JP6325911B2 - 磁気ヒートポンプ装置及び空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気熱量効果を利用した磁気ヒートポンプ装置、及び、その磁気ヒートポンプ装置を備えた空気調和装置に関するものである。

熱輸送媒体を磁気の作用で冷却する冷却水製造部と、熱輸送媒体を磁気の作用で加熱する温水製造部と、熱輸送媒体を冷却水製造部や温水製造部から吐出する往復動ポンプと、を備えた磁気ヒートポンプシステムが知られている（例えば特許文献１参照）。

上記の磁気ヒートポンプシステムでは、冷却された熱輸送媒体を冷却水製造部からクーラユニットに供給するために、冷却水製造部とクーラユニットの間に冷却水循環路が設けられている。また、加熱された熱輸送媒体を温水製造部からヒータユニットに供給するために、温水製造部とヒータユニットの間に温水循環路が設けられている。

特開２０１３−２５３７２５号公報

上記の磁気ヒートポンプシステムでは、熱輸送媒体を循環させるための循環路が必要であると共に、空気調和装置の冷房／暖房を切り替えるための流路切換弁が循環路に必要となるので、システム構成が複雑になってしまう、という問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、システム構成の簡素化を図ることが可能な磁気ヒートポンプ装置、及び、その磁気ヒートポンプ装置を備えた空気調和装置を提供することである。

［１］本発明に係る磁気ヒートポンプ装置は、磁気熱量効果を有する磁気熱量効果材料と、第１の流体と熱交換を行う第１の熱交換部と、第２の流体と熱交換を行う第２の熱交換部と、前記磁気熱量効果材料と前記第１の熱交換部との間に介在する第１のペルチェ素子と、前記磁気熱量効果材料と前記第２の熱交換部との間に介在する第２のペルチェ素子と、前記磁気熱量効果材料に磁場を印加すると共に前記磁場の大きさを変更する磁場変更手段と、を備えたことを特徴とする。

［２］本発明に係る磁気ヒートポンプ装置は、磁気熱量効果を有する磁気熱量効果材料と、第１の流体と熱交換を行う第１の熱交換部と、第２の流体と熱交換を行う第２の熱交換部と、前記磁気熱量効果材料と前記第１の熱交換部との間に介在し、伝熱方向を切り替え可能な第１の切替手段と、前記磁気熱量効果材料と前記第２の熱交換部との間に介在し、伝熱方向を切り替え可能な第２の切替手段と、前記磁気熱量効果材料に磁場を印加すると共に前記磁場の大きさを変更する磁場変更手段と、を備えており、前記第１の切替手段は、前記磁気熱量効果材料から前記第１の熱交換部への第１の方向の伝熱と、前記第１の熱交換部から前記磁気熱量効果材料への第２の方向の伝熱と、を切り替え可能であり、前記第２の切替手段は、前記第２の熱交換部から前記磁気熱量効果材料への第３の方向の伝熱と、前記磁気熱量効果材料から前記第２の熱交換部への第４の方向の伝熱と、を切り替え可能であることを特徴とする。

［３］本発明に係る磁気ヒートポンプ装置は、複数の磁気熱量効果材料と、第１の流体と熱交換を行う第１の熱交換部と、第２の流体と熱交換を行う第２の熱交換部と、前記磁気熱量効果材料と前記第１の熱交換部との間に介在する第１のペルチェ素子と、前記磁気熱量効果材料と前記第２の熱交換部との間に介在する第２のペルチェ素子と、複数の前記磁気熱量効果材料の間にそれぞれ介在する少なくとも一つの第３のペルチェ素子と、複数の前記磁気熱量効果材料に磁場を印加すると共に前記磁場の大きさを変更する磁場変更手段と、を備えたことを特徴とする。

［４］本発明に係る磁気ヒートポンプ装置は、複数の磁気熱量効果材料と、第１の流体と熱交換を行う第１の熱交換部と、第２の流体と熱交換を行う第２の熱交換部と、前記磁気熱量効果材料と前記第１の熱交換部との間に介在し、伝熱方向を切り替え可能な第１の切替手段と、前記磁気熱量効果材料と前記第２の熱交換部との間に介在し、伝熱方向を切り替え可能な第２の切替手段と、相互に隣り合う前記磁気熱量効果材料の間にそれぞれ介在し、伝熱方向を切り替え可能な少なくとも一つの第３の切替手段と、複数の前記磁気熱量効果材料に磁場を印加すると共に前記磁場の大きさを変更する磁場変更手段と、を備えており、前記第１の切替手段は、前記磁気熱量効果材料から前記第１の熱交換部への第１の方向の伝熱と、前記第１の熱交換部から前記磁気熱量効果材料への第２の方向への伝熱と、を切り替え可能であり、前記第２の切替手段は、前記第２の熱交換部から前記磁気熱量効果材料への第３の方向の伝熱と、前記磁気熱量効果材料から前記第２の熱交換部への第４の方向の伝熱と、を切り替え可能であり、前記第３の切替手段は、一方の前記磁気熱量効果材料から他方の前記磁気熱量効果材料への第５の方向の伝熱と、他方の前記磁気熱量効果材料から一方の前記磁気熱量効果材料への第６の方向の伝熱と、を切り替え可能であることを特徴とする。

［５］上記発明において、複数の前記磁気熱量効果材料は、相互に異なるキュリー温度を有してもよい。

［６］上記発明において、前記磁気ヒートポンプ装置は、前記磁気熱量効果材料を収容する収容部と、前記収容部内に設けられたヒートパイプと、を備えてもよい。

［７］上記発明において、前記第１の熱交換部は、前記第１の流体と接触する第１のヒートシンクを含み、前記第２の熱交換部は、前記第２の流体と接触する第２のヒートシンクを含んでもよい。

［８］上記発明において、前記磁場変更手段は、前記磁気熱量効果材料を囲むコイルを有する電磁石を含んでもよい。

［９］上記発明において、前記磁気ヒートポンプ装置は、前記磁気熱量効果材料の温度を計測する温度計測手段と、前記磁気熱量効果材料の温度に基づいて、前記第１のペルチェ素子と前記第２のペルチェ素子を制御する制御手段と、を備えてもよい。

［１０］上記発明において、前記磁気ヒートポンプ装置は、前記磁気熱量効果材料の温度を計測する温度計測手段と、前記磁気熱量効果材料の温度に基づいて、前記第１の切替手段と前記第２の切替手段を制御する制御手段と、を備えてもよい。

［１１］本発明に係る空気調和装置は、上記の磁気ヒートポンプ装置を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、ペルチェ素子のような切替手段を磁気作業物質と熱交換部との間に介在させて、当該切替手段を介して磁気作業物質と熱交換部との間で伝熱するので、熱輸送媒体を循環させる機構が不要となる。また、本発明によれば、ペルチェ素子のような切替手段により磁気作業物質と熱交換部との間の伝熱方向を切り替えることで、空気調和装置の冷房／暖房の切り替えが可能となる。このため、本発明では、磁気ヒートポンプ装置の構成の簡素化を図ることができる。

図１は、本発明の第１実施形態における磁気ヒートポンプ装置を用いた空気調和装置を示す断面図である。 図２は、図１のII-II線に沿った断面図である。 図３は、本発明の第１実施形態における磁気ヒートポンプ装置の制御システムの構成を示すブロック図である。 図４は、図５（ａ）〜図７（ｃ）及び図９（ａ）〜図１１（ｃ）における模様と温度の対応関係を示す図である。 図５（ａ）〜図５（ｃ）は、本発明の第１実施形態における磁気ヒートポンプ装置の冷房時の動作を示す図である。 図６（ａ）〜図６（ｂ）は、本発明の第１実施形態における磁気ヒートポンプ装置の冷房時の動作を示す図である。 図７（ａ）〜図７（ｃ）は、本発明の第１実施形態における磁気ヒートポンプ装置の冷房時の動作を示す図である。 図８は、本発明の第１実施形態における冷房時の温度調和装置による熱の流れを示す図である。 図９（ａ）〜図９（ｃ）は、本発明の第１実施形態における磁気ヒートポンプ装置の暖房時の動作を示す図である。 図１０（ａ）〜図１０（ｂ）は、本発明の第１実施形態における磁気ヒートポンプ装置の暖房時の動作を示す図である。 図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、本発明の第１実施形態における磁気ヒートポンプ装置の暖房時の動作を示す図である。 図１２は、本発明の第１実施形態における暖房時の温度調和装置による熱の流れを示す図である。 図１３は、本発明の第２実施形態における磁気ヒートポンプ装置の構成を示す断面図である。 図１４は、本発明の第３実施形態における磁気ヒートポンプ装置の構成を示す断面図である。 図１５は、本発明の第４実施形態における磁気ヒートポンプ装置の構成を示す概略斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

≪第１実施形態≫
図１は本発明の第１実施形態における磁気ヒートポンプ装置を用いた空気調和装置を示す断面図、図２は図１のII-II線に沿った断面図、図３は本発明の第１実施形態における磁気ヒートポンプ装置の制御システムの構成を示すブロック図である。なお、以下に説明する磁気ヒートポンプ装置や空気調和装置の構成は一例に過ぎず、特にこれに限定されない。

本実施形態における磁気ヒートポンプ装置１０は、磁気熱量効果（Magnetocaloric effect）を利用したヒートポンプ装置であり、図１及び図２に示すように、磁気熱量効果材料２５（ＭＣＭ：Magnetocaloric Effect Material）を収容する収容部２０と、当該収容部２０を取り囲むコイル３０と、収容部２０の両端に配置された一対のペルチェ素子４０，５０と、ペルチェ素子４０，５０の外側にそれぞれ設けられた一対のヒートシンク７０，７５と、これらを収容するハウジング８０と、コイル３０やペルチェ素子４０，５０への通電制御を行う制御装置９０と、を備えている。

本実施形態における磁気熱量効果材料２５が本発明における磁気熱量効果材料の一例に相当し、本実施形態におけるコイル３０が本発明における磁場変更手段の一例に相当し、本実施形態における第１のペルチェ素子４０が本発明における第１の切替手段の一例に相当し、本実施形態における第２のペルチェ素子５０が本発明における第２の切替手段の一例に相当し、本実施形態における第１のヒートシンク７０が本発明における第１の熱交換部の一例に相当し、本実施形態における第２のヒートシンク７５が本発明における第２の熱交換部の一例に相当し、本実施形態における制御装置９０が本発明における制御手段の一例に相当する。

収容部２０は、内側に収容空間２１を有する円筒形状を有しており、この収容空間２１内には、磁気熱量効果を有する磁気作業物質として機能する磁気熱量効果材料２５（以下単に、「ＭＣＭ２５」とも称する。）が充填されている。また、この収容部２０内には、ＭＣＭ２５の温度を計測するための温度センサ２７（図３参照）が設けられている。図３に示すように、この温度センサ２７は、制御装置９０に電気的に接続されており、ＭＣＭ２５の温度を制御装置９０に出力することが可能となっている。なお、この温度センサ２７の具体例としては、例えば、熱電対やサーミスタ等を挙げること挙げることができ、後述する温度センサ４５，４６，５５，５６，８７，８８についても同様である。本実施形態における温度センサ２７が、本発明における温度計測手段の一例に相当する。

さらに、収容部２０の収容空間２１内には、当該収容部２０の軸方向に沿って複数（本例では７本）のヒートパイプ２６が設けられており、これらのヒートパイプ２６はＭＣＭ２５を貫通している。それぞれのヒートパイプ２６の一方の端部は、保持部材２８に保持されていると共に、第１のペルチェ素子４０に熱的に接続されている。同様に、当該ヒートパイプ２６の他方の端部も、保持部材２８に保持されていると共に、第２のペルチェ素子５０に熱的に接続されている。結果的に、それぞれのヒートパイプ２６は、収容部２０の軸方向に沿って収容空間２１を貫通している。この保持部材２８は、熱伝導性に優れた材料から構成されている。なお、収容部２０内に設けられるヒートパイプ２６の本数や配置は特に限定されない。

ＭＣＭ２５は、磁性体であれば特に限定されないが、例えば１０℃〜３０℃程度の常温域にキュリー温度（キュリー点）を有し、常温域で高い磁気熱量効果を発揮する磁性体であることが好ましい。具体的には、このＭＣＭ２５として、例えば、ガドリニウム（Ｇｄ）やガドリニウム合金等を用いることができる。このＭＣＭ２５に磁場を印加すると、電子スピンが揃うことで磁気エントロピーが減少し、ＭＣＭ２５は放熱して温度が上昇する。一方、ＭＣＭ２５から磁場を除去すると、電子スピンが乱雑になり磁気エントロピーが増加し、当該ＭＣＭ２５は吸熱して温度が低下する。

なお、収容部２０に充填されているＭＣＭ２５の形態は、粒子状であってもよいし、ペレット状であってもよく、特に限定されない。また、相互に異なるキュリー温度を有する複数種のＭＣＭを収容部２０に充填してもよい。これにより、キュリー温度が複合化されたＭＣＭとして動作するので、磁気ヒートポンプ装置の動作温度範囲を広げることができる。

この収容部２０は、その両端で円板状の支持部材２２，２３を介してハウジング８０に支持されている。一方の支持部材２２の中央部分には開口２２１が形成されており、その開口２２１内に第１のペルチェ素子４０が設けられている。同様に、他方の支持部材２３の中央部分にも開口２３１が形成されており、その開口２３１に第２のペルチェ素子５０が設けられている。

ハウジング８０は、円筒形状を有しており、その内部に収容部２０を同軸状に収容している。ハウジング８０の一方（図中左側）の端部８１と第１の支持部材２２との間には第１の空間８３が形成されており、この第１の空間８３は、ハウジング８０に形成された第１の開口８５を介して外部と連通している。同様に、ハウジング８０の他方（図中右側）の端部８２と第２の支持部材２３との間にも第２の空間８４が形成されており、この第２の空間８４は、ハウジング８０に形成された第２の開口８６を介して外部と連通している。

この磁気ヒートポンプ装置１０を用いた空気調和装置１では、例えば、ハウジング８０の第１の空間８３が第１の開口８５を介して外側循環路２に連通しており、ハウジング８０の第２の空間８４が第２の開口８６を介して内側循環路３に連通している。この空気調和装置１の外側循環路２は、室外の雰囲気に連通している。一方、この空気調和装置１の内側循環路３は、室内の雰囲気に連通している。

ハウジング８０の第１の空間８３内には、外気（室外の空気）の温度を計測するための第１の温度センサ８７（図３参照）が設けられている。同様に、ハウジング８０の第２の空間８４内には、内気（室内の空気）の温度を計測するための第２の温度センサ８８（図３参照）が設けられている。これらの温度センサ８７，８８は、図３に示すように、制御装置９０に電気的に接続されており、外気温度や内気温度を制御装置９０に出力することが可能となっている。

コイル３０は、収容部２０と実質的に同軸状となるように、収容部２０とハウジング８０との間に配置されており、収容部２０内に収容されたＭＣＭ２５を取り囲んでいる。このコイル３０には、制御装置９０が電気的に接続されている。この制御装置９０がコイル３０に通電することで、コイル３０が電磁石として機能して、ＭＣＭ２５に磁場が印加される。一方、制御装置９０がコイル３０への通電を停止させることで、ＭＣＭ２５に印加されていた磁場が除去される。

第１のペルチェ素子４０は、収容部２０の一方（図中左側）の開口２１１に対向するように、第１の支持部材２２に支持されている。また、この第１のペルチェ素子４０は、制御装置９０に電気的に接続されており、当該制御装置９０から電力が供給されることで熱作用面として機能する一対の主面４１，４２を有している。第１の主面４１は、放熱面又は吸熱面の一方として機能するのに対し、第２の主面４２は、吸熱面又は放熱面の他方として機能する。この第１のペルチェ素子４０は、第１の主面４１がハウジング８０の第１の空間８３に対向し、第２の主面４２が収容部２０の収容空間２１に対向するように配置されている。制御装置９０は、第１のペルチェ素子４０への通電量を制御することによって、当該第１のペルチェ素子４０の主面４１，４２の温度を制御することが可能となっている。

この第１のペルチェ素子４０は、当該第１のペルチェ素子４０を流れる電流の向きを切り替えることで、第１の主面４１の機能を放熱又は吸熱の一方に切り替えると共に、第２の主面４２の機能を吸熱又は放熱の他方に切り替えることが可能となっている。これに対し、第１のペルチェ素子４０への通電を停止している際には、第１のペルチェ素子４０の熱抵抗により、収容部２０の収容空間２１は外部に対して実質的に断熱される。なお、第１のペルチェ素子４０の第１の主面４１の温度を外気の温度と同程度としたり、第１のペルチェ素子４０の第２の主面４２の温度をＭＣＭ２５の温度と同程度とすることで、収容部２０の収容空間２１を外気に対して実質的に断熱してもよい。

すなわち、この第１のペルチェ素子４０は、電流の向きと通電／非通電に応じて、以下の第１〜第３の状態を切り替えることが可能となっている。

ここで、「第１の状態」とは、第１の主面４１を放熱面として機能させると共に第２の主面４２を吸熱面として機能させることで、ＭＣＭ２５から第１のヒートシンク７０への第１の方向の伝熱（以下単に「第１の方向の伝熱」とも称する。）を許容すると共に、第１のヒートシンク７０からＭＣＭ２５への第２の方向の伝熱（以下単に「第２の方向の伝熱」とも称する。）を禁止する状態である。すなわち、この「第１の状態」は、第１の方向に沿った一方向の伝熱のみを許容する状態である。

なお、この「第１の状態」では、第１の主面４１の温度が外気温度（第１のヒートシンク７０の温度）よりも相対的に高くなると共に、第２の主面４２の温度がＭＣＭ２５の温度よりも相対的に低くなるように、第１のペルチェ素子４０を制御する。

また、「第２の状態」とは、第１の主面４１を吸熱面として機能させると共に第２の主面４２を放熱面として機能させることで、第２の方向の伝熱を許容すると共に第１の方向の伝熱を禁止する状態である。すなわち、この「第２の状態」は、第２の方向に沿った一方向の伝熱のみを許容する状態である。

なお、この「第２の状態」では、第１の主面４１の温度が外気温度よりも相対的に低くなると共に、第２の主面４２の温度がＭＣＭ２５の温度よりも相対的に高くなるように、第１のペルチェ素子４０を制御する。

さらに、「第３の状態」とは、第１のペルチェ素子４０への通電を停止することで、「第１の方向の伝熱」も「第２の方向の伝熱」も禁止する状態である。すなわち、この「第３の状態」は、ＭＣＭ２５と外気温度とを熱的に絶縁した状態である。

なお、本実施形態における「ＭＣＭ２５から第１のヒートシンク７０への第１の方向の伝熱」が本発明における「前記磁気熱量効果材料から前記第１の熱交換部への第１の方向の伝熱」の一例に相当し、本実施形態における「第１のヒートシンク７０からＭＣＭ２５への第２の方向の伝熱」が本発明における「前記第１の熱交換部から前記磁気熱量効果材料への第２の方向の伝熱」の一例に相当する。

この第１のペルチェ素子４０には２つの温度センサ４５，４６（図３参照）が取り付けられている。第１の温度センサ４５が第１のペルチェ素子４０の第１の主面４１の温度を計測し、第２の温度センサ４６が第１のペルチェ素子４０の第２の主面４２の温度を計測する。図３に示すように、この第１及び第２の温度センサ４５，４６は、制御装置９０に接続されており、第１のペルチェ素子４０の主面４１，４２の温度を制御装置９０に出力することが可能となっている。

第２のペルチェ素子５０は、収容部２０の他方（図中右側）の開口２１２に対向するように、第２の支持部材２３に支持されている。また、この第２のペルチェ素子５０は、制御装置９０に電気的に接続されており、当該制御装置９０から電力が供給されることで熱作用面として機能する一対の主面５１，５２を有している。第１の主面５１は、放熱面又は吸熱面の一方として機能するのに対し、第２の主面５２は、吸熱面又は放熱面の他方として機能する。この第２のペルチェ素子５０は、第１の主面５１がハウジング８０の第２の空間８４に対向し、第２の主面５２が収容部２０の収容空間２１に対向するように配置されている。制御装置９０は、第２のペルチェ素子５０への通電量を制御することによって、当該第２のペルチェ素子５０の主面５１，５２の温度を制御することが可能となっている。

この第２のペルチェ素子５０は、当該第２のペルチェ素子５０を流れる電流の向きの切替により、第１の主面５１の機能を放熱又は吸熱の一方に切り替えると共に、第２の主面５２の機能を吸熱又は放熱の他方に切り替えることが可能となっている。また、第２のペルチェ素子５０への通電が停止している際には、第２のペルチェ素子５０の熱抵抗により、収容部２０の収容空間２１が外部に対して実質的に断熱される。なお、第２のペルチェ素子５０の第１の主面５１の温度をＭＣＭ２５の温度と同程度としたり、第２のペルチェ素子５０の第２の主面５２の温度を内気の温度と同程度とすることで、収容部２０の収容空間２１を内気に対して実質的に断熱してもよい。

すなわち、この第２のペルチェ素子５０は、電流の向きと通電／非通電に応じて、以下の第４〜第６の状態を切り替えることが可能となっている。

ここで、「第４の状態」とは、第１の主面５１を放熱面として機能させると共に第２の主面５２を吸熱面として機能させることで、第２のヒートシンク７５からＭＣＭ２５への第３の方向の伝熱（以下単に「第３の方向の伝熱」とも称する。）を許容すると共に、ＭＣＭ２５から第２のヒートシンク７５への第４の方向の伝熱（以下単に「第４の方向の伝熱」とも称する）を禁止する状態である。すなわち、この「第４の状態」は、第３の方向に沿った一方向の伝熱のみを許容する状態である。

なお、この「第４の状態」では、第１の主面５１の温度がＭＣＭ２５の温度よりも相対的に高くなると共に、第２の主面５２の温度が内気温度（第２のヒートシンク８０の温度）よりも相対的に低くなるように、第２のペルチェ素子５０を制御する。

また、「第５の状態」とは、第１の主面５１を吸熱面として機能させると共に第２の主面５２を放熱面として機能させることで、第４の方向の伝熱を許容すると共に第３の方向の伝熱を禁止する状態である。すなわち、この「第５の状態」は、第４の方向に沿った一方向の伝熱のみを許容する状態である。

なお、この「第５の状態」では、第１の主面５１の温度がＭＣＭ２５の温度よりも相対的に低くなると共に、第２の主面５２の温度が内気温度よりも相対的に高くなるように、第２のペルチェ素子５０を制御する。

さらに、「第６の状態」とは、第２のペルチェ素子５０への通電を停止することで、第３の方向の伝熱も４の方向の伝熱も禁止する状態である。すなわち、この「第６の状態」は、収容空間２１と内気温度を熱的に絶縁した状態である。

なお、本実施形態における「第２のヒートシンク７５からＭＣＭ２５への第３の方向の伝熱」が本発明における「前記第２の熱交換部から前記磁気熱量効果材料への第３の方向の伝熱」の一例に相当し、本実施形態における「ＭＣＭ２５から第２のヒートシンク７５への第４の方向の伝熱」が本発明における「前記磁気熱量効果材料から前記第２の熱交換部への第４の方向の伝熱」の一例に相当する。

この第２のペルチェ素子５０には２つの温度センサ５５，５６（図３参照）が取り付けられている。第１の温度センサ５５が第２のペルチェ素子５０の第１の主面５１の温度を計測し、第２の温度センサ５６が第２のペルチェ素子５０の第２の主面５２の温度を計測する。図３に示すように、この第１及び第２の温度センサ５５，５６は、制御装置９０に接続されており、第２のペルチェ素子５０の主面５１，５２の温度を制御装置９０に出力することが可能となっている。

第１のヒートシンク７０は、第１のペルチェ素子５０の第１の主面４１に伝熱可能に取り付けられており、ハウジング８０の第１の空間８３内に配置されている。この第１のヒートシンク７０は、ハウジング８０の第１の空間８３内に流入した外気に接触する多数のフィン７１を有しており、外気との間で熱交換を効率的に行うことが可能となっている。本実施形態における外気が、本発明における第１の流体の一例に相当する。

なお、この第１のヒートシンク７０を設けずに、第１のペルチェ素子４０の第１の主面４１を第１の空間８３内に露出させて、当該第１の主面４１が外気と直接熱交換を行ってもよい。この場合には、第１のペルチェ素子４０の第１の主面４１が、本発明における第１の熱交換部の一例に相当する。

第２のヒートシンク７５も、第２のペルチェ素子５０の第２の主面５２に伝熱可能に取り付けられており、ハウジング８０の第２の空間８４内に配置されている。この第２のヒートシンク７５は、ハウジング８０の第２の空間８４内に流入した内気に接触する多数のフィン７６を有しており、内気との間で熱交換を効率的に行うことが可能となっている。本実施形態における内気が、本発明における第２の流体の一例に相当する。

なお、この第２のヒートシンク７５を設けずに、第２のペルチェ素子５０の第２の主面５２を第２の空間８４内に露出させて、当該第２の主面５２が内気と直接熱交換を行ってもよい。この場合には、第２のペルチェ素子５０の第２の主面５２が、本発明における第２の熱交換部の一例に相当する。

制御装置９０は、特に図示しない電源を含んでおり、コイル３０への通電を制御すると共に、温度センサ２７，４５，４６，５５，５６，８７，８８から出力された各種の温度に基づいて第１及び第２のペルチェ素子４０，５０への通電を制御することで、後述する冷房動作（図５（ａ）〜図７（ｃ）参照）や暖房動作（図９（ａ）〜図１１（ｃ）参照）を行う。

また、こうした冷房／暖房動作中に、制御装置９０が、ＭＣＭ２５の温度に基づいて、当該ＭＣＭ２５の発熱或いは吸熱の一部を収容部２０内に残留させるように、第１及び第２のペルチェ素子４０，５０を制御してもよい。

具体的には、温度センサ２７によって計測されたＭＣＭ２５の温度が、当該ＭＣＭ２５のキュリー温度に対して相対的に低い場合には、例えば、ＭＣＭ２５を外気や内気に対して通常よりも早目に断熱するようにペルチェ素子４０，５０を制御して、ＭＣＭ２５の発熱の一部を収容部２０内に残留させる。この発熱の残留分によってＭＣＭ２５が加熱され、ＭＣＭ２５の温度がキュリー温度に近づくように上昇する。

一方、ＭＣＭ２５の温度がキュリー温度に対して相対的に高い場合には、例えば、ＭＣＭ２５を外気や内気に対して通常よりも早目に断熱するようにペルチェ素子４０，５０を制御して、ＭＣＭ２５の吸熱の一部を収容部２０内に残留させる。この吸熱の残留分によってＭＣＭ２５が冷却され、ＭＣＭ２５の温度がキュリー温度に近づくように下降する。

磁性体の磁気熱量効果は、当該磁性体のキュリー点で最も発揮される。そのため、本実施形態では、上述した制御によってＭＣＭ２５の温度を当該ＭＣＭ２５のキュリー温度に保つことで、磁気ヒートポンプ装置１により冷却や暖房の効率化を図ることができる。

次に、以上に説明した磁気ヒートポンプ装置１０の冷房時の動作について、図５（ａ）〜図７（ｃ）及び図８を参照しながら説明する。

図５（ａ）〜図７（ｃ）は本実施形態における磁気ヒートポンプ装置の冷媒時の動作を示す図であり、図８は本実施形態における磁気ヒートポンプ装置による熱の流れを示す図である。

なお、図５（ａ）〜図７（ｃ）では、磁気ヒートポンプ装置１０内の温度変化の理解を容易にするために、当該磁気ヒートポンプ装置１０の構成部材の断面を示すハッチングは省略しており、同図中の模様は当該構成部材の温度を示している。

また、図４は、図５（ａ）〜図７（ｃ）及び図９（ａ）〜図１１（ｃ）において構成部材に付された模様と温度の対応関係を示す図であり、図中の中央は、ＭＣＭ２５のキュリー温度付近（具体的には１０℃〜３０℃程度の常温域）を示し、図中右端に近づくほど温度が高くなることを示し、図中左端に近づくほど温度が低くなることを示している。

なお、以下で説明する図５（ａ）〜図７（ｃ）において、説明の便宜上、ＭＣＭ２５やヒートパイプ２６の温度が高温や低温になるように図示している。しかしながら、実際には、後述するように、ＭＣＭ２５の発熱と同時に、ＭＣＭ２５の熱が第１のヒートシンク７０に連続的に輸送され、また、ＭＣＭ２５の吸熱と同時に、第２のヒートシンク７５の熱がＭＣＭ２５に連続的に輸送されるため、図中に示すような収容空間２１内の温度変化が観測されることはほとんどない。

先ず、図５（ａ）に示すように、制御装置９０がコイル３０に通電すると、コイル３０が電磁石として機能してＭＣＭ２５に磁場が印加される。この磁場印加によって、電子スピンが揃うことでＭＣＭ２５の磁気エントロピーが減少し、当該ＭＣＭ２５が発熱する。

これとほぼ同時に、図５（ｂ）に示すように、第１のペルチェ素子４０に通電し、第１の主面４１を放熱面として機能させると共に、第２の主面４２を吸熱面として機能させる。これにより、図５（ｃ）に示すように、第１のペルチェ素子４０が、第３の状態（ＭＣＭ２５と第１のヒートシンク７０との間を断熱した状態）から、第１の状態（ＭＣＭ２５から第１のヒートシンク７０への第１の方向の伝熱を許容する状態）に切り替わり、ＭＣＭ２５の熱が第１のペルチェ素子４０を介して第１のヒートシンク７０に移動する。この際、本実施形態では、ヒートパイプ２６がＭＣＭ２５を貫通しているので、当該ヒートパイプ２６によって、ＭＣＭ２５全体から第１のヒートシンク７０に熱が瞬時に輸送される。

図６（ａ）に示すように、収容部２０の第１の空間２３には空気調和装置１の外側循環路２によって外気が流入しており、高温となった第１のヒートシンク７０に外気が接触することで、第１のヒートシンク７０の熱が外気に移動して外気が温められる。そして、第１のヒートシンク７０により温められた外気は、外側循環路２を介して室外に排出される。一方、ＭＣＭ２５は、発熱とほぼ同時に、ヒートパイプ２６及び第１のペルチェ素子４０を介して、第１のヒートシンク７０に連続的に熱を奪われるので、結果的に、ＭＣＭ２５の温度は、当該ＭＣＭ２５のキュリー温度でほぼ一定に維持される。

次いで、図６（ｂ）に示すように、制御装置９０がコイル３０への通電を停止して、ＭＣＭ２５に印加されていた磁場を除去する。この磁場除去によって、電子スピンが乱雑となりＭＣＭ２５の磁気エントロピーが増加し、当該ＭＣＭ２５が吸熱する。また、これと同時に、第１のペルチェ素子４０への通電も停止する。

なお、図６（ｂ）に示す段階で、コイル３０への通電を完全に停止させずに、コイル３０への通電量を少なくして、ＭＣＭ２５に印加されていた磁場を弱めることで、ＭＣＭ２５を吸熱させてもよい。

これとほぼ同時に、図７（ａ）に示すように、第２のペルチェ素子５０に通電し、第１の主面５１を放熱面として機能させると共に、第２の主面５２を吸熱面として機能させる。これにより、図７（ｂ）に示すように、第２のペルチェ素子５０が、第６の状態（ＭＣＭ２５と第２のヒートシンク７５を熱的に絶縁した状態）から、第４の状態（第２のヒートシンク７５から収容部２１への第３の方向の伝熱を許容する状態）に切り替わり、第２のヒートシンク７５の熱が第２のペルチェ素子５０を介してＭＣＭ２５に移動する。この際、本実施形態では、ヒートパイプ２６がＭＣＭ２５を貫通しているので、当該ヒートパイプ２６によって、第２のヒートシンク７５からＭＣＭ２５全体に熱が瞬時に輸送される。

図７（ｃ）に示すように、収容部２０の第２の空間２４には空気調和装置１の内側循環路３によって内気が流入しており、低温となった第２のヒートシンク７５が内気に接触することで、内気の熱が第２のヒートシンク７５に移動して内気が冷やされる。そして、第２のヒートシンク７５により冷却された内気は、内側循環路３を介して室内に排出される。一方、ＭＣＭ２５は、ヒートパイプ２６及び第２のペルチェ素子５０を介して、第２のヒートシンク７５から連続的に吸熱するので、結果的に、ＭＣＭ２５の温度は、当該ＭＣＭ２５のキュリー温度でほぼ一定に維持される。

以上のように、本実施形態における冷房動作維持の磁気ヒートポンプ装置１０は、図８に示すように、ＭＣＭ２５の磁気熱量効果を利用して、内気から吸熱してその熱を外気に排出することで室内の温度を冷却する。そして、この磁気ヒートポンプ装置１０は、図５（ａ）〜図７（ｃ）の動作を繰り返すことで、室内の温度を所望の温度まで冷却する。

次に、本実施形態における磁気ヒートポンプ装置１０の暖房時の動作について、図９（ａ）〜図１１（ｃ）及び図１２を参照しながら説明する。

図９（ａ）〜図１１（ｃ）は本実施形態における磁気ヒートポンプ装置の暖房時の動作を示す図であり、図１２は本実施形態における暖房時の磁気ヒートポンプ装置による熱の流れを示す図である。

なお、図９（ａ）〜図１１（ｃ）では、磁気ヒートポンプ装置１０内の温度変化の理解を容易にするために、当該磁気ヒートポンプ装置１０の構成部材の断面を示すハッチングは省略しており、同図中の模様は当該構成部材の温度を示している。

なお、以下で説明する図９（ａ）〜図１１（ｃ）において、説明の便宜上、ＭＣＭ２５やヒートパイプ２６の温度が高温や低温になるように図示している。しかしながら、実際には、後述するように、ＭＣＭ２５の発熱と同時に、ＭＣＭ２５の熱が第２のヒートシンク７５に連続的に輸送され、また、ＭＣＭ２５の吸熱と同時に、第１のヒートシンク７０の熱がＭＣＭ２５に連続的に輸送されるため、図中に示すような収容空間２１内の温度変化が観測されることはほとんどない。

先ず、図９（ａ）に示すように、制御装置９０がコイル３０に通電すると、コイル３０が電磁石として機能してＭＣＭ２５に磁場が印加される。この磁場印加によって、電子スピンが揃うことでＭＣＭ２５の磁気エントロピーが減少し、当該ＭＣＭ２５が発熱する。

これとほぼ同時に、図９（ｂ）に示すように、第２のペルチェ素子５０に通電し、第２の主面５２を放熱面として機能させると共に、第１の主面５１を吸熱面として機能させる。これにより、図９（ｃ）に示すように、第２のペルチェ素子５０が、第６の状態（ＭＣＭ２５と第２のヒートシンク７５との間を断熱した状態）から、第５の状態（ＭＣＭ２５から第２のヒートシンク７５への第４の方向の伝熱を許容する状態）に切り替わり、ＭＣＭ２５の熱が第２のペルチェ素子５０を介して第２のヒートシンク７５に移動する。この際、本実施形態では、ヒートパイプ２６がＭＣＭ２５を貫通しているので、当該ヒートパイプ２６によって、ＭＣＭ２５全体から第２のヒートシンク７５に熱が瞬時に輸送される。

図１０（ａ）に示すように、収容部２０の第２の空間２４には空気調和装置１の内側循環路３によって内気が流入しており、高温となった第２のヒートシンク７５に内気が接触することで、第２のヒートシンク７５の熱が内気に移動して内気が温められる。そして、第２のヒートシンク７５により温められた内気は、内側循環路３を介して室内に供給される。一方、ＭＣＭ２５は、発熱とほぼ同時に、ヒートパイプ２６及び第２のペルチェ素子５０を介して、第２のヒートシンク７５に連続的に熱を奪われるので、結果的に、ＭＣＭ２５の温度は、当該ＭＣＭ２５のキュリー温度でほぼ一定に維持される。

次いで、図１０（ｂ）に示すように、制御装置９０がコイル３０への通電を停止して、ＭＣＭ２５に印加されていた磁場を除去する。この磁場除去によって、電子スピンが乱雑となりＭＣＭ２５の磁気エントロピーが増加し、当該ＭＣＭ２５が吸熱する。また、これと同時に、第２のペルチェ素子５０への通電も停止する。

これとほぼ同時に、図１１（ａ）に示すように、第１のペルチェ素子４０に通電し、第１の主面４１を吸熱面として機能させると共に、第２の主面４２を放熱面として機能させる。これにより、図１１（ｂ）に示すように、第１のペルチェ素子４０が、第３の状態（ＭＣＭ２５と第１のヒートシンク７０を熱的に絶縁した状態）から、第２の状態（第１のヒートシンク７０からＭＣＭ２５への第２の方向の伝熱を許容する状態）に切り替わり、第１のヒートシンク７０の熱が第１のペルチェ素子４０を介してＭＣＭ２５に移動する。この際、本実施形態では、ヒートパイプ２６がＭＣＭ２５を貫通しているので、当該ヒートパイプ２６によって、第１のヒートシンク７０からＭＣＭ２５全体に熱が瞬時に輸送される。

図１１（ｃ）に示すように、収容部２０の第１の空間２３には空気調和装置１の外側循環路２によって外気が流入しており、低温となった第１のヒートシンク７０が外気に接触することで、外気の熱が第１のヒートシンク７０に移動して外気が冷やされる。そして、第１のヒートシンク７０により冷却された外気は、外側循環路２を介して室外に排出される。一方、ＭＣＭ２５は、ヒートパイプ２６及び第１のペルチェ素子４０を介して、第１のヒートシンク７０から連続的に吸熱するので、結果的に、ＭＣＭ２５の温度は、当該ＭＣＭ２５のキュリー温度でほぼ一定に維持される。

以上のように、本実施形態における暖房動作時の磁気ヒートポンプ装置１０は、図１２に示すように、ＭＣＭ２５の磁気熱量効果を利用して、外気から吸熱してその熱を内気に排出することで室内の温度を加熱する。そして、この磁気ヒートポンプ装置１０は、図９（ａ）〜図１１（ｃ）の動作を繰り返すことで、室内の温度を所望の温度まで暖める。

この際、上述の従来構造では、冷却水循環路や温水循環路を介して熱交換部と伝熱を行うため、動作の繰り返し周期の短縮化が妨げられている。これに対し、本実施形態では、従来構造のような流体循環システムを介さずに、ペルチェ素子４０，５０を介してＭＣＭ２５とヒートシンク７０，７５の間で伝熱を行うため、動作の繰り返し周期を顕著に短くすることができる。

また、上述した図５（ａ）〜図７（ｃ）及び図８に示す例では、両方のペルチェ素子４０，５０の第１の主面４１，５１を放熱面として機能させ、第２の主面４２，５２を吸熱面として機能させることで、空気調和装置１を冷房装置として機能させている。

これに対し、上述した図９（ａ）〜図１１（ｃ）及び図１２に示す例では、第１及び第２のペルチェ素子４０，５０の第１の主面４１，５１を吸熱面として機能させ、第２の主面４２，５２を放熱面として機能させることで、空気調和装置１を暖房装置として機能させている。

すなわち、本実施形態では、単に第１及び第２のペルチェ素子４０，５０を流れる電流の向きを切り替えるだけで、空気調和装置１の冷房／暖房を容易に切り替えることができる。このため、従来構造のような流路切換弁が不要となるので、空気調和装置１の構成が一層簡素化される。

また、上述の従来構造では、磁気熱量効果材料に対して磁場を印加したり除去する永久磁石を回転させるためにモータを必要とする。これに対し、本実施形態では、コイル３０を用いた電磁石によりＭＣＭ２５に磁場を印加したり除去するので、モータのような回転機構が不要となり、磁場ヒートポンプ装置１０の構造を一層簡素化することができる。

また、本実施形態では、磁場除去によりＭＣＭ２５を吸熱させる際に第１のペルチェ素子４０への通電を停止したり、磁場印加によりＭＣＭ２５を発熱させる際に第２のペルチェ素子５０への通電を停止させることで、消費電力の低減を図ることもできる。

なお、第１及び第２のペルチェ素子４０，５０の通電制御は上記に特に限定されない。例えば、第１及び第２のペルチェ素子４０，５０に対して常時通電してもよい。

具体的には、第１及び第２のペルチェ素子４０，５０を常時通電させて冷房を行う場合には、例えば、第１のペルチェ素子４０の第１の主面４１の温度が外気温度よりも相対的に高くなると共に、第２の主面４２の温度がＭＣＭ２５の温度よりも相対的に低くなるように、第１のペルチェ素子４０を制御する。また、第２のペルチェ素子５０の第１の主面５１の温度がＭＣＭ２５の温度よりも相対的に高くなると共に、第２の主面５２の温度が内気温度よりも相対的に低くなるように、第２のペルチェ素子５０を制御する。

これに対し、第１及び第２のペルチェ素子４０，５０を常時通電させて暖房を行う場合には、例えば、第１のペルチェ素子４０の第１の主面４１の温度が外気温度よりも相対的に低くなると共に、第２の主面４２の温度がＭＣＭ２５の温度よりも相対的に高くなるように、第１のペルチェ素子４０を制御する。また、第２のペルチェ素子５０の第１の主面５１の温度がＭＣＭ２５の温度よりも相対的に低くなると共に、第２の主面５２の温度が内気温度よりも相対的に高くなるように、第２のペルチェ素子５０を制御する。

≪第２実施形態≫
図１３は本発明の第２実施形態における磁気ヒートポンプ装置の構成を示す断面図である。

本実施形態では、（１）収容部及びコイルを２組備えている点と、（２）当該収容部の間に第３の支持部材２４と第３のペルチェ素子６０が介在している点、で第１実施形態と相違するが、それ以外の構成は第１実施形態と同様である。以下に、第２実施形態における磁気ヒートポンプ装置１０Ｂについて第１実施形態との相違点についてのみ説明し、第１実施形態と同様の構成である部分については同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態における磁気ヒートポンプ装置１０Ｂは、図１３に示すように、２つの収容部２０Ａ，２０Ｂと、当該収容部２０Ａ，２０Ｂをそれぞれ取り囲む２つのコイル３０Ａ，３０Ｂと、を備えている。なお、収容部とコイルの組数は特に限定されず、磁気ヒートポンプ装置が収容部とコイルを３組以上備えてもよい。この場合には、それぞれの収容部の間に第３のペルチェ素子が一つずつ介在する。

本実施形態では、第１の収容部２０Ａに第１のＭＣＭ２５Ａが充填されており、第２の収容部２０Ｂに第２のＭＣＭ２５Ｂが充填されている。第１のＭＣＭ２５Ａは、第２のＭＣＭ２５Ｂのキュリー温度よりも相対的に高いキュリー温度を有している。なお、第１のＭＣＭ２５Ａが第２のＭＣＭ２５Ｂのキュリー温度よりも相対的に低いキュリー温度を有してもよい。第１の収容部２０Ａと第２の収容部２０Ｂは、第３の支持部材２４及び第３のペルチェ素子６０を介して直列に連結されている。

なお、本実施形態において、第１のＭＣＭのキュリー温度と、第２のＭＣＭのキュリー温度とが実質的に同一であってもよい。この場合には、第１のＭＣＭの一端と第２のＭＣＭの他端との間の温度差を大きくすることができる。これにより、磁気ヒートポンプ装置の動作温度範囲を広がり、相対的にペルチェ素子の負担が減少し、磁気ヒートポンプ装置の性能が向上する。

第１の収容部２０Ａは、第１及び第３の支持部材２２，２４を介して、その両端でハウジング８０に支持されている。同様に、第２の収容部２０Ｂも、第２及び第３の支持部材２３，２４を介して、その両端でハウジング８０に支持されている。第３の支持部材２４の中央部分には開口２４１が形成されており、その開口２４１内に第３のペルチェ素子６０が設けられている。

この第３のペルチェ素子は、第１の収容部２０Ａの一方（図中右側）の開口に対向すると共に第２の収容部２０Ｂの他方（図中左側）の開口に対向するように、第３の支持部材２４に支持されている。また、この第３のペルチェ素子６０は、既述の第１のペルチェ素子６０や第２のペルチェ素子７０と同様に、特に図示しない制御装置から電力が供給されることで、熱作用面として機能する一対の主面６１，６２を有している。第１の主面６１は、放熱面又は吸熱面の一方として機能するのに対し、第２の主面６２は、吸熱面又は放熱面の他方として機能する。この第３のペルチェ素子６０は、第１の主面６１が第１の収容部２０Ａの収容空間２１Ａに対向し、第２の主面６２が第２の収容部２０Ｂの収容空間２１Ｂに対向するように配置されている。

この第３のペルチェ素子６０は、当該第３のペルチェ素子６０を流れる電流の向きの切替により、第１の主面６１の機能を放熱又は吸熱の一方に切り替えると共に、第２の主面６２の機能を吸熱又は放熱の他方に切り替えることが可能となっている。また、第３のペルチェ素子６０への通電が停止している際には、第３のペルチェ素子６０の熱的な抵抗により、第１の収容部２０Ａの第１の収容空間２１Ａと第２の収容部２０Ｂの第２の収容空間２１Ｂとの間が実質的に断熱される。

すなわち、この第３のペルチェ素子６０は、電流の向きと通電／非通電に応じて、次の第７〜第９の状態を切り替えることが可能となっている。

ここで、「第７の状態」とは、第１の主面６１を放熱面として機能させると共に第２の主面６２を吸熱面として機能させることで、第２のＭＣＭ２５Ｂから第１のＭＣＭ２５Ａへの第５の方向の伝熱（以下単に「第５の方向の伝熱」とも称する。）を許容すると共に、第１のＭＣＭ２５Ａから第２のＭＣＭ２５Ｂへの第６の方向の伝熱（以下単に「第６の方向の伝熱」とも称する。）を禁止する状態である。すなわち、この「第７の状態」は、第５の方向に沿った一方向の伝熱のみを許容する状態である。

なお、この「第７の状態」では、第２の主面６２の温度が第２のＭＣＭ２５Ｂの温度よりも相対的に低くなると共に、第１の主面６１の温度が第１のＭＣＭ２５Ａの温度よりも相対的に高くなるように、第３のペルチェ素子６０を制御する。

また、「第８の状態」とは、第１の主面６１を吸熱面として機能させると共に第２の主面６２を放熱面として機能させることで、第６の方向の伝熱を許容すると共に、第５の方向の伝熱を禁止する状態である。すなわち、この「第８の状態」は、第６の方向に沿った一方向の伝熱のみを許容する状態である。

なお、この「第８の状態」では、第２の主面６２の温度が第１のＭＣＭ２５Ｂの温度よりも相対的に高くなると共に、第１の主面６１の温度が第１のＭＣＭ２５Ａの温度よりも相対的に低くなるように、第３のペルチェ素子６０を制御する。

さらに、「第９の状態」とは、第３のペルチェ素子６０への通電を停止することで、第５の方向の伝熱も第６の方向の伝熱も禁止する状態である。すなわち、この「第９の状態」は、第１のＭＣＭ２５Ａと第２のＭＣＭ２５Ｂとを熱的に絶縁した状態である。

なお、本実施形態における第３のペルチェ素子６０が本発明における第３の切替手段の一例に相当し、本実施形態における「第２のＭＣＭ２５Ｂから第１のＭＣＭ２５Ａへの第５の方向の伝熱」が本発明における「一方の前記磁気熱量効果材料から他方の前記磁気熱量効果材料への第５の方向の伝熱」の一例に相当し、本実施形態における「第１のＭＣＭ２５Ａから第２のＭＣＭ２５Ｂへの第６の方向の伝熱」が本発明における「他方の前記磁気熱量効果材料から一方の前記磁気熱量効果材料への第６の方向の伝熱」の一例に相当する。

第１のコイル３０Ａは、第１の収容部２０Ａと実質的に同軸状となるように第１の収容部２０Ａとハウジング８０との間に配置されており、当該第１の収容部２０Ａ内に収容された第１のＭＣＭ２５Ａを取り囲んでいる。第２のコイル３０Ｂも、第２の収容部２０Ｂと実質的に同軸状となるように第２の収容部２０Ｂとハウジング８０との間に配置されており、当該第２の収容部２０Ｂ内に収容された第２のＭＣＭ２５Ｂを取り囲んでいる。これら２つのコイル３０Ａ，３０Ｂは、特に図示しない制御装置に電気的に接続されている。

なお、第１のコイル３０Ａと第２のコイル３０Ｂとを一つのコイルとし、当該単一のコイルが第１及び第２の収容部２０Ａ，２０Ｂを取り囲んでもよい。

以上のように、本実施形態では、第１実施形態と同様に、従来構造のような流体循環システムを介さずに、ペルチェ素子４０，５０を介してＭＣＭ２５Ａ，２５Ｂとヒートシンク７０，７５の間で伝熱を行うため、動作の繰り返し周期を顕著に短くすることができる。

また、本実施形態では、全てのペルチェ素子４０，５０，６０の第１の主面４１，５１、６１を放熱面として機能させると共に、全てのペルチェ素子４０，５０，６０の第２の主面４２，５２、６２を吸熱面として機能させることで、空気調和装置を冷房装置として機能させることができる。

これに対し、全てのペルチェ素子４０，５０，６０の第１の主面４１，５１、６１を吸熱面として機能させると共に、全てのペルチェ素子４０，５０，６０の第２の主面４２，５２、６２を放熱面として機能させることで、空気調和装置を暖房装置として機能させることができる。

すなわち、本実施形態では、第１実施形態と同様に、ペルチェ素子４０，５０，６０を流れる電流の向きを単に切り替えるだけで、空気調和装置の冷房／暖房を容易に切り替えることができる。このため、従来構造のような流路切換弁が不要となるので、空気調和装置の構成が一層簡素化される。

また、本実施形態では、第１実施形態と同様に、コイル３０Ａ，３０Ｂを用いた電磁石によりＭＣＭ２５Ａ，２５Ｂに磁場を印加したり除去しているので、モータのような回転機構が不要となり、磁場ヒートポンプ装置１０Ｂの構造を一層簡素化することができる。

また、本実施形態では、第１実施形態と同様に、ＭＣＭ２５Ａ，２５Ｂの温度に基づいて、当該ＭＣＭ２５Ａ，２５Ｂの発熱或いは吸熱の一部を収容部２０Ａ，２０Ｂ内に残留させるように、第１及び第２のペルチェ素子４０，５０を制御してもよい。これにより、ＭＣＭ２５Ａ，２５Ｂの温度を当該ＭＣＭ２５Ａ，２５Ｂのキュリー温度に保つことができるので、磁気ヒートポンプ装置１Ｂの冷暖房の効率化を図ることができる。

さらに、本実施形態では、キュリー温度が相互に異なる複数のＭＣＭ２５Ａ，２５Ｂを備えているので、磁気ヒートポンプ装置１０Ｂの対応可能な温度領域を広げることができる。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

上述の第１実施形態では、直線円筒状の収容部２０の両端にペルチェ素子４０，５０とヒートシンク７０，７５が配置されているが、収容部２０の形状やペルチェ素子４０，５０の配置は特にこれに限定されない。

例えば、収容部２０をＬ型としてその両端にペルチェ素子４０，５０とヒートシンク７０，７５を配置してもよい。或いは、収容部２０をＵ型としてその両端にペルチェ素子４０，５０とヒートシンク７０，７５を配置してもよい。

また、上述の実施形態では、磁場変更手段としてコイル３０を用いた例について説明したが、コイル３０を用いた電磁石に代えて、図１４や図１５に示すように永久磁石を用いてもよい。

図１４は本発明の第３実施形態における磁気ヒートポンプ装置の構成を示す断面図である。図１４に示すように、コイル３０を用いた電磁石に代えて、永久磁石１００を水平移動機構１１０により往復移動させることで、ＭＣＭ２５に磁場を印加したり除去してもよい。

図１５は本発明の第４実施形態における磁気ヒートポンプ装置の構成を示す概略斜視図である。或いは、図１５に示すように、複数の磁気ヒートポンプ装置１０を回転機構１２０により回転させると共に、回転移動中に磁気ヒートポンプ装置１０が永久磁石１００の間を通過させることで、ＭＣＭ２５に磁場を印加したり除去してもよい。

また、上述の実施形態では、磁気ヒートポンプ装置を家庭用或いは自動車用の空気調和装置に適用した例について説明したが、特にこれに限定されない。例えば、用途に応じた適切なキュリー温度を有するＭＣＭを選定することで、冷凍機のような極低温域での用途、或いは、ある程度高温域での用途に、本発明に係る磁気ヒートポンプ装置を適用してもよい。

１，１Ｂ…空気調和装置
２…外側循環路
３…内側循環路
１０，１０Ｂ…磁気ヒートポンプ装置
２０，２０Ａ，２０Ｂ…収容部
２１，２１Ａ，２１Ｂ…収容空間
２１１…第１の開口
２１２…第２の開口
２２…第１の支持部材
２２１…開口
２３…第２の支持部材
２３１…開口
２４…第３の支持部材
２４１…開口
２５，２５Ａ，２５Ｂ…ＭＣＭ
２６，２６Ａ，２６Ｂ…ヒートパイプ
２７…温度センサ
２８…保持部材
３０，３０Ａ，３０Ｂ…コイル
４０…第１のペルチェ素子
４１…第１の主面
４２…第２の主面
４５…第１の温度センサ
４６…第２の温度センサ
５０…第２のペルチェ素子
５１…第１の主面
５２…第２の主面
５５…第１の温度センサ
５６…第２の温度センサ
６０…第３のペルチェ素子
６１…第１の主面
６２…第２の主面
７０…第１のヒートシンク
７１…フィン
７５…第２のヒートシンク
７６…フィン
８０…ハウジング
８１…第１の端部
８２…第２の端部
８３…第１の空間
８４…第２の空間
８５…第１の開口
８６…第２の開口
８７…第１の温度センサ
８８…第２の温度センサ
９０…制御装置
１００…永久磁石
１１０…移動機構
１２０…回転機構

Claims (12)

1. 磁気熱量効果を有する磁気熱量効果材料と、
   第１の流体と熱交換を行う第１の熱交換部と、
   第２の流体と熱交換を行う第２の熱交換部と、
   前記磁気熱量効果材料と前記第１の熱交換部との間に介在する第１のペルチェ素子と、
   前記磁気熱量効果材料と前記第２の熱交換部との間に介在する第２のペルチェ素子と、
   前記磁気熱量効果材料に磁場を印加すると共に前記磁場の大きさを変更する磁場変更手段と、
   前記磁気熱量効果材料を収容する収容部と、
   前記収容部内に設けられたヒートパイプと、を備えたことを特徴とする磁気ヒートポンプ装置。
2. 磁気熱量効果を有する磁気熱量効果材料と、
   第１の流体と熱交換を行う第１の熱交換部と、
   第２の流体と熱交換を行う第２の熱交換部と、
   前記磁気熱量効果材料と前記第１の熱交換部との間に介在し、伝熱方向を切り替え可能な第１の切替手段と、
   前記磁気熱量効果材料と前記第２の熱交換部との間に介在し、伝熱方向を切り替え可能な第２の切替手段と、
   前記磁気熱量効果材料に磁場を印加すると共に前記磁場の大きさを変更する磁場変更手段と、を備えており、
   前記第１の切替手段は、前記磁気熱量効果材料から前記第１の熱交換部への第１の方向の伝熱と、前記第１の熱交換部から前記磁気熱量効果材料への第２の方向の伝熱と、を切り替え可能であり、
   前記第２の切替手段は、前記第２の熱交換部から前記磁気熱量効果材料への第３の方向の伝熱と、前記磁気熱量効果材料から前記第２の熱交換部への第４の方向の伝熱と、を切り替え可能であることを特徴とする磁気ヒートポンプ装置。
3. 複数の磁気熱量効果材料と、
   第１の流体と熱交換を行う第１の熱交換部と、
   第２の流体と熱交換を行う第２の熱交換部と、
   前記磁気熱量効果材料と前記第１の熱交換部との間に介在する第１のペルチェ素子と、
   前記磁気熱量効果材料と前記第２の熱交換部との間に介在する第２のペルチェ素子と、
   複数の前記磁気熱量効果材料の間にそれぞれ介在する少なくとも一つの第３のペルチェ素子と、
   複数の前記磁気熱量効果材料に磁場を印加すると共に前記磁場の大きさを変更する磁場変更手段と、
   前記磁気熱量効果材料を収容する収容部と、
   前記収容部内に設けられたヒートパイプと、を備えたことを特徴とする磁気ヒートポンプ装置。
4. 複数の磁気熱量効果材料と、
   第１の流体と熱交換を行う第１の熱交換部と、
   第２の流体と熱交換を行う第２の熱交換部と、
   前記磁気熱量効果材料と前記第１の熱交換部との間に介在し、伝熱方向を切り替え可能な第１の切替手段と、
   前記磁気熱量効果材料と前記第２の熱交換部との間に介在し、伝熱方向を切り替え可能な第２の切替手段と、
   相互に隣り合う前記磁気熱量効果材料の間にそれぞれ介在し、伝熱方向を切り替え可能な少なくとも一つの第３の切替手段と、
   複数の前記磁気熱量効果材料に磁場を印加すると共に前記磁場の大きさを変更する磁場変更手段と、を備えており、
   前記第１の切替手段は、前記磁気熱量効果材料から前記第１の熱交換部への第１の方向の伝熱と、前記第１の熱交換部から前記磁気熱量効果材料への第２の方向への伝熱と、を切り替え可能であり、
   前記第２の切替手段は、前記第２の熱交換部から前記磁気熱量効果材料への第３の方向の伝熱と、前記磁気熱量効果材料から前記第２の熱交換部への第４の方向の伝熱と、を切り替え可能であり、
   前記第３の切替手段は、一方の前記磁気熱量効果材料から他方の前記磁気熱量効果材料への第５の方向の伝熱と、他方の前記磁気熱量効果材料から一方の前記磁気熱量効果材料への第６の方向の伝熱と、を切り替え可能であることを特徴とする磁気ヒートポンプ装置。
5. 請求項３又は４に記載の磁気ヒートポンプ装置であって、
   複数の前記磁気熱量効果材料は、相互に異なるキュリー温度を有することを特徴とする磁気ヒートポンプ装置。
6. 請求項２又は４に記載の磁気ヒートポンプ装置であって、
   前記磁気ヒートポンプ装置は、
   前記磁気熱量効果材料を収容する収容部と、
   前記収容部内に設けられたヒートパイプと、を備えたことを特徴とする磁気ヒートポンプ装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の磁気ヒートポンプ装置であって、
   前記第１の熱交換部は、前記第１の流体と接触する第１のヒートシンクを含み、
   前記第２の熱交換部は、前記第２の流体と接触する第２のヒートシンクを含むことを特徴とする磁気ヒートポンプ装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の磁気ヒートポンプ装置であって、
   前記磁場変更手段は、前記磁気熱量効果材料を囲むコイルを有する電磁石を含むことを特徴とする磁気ヒートポンプ装置。
9. 磁気熱量効果を有する磁気熱量効果材料と、
   第１の流体と熱交換を行う第１の熱交換部と、
   第２の流体と熱交換を行う第２の熱交換部と、
   前記磁気熱量効果材料と前記第１の熱交換部との間に介在する第１のペルチェ素子と、
   前記磁気熱量効果材料と前記第２の熱交換部との間に介在する第２のペルチェ素子と、
   前記磁気熱量効果材料に磁場を印加すると共に前記磁場の大きさを変更する磁場変更手段と、を備える磁気ヒートポンプ装置であって、
   前記磁気ヒートポンプ装置は、
   前記磁気熱量効果材料の温度を計測する温度計測手段と、
   前記磁気熱量効果材料の温度に基づいて、前記第１のペルチェ素子と前記第２のペルチェ素子を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする磁気ヒートポンプ装置。
10. 複数の磁気熱量効果材料と、
    第１の流体と熱交換を行う第１の熱交換部と、
    第２の流体と熱交換を行う第２の熱交換部と、
    前記磁気熱量効果材料と前記第１の熱交換部との間に介在する第１のペルチェ素子と、
    前記磁気熱量効果材料と前記第２の熱交換部との間に介在する第２のペルチェ素子と、
    複数の前記磁気熱量効果材料の間にそれぞれ介在する少なくとも一つの第３のペルチェ素子と、
    複数の前記磁気熱量効果材料に磁場を印加すると共に前記磁場の大きさを変更する磁場変更手段と、を備える磁気ヒートポンプ装置であって、
    前記磁気ヒートポンプ装置は、
    前記磁気熱量効果材料の温度を計測する温度計測手段と、
    前記磁気熱量効果材料の温度に基づいて、前記第１のペルチェ素子と前記第２のペルチェ素子を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする磁気ヒートポンプ装置。
11. 請求項２又は４に記載の磁気ヒートポンプ装置であって、
    前記磁気ヒートポンプ装置は、
    前記磁気熱量効果材料の温度を計測する温度計測手段と、
    前記磁気熱量効果材料の温度に基づいて、前記第１の切替手段と前記第２の切替手段を
    制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする磁気ヒートポンプ装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の磁気ヒートポンプ装置を備えていることを特徴とする空気調和装置。

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