JP6369299B2 - 磁気熱量素子および熱磁気サイクル装置 - Google Patents

Description

ここに開示される発明は、磁気熱量素子およびそれを用いた熱磁気サイクル装置に関する。

特許文献１−４には、磁性体の磁気熱量効果を利用する装置が記載されている。この装置は、高い磁気熱量効果を発揮する磁気熱量素子と呼ばれる磁性体を利用している。例えば、特許文献２には、低温端と高温端との間に、複数のブロックを直列的に配列した装置が開示されている。この装置では、ひとつのブロックが、それに割り当てられた温度帯において高い磁気熱量効果を発揮するように設計されている。さらに、この装置は、全温度範囲にわたって磁気熱量効果を発揮する始動用の素子を備える。このため、ひとつのブロックには、複数の種類の材料からなる複数の素子部材が配置されている。

特許第５３５１２７５号公報 特表２０１２−５０３７５４号公報 米国特許第８４４８４５３号明細書 特開２０１２−２２９６３４号明細書（段落０１０１）

従来の装置では、ひとつのブロックが磁気熱量効果を発揮する温度帯と、そのブロックに隣接する他のブロックが磁気熱量効果を発揮する温度帯とが重複している。この重複温度帯は、それら隣接する２つのブロックが、それら２つのブロックにわたる連続した温度勾配を作り出すために貢献する。しかし、ブロックを形成する磁気熱量材料のロット毎の性能差など、多様な原因に起因して、上記重複温度帯が変化することがある。所定の重複温度帯が得られない場合、それらブロックは所定の性能を発揮できない場合がある。

例えば、複数のブロックがそれらにわたる連続した温度勾配を作り出す場合、狭い重複温度帯は、温度勾配の生成を妨げる。このため、求められる温度勾配を作り出せない場合、または求められる温度勾配が提供されるまでに予想以上の長時間を要することがある。

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、磁気熱量素子および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、複数のブロックの間において連続した温度勾配を発生しやすい磁気熱量素子および熱磁気サイクル装置を提供することである。

発明の目的の他のひとつは、磁気熱量材料の性能差を許容できる磁気熱量素子および熱磁気サイクル装置を提供することである。

発明の目的のさらに他のひとつは、磁気熱量材料の性能差に対して高いロバスト性をもつ磁気熱量素子および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、磁気熱量素子（５）が提供される。磁気熱量素子（５）は、第１温度帯において磁気熱量効果を発揮する第１材料により形成された第１ブロックと、第１温度帯と部分的に重複する第２温度帯において磁気熱量効果を発揮する第２材料により形成された第２ブロックとを含む複数のブロック（６１−６６）を有する。発明は、第１ブロックと第２ブロックとの間の隣接部分に設けられ、第１材料と、第２材料とが混合状態で配置された混合部（Ｍ１２−１０Ｍ１２）を有し、第１ブロックは第１材料により形成された複数の第１素子部材の集合体として形成されており、第２ブロックは第２材料により形成された複数の第２素子部材の集合体として形成されており、混合部において、熱を輸送するための熱輸送媒体の流れ方向（ＦＤ）と垂直な方向（ＷＤ、ＳＤ）に関して第１素子部材と第２素子部材とが重複して配置されており、第１素子部材および第２素子部材は、積層して配置される板状であり、第１素子部材および第２素子部材は、混合部にわたって広がり、流れ方向（ＦＤ）に対して傾斜する斜面（６０ｃ、２６０ｃ、３６０ｃ、４６０ｃ）を有することを特徴とする。

この発明によると、第１ブロックと第２ブロックとの間の隣接部分には、混合部が設けられる。混合部では、第１ブロックを形成する第１材料と、第２ブロックを形成する第２材料とが混合状態で配置されている。よって、混合部においては、第１材料と、第２材料とが磁気熱量効果を発揮する。この結果、第１材料と第２材料とが、一方向に、または双方向に、磁気熱量効果の発生を補助する。よって、第１材料の磁気熱量効果と、第２材料の磁気熱量効果との繋がりが、第１材料と第２材料との機械的な配置によって改善される。例えば、第１材料および第２材料が温度勾配を生成するように利用される場合、複数のブロックの間における連続した温度勾配の生成が改善される。混合部においては、第１材料の磁気熱量効果によって得られる温度が、第２材料における磁気熱量効果の発生を促進するように補助する。第１材料または第２材料の磁気熱量効果が狙い値からずれても、そのようなずれを許容して、複数のブロックにわたる連続した温度勾配を発生することができる。

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。熱磁気サイクル装置は、上記磁気熱量素子と、磁気熱量素子に供給される磁場が増減するように変調する磁場変調装置（６）と、低温端と高温端との間において磁気熱量素子と熱交換する熱輸送媒体の往復流を生成させる熱輸送装置（７）とを備える。

発明を実施するための第１実施形態に係る磁気熱量効果型ヒートポンプ装置（以下、ＭＨＰ装置という）を含む車両用空調装置を示すブロック図である。 第１実施形態のＭＨＰ装置の断面図である。 第１実施形態のＭＨＰ装置の断面図である。 第１実施形態の磁気熱量素子（ＭＣＥ素子）を示す分解斜視図である。 第１実施形態のＭＣＥ素子の一部を示す平面図である。 第１実施形態のＭＣＥ素子を示す断面図である。 第１実施形態のＭＣＥ素子の占有比率を示すグラフである。 第１実施形態のＭＣＥ素子の性能を示すグラフである。 比較例のＭＣＥ素子の一部を示す平面図である。 比較例のＭＣＥ素子を示す断面図である。 比較例のＭＣＥ素子の占有比率を示すグラフである。 比較例のＭＣＥ素子の性能を示すグラフである。 発明の第２実施形態のＭＣＥ素子の一部を示す平面図である。 第２実施形態のＭＣＥ素子を示す断面図である。 第２実施形態のＭＣＥ素子の占有比率を示すグラフである。 発明の第３実施形態のＭＣＥ素子の一部を示す平面図である。 第３実施形態のＭＣＥ素子を示す断面図である。 第３実施形態のＭＣＥ素子の占有比率を示すグラフである。 発明の第４実施形態のＭＣＥ素子の一部を示す平面図である。 第４実施形態のＭＣＥ素子を示す断面図である。 第４実施形態のＭＣＥ素子の占有比率を示すグラフである。 発明の第５実施形態のＭＣＥ素子の一部を示す平面図である。 第５実施形態のＭＣＥ素子を示す断面図である。 第５実施形態のＭＣＥ素子の占有比率を示すグラフである。 発明の第６実施形態のＭＣＥ素子の一部を示す平面図である。 第６実施形態のＭＣＥ素子を示す断面図である。 第６実施形態のＭＣＥ素子の占有比率を示すグラフである。 発明の第７実施形態のＭＣＥ素子の一部を示す平面図である。 第７実施形態のＭＣＥ素子を示す断面図である。 第７実施形態のＭＣＥ素子の占有比率を示すグラフである。 発明の第８実施形態のＭＣＥ素子の一部を示す斜視図である。 発明の第９実施形態のＭＣＥ素子の一部を示す斜視図である。 発明の第１０実施形態のＭＣＥ素子の一部を示す分解斜視図である。

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、車両に搭載され、車両の乗員室の温度を調節する。車両用空調装置１は、２つの熱交換器３、４を備える。熱交換器３は、熱交換器４より低温になる低温側熱交換器である。熱交換器４は、熱交換器３より高温になる高温側熱交換器である。車両用空調装置１は、熱交換器３および／または熱交換器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。すなわち、熱交換器３は冷却器として用いることができる。また、熱交換器４は加熱器として用いることができる。

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を有する。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。

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。例えば、車両用空調装置１が冷房装置として利用されるとき、ＭＨＰ装置２は、冷熱供給源として作動させられる。この場合、熱交換器３は室内熱交換器を提供する。熱交換器４は、室外の空気に熱を放出する放熱器として機能する。室内の空気と室外の空気との温度差が冷房のための熱負荷に相当する。車両用空調装置１が暖房装置として利用されるとき、ＭＨＰ装置２は、温熱供給源として作動させられる。この場合、熱交換器４は室内熱交換器を提供する。熱交換器３は、室外の空気から熱を吸収する吸熱器として機能する。室内の空気と室外の空気との温度差が暖房のための熱負荷に相当する。

ＭＨＰ装置２は、磁気熱量素子５の磁気熱量効果を利用することによって低温と高温とを生成する。磁気熱量素子５は、ＭＣＥ（Magneto-Caloric Effect）素子５とも呼ばれる。なお、この明細書では、ＭＣＥ素子の語は、最小単位または集合体を指すように多様に使われることがある。

ＭＣＥ素子５は、作業室内に、熱輸送媒体と熱交換するように配置されている。ＭＣＥ素子５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５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５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５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５は、熱機器として必要な性能を発揮するように、所定の高効率温度帯において高い磁気熱量効果を発揮する。磁気熱量効果は、磁場の変化の下での発熱量および／または吸熱量によって示される。図示されるＭＣＥ素子５は、低温端１１から高温端１２に向けて高効率温度帯が段階的に徐々に高くなる階段状の特性を有する。ＭＣＥ素子５の磁気熱量材料は、必要な性能を発揮するように選定されている。ＭＣＥ素子５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５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、磁場変調装置６を備える。磁場変調装置６は、ＭＣＥ素子５に印加される磁場の強さを周期的に増減させる。磁場変調装置６は、ＭＣＥ素子５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６は、ＭＣＥ素子５を強い磁界内に置く励磁状態と、ＭＣＥ素子５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６は、ＭＣＥ素子５が強い外部磁場の中に置かれる励磁期間、およびＭＣＥ素子５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６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５への磁場の印加と除去とを繰り返す。磁場変調装置６は、外部磁場を生成するための磁力源７０、例えば永久磁石、または電磁石を備える。

ＭＨＰ装置２は、熱輸送装置７を備える。熱輸送装置７は、ＭＣＥ素子５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７は、ＭＣＥ素子５と熱交換する熱輸送媒体をＭＣＥ素子５に沿って流す装置である。熱輸送装置７は、ＭＣＥ素子５に沿って熱輸送媒体を往復的に流す。熱輸送装置７は、磁場変調装置６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７は、磁場変調装置６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５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７は、熱輸送媒体を流すためのポンプ３０を備える。

磁場変調装置６と熱輸送装置７とは、ＭＣＥ素子５をＡＭＲ(Active Magnetic Refrigeration)サイクルの素子として機能させる。熱輸送装置７によってＭＣＥ素子５に沿って第１方向に熱輸送媒体が流されるときに、磁場変調装置６はＭＣＥ素子５に強い磁場を印加する。第１方向は、低温端１１から高温端１２に向かう方向である。熱輸送装置７によってＭＣＥ素子５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されるとき、磁場変調装置６は、ＭＣＥ素子５に弱い磁場またはゼロ磁場を印加する。第２方向は、高温端１２から低温端１１に向かう方向である。磁場変調装置６および熱輸送装置７に関しては、多様な構成を採用することができ、それらの装置に関してはこの明細書に列挙された先行技術文献の記載を参照することができる。先行技術文献の記載内容は、この明細書に記載された技術的要素の説明として、参照によって導入ないし援用される。

ＭＨＰ装置２は、モータ２０と、ポンプ３０と、第１の磁気熱量装置ユニット４０と、第２の磁気熱量装置ユニット５０と、変速機８０、９０とを備える。モータ２０は、動力源である。モータ２０に代えて、内燃機関を含む多様な動力源を利用することができる。ポンプ３０は、ＭＣＥ素子と熱交換し熱を輸送するための熱輸送媒体の流れを生成する。第１の磁気熱量装置ユニット４０と、第２の磁気熱量装置ユニット５０とは、それぞれがＭＣＥ素子を収容している。磁気熱量装置ユニット４０、５０は、ＭＣＤ（Magneto-Caloric effect Device）ユニット４０、５０とも呼ばれる。変速機８０、９０は、熱輸送媒体の往復流と、後述の磁場変調装置による磁場の変動とを所定の同期状態に調節するために利用される。

ＭＨＰ装置２は、低温端１１に冷熱を供給し、高温端１２に温熱を供給する。ＭＨＰ装置２が運転されると、ＭＨＰ装置２に内蔵されたＭＣＥ素子５は、低温端１１において低温となり、高温端１２において高温となる。ＭＣＥ素子５が供給する冷熱と温熱とは、ポンプ３０によって流される熱輸送媒体によって輸送される。熱輸送媒体は、水である。以下、ＭＨＰ装置２の熱輸送媒体を作業水と呼ぶ。低温端１１から、低温の作業水が流れ出し、冷熱が外部に供給される。作業水は、外部に冷熱を供給した後に、低温端１１へ戻る。このとき、低温端１１に温熱が運び込まれる。高温端１２から、高温の作業水が流れ出し、温熱が外部に供給される。作業水は、外部に温熱を供給した後に、高温端１２へ戻る。このとき、高温端１２に冷熱が運び込まれる。

この実施形態では、ＭＨＰ装置２は、複数のＭＣＤユニット４０、５０を備える。低温側のＭＣＤユニット４０は、中間高温端１３に温熱を供給する。高温側のＭＣＤユニット５０は、中間低温端１４に冷熱を供給する。中間高温端１３と中間低温端１４との間は、変速機８０、９０、ポンプ３０、およびそれらの間に存在する熱輸送媒体によって熱的に結合されている。中間高温端１３と中間低温端１４との間には、低温端１１と高温端１２との間に所定の温度勾配を形成するために十分な熱的な結合が提供されている。

車両用空調装置１は、ＭＨＰ装置２と熱交換器３とを通る低温系統１５を備える。低温系統１５は、循環流路を有する。低温系統１５を流れる作業水は、ＭＨＰ装置２と熱交換器３との間で熱を輸送する。車両用空調装置１は、ＭＨＰ装置２と熱交換器４とを通る高温系統１６を備える。高温系統１６は、循環流路を有する。高温系統１６を流れる作業水は、熱交換器４とＭＨＰ装置２との間で熱を輸送する。

車両用空調装置１は、制御装置（ＣＮＴＲ）８を備える。制御装置８は、車両用空調装置１の制御可能な複数の要素を制御する。例えば、制御装置８は、ＭＨＰ装置２の作動と停止とを少なくとも切換えるようにモータ２０を制御する。また、制御装置８は、変速機８０、９０による回転速度および／または回転位相の変換状態を切換えるように変速機８０、９０を制御することができる。

制御装置は、電子制御装置（Electronic Control Unit）である。制御装置は、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（ＭＭＲ）とを有する。制御装置は、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している。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。制御装置は、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、制御装置によって実行されることによって、制御装置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装置を機能させる。制御装置は、多様な要素を提供する。それらの要素の少なくとも一部は、機能を実行するための手段と呼ぶことができ、別の観点では、それらの要素の少なくとも一部は、構成として解釈されるブロック、または構成として解釈されるモジュールと呼ぶことができる。

制御装置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、制御装置がハードウェアである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２は、第１実施形態のＭＨＰ装置２の断面図である。図３は、第１実施形態のＭＨＰ装置２の断面図である。図２は、図３に示されたＩＩ−ＩＩ断面を示す。図３は、図２に示されたＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す。

この実施形態では、ＭＣＥ素子５は、低温端１１と高温端１２との間に直列的に配列された複数のブロック６１−６６を有する。複数のブロック６１−６６は、温度勾配に沿って直列に配列されている。複数のブロック６１−６６は、それぞれの高能力温度帯によって、低温端１１と高温端１２との間の温度差を分担するように配置されている。

複数のブロック６１−６６は、互いに部分的に重複するように設定された複数の温度帯において磁気熱量効果を発揮する複数の材料によってそれぞれ形成されている。例えば、第１ブロック６１は、第１温度帯において磁気熱量効果を発揮する第１材料により形成されている。第２ブロック６２は、第１温度帯と部分的に重複する第２温度帯において磁気熱量効果を発揮する第２材料により形成されている。複数のブロック６１−６６は、互いにキュリー温度が異なる材料によって提供されている。複数のブロック６１−６６は、温度勾配に沿って、キュリー温度の順で配置されている。

ＭＣＤユニット４０に含まれる複数のブロック６１−６３は、部分ブロック群４９を提供する。ブロック６１−６３は、低温端１１と中間高温端１３との間に直列に配列されている。ＭＣＤユニット５０に含まれる複数のブロック６４−６６は、部分ブロック群５９を提供する。ブロック６４−６６は、中間低温端１４と高温端１２との間に直列に配列されている。

部分ブロック群４９、５９は、それらの間における十分な熱的な結合によって、一連のブロック群６０を提供する。ＭＣＤユニット４０、５０は、熱的に直列接続された複数の部分ブロック群４９、５９を有する。ＭＣＤユニット４０、５０は、熱的に並列接続された複数のブロック群６０を有する。

隣接する２つのブロックの間には、混合部Ｍ１２、Ｍ２３、Ｍ４５、Ｍ５６が設けられている。混合部Ｍ１２、Ｍ２３、Ｍ４５、Ｍ５６は、作業水の流れ方向に関して、２つのブロックの間に設けられている。言い換えると、混合部Ｍ１２、Ｍ２３、Ｍ４５、Ｍ５６は、２つのブロックの配列方向に関して、２つのブロックの間に設けられている。これら混合部Ｍ１２、Ｍ２３、Ｍ４５、Ｍ５６は、隣接する２つのブロックを形成する磁気熱量材料の単位部材を混合的に配置することによって提供される。

なお、混合部Ｍ１２、Ｍ２３、Ｍ４５、Ｍ５６は、その両側に本来のブロックの材料だけで形成された非混合部を残すように形成される。よって、部分ブロック群４９、５９の全体、またはブロック群６０の全体が混合部によって形成されることはない。例えば、混合部Ｍ１２の両側には、第１ブロック６１を形成する磁気熱量材料によって提供され、隣接する第２ブロック６２を形成する磁気熱量材料を含まない非混合部と、第２ブロック６２を形成する磁気熱量材料によって提供され、隣接する第１ブロック６１を形成する磁気熱量材料を含まない非混合部とが設けられている。

なお、第１ブロック６１が担当する温度帯と第２ブロック６２が担当する温度帯との両方に跨る広い温度帯において高い磁気熱量効果を発揮する磁気熱量材料が、第１材料および第２材料に加えて、併用されてもよい。このような磁気熱量材料は、装置の起動を支援する。このような起動用の磁気熱量材料は、混合部にも配置されてもよい。かかる場合、起動用の磁気熱量材料は、広い温度帯において磁気熱量効果を発揮するから、第１ブロック６１のための磁気熱量材料、および第２ブロック６２のための磁気熱量材料からは、明確に区別することができる。

モータ（ＭＴＲ）２０は、車載の電池によって駆動される。モータ２０は、ポンプ３０を駆動する。これにより、モータ２０とポンプ３０とは、作業水の往復的な流れを生じさせる。ポンプ３０は、後述の逆止弁を含む弁機構とともに熱輸送装置７を提供する。

モータ２０は、ＭＣＤユニット４０、５０における磁力源７０として設けられた永久磁石４５、５５を回転駆動する。これにより、モータ２０とＭＣＤユニット４０、５０とは、ＭＣＥ素子５へ外部磁場を印加する状態と、ＭＣＥ素子５から外部磁場を除去した状態（外部磁場を印加しない状態）との間での交互切換を生じさせる。永久磁石４５、５５、その回転機構、および磁路を形成する部材は、磁場変調装置６を提供する。

ポンプ３０は、ＭＣＥ素子５をＡＭＲ(Active Magnetic Refrigeration)サイクルとして機能させるための作業水の往復流をＭＣＤユニット４０、５０内に生じさせる。往復流は、作業水がＭＣＤユニット４０、５０のそれぞれにおいて、高温端と低温端との間を往復する流れである。さらに、ポンプ３０は、ＭＣＤユニット４０、５０によって得られた冷熱および／または温熱を、外部に供給するための作業水の循環流を生じさせる。循環流は、低温系統１５と高温系統１６とを流れる。この実施形態では、ポンプ３０は、往復流と、循環流との両方を生じさせる。ポンプ３０は、低温側外部循環流と、高温側外部循環流との両方を生じさせる。

ポンプ３０は、容積型の往復流ポンプである。ポンプ３０は、ラジアル型のピストンポンプである。ポンプ３０は、円筒状または円柱状と呼びうるハウジング３１を備える。ハウジング３１は、その中心軸上に回転軸３２を回転可能に支持している。ハウジング３１は、少なくともひとつのシリンダ３３を区画形成している。ハウジング３１は、５つのシリンダ３３を区画形成している。ポンプ３０は５気筒のピストンポンプを提供する。ハウジング３１は、カム板３４を収容している。カム板３４は、ハウジング３１の中心軸に対して偏心したカム面を提供する。カム板３４は、回転軸３２とともに回転するように回転軸３２に連結されている。シリンダ３３には、ピストン３５が配置されている。カム板３４は、ピストン３５を往復駆動するようにピストン３５と作動的に連結されている。

一組のシリンダ３３とピストン３５とは、中間高温端１３から低温端１１へ向かう作業水の流れと、中間低温端１４から高温端１２へ向かう作業水の流れとを同時に生成する。また、一組のシリンダ３３とピストン３５とは、低温端１１から中間高温端１３へ向かう作業水の流れと、高温端１２から中間低温端１４へ向かう作業水の流れとを同時に生成する。一組のシリンダ３３とピストン３５とは、部分ブロック群４９と部分ブロック群５９との両方に対応している。

ＭＣＤユニット４０と、ＭＣＤユニット５０とは、ポンプ３０の両側に分かれて配置されている。ＭＣＤユニット４０、５０は、円筒状または円柱状と呼びうるハウジング４１、５１を備える。ハウジング４１、５１は、その中心軸上に回転軸４２、５２を回転可能に支持する。ハウジング４１、５１は、回転軸４２、５２の周囲に、円柱状の空間である磁石収容室４３、５３を区画形成している。回転軸４２、５２には、ロータコア４４、５４が固定されている。ロータコア４４、５４は、その周方向に沿って磁束を通しやすい範囲と、磁束を通しにくい範囲とを形成するように構成されている。ロータコア４４、５４は、その断面において、少なくともひとつの扇状部分を有する。この実施形態では、ロータコア４４、５４は、２つの扇状部分を有する。ロータコア４４、５４には、永久磁石４５、５５が固定されている。永久磁石４５、５５は、部分円筒状であり、その断面が扇型である。永久磁石４５、５５は、ロータコア４４、５４の扇状部分の外周面に固定されている。

ロータコア４４、５４と永久磁石４５、５５とは、それらの周囲に、永久磁石４５、５５が提供する外部磁場が強くなる領域と、永久磁石４５、５５が提供する外部磁場が弱くなる領域とを形成する。外部磁場が弱くなる領域では、外部磁場がほぼ除去された状態が提供される。ロータコア４４、５４と永久磁石４５、５５とは、回転軸４２、５２の回転に同期して回転する。よって、外部磁場が強い領域と、外部磁場が弱い領域とは、回転軸４２、５２の回転に同期して回転する。この結果、ロータコア４４、５４と永久磁石４５、５５との周囲の一点においては、外部磁場が強く印加される期間と、外部磁場が弱くなりほぼ除去された期間とが繰り返して生じる。したがって、ロータコア４４、５４と永久磁石４５、５５とは、外部磁場の印加および除去を繰り返す磁場印加除去手段を提供する。ロータコア４４、５４と永久磁石４５、５５とは、磁場変調装置６を提供する。

ハウジング４１、５１は、磁石収容室４３、５３の径方向外側に、等間隔に配置された複数の作業室４６、５６を区画形成している。この実施形態では、ひとつのハウジング４１、５１は、５つの作業室４６、５６を区画形成している。それぞれの作業室４６、５６は、ハウジング４１、５１の軸方向に沿って長手方向を有する柱状空間を形成している。ひとつの作業室４６、５６は、ひとつのシリンダ３３だけに対応するように設けられている。ひとつのシリンダ３３の両側に、作業室４６と作業室５６とが配置されている。

作業室４６、５６は、その一端に作業水が出入りする第１の出入口部を有する。第１の出入口部は、熱交換器３、４へ作業水を供給する出口と、熱交換器３、４から戻る作業水を受け入れる入口とを有する。出口には、作業室４６、５６からの作業水の流出だけを許容する逆止弁４７、５７が設けられている。入口には、作業室４６、５６への作業水の流入だけを許容する逆止弁４８、５８が設けられている。これら逆止弁４７、４８、５７、５８は、リードバルブ、またはボールバルブによって提供することができる。これら逆止弁４７、４８、５７、５８は、往復流を生成するための弁機構を提供する。作業室４６、５６は、その他端にポンプ３０に連通する第２の出入口部を有する。第２の出入口部は、ひとつのシリンダ３３とひとつのピストン３５とによって形成されるひとつのポンプ室だけと連通している。

作業室４６、５６は、熱を輸送するための媒体としての作業水が流通する流路を提供する。作業室４６、５６内には、その長手方向に沿って作業水が流れる。作業水は、作業室４６、５６内を長手方向に沿って往復するように流れる。さらに、作業室４６、５６は、ＭＣＥ素子５を収容する収容室を提供する。

変速機８０は、回転軸３２と回転軸４２との間に設けられている。変速機８０は、回転軸３２と回転軸４２との間の回転速度、および／または回転位相を調節する。変速機９０は、回転軸３２と回転軸５２との間に設けられている。変速機９０は、回転軸３２と回転軸５２との間の回転速度、および／または回転位相を調節する。この実施形態では、回転軸４２にモータ２０が接続されている。変速機８０、９０は、ＡＭＲサイクルが実現されるようにポンプ３０とＭＣＤユニット４０、５０とが運転されるように、回転軸３２と、回転軸４２と、回転軸５２との回転関係を調節する。

図４はＭＣＥ素子５を提供するひとつの部分ブロック群４９を示す分解斜視図である。部分ブロック群４９は、素子ベッドとも呼ばれることがある。図中には、ＭＣＤユニット４０内の部分ブロック群４９が例示されている。ＭＣＤユニット５０内の部分ブロック群５９も、図示と同様に構成されている。

ＭＣＥ素子５を提供する部分ブロック群４９は、作業水の流れ方向ＦＤ、すなわち温度勾配の方向に沿って直列的に配列された複数のブロック６１、６２、６３を有する。複数のブロック６１、６２、６３は、それらの間に隙間を形成して、または互いに密着して配列されている。流れ方向ＦＤに沿って隣接する２つのブロックの間には、作業水の流れを補助するためのスペーサ部材を設けてもよい。スペーサ部材は、巨大な磁気熱量効果をもたない材料によって提供することができる。

複数のブロック６１、６２、６３のそれぞれは、複数の素子部材６０ａを有する。素子部材６０ａは、薄い板状である。素子部材６０ａは、磁気熱量材料で形成された最小単位としての単位部材である。素子部材６０ａは、素子片、素子板、素子ピースなどとも呼ぶことができる。

ひとつのブロック内においては、複数の素子部材６０ａは、流れ方向ＦＤに直交する積層方向ＳＤに沿って積層的に配置されている。

素子部材６０ａは、磁気熱量材料によって形成されている。素子部材６０ａを形成する磁気熱量材料は、その素子部材６０ａが形成するブロックが担当する温度帯に適した磁気熱量材料である。言い換えると、ひとつのブロックを形成する複数の素子部材６０ａは、そのブロックが担当する温度帯において高い磁気熱量効果を発揮する磁気熱量材料によって形成されている。例えば、第２ブロック６２を形成する素子部材６０ａは、定格運転において予定された温度分布の下で、第２ブロック６２が置かれる温度帯において、高い磁気熱量効果を発揮する磁気熱量材料で作られている。なお、ひとつのブロックを構成する複数の素子部材６０ａの磁気熱量効果の間には、無視しうる誤差、または不可避の誤差が存在する。よって、ひとつのブロックを構成する複数の素子部材６０ａは完全に同一である必要はない。

複数の素子部材６０ａは、求められる機能に適合した多様な形状を有することができる。複数の素子部材６０ａのほとんどは、作業水の流路６０ｂを有する。流路６０ｂは、素子部材６０ａに形成された溝によって提供される。流路６０ｂは、積層方向ＳＤに隣接する２つの素子部材６０ａの間に設けられる。流路６０ｂは、素子部材６０ａと作業水との間における高い熱交換性能を提供するマイクロチャンネルによって提供される。マイクロチャンネルは、素子部材６０ａの間に形成された薄い流路である。積層方向ＳＤの端部に配置された素子部材６０ａは、溝を持たない板状である。

複数の素子部材６０ａは、その流れ方向ＦＤの端部において、多様な形状を有することができる。複数の素子部材６０ａのうち、少なくとも一部の素子部材６０ａは、流れ方向ＦＤに対して斜めの斜面６０ｃを有する。一部の素子部材６０ａは、流れ方向ＦＤに対して垂直な垂直面を有することができる。

斜面６０ｃは、ひとつのブロックの流れ方向ＦＤにおける端部を提供する素子部材６０ａに形成されている。斜面６０ｃは、ひとつのブロックの流れ方向ＦＤの端部に形成されている。斜面６０ｃは、ひとつのブロックを形成する複数の素子部材６０ａのうち、隣接する他のブロックに対向する素子部材６０ａの、当該対向面に形成されている。斜面６０ｃは、流れ方向ＦＤに関して隣接する２つのブロックの間に対応して設けられている。流れ方向ＦＤに関して隣接する２つの素子部材６０ａのそれぞれに斜面６０ｃは設けられている。ひとつのブロックに設けられた斜面６０ｃと、隣接する他のブロックに設けられた斜面６０ｃとは、互いに平行に形成されている。

ひとつのブロックに設けられた斜面６０ｃと、隣接する他のブロックに設けられた斜面６０ｃとは、それらブロックに楔形状の部分を形成する。これら楔形状の部分は、互いに噛み合わせることができる形状である。

隣接する２つのブロックは、それらが提供する楔形状の部分を噛み合わせるように位置づけられる。言い換えると、隣接する２つのブロックは、流れ方向ＦＤと垂直な方向、例えば幅方向ＷＤに関して、それらが互いに重複するように配置される。この結果、混合部Ｍ１２、Ｍ２３が形成される。上記斜面６０ｃは、混合部Ｍ１２、Ｍ２３にわたって広がり、流れ方向ＦＤに対して傾斜している。混合部Ｍ１２、Ｍ２３では、隣接する２つのブロックを形成する素子部材６０ａが混合状態で配置される。この実施形態では、隣接する２つのブロックを形成する素子部材６０ａが幅方向ＷＤに関して重複的に配置される。

混合部Ｍ１２、Ｍ２３では、ひとつのブロックを形成する素子部材６０ａが占める割合が、そのブロックから他のブロックに向けて減少する。この実施形態では、斜面６０ｃによって、ひとつのブロックを形成する素子部材６０ａが占める割合は、そのブロックから他のブロックに向けて連続的に徐々に減少する。

第１ブロック６１は磁気熱量材料である第１材料により形成された複数の第１素子部材６１ａ、６１ｂの集合体として形成されている。素子部材６１ａは、ひとつの角が直角の台形である。素子部材６１ａは、隣の第２ブロック６２と対向する端面に、斜面６０ｃを有する。素子部材６１ａは、素子部材６１ａと対向する端面に流れ方向ＦＤに直交する垂直面を有する。素子部材６１ｂは、正方形または長方形である。素子部材６１ｂは、その両端面に垂直面を有する。素子部材６１ａ、６１ｂは、部分ブロック群４９の端部に垂直面を形成することを可能とする。素子部材６１ｂは、第１ブロック６１の体積を調節するために貢献する。

第２ブロック６２は磁気熱量材料である第２材料により形成された複数の第２素子部材６２ａの集合体として形成されている。素子部材６２ａは、隣のブロック６１、６３と対向する両方の端面に、斜面６０ｃを有する。素子部材６２ａは、菱形、または平行四辺形である。素子部材６２ａは、互いに隣接する３つのブロック６１、６２、６３のうちの中央の第２ブロック６２を提供するために好適である。

第３ブロック６３は、素子部材６３ａと、素子部材６３ｂとによって形成されている。素子部材６３ａは、ひとつの角が直角の台形である。素子部材６３ａは、隣の第２ブロック６２と対向する端面に、斜面６０ｃを有する。素子部材６３ａは、素子部材６３ａと対向する端面に流れ方向ＦＤに直交する垂直面を有する。素子部材６３ｂは、正方形または長方形である。素子部材６３ｂは、その両端面に垂直面を有する。素子部材６３ａ、６３ｂは、部分ブロック群４９の端部に垂直面を形成することを可能とする。素子部材６３ｂは、第３ブロック６３の体積を調節するために貢献する。

この構成では、素子部材６１ａと素子部材６２ａとが、それらの斜面６０ｃを互いに対向させ、かつ、接近させて配置されることによって、それらの間に混合部Ｍ１２が形成される。同様に、素子部材６２ａと素子部材６３ａとが、それらの斜面６０ｃを互いに対向させ、かつ、接近させて配置されることによって、それらの間に混合部Ｍ２３が形成される。例えば、混合部Ｍ１２においては、第１素子部材６１ａと第２素子部材６２ａとが流れ方向ＦＤと垂直な方向ＷＤに関して重複して配置されている。

図５は、混合部Ｍ１２を示す平面図である。図中には、第１ブロック６１と第２ブロック６２との間の混合部Ｍ１２が代表的に図示されている。他の混合部も図示される構成を有している。以下の説明では、混合部Ｍ１２を代表例として説明する。

混合部Ｍ１２は、第１ブロック６１の楔形状部分と、第２ブロック６２の楔形状部分とを互いに噛み合わせることによって提供されている。この結果、第１ブロック６１と第２ブロック６２との間の混合部Ｍ１２においては、第１ブロック６１を形成する素子部材６１ａと、第２ブロック６２を形成する素子部材６２ａとが混合状態で存在する。混合部Ｍ１２においては、素子部材６１ａと素子部材６２ａとが、流れ方向ＦＤと垂直な垂直方向、例えば幅方向ＷＤに関して重複して位置している。

第１ブロック６１は、混合部Ｍ１２と、第１材料だけで形成された非混合部とを有する。第２ブロック６２は、混合部Ｍ１２と、第２材料だけで形成された非混合部とを有する。２つの非混合部は、混合部Ｍ１２の両側に配置されている。非混合部は、特定の温度帯において高い磁気熱量効果を発揮することにより、部分ブロック群４９および／またはブロック群６０の全体の性能を高くするために貢献する。この構成によると、隣接する２つのブロック６１、６２を形成する第１材料と第２材料とだけを用いて混合部Ｍ１２が提供される。

図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線における断面を示す。第１ブロック６１と第２ブロック６２とは、流れ方向ＦＤに対して傾斜した斜面６０ｃにおいて対向している。

図７は、磁気熱量材料が占める割合を示すグラフである。上段は、第１ブロック６１を形成する磁気熱量材料、すなわち素子部材６１ａを形成する磁気熱量材料が占める割合ＰＴ１を示す。下段は、第２ブロック６２を形成する磁気熱量材料、すなわち素子部材６２ａを形成する磁気熱量材料が占める割合ＰＴ２を示す。割合ＰＴ１は、混合部Ｍ１２内において、第１ブロック６１から第２ブロック６２に向けて徐々に減少する。割合ＰＴ２は、混合部Ｍ１２内において、第１ブロック６１から第２ブロック６２に向けて徐々に増加する。

図８は、第１ブロック６１と第２ブロック６２とが発揮する磁気熱量効果を示す。図中には、磁気熱量効果ΔＳ（Ｊ／ｋｇＫ）、温度Ｔｅｍｐ（℃）、および流れ方向ＦＤにおける長さＬ（ｍｍ）が図示されている。第１ブロック６１は、特性カーブＳＰ１を発揮する。

第２ブロック６２は、破線で示される特性カーブＳＰ０２を発揮することが望ましい。特性カーブＳＰ０２は、いわゆる設計上の狙い値である。この特性カーブＳＰ０２が得られる場合、特性カーブＳＰ１と特性カーブＳＰ０２とは、十分に広い温度範囲にわたって重複する。このため、第１ブロック６１と第２ブロック６２とによって、温度勾配ＴＧ２が提供される。

ところが、磁気熱量材料のロット毎の性能誤差などに起因して、特性カーブがずれることがある。例えば、第２ブロック６２は、特性カーブＳＰ０２を発揮することなく、特性カーブＳＰ２を発揮することがある。この場合、特性カーブＳＰ１と特性カーブＳＰ２との間の重複温度範囲は、小さい。この場合、隣り合う２つのブロック６１、６２が連続的な温度勾配を生成できないことがある。

しかし、この実施形態では、第１ブロック６１と第２ブロック６２とが、混合部Ｍ１２において重複して配置されている。言い換えると、隣接するブロックの間の温度軸上における連続性が、素子部材６０ａの機械的な配置によって補助されている。このため、第１ブロック６１は、その楔形状部分の先端部まで延びる温度勾配ＴＧ１を生成することができる。温度勾配ＴＧ１によって、混合部Ｍ１２における温度が、特性カーブＳＰ２の最低温度ＳＰ２ｍを上回る。このため、第２ブロック６２は特性カーブＳＰ２で示される磁気熱量効果を発揮する。よって、第２ブロック６２においても温度勾配が生成される。この結果、特性カーブＳＰ２であっても、温度勾配ＴＧ２が得られる。

図９、図１０、図１１、および図１２は、上記図５、図６、図７、図８にそれぞれ対応する図であり、比較例を示す。図１０は、図９のＸ−Ｘ線における断面を示す。第１ブロック６１を形成する素子部材Ｃ６１ａは、垂直面Ｃ６０ｃを有する。第２ブロック６２を形成する素子部材Ｃ６２ａは、垂直面Ｃ６０ｃを有する。これら複数の素子部材Ｃ６１ａ、Ｃ６２ａが提供する複数の垂直面Ｃ６０ｃは、流れ方向ＦＤに垂直な面上に配置されている。この結果、第１ブロック６１と第２ブロック６２とは、垂直面Ｃ６０ｃにおいて対向している。この構成では、割合ＰＴ１、ＰＴ２は、垂直面Ｃ６０ｃにおいて１段だけで変化する。

この比較例では、第１ブロック６１は、温度勾配ＴＧ１Ｃを生成する。第１ブロック６１は、垂直面Ｃ６０ｃまでしか温度勾配を生成できない。このため、第１ブロック６１が生成する温度は、隣の第２ブロック６２の特性カーブＳＰ２の最低温度ＳＰ２ｍを上回ることができない場合がある。この場合、第２ブロック６２は、特性カーブＳＰ２で示される磁気熱量効果を発揮できない。また、温度勾配ＴＧ１Ｃが最低温度ＳＰ２ｍをわずかに超えても、特性カーブＳＰ２では周囲の熱負荷に打ち勝って温度勾配を大きく成長させることができない。このため、第２ブロック６２では温度勾配ＴＧ２Ｃが得られるにとどまる。これではＭＨＰ装置２に必要な性能が発揮されない。

以上に述べた実施形態によると、ブロック群の中の少なくとも一部に、混合部Ｍ１２、Ｍ２３、Ｍ４５、Ｍ５６が形成される。混合部が設けられることにより、その混合部を提供するブロックは混合部の分だけ温度勾配の方向に沿って長く延在することになる。これにより、混合部を提供する一方のブロックを形成する磁気熱量材料が、ある温度帯において活性化され磁気熱量効果を発揮する場合、その材料により生成される温度差が拡大される。この結果、隣接する他方のブロックを形成する磁気熱量材料が作動可能な温度帯に到達する可能性が高められる。

代表的な第１ブロック６１と第２ブロック６２との間の隣接部分には、混合部Ｍ１２が設けられる。混合部Ｍ１２では、第１ブロック６１を形成する第１材料と、第２ブロック６２を形成する第２材料とが混合状態で配置されている。具体的には、第１材料と第２材料とは、幅方向ＷＤに関して重複して配置されている。よって、混合部Ｍ１２においては、第１材料と、第２材料とが磁気熱量効果を発揮する。この結果、第１材料と第２材料とが、一方向に、または双方向に、磁気熱量効果の発生を補助する。よって、第１材料の磁気熱量効果と、第２材料の磁気熱量効果との繋がりが、第１材料と第２材料との機械的な配置によって改善される。

例えば、第１材料および第２材料が温度勾配を生成するように利用される場合、複数のブロックの間における連続した温度勾配の生成が改善される。混合部Ｍ１２においては、第１材料の磁気熱量効果によって得られる温度が、第２材料における磁気熱量効果の発生を促進するように補助する。第１材料または第２材料の磁気熱量効果が狙い値からずれても、そのようなずれを許容して、複数のブロックにわたる連続した温度勾配を発生することができる。

この実施形態によると、カスケード接続された複数のブロックにおける隣接する２つの温度帯の重なりが擬似的に改善される。言い換えると、隣接する２つのブロックの間の繋がりが改善される。

複数のブロックを形成するために必要な複数種類の磁気熱量材料は、基本材料と呼ぶことができる。また、複数のブロックの温度帯に跨る広い温度帯において磁気熱量効果を発揮する起動用の磁気熱量材料は、付加的材料と呼ぶことができる。この実施形態によると、複数の基本材料によって混合部が形成されるから、基本材料によって、カスケード接続構造の温度軸上における連続性が改善される。よって、コスト、体格において有利な効果が得られる。

この実施形態によると、複数の基本材料によって混合部が形成されるから、狭い温度帯において高い磁気熱量効果を発揮する基本材料による有利な効果を十分に利用することができる。言い換えると、ピーキーな特性カーブを有する材料の使用が可能となる。例えば、上記付加的材料は、広い温度帯において低い磁気熱量効果を発揮することによって、起動直後の過渡運転時に効果を発揮する。しかし、設計時に想定された定格運転における所定の温度勾配が得られた後、すなわち定格運転状態およびその近傍における過渡運転状態においては、付加的材料の貢献は限定的である。むしろ、基本材料に代わって付加的材料が設けられる場合、定格運転状態における磁気熱量効果が損なわれる。これに対して、この実施形態によると、付加的材料の量を抑制すること、または無くすことができる。このため、定格運転状態およびその近傍における過渡運転状態において、基本材料による有利な効果を十分に利用することができる。

この実施形態では、ひとつのブロックを形成するための磁気熱量材料に性能上のばらつきがあっても、例えばキュリー温度のばらつきがあっても、複数のブロックの間に連続性を実現することができる。このため、磁気熱量材料の組成誤差、製造工程上のパラメータの誤差といった多様な誤差があっても、求められる温度勾配を生成することができる。よって、ロバスト性において優れた磁気熱量効果素子および熱磁気サイクル装置が提供される。

（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。上記実施形態では、一方向に傾斜した斜面６０ｃによって混合部が提供される。これに代えて、この実施形態では、Ｖ字形に延びる斜面２６０ｃによって混合部２Ｍ１２が形成される。

図１３、図１４、図１５は、図５、図６、図７にそれぞれ対応する。図１４は、図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線における断面を示す。混合部２Ｍ１２は、隣接するブロック６１、６２に設けられた凹状の斜面２６０ｃと、凸状の斜面２６０ｃとによって提供される。素子部材２６１ａに設けられた斜面２６０ｃは、Ｖ字形に延びる凹状の面である。素子部材２６２ａに設けられた斜面２６０ｃは、Ｖ字形に延びる凸状の面である。

この実施形態でも、隣接する２つのブロックを形成する素子部材が、流れ方向ＦＤに垂直な方向である幅方向ＷＤに関して機械的に重複して配置される。よって、隣接する２つのブロックの間に、それらの磁気熱量材料が混合状態で存在する混合部が形成される。また、隣接する２つのブロックの間において割合ＰＴ１、ＰＴ２が連続的に変化する。

（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、幅方向ＷＤに傾斜する斜面６０ｃによって混合部が提供される。これに代えて、この実施形態では、積層方向ＳＤに傾斜する斜面３６０ｃによって混合部３Ｍ１２が形成される。

図１６、図１７、図１８は、図５、図６、図７にそれぞれ対応する。図１７は、図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線における断面を示す。混合部３Ｍ１２は、隣接するブロック６１、６２に設けられた斜面３６０ｃによって提供される。それぞれの素子部材３６１ａ、３６２ａの流れ方向ＦＤの端面に斜面３６０ｃが形成されている。さらに、複数の素子部材３６１ａ、３６２ａは、斜面３６０ｃが積層方向ＳＤに沿って連続して延びるように、流れ方向ＦＤに関してずれて配置されている。このような形状は、複数の素子部材３６１ａ、３６２ａに異なる長さを与えるか、またはそれらをずらして配置することで実現できる。

この実施形態でも、隣接する２つのブロックを形成する素子部材が、流れ方向ＦＤに垂直な方向である積層方向ＳＤに関して機械的に重複して配置される。よって、隣接する２つのブロックの間に、それらの磁気熱量材料が混合状態で存在する混合部が形成される。また、隣接する２つのブロックの間において割合ＰＴ１、ＰＴ２が連続的に変化する。

（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、積層方向ＳＤに沿って連続する斜面３６０ｃによって混合部が提供される。これに代えて、この実施形態では、素子部材が提供する層ごとに設けられた斜面４６０ｃによって混合部４Ｍ１２が形成される。

図１９、図２０、図２１は、図５、図６、図７にそれぞれ対応する。図２０は、図１９のＸＸ−ＸＸ線における断面を示す。混合部４Ｍ１２は、隣接するブロック６１、６２に設けられた斜面４６０ｃによって提供される。それぞれの素子部材４６１ａ、４６２ａの流れ方向ＦＤの端面に斜面４６０ｃが形成されている。この実施形態では、ひとつの層をなす一対の素子部材４６１ａ、４６２ａに設けられた斜面４６０ｃの長さが混合部４Ｍ１２の長さに相当する。この実施形態では、複数の素子部材４６１ａ、４６２ａのそれぞれが、斜面４６０ｃによって噛み合わせ可能な凸凹形状を与えられ、それらが配置されることによって混合部４Ｍ１２が形成されている。

この実施形態でも、先行する実施形態と同様の構成が提供されるから、同様の作用効果が得られる。

（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、斜面によって混合部が提供される。これに代えて、この実施形態では、複数の素子部材５６１ａ、５６２ａを階段状に配置することによって混合部５Ｍ１２が形成される。

図２２、図２３、図２４は、図５、図６、図７にそれぞれ対応する。図２３は、図２２のＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ線における断面を示す。この実施形態では、複数の素子部材５６１ａ、５６２ａは、垂直面５６０ｃを有する。複数の素子部材５６１ａ、５６２ａは、複数の素子部材５６１ａ、５６２ａの端部が３段以上の複数の階段形状を形成するように、流れ方向ＦＤに関してずれて配置されている。このような形状は、複数の素子部材５６１ａ、５６２ａに異なる長さを与えるか、またはそれらをずらして配置することで実現できる。階段形状の段数は、素子部材５６１ａ、５６２ａの数に対応する。

この実施形態では、ひとつのブロックを形成する素子部材が占める割合ＰＴ１、ＰＴ２は、そのブロックから他のブロックに向けて、複数の段をもつ階段形状５６０ｅによって、段階的に変化する。この実施形態でも、隣接する２つのブロックを形成する素子部材が、流れ方向ＦＤに垂直な方向である積層方向ＳＤに関して機械的に重複して配置される。よって、隣接する２つのブロックの間に、それらの磁気熱量材料が混合状態で存在する混合部５Ｍ１２が形成される。

（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、階段形状５６０ｅによって混合部が提供される。これに代えて、この実施形態では、複数の素子部材６６１ａ、６６２ａが２段の階段形状に配置されることによって混合部６Ｍ１２が形成される。

図２５、図２６、図２７は、図５、図６、図７にそれぞれ対応する。図２６は、図２５のＸＸＶＩ−ＸＸＶＩ線における断面を示す。この実施形態では、複数の素子部材６６１ａ、６６２ａは、垂直面６６０ｃを有する。複数の素子部材６６１ａ、６６２ａは、複数の素子部材６６１ａ、６６２ａの端部が２段の階段形状となるように、流れ方向ＦＤに関してずれて配置されている。

この実施形態では、割合ＰＴ１、ＰＴ２は、そのブロックから他のブロックに向けて、中間値を経由して２段に変化する。この実施形態でも、先行する実施形態と同様の構成が提供されるから、同様の作用効果が得られる。

（第７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、複数の素子部材が複数の階段状に配置されることによって混合部が提供される。これに代えて、この実施形態では、複数の素子部材７６１ａ、７６２ａが凸凹形状に配置されることによって混合部７Ｍ１２が形成される。

図２８、図２９、図３０は、図５、図６、図７にそれぞれ対応する。図２９は、図２８のＸＸＩＸ−ＸＸＩＸ線における断面を示す。この実施形態では、複数の素子部材７６１ａ、７６２ａは、垂直面７６０ｃを有する。複数の素子部材７６１ａ、７６２ａは、複数の素子部材７６１ａ、７６２ａの端部が流れ方向ＦＤに沿って凹凸形状となるように、流れ方向ＦＤに関してずれて配置されている。言い換えると、複数の素子部材７６１ａ、７６２ａは、混合部７Ｍ１２の範囲内において、流れ方向ＦＤと交差する方向ＳＤに関して交互に配置されている。なお、複数の素子部材７６１ａ、７６２ａは、ひとつづつ、または複数づつで交互に配置することができる。

この実施形態でも、先行する実施形態と同様の構成が提供されるから、同様の作用効果が得られる。

（第８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、複数の素子部材が流れ方向ＦＤと平行に配置されている。これに代えて、この実施形態では、複数の素子部材８６１ａ、８６２ａは、流れ方向ＦＤに対して傾斜するように配置される。

図３１は、隣接する２つのブロック６１、６２の配置を示す模式的な斜視図である。複数の素子部材８６１ａ、８６２ａは、流れ方向ＦＤに対して傾斜するように、流れ方向ＦＤの端部を積層方向ＳＤ、すなわち図中の上下方向にややずらして配置されている。混合部８Ｍ１２は、素子部材８６１ａの端部と素子部材８６２ａの端部とを積層方向ＳＤに関して重複させて配置することによって形成されている。複数の素子部材８６１ａ、８６２ａの間には隙間が設けられている。これらの隙間は、作業水の流路８６０ｂを提供する。

この構成によると、先行する実施形態と同様の構成が提供されるから、同様の作用効果が得られる。さらに、作業水が傾斜した素子部材８６１ａ、８６２ａに沿って流れるから、複雑な流れが得られる。例えば、素子部材８６１ａ、８６２ａにおける段差は、作業水の乱流を生じ、熱交換を促進する。

（第９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、板状の素子部材が採用されている。これに代えて、この実施形態では、粒状の素子部材９６１ａ、９６２ａが採用される。粒状の素子部材９６１ａ、９６２ａは、ランダムに配置されることによりそれらの間に流路９６０ｂを形成する。

図３２は、隣接する２つのブロック６１、６２を示す模式的な斜視図である。複数の素子部材９６１ａ、９６２ａは、球体である。素子部材９６１ａ、９６２ａは、球体に代えて、柱状体、管状体、多面体、棒状体、波板、繊維状体など多様な形状をとることができる。素子部材９６１ａ、９６２ａは、多様な大きさをとることができ、その大きさに応じて塊状、粒状、粉状など多様な呼び名で呼びうる形状をもつことができる。

ブロック６１は、流れ方向ＦＤに関して素子部材９６１ａだけで満たされた部位を有する。ブロック６１は、素子部材９６１ａと、素子部材９６２ａとが混合状態で存在する混合部９Ｍ１２を有する。一方、ブロック６２は、流れ方向ＦＤに関して素子部材９６２ａだけで満たされた部位を有する。ブロック６２は、素子部材９６１ａと、素子部材９６２ａとが混合状態で存在する混合部９Ｍ１２を有する。この構成では、素子部材９６１ａと、素子部材９６２ａとが混合状態で存在する部位によって混合部９Ｍ１２が提供される。素子部材９６１ａ、９６２ａの間の不規則な隙間によって作業水の流路９６０ｂが提供されている。

この実施形態でも、隣接する２つのブロックを形成する素子部材が、流れ方向ＦＤに垂直な方向である幅方向ＷＤおよび積層方向ＳＤの両方に関して機械的に重複して配置される。この構成によると、先行する実施形態と同様の構成が提供されるから、同様の作用効果が得られる。

（第１０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、複数の素子部材によってひとつのブロックが形成されている。これに代えて、ひとつのブロックが、単一の素子部材によって提供されてもよい。

図３３は、隣接する２つのブロック６１、６２を示す模式的な斜視図である。図中には、分解状態が図示されている。使用状態においては、２つのブロック６１、６２は、互いに噛みあわせて配置される。ブロック６１は、単一の素子部材１０６１ａによって提供されている。ブロック６２は、単一の素子部材１０６２ａによって提供されている。素子部材１０６１ａは、凹状の斜面１０６０ｃを有する。素子部材１０６１ａは、凸状の斜面１０６０ｃを有する。これら斜面１０６０ｃは、互いに噛み合わせることができる形状である。ブロック６１、６２には、作業水のための複数の流路１０６０ｂが形成されている。複数の流路１０６０ｂは、流れ方向ＦＤに沿ってそれらブロック６１、６２を貫通している。

この実施形態でも、隣接する２つのブロックを形成する素子部材が、流れ方向ＦＤに垂直な方向である幅方向ＷＤに関して機械的に重複して配置される。この構成によると、先行する実施形態と同様の作用効果が得られる。

（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、ポンプの位置に起因して、ブロック６３とブロック６４との間の隣接部分には混合部が設けられていない。これに代えて、すべての隣接部分に混合部を設けてもよい。よって、混合部は、ブロック群６０において形成される複数の隣接部分のうちの、少なくともひとつの隣接部分に設けることができる。例えば、材料の制限、製造工程の制限に起因して特性カーブがずれやすいブロックが含まれる場合、そのブロックとの隣接部分だけに混合部を設けてもよい。

ここに開示された発明は、第１温度帯と第２温度帯との両方に跨って磁気熱量効果を発揮する起動用の付加的材料を併用することを排除するものではない。例えば、特許文献２（特表２０１２−５０３７５４号）に開示される起動用素子を上記実施形態に付加的に採用してもよい。この構成によると、付加的材料によって初期温度からの起動が補助される。上記実施形態は、特許文献１−４に記載の技術と組み合わせて利用することができる。特許文献１−４に記載の技術内容は、この明細書の開示の一部として、またはこの明細書の開示に付加的に組み合わせ可能な要素の説明として参照によって導入される。

上記実施形態に説明した複数の素子部材は、互いに接合されてもよい。例えば、複数の素子部材は、接着剤により所定の塊を形成するように接合されてもよい。また、複数の素子部材は、溶接、焼結などの手法によって所定の塊を形成するように接合されてもよい。

また、上記実施形態では、往復型のポンプ３０を採用した。これに代えて、一方向型のポンプ、例えば遠心ポンプと、作業水の流れ方向を切り換える弁機構とを採用してもよい。

上記実施形態では、ＭＨＰ装置２によって車両用の空調装置１を提供した。これに代えて、住宅用の空調装置、食品などを貯蔵する冷蔵装置などを提供してもよい。

上記実施形態では、低温系統１５と高温系統１６との両方を採用した。これに代えて、低温端１１または高温端１２と、熱源または熱負荷とを直接的に熱交換させるように構成されてもよい。上記実施形態では、低温端１１と高温端１２とを固定した。これに代えて、低温端１１と高温端１２とを入れ替えるようにＭＨＰ装置２を運転してもよい。例えば、冷房用途においては熱交換器３が低温系統となるようにＭＨＰ装置２を運転し、暖房用途においては熱交換器３が高温系統となるようにＭＨＰ装置２を運転することができる。このような反転可能な運転は、磁場変調装置６と熱輸送装置７との位相を反転させることによって実現可能である。

１ 車両用空調装置、 ２ 磁気熱量効果型ヒートポンプ装置（ＭＨＰ装置）、
３ 熱交換器、 ４ 熱交換器、 ５ 磁気熱量素子（ＭＣＥ素子）、
６ 磁場変調装置、 ７ 熱輸送装置、 ８ 制御装置、
１１ 低温端、 １２ 高温端、 １３ 中間高温端、 １４ 中間低温端、
６０ ブロック群、 ７０ 磁力源、
６０ａ 素子部材、 ６０ｂ、８６０ｂ、９６０ｂ、１０６０ｂ 流路、
６０ｃ、２６０ｃ、３６０ｃ、４６０ｃ 斜面、
５６０ｃ、６６０ｃ、７６０ｃ 垂直面、 ６１−６６ ブロック、
６１ａ、２６１ａ、３６１ａ、４６１ａ、５６１ａ 素子部材、
６６１ａ、７６１ａ、８６１ａ、９６１ａ、１０６１ａ 素子部材、
６２ａ、２６２ａ、３６２ａ、４６２ａ、５６２ａ 素子部材、
６６２ａ、７６２ａ、８６２ａ、９６２ａ、１０６２ａ 素子部材、
Ｍ１２、Ｍ２３、Ｍ４５、Ｍ５６、２Ｍ１２、３Ｍ１２、４Ｍ１２ 混合部、
５Ｍ１２、６Ｍ１２、７Ｍ１２、８Ｍ１２、９Ｍ１２、１０Ｍ１２ 混合部。

Claims (7)

1. 第１温度帯において磁気熱量効果を発揮する第１材料により形成された第１ブロックと、第１温度帯と部分的に重複する第２温度帯において磁気熱量効果を発揮する第２材料により形成された第２ブロックとを含む複数のブロック（６１−６６）を有する磁気熱量素子（５）において、
   前記第１ブロックと前記第２ブロックとの間の隣接部分に設けられ、前記第１材料と、前記第２材料とが混合状態で配置された混合部（Ｍ１２−１０Ｍ１２）を有し、
   前記第１ブロックは前記第１材料により形成された複数の第１素子部材の集合体として形成されており、
   前記第２ブロックは前記第２材料により形成された複数の第２素子部材の集合体として形成されており、
   前記混合部において、熱を輸送するための熱輸送媒体の流れ方向（ＦＤ）と垂直な方向（ＷＤ、ＳＤ）に関して前記第１素子部材と前記第２素子部材とが重複して配置されており、
   前記第１素子部材および前記第２素子部材は、積層して配置される板状であり、
   前記第１素子部材および前記第２素子部材は、前記混合部にわたって広がり、前記流れ方向（ＦＤ）に対して傾斜する斜面（６０ｃ、２６０ｃ、３６０ｃ、４６０ｃ）を有することを特徴とする磁気熱量素子。
2. 前記第１ブロックは、前記混合部と、前記第１材料だけで形成された非混合部とを有し、
   前記第２ブロックは、前記混合部と、前記第２材料だけで形成された非混合部とを有することを特徴とする請求項１に記載の磁気熱量素子。
3. 前記第１ブロックおよび前記第２ブロックは、熱を輸送するための熱輸送媒体を流れ方向（ＦＤ）に沿って流すための流路（６０ｂ、８６０ｂ、９６０ｂ、１０６０ｂ）を有し、
   前記混合部における前記第１材料と前記第２材料とは、前記流れ方向と垂直な方向（ＷＤ、ＳＤ）に関して混合状態であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁気熱量素子。
4. 前記第１温度帯と前記第２温度帯との両方に跨って磁気熱量効果を発揮する付加的材料を備えることなく、前記第１材料と前記第２材料とを含む基本材料だけで形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の磁気熱量素子。
5. 前記混合部において前記第１材料が占める割合（ＰＴ１）と前記第２材料が占める割合（ＰＴ２）とは、前記第１ブロックから前記第２ブロックへ向けて連続的に徐々に変化することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の磁気熱量素子。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の磁気熱量素子と、
   前記磁気熱量素子に供給される磁場が増減するように変調する磁場変調装置（６）と、
   低温端と高温端との間において前記磁気熱量素子と熱交換する熱輸送媒体の往復流を生成させる熱輸送装置（７）とを備えることを特徴とする熱磁気サイクル装置。
7. 前記磁場変調装置と前記熱輸送装置とは、前記磁気熱量素子をＡＭＲサイクルの素子として機能させるように、前記磁場の増減と、前記往復流とを同期させて供給することを特徴とする請求項６に記載の熱磁気サイクル装置。

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