JP6486998B2 - 熱交換器及び磁気ヒートポンプ装置 - 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に用いられる熱交換器、及び、その熱交換器を備えた磁気ヒートポンプ装置に関するものである。

棒形状の磁気作業物質の長手方向を磁場の方向に合わせるようにダクト内に当該磁気作業物質を収容することにより、反磁場を抑制する磁気冷凍装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１３−２５７１０４号公報

熱交換効率の向上の観点から、棒形状の磁気作業物質を細くすることで、当該磁気作業物質の比表面積を増やすことが好ましい。しかしながら、上記の磁気冷凍装置では、個々の磁気作業物質がその両端のみでダクトに支持され、しかも流路を確保するために相互に離間して設けられているため、磁気作業物質を細くすると熱交換媒体の圧力によって磁気作業物質が変形したり破断してしまう場合がある、という問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、磁気熱量効果材料からなる線状体を細くしても、流体の圧力による線状体の変形や破断を抑制すると共に、反磁場の影響を抑制することが可能な熱交換器、及び、その熱交換器を備えた磁気ヒートポンプ装置を提供することである。

［１］本発明に係る熱交換器は、複数の撚線と、前記撚線が収容された容器と、を備え、それぞれの前記撚線は、磁気熱量効果材料からなる複数の線状体を相互に撚り合わせて構成されており、前記撚線は、前記撚線の延在方向に対して実質的に直交する方向に相互に重ねられていると共に、前記撚線に印加される磁場の方向に対して前記撚線の延在方向が実質的に平行となるように前記容器に収容されている熱交換器である。

［２］上記発明において、前記容器は、一方の端部に位置する第１の開口と、他方の端部に位置する第２の開口と、を有しており、前記撚線は、前記第１の開口から前記第２の開口に向かう方向に対して前記撚線の延在方向が実質的に直交するように、前記容器に収容されていてもよい。

［３］上記発明において、複数の前記撚線は、第１の撚りピッチで複数の前記線状体を撚り合わせて構成された第１の撚線と、前記第１の撚りピッチとは異なる第２の撚りピッチで複数の前記線状体を撚り合わせて構成された第２の撚線と、を含んでもよい。

［４］上記発明において、複数の前記撚線は、第１の本数の前記線状体を撚り合わせて構成された第３の撚線と、前記第１の本数とは異なる第２の本数の前記線状体を撚り合わせて構成された第４の撚線と、を含んでもよい。

［５］上記発明において、相互に隣り合う前記撚線同士は、複数の前記撚線を重ねて構成された集合体の外周で相互に接合されていてもよい。

［６］本発明に係る磁気ヒートポンプ装置は、上記の熱交換器と、前記撚線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印加装置と、を備えており、前記磁場印加装置は、磁場の印加方向が前記撚線の延在方向に対して実質的に平行となるように設けられている磁気ヒートポンプ装置である。

［７］上記発明において、前記磁気ヒートポンプ装置は、配管を介して前記熱交換器にそれぞれ接続された第１及び第２の外部熱交換器と、前記磁場印加装置により前記撚線に印加される磁場の大きさの変更に伴って、前記熱交換器から前記第１の外部熱交換器又は前記第２の外部熱交換器に流体を供給する流体供給装置と、を備えてもよい。

本発明によれば、磁気熱量効果材料からなる複数の線状体を相互に撚り合わせて撚線をそれぞれ構成し、撚線の延在方向に対して実質的に直交する方向に複数の撚線を相互に重ねて容器内に収容する。このため、線状体を細くしても、流体の圧力による線状体の変形や破断を抑制することができる。

また、本発明によれば、撚線に印加される磁場の方向に対して撚線の延在方向が実質的に平行となるように撚線を容器に収容するので、反磁場の影響を抑制することができる。

図１は、本発明の実施形態における磁気ヒートポンプ装置の全体構成を示す図であり、ピストンが第１の位置にある状態を示す図である。 図２は、本発明の実施形態における磁気ヒートポンプ装置の全体構成を示す図であり、ピストンが第２の位置にある状態を示す図である。 図３は、本発明の実施形態におけるＭＣＭ熱交換器の構成を示す分解斜視図である。 図４は、本発明の実施形態におけるＭＣＭ熱交換器の断面図であり、ＭＣＭ熱交換器を長手方向に沿って切断した断面図である。 図５は、図４のV-V線に沿った断面図である。 図６は、図５のVI部の拡大図である。 図７（ａ）及び図７（ｂ）は、異なる撚りピッチの撚線を示す側面図である。 図８（ａ）及び図８（ｂ）は、異なる本数の素線からなる撚線を示す側面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１及び図２は本実施形態における磁気ヒートポンプ装置の全体構成を示す図、図３〜図５は本実施形態におけるＭＣＭ熱交換器を示す図、図６は本実施形態における集合体の拡大図である。

本実施形態における磁気ヒートポンプ装置１は、磁気熱量効果（Magnetocaloric effect）を利用したヒートポンプ装置である。この磁気ヒートポンプ装置１は、図１及び図２に示すように、第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０と、ピストン３０と、永久磁石４０と、低温側熱交換器５０と、高温側熱交換器６０と、回転ポンプ７０と、配管８１〜８４と、切替弁９０と、を備えている。

本実施形態における第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０が本発明における熱交換器の一例に相当し、本実施形態におけるピストン３０及び永久磁石４０が本発明における磁気印加装置の一例に相当し、低温側熱交換器５０及び高温側熱交換器６０が本発明における第１及び第２の外部熱交換器の一例に相当し、本実施形態における配管８１〜８４が本発明における配管の一例に相当し、本実施形態における回転ポンプ７０及び切替弁９０が本発明における流体供給装置の一例に相当する。

第１のＭＣＭ熱交換器１０は、図３〜図５に示すように、複数の撚線１２を重ねることで構成された集合体１１と、当該集合体１１が収容された筒状の容器（ケース）１３と、容器１３の両端に接続された端末部材１６，１７と、を備えている。本実施形態における撚線１２が本発明における撚線の一例に相当し、本実施形態における集合体１１が本発明における集合体の一例に相当し、本実施形態における容器１３が本発明における容器の一例に相当する。

なお、第１のＭＣＭ熱交換器１０と第２のＭＣＭ熱交換器２０は同一の構造を有しているので、以下に第１のＭＣＭ熱交換器１０の構成についてのみ説明し、第２のＭＣＭ熱交換器２０の構成についての説明は省略する。

それぞれの撚線１２は、図６に示すように、２本の素線１２１を相互に撚り合わせることで構成されている。なお、それぞれの撚線１２を構成する素線１２１の本数は、複数であれば特に限定されないが、２〜７本程度であることが好ましい。本実施形態における素線１２１が、本発明における線状体の一例に相当する。

線材の撚り合わせ方としては、特に限定されないが、例えば、集合撚り、同心撚り、複合撚り等を例示することができる。集合撚りとは、図６や図７（ａ）〜図８（ｂ）（後述）に示すように、複数の素線１２１を一纏めにして、当該束線の軸を中心に同一方向に撚り合わせる撚り方である。これに対し、同心撚りとは、芯線を中心として当該芯線の周りに複数の素線に同心円状を撚り合わせる撚り方である。また、複合撚りとは、複数の素線を同心撚り又は集合撚りに撚り合わせた子撚線を、さらに同心撚り又は集合撚りに撚り合わせる撚り方である。

それぞれの素線１２１は、磁気熱量効果を有する磁気熱量効果材料（ＭＣＭ：Magnetocaloric Effect Material）から構成されている。このＭＣＭから構成される素線１２１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、当該素線１２１は発熱して温度が上昇する。一方、素線１２１から磁場を除去すると、電子スピンが乱雑となり磁気エントロピーが増加し、当該素線１２１は吸熱して温度が低下する。

この素線１２１を構成するＭＣＭ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。こうしたＭＣＭの具体例としては、例えば、ガドリニウム（Ｇｄ）、ガドリニウム合金、ランタン−鉄−シリコン（Ｌａ−Ｆｅ−Ｓｉ）系化合物等を例示することができる。

本実施形態における素線１２１は、円形の断面形状を有する線材であるが、素線１２１が円形以外の断面形状を有してもよい。素線１２１の線径としては、特に限定されないが、例えば、０．０１〜１ｍｍであることが好ましい。なお、一本の撚線１２を構成する素線１２１として、実質的に同一の直径を有する素線を用いてもよいし、相互に異なる直径を有する素線を用いてもよい。

図３〜図５に示すように、集合体１１は、複数の撚線１２を相互に重ねる（束ねる）ことで構成されている。この際、複数の撚線１２は、当該撚線１２の延在方向（長手方向）に対して実質的に直交する方向（すなわち撚線１２の径方向）に重ねられている。より具体的には、複数の撚線１２は、図中のＺ方向（撚線１２の延在方向）に対して実質的に直交するＸ方向に相互に重ねられていると共に、図中のＺ方向に対して実質的に直交するＹ方向にも相互に重ねられている。このため、図６に示すように、相互に隣り合う撚線１２同士がその側面で部分的に接触していると共に、当該撚線１２間に間隙１２２が形成されている。撚線１２の側面は、撚りに起因した凹凸形状を有しているため、この凹凸によって間隙１２２が形成されている。この間隙１２２は、液体冷媒（後述）を流通させるための流路として機能する。

このように、本実施形態では、磁気熱量効果材料の形状を撚線１２とし、当該撚線１２を重ねて相互に接触させることで、撚線１２の側面の凸凹を流路として利用している。これに対し、磁気熱量効果材料の形状を単線とすると、相互に隣り合う単線が側面で密着してしまうので、流路を確保し難くなってしまう。

なお、集合体１１を構成する撚線１２が、図７（ａ）に示す第１の撚線１２Ａと、図７（ｂ）に示す第２の撚線１２Ｂと、を含んでもよい。図７（ａ）及び図７（ｂ）は異なる撚りピッチの撚線を示す側面図である。

すなわち、図７（ａ）に示すように、第１の撚線１２Ａは、第１の撚りピッチＰ_１で２本の素線１２１を撚り合わせることで構成されている。これに対し、図７（ｂ）に示すように、第２の撚線１２Ｂは、第１の撚りピッチＰ_１よりも大きな第２の撚りピッチＰ_２で２本の素線１２１を撚り合わせることで構成されている（Ｐ_２＞Ｐ_１）。

このように、異なる撚りピッチＰ_１，Ｐ_２の撚線１２Ａ，１２Ｂを用いて集合体を構成することで、これらの撚線１２Ａ，１２Ｂを重ねた際に、当該撚線１２Ａ，１２Ｂの側面の凹凸を確実にずらすことができる。これにより、一方の撚線の側面の凸部１２１ａが他方の撚線の側面の凹部１２１ｂに入り込んでしまうのを抑制でき、撚線１２Ａ，１２Ｂ間に間隙１２２を確実に形成することができる。

また、集合体１１を構成する撚線１２が、図８（ａ）に示す第３の撚線１２Ｃと、図８（ｂ）に示す第４の撚線１２Ｄと、を含んでもよい。図８（ａ）及び図８（ｂ）は異なる本数の素線からなる撚線を示す側面図である。

すなわち、図８（ａ）に示すように、第３の撚線１２Ｃは、第１の本数Ｎ_１（図８（ａ）に示す例では、Ｎ_１＝２）の素線１２１を撚り合わせることで構成されている。これに対し、図８（ｂ）に示すように、第４の撚線１２Ｄは、第１の本数Ｎ_１よりも多い第２の本数Ｎ_２（図８（ｂ）に示す例では、Ｎ_２＝４）の素線１２１を撚り合わせることで構成されている（Ｎ_２＞Ｎ_１）。

このように、異なる撚り本数Ｎ_１，Ｎ_２の撚線１２Ｃ，１２Ｄを用いて集合体を構成することで、撚線１２Ｃ，１２Ｄの側面の凹部１２１ｂの深さ（すなわち凸部１２１ａの高さ）ｄ_１，ｄ_２を異ならせることができる。例えば、第３の撚線１２Ｃの凹部１２１ｂの深さｄ_１が第４の撚線１２Ｄの凸部１２１ａの高さｄ_２よりも大きくなっていることで、撚線１２Ｃ，１２Ｄを重ねた際に、第４の撚線１２Ｄの凸部１２１ａが第３の撚線１２Ｃの凹部１２１ｂに入り込んだとしても、凸部１２１ａが凹部１２１ｂを閉塞してしまうことがない。このため、撚線１２Ｃ，１２Ｄ間に間隙１２２を確実に形成することができる。

図４及び図５に示すように、相互に重ねられた撚線１２は、集合体１１の外周で接着剤１２３により接合されることで固定されており、集合体１１を構成する複数の撚線１２は一体化されている。

具体的には、この接着剤１２３は、集合体１１の上下面において、図中のＸ方向に隣り合っている撚線１２の端部同士を接合していると共に、図中のＹ方向に隣り合っている撚線１２の端部同士も接合している。また、この接着剤１２３は、集合体１１の左右側面において、図中のＹ方向に隣り合っている撚線１２同士を接合している。このように、複数の撚線１２を一体化することで、集合体１１全体の剛性を高めることができ、液体冷媒の圧力による素線１２１の変形や破断を一層抑制することができる。

なお、集合体１１を構成する複数の撚線１２を一体化しなくてもよい。この場合には、個々の撚線１２の交換の容易性に優れている。

図３〜図５に戻り、集合体１１を収容する容器１３は、収容部１４と蓋部１５を備えており、断面矩形の筒型の形状を有している。この容器１３は、その一方の端部に第１の開口１３１を有していると共に、その他方の端部に第２の開口１３２を有している。なお、容器１３の形状は、筒型であれば、特に上記に限定されない。

本実施形態における容器１３の第１の開口１３１が本発明における容器の第１の開口の一例に相当し、本実施形態における容器１３の第２の開口１３２が本発明における容器の第２の開口の一例に相当する。

収容部１４は、容器１３の底板を構成する底部１４１と、容器１３の両側の側壁を構成する一対の側部１４２，１４３と、を備えている。一対の側部１４２，１４３の上端の間に開口１４４が形成されており、その結果、収容部１４は、その軸方向に対して実質的に直交する方向に沿った断面において、コ字状（略Ｕ字状）の断面形状を有している。

蓋部１５は、矩形板状の部材である。図３〜図５に示すように、この蓋部１５が一対の側部１４２，１４３の上端に固定されている。収容部１４の開口１４４が蓋部１５により閉塞されることで、容器１３が形成されている。

集合体１１は、撚線１２の延在方向（図中のＺ方向）が容器１３の軸方向（第１の開口１３１から第２の開口１３２に向かう方向。図中のＹ方向）に対して実質的に直交するように、容器１３に収容されており、多数の撚線１２が容器１３内に充填（積層）されている。特に、本実施形態では、永久磁石４０によって磁場が印加される磁場印加方向（図中のＺ軸方向）に対して、撚線１２の延在方向が実質的に平行となるように、集合体１１が容器１３に収容されている。

一般的に、磁場印加方向が磁気熱量効果材料の長手方向に対して平行であると、反磁場の影響が小さくなるのに対し、磁場印加方向が磁気熱量効果材料の長手方向に対して直交していると、反磁場の影響が大きくなる。

この点に関し、本実施形態では、撚線１２の延在方向（長手方向）が永久磁石４０の磁場印加方向に実質的に一致している。そのため、撚線１２を構成する素線１２１内に生じる反磁場の影響を小さくすることができ、磁気熱量効果を効果的に得ることができる。

なお、本実施形態では、上述のように撚線１２同士は集合体１１の外周で接合されているが、集合体１１は容器１３内に単に収容されているだけで、集合体１１と容器１３とは接合されていない。上述のように、容器１３内に多数の撚線１２が充填されていることで、集合体１１は容器１３内に固定されている。

第１の端末部材（連結部材）１６は、図３及び図４に示すように、連結口１６１と、当該連結口１６１よりも大きな接続口１６２と、を備えている。この第１の端末部材１６としては、例えば、熱収縮チューブ、樹脂成形品、或いは、金属加工品等を用いることができる。

この第１の端末部材１６の接続口１６２には、容器１３の一方の端部が挿入され、容器１３の端部に第１の端末部材１６が固定されている。また、この第１の端末部材１６の連結口１６１には、第１の低温側配管８１が連結されており、図１に示すように、第１のＭＣＭ熱交換器１０は、この第１の低温側配管８１を介して、低温側熱交換器５０に連通している。

第２の端末部材１７も、上述の第１の端末部材１６と同様の構成を有している。この第２の端末部材１７の接続口１７２には、容器１３の他方の端部が挿入され、容器１３の端部に第２の端末部材１７が固定されている。また、この第２の端末部材１７の連結口１７１には、第１の高温側配管８３が連結されており、図１に示すように、第１のＭＣＭ熱交換器１０は、この第１の高温側配管８３を介して、高温側熱交換器６０に連通している。

第２のＭＣＭ熱交換器２０の容器２３にも集合体２１が収容されており（図２参照）、この集合体２１も複数の撚線２２を相互に重ねることで構成されている。そして、第１のＭＣＭ熱交換器１０と同様、容器２３の一方の端部が第１の端末部材に挿入されており、第１の端末部材が容器２３に固定されている。また、当該容器２３の他方の端部が第２の端末部材に挿入されており、第２の端末部材が容器２３に固定されている。この第２のＭＣＭ熱交換器２０は、第１の端末部材の連結口２６１に連結された第２の低温側配管８２を介して、低温側熱交換器５０に連通している。また、第２のＭＣＭ熱交換器２０は、第２の端末部材の連結口２７１に連結された第２の高温側配管８４を介して、高温側熱交換器６０に連通している。

なお、第２のＭＣＭ熱交換器２０の撚線２２は、第１のＭＣＭ熱交換器１０の撚線１２と同じ構成を有している。また、第２のＭＣＭ熱交換器２０の容器２３も、第１のＭＣＭ熱交換器１０の容器１３と同じ構成を有している。さらに、第２のＭＣＭ熱交換器２０の端末部材も、第１のＭＣＭ熱交換器１０の端末部材１６，１７と同じ構成を有している。

例えば、本実施形態における磁気ヒートポンプ装置１を用いた空気調和装置を冷房として機能させる場合には、低温側熱交換器５０と室内の空気との間で熱交換を行うことで室内を冷やすと共に、高温側熱交換器６０と室外との間で熱交換を行うことで室外に放熱する。

これに対し、当該空気調和装置を暖房として機能させる場合には、高温側熱交換器６０と室内の空気との間で熱交換を行うことで室内を暖めると共に、低温側熱交換器５０と室外の空気との間で熱交換を行うことで室外から吸熱する。

以上のように、２つの低温側配管８１，８２と２つの高温側配管８３，８４によって、４つの熱交換器１０，２０，５０，６０を含む循環路が形成されており、回転ポンプ７０によって当該循環路内に液体媒体が圧送される。液体媒体の具体例としては、例えば、水、不凍液、エタノール溶液、または、これらの混合物等の液体を例示することができる。本実施形態における液体媒体が、本発明における流体の一例に相当する。

２つのＭＣＭ熱交換器１０，２０は、ピストン３０の内部に収容されている。このピストン３０は、アクチュエータ３５によって、一対の永久磁石４０の間を往復移動することが可能となっている。具体的には、ピストン３０は、図１に示すような「第１の位置」と、図２に示すような「第２の位置」との間を往復移動することが可能となっている。なお、アクチュエータ３５の一例としては、例えば、エアシリンダ等を例示することができる。

ここで、「第１の位置」は、第１のＭＣＭ熱交換器１０が永久磁石４０の間に介在せず、第２のＭＣＭ熱交換器２０が永久磁石４０の間に介在するようなピストン３０の位置である。これに対し、「第２の位置」は、第１のＭＣＭ熱交換器１０が永久磁石４０の間に介在し、第２のＭＣＭ熱交換器２０が永久磁石４０の間に介在しないようなピストン３０の位置である。

また、本実施形態では、一対の永久磁石４０は、ＭＣＭ熱交換器１０（２０）が永久磁石４０の間に介在した際に撚線２１（２２）の延在方向に対して磁場の印加方向が実質的に平行となるように、ピストン３０に対して配置されている。

なお、第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０に代えて、永久磁石４０をアクチュエータ３５により往復移動させてもよい。或いは、永久磁石４０に代えて、コイルを有する電磁石を用いてもよく、この場合には、ＭＣＭ熱交換器１０，２０又は磁石を移動させる機構が不要となる。また、コイルを有する電磁石を用いる場合には、ＭＣＭ熱交換器１０，２０の撚線１２，２２に対する磁場の印加／除去に代えて、撚線１２，２２に印加した磁場の大きさ（強度）を変更するようにしてもよい。

切替弁９０は、第１の高温側配管８３と第２の高温側配管８４に設けられている。この切替弁９０は、上述のピストン３０の動作に連動して、回転ポンプ７０により液体媒体の供給先を、第１のＭＣＭ熱交換器１０、又は、第２のＭＣＭ熱交換器２０に切り替えると共に、高温側熱交換器６０の接続先を、第２のＭＣＭ熱交換器２０、又は、第１のＭＣＭ熱交換器１０に切り替えることが可能となっている。

次に、本実施形態における磁気ヒートポンプ装置１の動作について、図１及び図２を参照しながら説明する。

先ず、ピストン３０を図１に示す「第１の位置」に移動させると、第１のＭＣＭ熱交換器１０の撚線１２が消磁されて温度が低下する一方で、第２のＭＣＭ熱交換器２０の撚線２２が着磁されて温度が上昇する。

これと同時に、切替弁９０によって、回転ポンプ７０→第１の高温側配管８３→第１のＭＣＭ熱交換器１０→第１の低温側配管８１→低温側熱交換器５０→第２の低温側配管８２→第２のＭＣＭ熱交換器２０→第２の高温側配管８４→高温側熱交換器６０→回転ポンプ７０からなる第１の経路が形成される。

このため、消磁によって温度が低下した第１のＭＣＭ熱交換器１０の撚線１２によって液体媒体が冷却され、当該液体媒体が低温側熱交換器５０に供給されて、当該低温側熱交換器５０が冷却される。この際、第１のＭＣＭ熱交換器１０の内部において、撚線１２の間に形成された間隙１２２を液体媒体が通過し、撚線１２の素線１２１と接触することで、当該液体媒体が撚線１２によって冷却される。

一方、着磁されて温度が上昇した第２のＭＣＭ熱交換器２０の撚線２２によって液体媒体が加熱され、当該液体媒体は高温側熱交換器６０に供給されて、当該高温側熱交換器６０が加熱される。この際、第２のＭＣＭ熱交換器２０の内部において、撚線２２の間に形成された間隙を液体媒体が通過し、撚線２２の素線と接触することで、当該液体媒体が撚線２２によって加熱される。

次いで、ピストン３０を図２に示す「第２の位置」に移動させると、第１のＭＣＭ熱交換器１０の撚線１２が着磁されて温度が上昇する一方で、第２のＭＣＭ熱交換器２０の撚線２２が消磁されて温度が低下する。

これと同時に、切替弁９０によって、回転ポンプ７０→第２の高温側配管８４→第２のＭＣＭ熱交換器２０→第２の低温側配管８２→低温側熱交換器５０→第１の低温側配管８１→第１のＭＣＭ熱交換器１０→第１の高温側配管８３→高温側熱交換器６０→回転ポンプ７０からなる第２の経路が形成される。

このため、消磁によって温度が低下した第２のＭＣＭ熱交換器２０の撚線２２によって液体媒体が冷却され、当該液体媒体が低温側熱交換器５０に供給されて、当該低温側熱交換器５０が冷却される。この際、第２のＭＣＭ熱交換器２０の内部において、撚線２２の間に形成された間隙を液体媒体が通過し、撚線２２の素線と接触することで、当該液体媒体が撚線２２によって冷却される。

一方、着磁されて温度が上昇した第１のＭＣＭ熱交換器１０の撚線１２によって液体媒体が加熱され、当該液体媒体は高温側熱交換器６０に供給されて、当該高温側熱交換器６０が加熱される。この際、第１のＭＣＭ熱交換器１０の内部において、撚線１２の間に形成された間隙１２２を液体媒体が通過し、撚線１２の素線１２１と接触することで、当該液体媒体が撚線１２によって加熱される。

そして、以上に説明したピストン３０の「第１の位置」と「第２の位置」との間の往復移動を繰り返し、第１及び第２のＭＣＭ熱交換器１０，２０内の撚線１２，２２に対する磁場の印加・除去を繰り返すことにより、低温側熱交換器５０の冷却と、高温側熱交換器６０の加熱とが継続される。

以上のように、本実施形態では、磁気熱量効果材料からなる複数の素線１２１を相互に撚り合わせて撚線１２，２２をそれぞれ構成し、撚線１２，２２の延在方向（図中のＺ方向）に対して実質的に直交する方向（図中のＸ方向及びＹ方向）に複数の撚線を相互に重ねて容器内に収容する。このため、素線１２１を細くしても、液体冷媒の圧力による素線１２１の変形や破断を抑制することができる。

また、本実施形態では、撚線１２，２２の延在方向が永久磁石４０の磁場印加方向に実質的に一致している。そのため、撚線１２，２２を構成する素線１２１内に生じる反磁場の影響を小さくすることができ、磁気熱量効果を効果的に得ることができる。

さらに、本実施形態では、磁気熱量効果材料の形状を撚線とし、複数の撚線１２を、当該撚線１２の延在方向に対して実質的に直交する方向に重ねている。このため、当該撚線１２の側面の凸凹を利用して、液体冷媒が流通するための流路を確保することができる。

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。

上述した磁気ヒートポンプ装置の構成は一例であり、本発明に係る熱交換器をＡＭＲ（Active Magnetic Refrigerataion）方式の他の磁気ヒートポンプ装置に適用してもよい。

例えば、磁気ヒートポンプ装置が、一つのＭＣＭ熱交換器と、当該ＭＣＭに磁場を印加すると共に磁場の大きさを変更する磁場印加装置と、配管を介してＭＣＭ熱交換器にそれぞれ接続された第１及び第２の外部熱交換器と、磁場印加装置の動作に連動してＭＣＭ熱交換器から第１又は第２の外部熱交換器に流体を供給する流体供給装置と、を備えてもよい。

或いは、上述の実施形態では、回転ポンプ７０を用いて液体媒体を供給すると共に切替弁９０を用いて当該液体媒体の流通方向を切り替えたが、回転ポンプ７０及び切替弁９０に代えて、配管に連結された一対の往復ポンプを用いてもよい。

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等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。

また、本実施形態では、ＭＣＭ熱交換器は、単一の集合体によって構成していたが、特にこれに限定されず、複数の集合体を当該ＭＣＭ熱交換器の延在方向に沿って並設して構成してもよい。この場合、複数の集合体は、相互に同一の構成を有していてもよいし、異なる構成を有していてもよい。

１…磁気ヒートポンプ装置
１０…第１のＭＣＭ熱交換器
１１…集合体
１２，１２Ａ〜１２Ｄ…撚線
１２１…素線
１２１ａ…凸部
１２１ｂ…凹部
１２２…間隙
１２３…接着剤
１３…容器
１３１…第１の開口
１３２…第２の開口
１４…収容部
１４１…底部
１４２，１４３…側部
１４４…開口
１５…蓋部
１６…第１の端末部材
１６１…連結口
１６２…接続口
１７…第２の端末部材
１７１…連結口
１７２…接続口
２０…第２のＭＣＭ熱交換器
２１…集合体
２２…撚線
２３…容器
２６１…第１の連結口
２７１…第２の連結口
３０…ピストン
３５…アクチュエータ
４０…永久磁石
５０…低温側熱交換器
６０…高温側熱交換器
７０…回転ポンプ
８１〜８２…第１〜第２の低温側配管
８３〜８４…第１〜第２の高温側配管
９０…切替弁

Claims (7)

1. 複数の撚線と、
   前記撚線が収容された容器と、を備え、
   それぞれの前記撚線は、磁気熱量効果材料からなる複数の線状体を相互に撚り合わせて構成されており、
   前記撚線は、前記撚線の延在方向に対して実質的に直交する方向に相互に重ねられていると共に、前記撚線に印加される磁場の方向に対して前記撚線の延在方向が実質的に平行となるように前記容器に収容されている熱交換器。
2. 請求項１に記載の熱交換器であって、
   前記容器は、
   一方の端部に位置する第１の開口と、
   他方の端部に位置する第２の開口と、を有しており、
   前記撚線は、前記第１の開口から前記第２の開口に向かう方向に対して前記撚線の延在方向が実質的に直交するように、前記容器に収容されている熱交換器。
3. 請求項１又は２に記載の熱交換器であって、
   複数の前記撚線は、
   第１の撚りピッチで複数の前記線状体を撚り合わせて構成された第１の撚線と、
   前記第１の撚りピッチとは異なる第２の撚りピッチで複数の前記線状体を撚り合わせて構成された第２の撚線と、を含む熱交換器。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換器であって、
   複数の前記撚線は、
   第１の本数の前記線状体を撚り合わせて構成された第３の撚線と、
   前記第１の本数とは異なる第２の本数の前記線状体を撚り合わせて構成された第４の撚線と、を含む熱交換器。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱交換器であって、
   相互に隣り合う前記撚線同士は、複数の前記撚線を重ねて構成された集合体の外周で相互に接合されている熱交換器。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱交換器と、
   前記撚線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印加装置と、を備えており、
   前記磁場印加装置は、磁場の印加方向が前記撚線の延在方向に対して実質的に平行となるように設けられている磁気ヒートポンプ装置。
7. 請求項６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、
   配管を介して前記熱交換器にそれぞれ接続された第１及び第２の外部熱交換器と、
   前記磁場印加装置により前記撚線に印加される磁場の大きさの変更に伴って、前記熱交換器から前記第１の外部熱交換器又は前記第２の外部熱交換器に流体を供給する流体供給装置と、を備えた磁気ヒートポンプ装置。

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