する平板磁性体が配置され、低温側熱交換部に低温条件下でより高い磁気熱量効果を有する平板磁性体が配置され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. 前記平板磁性体の複数の流通路は、前記磁場印加除去部が印加する磁場に対して平行に開口することを特徴とする請求項１または２に記載の磁気冷暖房装置。
4. 前記稜角を有する前記流通路の前記液体冷媒の移動方向に沿った断面形状は、前記平板磁性体の液体冷媒移動方向の厚みの中心線を基準に線対称または前記中心線上に位置する前記流通路の中心点を基準に点対称の図形であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の磁気冷暖房装置。
5. 前記平板磁性体の表面と裏面には、隣り合う平板磁性体を一体化させるかん合部が形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の磁気冷暖房装置。
6. 前記液体冷媒が往復移動されるときの液体冷媒の移動距離Ｌｒと前記平板磁性体の液体冷媒移動方向の厚みＬｍの関係は、Ｌｒ≧Ｌｍであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の磁気冷暖房装置。

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