JP6191539B2 - 熱磁気サイクル装置 - Google Patents

Description

ここに開示される発明は、磁性体の温度特性を利用する熱磁気サイクル装置に関し、磁気熱量効果型ヒートポンプ装置として利用することができる。

特許文献１−特許文献３は、磁性体の温度特性を利用する熱磁気サイクル装置を開示する。熱磁気サイクル装置は、ヒートポンプまたはエンジンとして利用することができる。ヒートポンプにおいては、動力によって生じる磁気的な変動によって低温または高温が取り出される。エンジンにおいては、温度差に起因して生じる磁気的な変動によって動力が取り出される。

さらに、特許文献３は、一方向に流体を流すポンプを利用した熱磁気サイクル装置を開示している。

特開２０１２−２５５６４２号公報 特開２０１２−２２９６３４号公報 米国特許第８４４８４５３号明細書

従来技術では、素子ベッドとは離れて、別体のポンプが設置されている。このような構成は、素子ベッドを回転させるための動力源と、ポンプを駆動するための動力源とを含む複数の動力源を必要とする。この結果、従来技術では、利用しやすい熱磁気サイクル装置を提供することが困難である。

さらに、従来技術では、素子ベッドを構成する円筒状の本体には、８つの出入口が設けられ、８本の長い配管が延び出している。このような構成では、配管の間の圧力損失の差などに起因して、複数の作業室の間において熱輸送媒体の流れに差が生じる。例えば、複数の配管の形状の差は本体内部の熱輸送媒体の流れに差を生じさせる。この結果、装置全体として高い効率を実現することが困難となる。

別の観点では、従来技術は、多くの部品点数を必要とする。別の観点では、従来技術は、装置の体格が大きい。別の観点では、従来技術は、故障の可能性が高い。さらに別の観点では、従来技術は、装置の価格が高い。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。

発明の目的のひとつは、利用しやすい熱磁気サイクル装置を提供することである。

発明の目的のひとつは、複数の作業室の間における熱輸送媒体の流れの差を抑制することができる熱磁気サイクル装置を提供することである。

発明の目的のひとつは、熱輸送媒体の往復的な流れを生成するための熱輸送装置と、磁場を周期的に変調する磁場変調装置とを共通の動力源によって駆動可能な熱磁気サイクル装置を提供することである。

発明の目的のひとつは、一方向に熱輸送媒体を流すポンプを含み、熱輸送媒体の往復的な流れを生成するための熱輸送装置と、磁場を周期的に変調する磁場変調装置とを共通の動力源によって駆動可能な熱磁気サイクル装置を提供することである。

ここに開示される発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。

開示される発明のひとつにより、熱磁気サイクル装置が提供される。発明は、低温端と高温端との間に設けられた磁気熱量素子（１２）と、磁気熱量素子と熱交換する熱輸送媒体を一方向に流すポンプ（１７、２１７）と、磁気熱量素子に対して熱輸送媒体を往復的に流すように、ポンプを含む熱輸送媒体の流れ経路と磁気熱量素子との接続状態を切換える流路切換機構（１８）と、熱輸送媒体の往復的な流れに同期して、磁気熱量素子へ与えられる磁場の強さを変調する磁場変調装置（１４）と、ポンプ、流路切換機構、および磁場変調装置を共通の動力源（５）によって駆動可能とする共通の回転軸（２ａ）とを備え、さらに、磁気熱量素子（１２）を収容する作業室（１１）を形成するとともに、回転軸によって回転させられることによって磁気熱量素子を第１位置と第２位置とに移動させるロータ（７、２０７）を備え、流路切換機構（１８）は、第１位置において作業室に熱輸送媒体が第１方向に流れるように流れ経路と作業室とを接続するとともに、第２位置において作業室に熱輸送媒体が第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し、磁場変調装置（１４）は、第１位置と第２位置において磁気熱量素子に異なる強さの磁場を与えており、ロータ（７、２０７）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を区画形成する筒状の部材であり、流路切換機構（１８）は、ロータの両端に対向して配置され、第１位置において作業室と連通するように配置された連通室（２３ａ、２３ｂ、４１ａ、４１ｂ）、および第２位置において作業室と連通するように配置された連通室（２３ｃ、２３ｄ、４１ｃ、４１ｄ）を有する分配部材（２３、４１、２８１）を備え、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を備えることを特徴とする。

この構成によると、一方向へ熱輸送媒体を流すポンプを利用することができる。しかも、共通の動力源によってポンプと流路切換機構と、磁場変調装置とを駆動することができる。よって、簡単な構成によって磁気熱量効果を利用することができる熱磁気サイクル装置が提供される。
開示される発明のひとつにより、熱磁気サイクル装置が提供される。発明は、低温端と高温端との間に設けられた磁気熱量素子（１２）と、磁気熱量素子と熱交換する熱輸送媒体を一方向に流すポンプ（１７、２１７）と、磁気熱量素子に対して熱輸送媒体を往復的に流すように、ポンプを含む熱輸送媒体の流れ経路と磁気熱量素子との接続状態を切換える流路切換機構（１８）と、熱輸送媒体の往復的な流れに同期して、磁気熱量素子へ与えられる磁場の強さを変調する磁場変調装置（１４）と、ポンプ、流路切換機構、および磁場変調装置を共通の動力源（５）によって駆動可能とする共通の回転軸（２ａ）とを備え、さらに、ポンプの回転数が、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から伝達される回転数を調節する変速機構（９、２０９）を備え、変速機構は、磁場変調装置（１４）のための磁気回路の一部を提供することを特徴とする。

発明の第１実施形態に係る熱機器のブロック図である。 第１実施形態の熱磁気サイクル装置の斜視図である。 第１実施形態の左側面図である。 第１実施形態の右側面図である。 第１実施形態の図３のＶ−Ｖ線における断面図である。 第１実施形態の図５のＶＩ−ＶＩ線における断面図である。 第１実施形態の図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線における断面図である。 第１実施形態の図５のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における断面図である。 第１実施形態の図５のＩＸ−ＩＸ線における断面図である。 第１実施形態の図５のＸ−Ｘ線における断面図である。 第１実施形態の図５のＸＩ−ＸＩ線における断面図である。 発明の第２実施形態に係る熱磁気サイクル装置の断面図である。

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、回転軸２ａによって駆動される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。

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。

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３１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動室１１、熱交換器４、第１位置にあるひとつの作動室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。

（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。

１ 車両用空調装置、 ２ 磁気熱量効果型ヒートポンプ（ＭＨＰ）装置、
２ａ 回転軸、 ３、４ 熱交換器、 ５ 動力源（電動機）、
６ ハウジング、 ７ ロータ、 ８ ステータ、 ９ 変速機構、
１１ 作業室、 １２ 磁気熱量（ＭＣＥ）素子、
１３ 永久磁石、 １４ 磁場変調装置、
１６ 熱輸送装置、 １７ ポンプ、 １８ 流路切換機構。

Claims (10)

1. 低温端と高温端との間に設けられた磁気熱量素子（１２）と、
   前記磁気熱量素子と熱交換する熱輸送媒体を一方向に流すポンプ（１７、２１７）と、
   前記磁気熱量素子に対して前記熱輸送媒体を往復的に流すように、前記ポンプを含む前記熱輸送媒体の流れ経路と前記磁気熱量素子との接続状態を切換える流路切換機構（１８）と、
   前記熱輸送媒体の往復的な流れに同期して、前記磁気熱量素子へ与えられる磁場の強さを変調する磁場変調装置（１４）と、
   前記ポンプ、前記流路切換機構、および前記磁場変調装置を共通の動力源（５）によって駆動可能とする共通の回転軸（２ａ）とを備え、
   さらに、前記磁気熱量素子（１２）を収容する作業室（１１）を形成するとともに、前記回転軸によって回転させられることによって前記磁気熱量素子を第１位置と第２位置とに移動させるロータ（７、２０７）を備え、
   前記流路切換機構（１８）は、前記第１位置において前記作業室に前記熱輸送媒体が第１方向に流れるように前記流れ経路と前記作業室とを接続するとともに、前記第２位置において前記作業室に前記熱輸送媒体が前記第１方向とは逆の第２方向に流れるように前記流れ経路と前記作業室とを接続し、
   前記磁場変調装置（１４）は、前記第１位置と前記第２位置において前記磁気熱量素子に異なる強さの磁場を与えており、
   前記ロータ（７、２０７）は、内外二重の円筒の間に、それらの両端に開口する前記作業室を区画形成する筒状の部材であり、
   前記流路切換機構（１８）は、前記ロータの両端に対向して配置され、前記第１位置において前記作業室と連通するように配置された連通室（２３ａ、２３ｂ、４１ａ、４１ｂ）、および前記第２位置において前記作業室と連通するように配置された連通室（２３ｃ、２３ｄ、４１ｃ、４１ｄ）を有する分配部材（２３、４１、２８１）を備え、
   前記磁場変調装置（１４）は、前記第１位置または前記第２位置に配置された永久磁石を備えることを特徴とする熱磁気サイクル装置。
2. さらに、前記ポンプの回転数が、前記流路切換機構（１８）および前記磁場変調装置（１４）の回転数より高くなるように前記回転軸から伝達される回転数を調節する変速機構（９、２０９）を備えることを特徴とする請求項１に記載の熱磁気サイクル装置。
3. 低温端と高温端との間に設けられた磁気熱量素子（１２）と、
   前記磁気熱量素子と熱交換する熱輸送媒体を一方向に流すポンプ（１７、２１７）と、
   前記磁気熱量素子に対して前記熱輸送媒体を往復的に流すように、前記ポンプを含む前記熱輸送媒体の流れ経路と前記磁気熱量素子との接続状態を切換える流路切換機構（１８）と、
   前記熱輸送媒体の往復的な流れに同期して、前記磁気熱量素子へ与えられる磁場の強さを変調する磁場変調装置（１４）と、
   前記ポンプ、前記流路切換機構、および前記磁場変調装置を共通の動力源（５）によって駆動可能とする共通の回転軸（２ａ）とを備え、
   さらに、前記ポンプの回転数が、前記流路切換機構（１８）および前記磁場変調装置（１４）の回転数より高くなるように前記回転軸から伝達される回転数を調節する変速機構（９、２０９）を備え、
   前記変速機構は、前記磁場変調装置（１４）のための磁気回路の一部を提供することを特徴とする熱磁気サイクル装置。
4. 前記変速機構は、磁性材により形成され前記磁気回路を提供する歯車を備えることを特徴とする請求項３に記載の熱磁気サイクル装置。
5. さらに、前記磁気熱量素子（１２）を収容する作業室（１１）を形成するとともに、前記回転軸によって回転させられることによって前記磁気熱量素子を第１位置と第２位置とに移動させるロータ（７、２０７）を備え、
   前記流路切換機構（１８）は、前記第１位置において前記作業室に前記熱輸送媒体が第１方向に流れるように前記流れ経路と前記作業室とを接続するとともに、前記第２位置において前記作業室に前記熱輸送媒体が前記第１方向とは逆の第２方向に流れるように前記流れ経路と前記作業室とを接続し、
   前記磁場変調装置（１４）は、前記第１位置と前記第２位置において前記磁気熱量素子に異なる強さの磁場を与えることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の熱磁気サイクル装置。
6. 前記ロータ（７、２０７）は、内外二重の円筒の間に、それらの両端に開口する前記作業室を区画形成する筒状の部材であり、
   前記流路切換機構（１８）は、前記ロータの両端に対向して配置され、前記第１位置において前記作業室と連通するように配置された連通室（２３ａ、２３ｂ、４１ａ、４１ｂ）、および前記第２位置において前記作業室と連通するように配置された連通室（２３ｃ、２３ｄ、４１ｃ、４１ｄ）を有する分配部材（２３、４１、２８１）を備え、
   前記磁場変調装置（１４）は、前記第１位置または前記第２位置に配置された永久磁石を備えることを特徴とする請求項５に記載の熱磁気サイクル装置。
7. 前記磁気熱量素子を収容する作業室を形成する素子ベッド（７、２０７）が前記回転軸と作動的に連結されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の熱磁気サイクル装置。
8. 前記ポンプ（１７、２１７）、前記流路切換機構（１８）、および前記磁場変調装置（１４）は、共通のハウジング（６）の中に収容されていることを特徴とする請求項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. 前記ポンプ（２１７）は、前記回転軸（２ａ）によって駆動される非容積型ポンプであることを特徴とする請求項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. 前記ポンプ（１７）は、前記回転軸（２ａ）によって駆動される容積型ポンプであることを特徴とする請求項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。

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