JP6583143B2 - 熱磁気サイクル装置 - Google Patents

Description

ここに開示される技術は、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。

従来から、熱磁気サイクル装置の一形態としての磁気ヒートポンプ装置が知られている。このような装置は、磁気作業物質と、容器と、磁場変調装置と、熱輸送装置とを備えている。容器が形成する作業室には、磁気作業物質が充填されている。磁場変調装置は、磁気作業物質に印加する外部磁場を変調する。熱輸送装置は、作業室に高温端と低温端とを生成するように、磁気作業物質と熱交換する熱輸送媒体を、外部磁場の変調に同期して作業室の内部で往復移動させる。このような装置は、例えば下記特許文献１に開示されている。

特開２０１２−２３７４９７号公報

しかしながら、上記従来技術の熱磁気サイクル装置では、磁気作業物質への外部磁場の印加が小さいと、充分な出力が得難い。磁場変調装置の磁気回路部と磁気作業物質との離間距離が大きくなると、励磁する際の有効磁束量が低下し、効率が悪化する。上述の観点において、熱磁気サイクル装置には更なる改良が求められている。

ここに開示される技術は、上記点に鑑みてなされたものであり、効率を向上することが可能な熱磁気サイクル装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、開示される熱磁気サイクル装置では、外部磁場の強弱により発熱と吸熱とを生じる磁気作業物質（１２）と、磁気作業物質が充填される作業室（１１）が形成された容器（２１、７）と、磁力源（３４、３５）が発生する磁束を通過させる磁気回路部（１３Ａ、２１３Ａ）を容器の外部に有し、磁気作業物質に印加する外部磁場を変調する磁場変調装置（１３、２１３）と、外部磁場の変調に同期して、磁気作業物質と熱交換する熱輸送媒体の往復流（ＦＭ、ＦＮ）を作業室の内部に形成する熱輸送装置（１４、２１４）と、を備え、容器は、往復流の方向における端部（１１Ｅ１、１１Ｅ２）から中央部（１１Ｍ）へ向かうに従って、壁厚さが漸次薄くなる構成である。

これによると、容器の壁厚さを熱輸送媒体の往復流方向において均一とした場合よりも、熱輸送媒体の往復流方向における中央部近傍において、容器の壁を挟んで設けられる磁気作業物質と磁力源を有する磁気回路部とを近接させることができる。したがって、磁気作業物質を励磁する際の有効磁束量を増大させることができる。これにより、熱磁気サイクル装置の効率を向上することができる。

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、開示技術の範囲を限定するものではない。

第１実施形態に係る熱機器のブロック図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 第１実施形態の磁気ヒートポンプ装置の一部を示す断面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線における容器断面図である。 図３のＶ−Ｖ線における容器断面図である。 熱輸送媒体の流れにより生じる力の一例を示すグラフである。 比較例の磁気ヒートポンプ装置の一部を示す断面図である。 第１実施形態の変形例を示す断面図である。 第１実施形態の別の変形例を示す断面図である。 第１実施形態の別の変形例を示す断面図である。 熱輸送媒体の流れにより生じる力の他の一例を示すグラフである。 第２実施形態に係る熱機器のブロック図である。 第２実施形態の磁気ヒートポンプ装置の一部を示す断面図である。 熱輸送媒体の流れにより生じる力の一例を示すグラフである。 第２実施形態の変形例を示す断面図である。 他の実施形態の磁気ヒートポンプ装置の一部を示す断面図である。 容器の製造方法の一例を説明するための断面図である。 他の実施形態の変形例を示す断面図である。

以下に、図面を参照しながら開示技術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。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先行して説明した形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
開示技術を適用した第１実施形態について、図１〜図１１を参照して説明する。図１は、開示技術を適用した車両用空調装置１を示すブロック図である。図１に示すように、車両用空調装置１は、磁気熱量効果型ヒートポンプ装置１０を備える。磁気熱量効果型ヒートポンプ装置１０はＭＨＰ（Magneto-caloric effectHeat Pump）装置１０とも呼ばれる。ＭＨＰ装置１０は、磁気ヒートポンプ装置１０とも呼ばれる。ＭＨＰ装置１０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１０は、磁気熱量素子１２を備える。磁気熱量素子１２は、磁気熱量効果を有する磁気作業物質からなり、ＭＣＥ（Magneto-CaloricEffect）素子１２とも呼ばれる。以下、磁気熱量素子１２を、ＭＣＥ素子１２、又は磁気作業物質１２と呼ぶ場合がある。

ＭＨＰ装置１０は、作業室１１が内部に形成された容器２１を備える。容器２１は、ハウジング２０内に配置され、少なくともひとつの作業室１１を区画形成している。本実施形態では、円筒形状の容器２１が、等間隔に配置された複数の作業室１１を区画形成している。本例では、ひとつの容器２１は、６つの作業室１１を区画形成しており、６つの作業室１１のそれぞれにＭＣＥ素子１２が充填配置されている。容器２１は、素子ベッド又は材料ベッドと呼ばれる場合がある。容器２１は、非磁性材である例えば樹脂により形成されている。

ＭＣＥ素子１２は、外部磁場の強弱により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。

一群のＭＣＥ素子１２は、ＭＣＥ素子１２の長手方向、すなわち一次媒体の流れ方向に沿って配置された複数の部分を有する。複数の部分のそれぞれを構成する材料は、キュリー温度が異なる。複数の部分は、異なる温度帯において高い磁気熱量効果（ΔＳ（Ｊ／ｋｇＫ））を発揮する。高温端に近い部分は、定常運転状態において高温端に現れる温度の近傍において高い磁気熱量効果を発揮する材料組成を有する。中温部に近い部分は、定常運転状態において中温部に現れる温度の近傍において高い磁気熱量効果を発揮する材料組成を有する。低温端に近い部分は、定常運転状態において低温端に現れる温度の近傍において高い磁気熱量効果を発揮する材料組成を有する。

ＭＣＥ素子１２のそれぞれの部分が高い磁気熱量効果を発揮する温度帯は、高効率温度帯と呼ばれる。高効率温度帯の上限温度と下限温度とは、ＭＣＥ素子１２の材料組成などに依存する。複数の部分は、高温端と低温端との間において高効率温度帯が並ぶように直列に配列されている。言い換えると、複数の部分の高効率温度帯は、高温端と低温端との間において、高温端から徐々に低下する分布を示す。この高効率温度帯の分布は、定常状態における高温端と低温端との間の温度分布にほぼ対応する。

この実施形態では、定常運転において高温端と低温端との間に作り出される定常温度差を複数の部分が分担する。これにより、それぞれの部分において高い効率が得られる。言い換えると、ＭＣＥ素子１２は、定常温度差が得られるときに、それぞれの素子ユニットが所定の閾値を上回る磁気熱量効果を発揮するように調節されている。ＭＣＥ素子１２のそれぞれの部分の温度が、高効率温度帯から外れると、その部分は高い効率を発揮できない。この結果、ＭＣＥ素子１２全体の効率も低下する。

ＭＨＰ装置１０は、ＭＣＥ素子１２の磁気熱量効果を利用する。ＭＨＰ装置１０は、ＭＣＥ素子１２をＡＭＲ(Active Magnetic Refrigeration)サイクルとして機能させるための磁場変調装置１３と熱輸送装置１４とを備える。

磁場変調装置１３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１３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１３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１３は、外部磁場を生成するための磁力源、例えば永久磁石、又は電磁石を備える。本例では、磁力源を永久磁石としている。

熱輸送装置１４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を流すための流体機器を備える。熱輸送装置１４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１４は、ＭＣＥ素子１２に高温端と低温端とを生成するように、熱輸送媒体を流す。熱輸送装置１４は、磁場変調装置１３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ＦＭ、ＦＮを発生させる。以下、ＭＣＥ素子１２の一端から他端へ向かう流れＦＭを往流と呼び、他端から一端へ向かう流れＦＮを復流と呼ぶ。本例では、往流ＦＭは、高温端１１Ｅ１から低温端１１Ｅ２へ向かう熱輸送媒体流れである。復流ＦＮは、低温端１１Ｅ２から高温端１１Ｅ１へ向かう熱輸送媒体流れである。高温端１１Ｅ１及び低温端１１Ｅ２は、本実施形態における端部に相当する。以下、高温端１１Ｅ１を、端部１１Ｅ１と呼ぶ場合がある。また、低温端１１Ｅ２を、端部１１Ｅ２と呼ぶ場合がある。

この実施形態では、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１４は、磁場変調装置１３による磁場の増減に同期して熱輸送媒体を往復的に移動させる。熱輸送装置１４は、熱輸送媒体を流すためのポンプを含むことができる。熱輸送装置１４は、一次媒体を流すためのポンプ６２、７２を備える。熱輸送装置１４は、各作業室１１の両端部にそれぞれ設けられた吸入弁１１１と吐出弁１１２とを備える。ポンプ６２、７２は、吸入弁１１１及び吐出弁１１２と協働して、作業室１１のそれぞれに充填されたひとつのＭＣＥ素子１２に関して一次媒体の往復流れを供給する。ひとつのＭＣＥ素子１２は、例えば、複数の磁気作業物質の粒状体により提供される。また、ひとつのＭＣＥ素子１２は、例えば、ひとつの磁気作業物質の成形体、又は、複数の磁気作業物質の成形体を組み合わせて提供される。

ＭＨＰ装置１０は、動力源としてのモータ１５を備える。モータ１５は、磁場変調装置１３の動力源である。モータ１５は、熱輸送装置１４の動力源である。ＭＨＰ装置１０の動力源として設けられたモータ１５は、例えば、車載の電池によって駆動される。また、モータ１５は、磁場変調装置１３を提供するロータコア３１を回転駆動する。これにより、モータ１５と磁場変調装置１３とは、ＭＣＥ素子１２へ外部磁場を印加する状態と、ＭＣＥ素子１２から外部磁場を除去した状態との間での周期的な交互切換を生じさせる。モータ１５は、熱輸送装置１４のポンプ６２、７２を駆動する。これにより、モータ１５とポンプ６２、７２とは、ひとつのＭＣＥ素子１２において、一次媒体の往復的な流れを生じさせる。ＭＨＰ装置１０は、磁場変調装置１３による磁場の増減と、熱輸送装置１４による熱輸送媒体の往復的移動とを同期させるように、モータ１５の出力軸に変速機構１８を備えている。

ポンプ６２、７２は、ＭＣＥ素子１２をＡＭＲサイクルとして機能させるための一次媒体の往復流ＦＭ、ＦＮを作業室１１内に生じさせる。ポンプ６２、７２は、例えば、容積型のポンプである。ポンプ６２、７２は、例えば、ピストンポンプである。ポンプ６２、７２は、例えば、多気筒のラジアルピストンポンプである。ひとつのＭＣＥ素子１２に、ポンプ６２のひとつの気筒と、ポンプ７２のひとつの気筒とが対応付けられている。ひとつのＭＣＥ素子１２に対応付けられた２つの気筒は、同期的に作動する。ポンプ６２、７２、吸入弁１１１及び吐出弁１１２の機能により、ひとつのＭＣＥ素子１２の長手方向に沿って流れる一次媒体の往復流ＦＭ、ＦＮが提供される。この実施形態では、ＭＨＰ装置１０は、熱的に並列接続された複数のＭＣＥ素子１２を備える。本例のＭＨＰ装置１０は、熱的に並列接続された６基のＭＣＥ素子１２を有する。ポンプ６２、７２は、６気筒である。

ハウジング２０は、円筒部と端板部とを有する外形円柱状の筐体である。ハウジング２０は、その中心軸上に回転軸２２を回転可能に支持する。回転軸２２は、モータ１５の出力軸に連結されている。ハウジング２０は、回転軸２２の周囲に、磁場変調装置１３を収容する。図２に示すように、磁場変調装置１３は、ロータコア３１、ヨーク部３２、ベアリング３３、及び磁石３４、３５を備える。

ロータコア３１は、回転軸２２に固定されている。ロータコア３１は、磁場変調装置１３のためのインナヨークを提供する。ロータコア３１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３１は、例えば断面が扇状の一対の部材からなる。ロータコア３１には、磁石３４が固定されている。磁石３４は、部分円筒状であり、その断面が扇紙型である。磁石３４は、ロータコア３１の外周面に固定されている。

ヨーク部３２は、円筒形状をなしている。ヨーク部３２は、ハウジング２０の内周面に沿って配置されている。ヨーク部３２は、保持機構であるベアリング３３によってハウジング２０の内周面に回転自在に保持されている。ベアリング３３は、例えばボールベアリングである。ヨーク部３２は、アウタヨークを提供する。ヨーク部３２には、磁石３５が固定されている。

磁場変調装置１３のうち、ロータコア３１及び磁石３４は、容器２１の内周側に配置されている。また、磁場変調装置１３のうち、ヨーク部３２、ベアリング３３及び磁石３５は、容器２１の外周側に配置されている。磁石３４は、容器２１の一側に配置される第１磁石である。磁石３５は、容器２１の他側に配置される第２磁石である。磁石３４と磁石３５とは、容器２１の内外方の両側において、互いに異なる極が対向するように配置される。磁石３４と磁石３５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。磁石３４、３５には、フェライト磁石や、ネオジム磁石等の希土類磁石を用いることができる。

モータ１５により回転軸２２が回転されると、磁場変調装置１３では、ロータコア３１とともに磁石３４が回転移動する。また、磁石３４の回転移動に伴い、磁石３４に対向する磁石３５が磁石間に働く吸引力によって追従して移動し、ヨーク部３２が回転する。これにより、ロータコア３１、ヨーク部３２、磁石３４及び磁石３５を有する構成が、ＭＣＥ素子１２に対して強力な励磁及び減磁を周期的に提供する磁場変調装置１３となる。ロータコア３１、ヨーク部３２、磁石３４及び磁石３５を有する構成が、本実施形態における磁気回路部１３Ａである。磁気回路部１３Ａは、容器２１に対し相対的に移動する相対的移動体である。容器２１と磁気回路部１３Ａとを容器２１外表面に沿った方向に相対的に移動させることで、磁場変調装置１３はＭＣＥ素子１２に印加される磁場を変調する。

なお、ヨーク部３２は、ベアリング３３によりハウジング２０の内周面に保持されていたが、これに限定されるものではない。例えば、潤滑油層や空気層を介して保持されるものであってもよい。

容器２１と磁石３４とは相互に離間して配設され、ロータコア３１とともに磁石３４が回転しても容器２１に干渉しないようになっている。容器２１の外表面のうち内周側の内周側表面と、磁石３４の外表面のうち外周側の外周側表面との間には、隙間部２３が形成されている。一方、容器２１と磁石３５とも相互に離間して配設され、磁石３４に追従して磁石３５及びヨーク部３２が回転しても容器２１に干渉しないようになっている。容器２１の外表面のうち外周側の外周側表面と、磁石３５の外表面のうち内周側の内周側表面との間には、隙間部２４が形成されている。

ＭＨＰ装置１０は、ＭＨＰ装置１０によって得られた高温の温熱を輸送する高温系統１６を備える。高温系統１６は、ＭＨＰ装置１０によって得られた温熱を利用する熱機器でもある。ＭＨＰ装置１０は、ＭＨＰ装置１０によって得られた低温の冷熱を輸送する低温系統１７を備える。低温系統１７は、ＭＨＰ装置１０によって得られた冷熱を利用する熱機器でもある。

高温系統１６は、一次媒体が循環的に流される通路６１を備える。高温系統１６は、一次媒体と他の媒体との間の熱交換を提供する熱交換器６３を備える。例えば、熱交換器６３は、一次媒体と空気との熱交換を提供する。高温系統１６は、ＭＨＰ装置１０の高温端１１Ｅ１からの温熱出力を利用して、熱交換器６３から放熱して外部媒体を加熱する。高温系統１６は、ＭＨＰ装置１０の高温端１１Ｅ１からの温熱出力を熱交換器６３で外部媒体へ放出する。

低温系統１７は、一次媒体が循環的に流される通路７１を備える。低温系統１７は、一次媒体と他の媒体との間の熱交換を提供する熱交換器７３を備える。例えば、熱交換器７３は、一次媒体と空気との熱交換を提供する。高温系統１６は、ＭＨＰ装置１０の低温端１１Ｅ２からの冷熱出力を利用して、熱交換器６３で吸熱して外部媒体を冷却する。低温系統１７は、ＭＨＰ装置１０の低温端１１Ｅ２からの冷熱出力を熱交換器７３で外部媒体に放出するとも言える。

図３に示すように、本実施形態の容器２１は、熱輸送媒体の往復流ＦＭ、ＦＮの方向における端部１１Ｅ１、１１Ｅ２から中央部１１Ｍへ向かうに従って、壁厚さが薄くなっている。容器２１は、端部１１Ｅ１、１１Ｅ２から中央部１１Ｍへ向かうに従って、壁厚さが漸次薄くなっている。容器２１の作業室１１に臨む内周面は、往復流ＦＭ、ＦＮ方向において滑らかな面を形成し、端部１１Ｅ１、１１Ｅ２から中央部１１Ｍへ向かうに従って壁厚さが徐々に薄くなっている。

容器２１内に形成された作業室１１は、往復流ＦＭ、ＦＮ方向に直交する断面積が、端部１１Ｅ１、１１Ｅ２から中央部１１Ｍへ向かうに従って大きくなっている。これにより、容器２１の壁厚さは、熱輸送媒体の往復流ＦＭ、ＦＮの方向における端部１１Ｅ１、１１Ｅ２から中央部１１Ｍへ向かうに従って薄くなっている。ここで、容器２１の壁厚さとは、往復流ＦＭ、ＦＮ方向に直交する方向における容器内周面と容器外周面との距離である。

図４及び図５は、一つの作業室１１の断面形状が正方形状の場合を例示している。作業室１１の断面形状は正方形状に限定されない。前述のように、断面形状は扇紙型であってもよい。また、断面形状は、例えば多角形状や円形状であってもよい。また、端部における断面形状と中央部における断面形状が異なるものであってもよい。

図６は、熱輸送装置１４により熱輸送媒体の往復的な流れＦＭ、ＦＮが形成されたときに、熱輸送媒体の圧力印加により容器２１に発生する応力の一例を示している。容器２１に発生する応力は、熱輸送媒体の圧力に応じて決まる。具体的には、熱輸送媒体の圧力と容器外部の圧力との差に応じて決まる。

熱輸送装置１４により作業室１１内に熱輸送媒体の往流ＦＭが形成されるときには、発生する応力は、高温端１１Ｅ１から低温端１１Ｅ２へ向かうに従って低下する。これは、ＭＣＥ素子１２が充填配置された作業室１１内における熱輸送媒体の圧力損失に起因する。一方、作業室１１内に熱輸送媒体の復流ＦＮが形成されるときには、発生する応力は、上記の圧力損失に起因して、低温端１１Ｅ２から高温端１１Ｅ１へ向かうに従って低下する。

本実施形態の容器２１の壁厚さは、往流ＦＭ形成時の発生応力と復流ＦＮ形成時の発生応力との高い方に応じて決められている。容器２１の往復流ＦＭ、ＦＮ方向における各位置における壁厚さは、図６に横軸で示した各位置における往流ＦＭ形成時の発生応力及び復流ＦＮ形成時の発生応力の最大値に対応するように設定されている。熱輸送媒体により容器２１に加わる力が比較的小さい部位では、加わる力に対応させて壁厚さを薄くすることができる。

図１に戻り、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６３、７３は、車両用空調装置１の一部を提供する。熱交換器６３は、熱交換器７３より高温になる高温側熱交換器である。熱交換器７３は、熱交換器６３より低温になる低温側熱交換器である。車両用空調装置１は、高温側の熱交換器６３、および／または低温側の熱交換器７３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、冷房装置又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１０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、熱交換器６３は上記加熱器として用いることができる。また、熱交換器７３は上記冷却器として用いることができる。

ＭＨＰ装置１０が温熱供給源として利用されるとき、熱交換器６３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。熱交換器７３を通過した空気は車両の室外に排出される。このとき、熱交換器６３は、室内熱交換器とも呼ばれる。熱交換器７３は、室外熱交換器とも呼ばれる。

ＭＨＰ装置１０が冷熱供給源として利用されるとき、熱交換器７３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。熱交換器６３を通過した空気は車両の室外に排出される。このとき、熱交換器６３は、室外熱交換器とも呼ばれる。熱交換器７３は、室内熱交換器とも呼ばれる。

また、ＭＨＰ装置１０は、除湿装置として利用されることもある。この場合、熱交換器７３を通過した空気は、その後に、熱交換器６３を通過し、室内に供給される。ＭＨＰ装置１０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。

本実施形態のＭＨＰ装置１０は、磁気作業物質１２と、容器２１と、磁場変調装置１３と、熱輸送装置１４とを備える。磁気作業物質１２は、外部磁場の強弱により発熱と吸熱とを生じる。容器２１は、磁気作業物質１２が充填される作業室１１を形成している。磁場変調装置１３は、磁力源である磁石３４、３５が発生する磁束を通過させる磁気回路部１３Ａを容器２１の外部に有し、磁気作業物質１２に印加する外部磁場を変調する。熱輸送装置１４は、磁場変調装置１３による外部磁場の変調に同期して、磁気作業物質１２と熱交換する熱輸送媒体の往復流ＦＭ、ＦＮを作業室１１の内部に形成する。そして、容器２１は、往復流ＦＭ、ＦＮの方向における端部１１Ｅ１、１１Ｅ２から中央部１１Ｍへ向かうに従って、壁厚さが薄くなる構成である。

これによると、容器２１の壁厚さを往復流ＦＭ、ＦＮ方向において均一とした場合よりも、往復流ＦＭ、ＦＮ方向における中央部１１Ｍ近傍では、容器２１の壁を挟んで設けられる磁気作業物質１２と磁力源を有する磁気回路部１３Ａとを近接させることができる。したがって、磁気作業物質１２を励磁する際の有効磁束量を増大させることができる。これにより、ＭＨＰ装置１０の効率を向上することができる。

また、容器２１は、往復流ＦＭ、ＦＮ方向における両方の端部１１Ｅ１、１１Ｅ２から中央部１１Ｍへ向かうに従って、壁厚さが薄くなる構成である。

これによると、容器２１の強度を確保しつつ、熱輸送媒体の往復流方向における中央部１１Ｍ近傍において、磁気作業物質１２と磁気回路部１３Ａとを近接させることができる。作業室１１を流れる熱輸送媒体は、圧力損失により流れの下流側ほど圧力が低下する。したがって、熱輸送媒体の往流ＦＭ及び復流ＦＮのそれぞれにおいて、作業室１１の上流端から下流端に向かって圧力低下する。したがって、往復流ＦＭ、ＦＮにおいて容器２１に印加される熱輸送媒体の圧力は、往復流方向の中央部１１Ｍが両端部１１Ｅ１、１１Ｅ２よりも低くなり易い。このような圧力印加分布に対応するための容器２１の強度を確保しつつ、熱輸送媒体の往復流方向における中央部１１Ｍ近傍において、磁気作業物質１２と磁気回路部１３Ａとを近接させることができる。

また、作業室１１は、往復流ＦＭ、ＦＮ方向に直交する断面積が、端部１１Ｅ１、１１Ｅ２から中央部１１Ｍへ向かうに従って大きくなる構成である。これによると、熱輸送媒体の往復流方向における端部１１Ｅ１から中央部１１Ｍへ向かうに従って作業室１１断面積を大きくすることができる。したがって、熱輸送媒体の往復流方向における中央部１１Ｍ近傍において、作業室１１に充填する磁気作業物質１２の量を増大させることができる。これにより、ＭＨＰ装置１０の効率を一層向上することができる。

図７に示す比較例では、容器９２１の壁厚さを往復流ＦＭ、ＦＮ方向において均一としている。容器９２１の壁厚さを熱輸送媒体により加わる力を考慮して設定すると、往復流ＦＭ、ＦＮ方向における端部１１Ｅ１、１１Ｅ２近傍では好適な厚さであっても、中央部１１Ｍ近傍では過剰な厚さが設定される。図３と図７とを比較して明らかなように、本実施形態によれば、比較例よりも、作業室１１内の磁気作業物質１２の量を増大させることができるとともに、中央部１１Ｍ近傍において磁気作業物質１２と磁気回路部１３Ａとを近接させることができる。

また、容器２１は、端部１１Ｅ１、１１Ｅ２から中央部１１Ｍへ向かうに従って、壁厚さが漸次薄くなる構成である。これによると、端部１１Ｅ１、１１Ｅ２から中央部１１Ｍへ向かうに従って壁厚さが薄くなる構成の容器２１を、容器２１に印加される熱輸送媒体の圧力に精度よく対応させて形成することができる。

なお、本実施形態の上述の説明では、作業室１１断面積を端部１１Ｅ１、１１Ｅ２から中央部１１Ｍへ向かうに従って大きくすることで、往復流ＦＭ、ＦＮの方向における端部１１Ｅ１、１１Ｅ２から中央部１１Ｍへ向かうに従って容器２１の壁厚さを薄くしていた。しかしながら、これに限定されるものではない。例えば、図８に示すような構成を採用することができる。

図８に示す例では、容器２１は、往復流ＦＭ、ＦＮ方向に直交する面において外形線により囲まれる外形内方面積が、端部１１Ｅ１、１１Ｅ２から中央部１１Ｍへ向かうに従って小さくなる構成である。これによると、熱輸送媒体の往復流方向における端部１１Ｅ１、１１Ｅ２から中央部１１Ｍへ向かうに従って外形内方面積を小さくすることができる。したがって、熱輸送媒体の往復流方向における中央部１１Ｍ近傍において、外形内方面積が端部１１Ｅ１、１１Ｅ２よりも小さくなった分を利用して、磁気回路部１３Ａの磁力源である磁石３４、３５を大きくすることができる。これにより、ＭＨＰ装置の効率を向上することができる。

また、図９に例示するような構成を採用することも可能である。図９に示す例は、図３を用いて説明した特徴的な構成と、図８を用いて説明した特徴的な構成とを有している。すなわち、図９の例では、容器２１に形成された作業室１１は、往復流ＦＭ、ＦＮ方向に直交する断面積が、端部１１Ｅ１、１１Ｅ２から中央部１１Ｍへ向かうに従って大きくなる構成である。これに加えて、容器２１は、往復流ＦＭ、ＦＮ方向に直交する面において外形線により囲まれる外形内方面積が、端部１１Ｅ１、１１Ｅ２から中央部１１Ｍへ向かうに従って小さくなる構成である。

また、本実施形態の説明に用いた図では、容器２１の中央部１１Ｍは、往復流ＦＭ、ＦＮ方向における容器２１の中心を指していたが、これに限定されるものではない。容器２１の中央部１１Ｍは、往復流ＦＭ、ＦＮ方向における厳密な意味での容器２１の中心でなくてもよい。容器２１の中央部１１Ｍは、往復流ＦＭ、ＦＮ方向における両端部１１Ｅ１、１１Ｅ２間の中間部とすることができる。すなわち、中央部は中間部と言い換えることができる。

例えば、図１０に示すように、容器２１の中央部１１Ｍは、往復流ＦＭ、ＦＮ方向における容器２１の中心から低温端１１Ｅ２側にずれた位置にあってもよい。図１０に示す構成は、熱輸送媒体により容器２１に発生する応力が、図１１に例示するパターンの場合に採用される。

図１１に例示する圧力印加分布パターンは、例えば、ポンプ６２の能力とポンプ７２の能力とが異なる場合、および／または、高温系統１６の圧力損失と低温系統１７の圧力損失とが異なる場合に形成される。低温系統１７では、熱輸送媒体の粘度が上昇し、熱輸送媒体の圧力損失が高温系統１６よりも大きくなり易い。また、低温側の熱交換器７３が室内熱交換器である場合には、熱交換器の体格に制約があり、低温系統１７の圧力損失は増大し易い。このような場合に、図１１に例示する圧力印加パターンが生成されることがある。図１０に例示した容器２１は、図１１に例示した圧力印加分布パターンに応じて設定されている。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について図１２〜図１５に基づいて説明する。

第２実施形態は、前述の第１実施形態と比較して、容器への印加圧力の大小関係が、熱輸送媒体の往流形成時と復流形成時とで逆転する部位のないＭＨＰ装置に開示技術を適用した例である。なお、第１実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。第１実施形態に係る図面と同一符号を付した構成部品、第２実施形態において説明しない他の構成は、第１実施形態と同様であり、また同様の作用効果を奏するものである。

図１２に示すＭＨＰ装置２１０は、ＭＨＰ装置２１０を駆動するための回転軸２２を有する。回転軸２２は、動力源であるモータ１５と作動的に連結されている。よって、ＭＨＰ装置２１０は、モータ１５によって回転駆動される。モータ１５は、ＭＨＰ装置２１０に回転動力を提供する。モータ１５は、ＭＨＰ装置２１０の唯一の動力源である。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。動力源の他の一例は、内燃機関である。

ＭＨＰ装置２１０は、ハウジング２０を備える。ハウジング２０は回転軸２２を回転可能に支持している。ＭＨＰ装置２１０は、ロータ７を備える。ロータ７は、ハウジング２０内に回転可能に支持されている。ロータ７は、回転軸２２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、モータ１５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、容器に相当する。以下、ロータを、容器または素子ベッドと呼ぶ場合がある。

ロータ７は、磁気熱量素子１２を備える。ＭＨＰ装置２１０は、ＭＣＥ素子１２の磁気熱量効果を利用する。ＭＨＰ装置２１０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充填配置されている。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。

ＭＨＰ装置２１０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２０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２１０は、ＭＣＥ素子１２をＡＭＲサイクルの素子として機能させるための磁場変調装置２１３と熱輸送装置２１４とを備える。磁場変調装置２１３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２１３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２１３は、回転軸２２に与えられる回転動力によって駆動される。熱輸送装置２１４は、ポンプ２１７と、流路切換機構１９とを有する。流路切換機構１９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１９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１９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２１３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２１３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２１３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２１３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２１３は、外部磁場を生成するための磁力源として永久磁石である磁石３４、３５を備える。磁力源は、電磁石であってもよい。磁石３４、３５は、アウタヨークとしてのハウジング２０及びインナヨークとともに、磁気回路部２１３Ａを構成する。

磁場変調装置２１３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２１３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２１３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２１３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。熱輸送媒体の第１方向の流れは復流ＦＮである。磁場変調装置２１３は、作業室１１の一端がポンプ２１７の吸入口に連通し、作業室１１の他端がポンプ２１７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２１３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。熱輸送媒体の第２方向の流れは往流ＦＭである。磁場変調装置２１３は、作業室１１の一端がポンプ２１７の吐出口に連通し、作業室１１の他端がポンプ２１７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２１４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２１４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２１４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２１４は、磁場変調装置２１３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２１４は、磁場変調装置２１３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。

熱輸送装置２１４は、熱輸送媒体を流すためのポンプ２１７を備える。ポンプ２１７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２１７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２１７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２１７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２１７は、回転軸２２によって駆動される。ポンプ２１７は、例えば容積型ポンプである。

熱輸送装置２１４は、流路切換機構１９を備える。流路切換機構１９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１９は、一方向型のポンプ２１７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１９は、ポンプ２１７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１９は、ひとつの作業室１１およびひとつのＭＣＥ素子１２と、ポンプ２１７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２１７の吸入口に連通し、作業室１１の他端がポンプ２１７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２１７の吐出口に連通し、作業室１１の他端がポンプ２１７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１９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１９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１９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１９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２１７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１９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１９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２１７の吸入口とを連通し、他端とポンプ２１７の吐出口とを連通する。

流路切換機構１９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１９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２１７の吐出口とを連通し、他端とポンプ２１７の吸入口とを連通する。

ＭＨＰ装置２１０は、熱交換器６３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２１７の吸入口に連通可能である。ＭＨＰ装置２１０は、熱交換器６３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２１０は、熱交換器７３から熱輸送媒体を受け入れる低温側入口１７ａを有する。低温側入口１７ａ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２１０は、熱交換器７３へ向けて熱輸送媒体を供給する低温側出口１７ｂを有する。低温側出口１７ｂ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２１７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２２と作動的に連結されている。流路切換機構１９と磁場変調装置２１３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２２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２１７、流路切換機構１９、および磁場変調装置２１３は、共通のハウジング２０の中に収容されている。この構成によると、ポンプ２１７を流路切換機構１９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２１７と流路切換機構１９とが接続される。この結果、ポンプ２１７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２０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。

回転軸２２とロータ７との間には、変速機構２１８が配置されている。変速機構２１８は、例えば遊星歯車機構によって提供される。変速機構２１８は、ポンプ２１７のボディとステータ８との間に配置されている。変速機構２１８は、ポンプ２１７の回転数が、流路切換機構１９および磁場変調装置２１３の回転数より高くなるように回転軸２２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２１７の回転数が、流路切換機構１９および磁場変調装置２１３の回転数より高くなる。これにより、高回転型のポンプ２１７を利用することができる。ポンプ２１７が高い回転数で回転することにより、ポンプ２１７の流量の増加、および／または小型のポンプ２１７の利用が可能となる。

ＭＨＰ装置２１０は、ＭＨＰ装置１０と同様に、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。

図１３に示すように、本実施形態の容器であるロータ７は、熱輸送媒体の往復流ＦＭ、ＦＮの方向において、高温側の端部１１Ｅ１から低温側の端部１１Ｅ２へ向かうに従って、壁厚さが薄くなっている。ロータ７は、端部１１Ｅ１から端部１１Ｅ２へ向かうに従って、壁厚さが漸次薄くなっている。ロータ７の作業室１１に臨む内周面は、往復流ＦＭ、ＦＮ方向において滑らかな面を形成し、端部１１Ｅ１から端部１１Ｅ２へ向かうに従って壁厚さが徐々に薄くなっている。

したがって、ロータ７は、端部１１Ｅ１からから中央部１１Ｍへ向かうに従って、壁厚さが薄くなっている。容器２１は、端部１１Ｅ１から中央部１１Ｍへ向かうに従って、壁厚さが漸次薄くなっている。ロータ７の作業室１１に臨む内周面は、往復流ＦＭ、ＦＮ方向において滑らかな面を形成し、端部１１Ｅ１から中央部１１Ｍへ向かうに従って壁厚さが徐々に薄くなっている。

ロータ７内に形成された作業室１１は、往復流ＦＭ、ＦＮ方向に直交する断面積が、端部１１Ｅ１から端部１１Ｅ２へ向かうに従って大きくなっている。これにより、ロータ７の壁厚さは、熱輸送媒体の往復流ＦＭ、ＦＮの方向における端部１１Ｅ１から端部１１Ｅ２へ向かうに従って薄くなっている。本実施形態においても、作業室１１の断面形状は正方形状等に限定されない。

図１４は、熱輸送装置１４により熱輸送媒体の往復的な流れＦＭ、ＦＮが形成されたときに、熱輸送媒体の圧力印加により容器であるロータ７に発生する応力の一例を示している。ロータ７に発生する応力は、熱輸送媒体の圧力に応じて決まる。ロータ７に発生する応力は、熱輸送媒体の圧力とロータ外部の圧力との差に応じて決まる。

熱輸送装置１４により作業室１１内に熱輸送媒体の往流ＦＭが形成されるときには、発生する応力は、高温端１１Ｅ１から低温端１１Ｅ２へ向かうに従って低下する。これは、ＭＣＥ素子１２が充填配置された作業室１１内における熱輸送媒体の圧力損失に起因する。一方、作業室１１内に熱輸送媒体の復流ＦＮが形成されるときには、発生する応力は、上記の圧力損失に起因して、低温端１１Ｅ２から高温端１１Ｅ１へ向かうに従って低下する。

本実施形態では、ＭＨＰ装置２１０は、一方向ポンプであるポンプ２１７を 高温系統側に１つだけ備えている。したがって、第２位置に位置付けられた作業室１１の低温端１１Ｅ２から流出して第１位置に位置付けられた作業室１１の低温端１１Ｅ２へ戻る熱輸送媒体は、低温系統を流れる際に圧力損失により圧力低下する。これにより、復流ＦＮにおける熱輸送媒体の圧力は、往流ＦＭにおける熱輸送媒体の圧力よりも、作業室１１内の全域において低くなる。したがって、図１４に示すような応力分布が形成される。

本実施形態の容器であるロータ７の壁厚さは、往流ＦＭ形成時の発生応力と復流ＦＮ形成時の発生応力との高い方に応じて決められている。したがって、ロータ７の往復流ＦＭ、ＦＮ方向における各位置における壁厚さは、図１４に横軸で示した各位置における往流ＦＭ形成時の発生応力に対応するように設定されている。熱輸送媒体によりロータ７に加わる力が比較的小さい部位では、加わる力に対応させて壁厚さを薄くする。

本実施形態のＭＨＰ装置２１０は、磁気作業物質１２と、容器であるロータ７と、磁場変調装置２１３と、熱輸送装置２１４とを備える。ロータ７は、磁気作業物質１２が充填される作業室１１を形成している。磁場変調装置２１３は、磁力源である磁石３４、３５が発生する磁束を通過させる磁気回路部２１３Ａをロータ７の外部に有し、磁気作業物質１２に印加する外部磁場を変調する。熱輸送装置２１４は、磁場変調装置２１３による外部磁場の変調に同期して、磁気作業物質１２と熱交換する熱輸送媒体の往復流ＦＭ、ＦＮを作業室１１の内部に形成する。そして、ロータ７は、往復流ＦＭ、ＦＮの方向における端部１１Ｅ１から中央部１１Ｍへ向かうに従って、壁厚さが薄くなる構成である。

これによると、ロータ７の壁厚さを往復流ＦＭ、ＦＮ方向において均一とした場合よりも、往復流ＦＭ、ＦＮ方向における中央部１１Ｍ近傍では、ロータ７の壁を挟んで設けられる磁気作業物質１２と磁力源を有する磁気回路部２１３Ａとを近接させることができる。したがって、磁気作業物質１２を励磁する際の有効磁束量を増大させることができる。これにより、ＭＨＰ装置２１０の効率を向上することができる。

ＭＨＰ装置２１０は、往復流ＦＭ、ＦＮ方向における端部１１Ｅ２近傍では、ロータ７の壁を挟んで設けられる磁気作業物質１２と磁力源を有する磁気回路部２１３Ａとを更に近接させることができる。したがって、端部１１Ｅ２近傍でも磁気作業物質１２を励磁する際の有効磁束量を増大させることができる。

また、作業室１１は、往復流ＦＭ、ＦＮ方向に直交する断面積が、端部１１Ｅ１から中央部１１Ｍへ向かうに従って大きくなる構成である。これによると、熱輸送媒体の往復流方向における端部１１Ｅ１から中央部１１Ｍへ向かうに従って作業室１１断面積を大きくすることができる。したがって、熱輸送媒体の往復流方向における中央部１１Ｍ近傍において、作業室１１に充填する磁気作業物質１２の量を増大させることができる。これにより、ＭＨＰ装置２１０の効率を一層向上することができる。ＭＨＰ装置２１０は、往復流ＦＭ、ＦＮ方向における端部１１Ｅ２近傍では、作業室１１に充填する磁気作業物質１２の量を更に増大させることができる。

容器であるロータ７の構成は、上記したものに限定されない。ＭＨＰ装置２１０には、例えば図１５に示すロータ７を採用することも可能である。図１５に例示するロータ７は、往復流ＦＭ、ＦＮの方向における端部１１Ｅ１から中央部１１Ｍへ向かうに従って、壁厚さが薄くなる構成である。往復流ＦＭ、ＦＮの方向における中央部１１Ｍと端部１１Ｅ２との間は、壁厚さが均一である。

また、ロータ７には、第１実施形態の容器２１と同様に、種々の構成を採用することができる。ロータ７には、例えば、往復流ＦＭ、ＦＮ方向に直交する面において外形線により囲まれる外形内方面積が、端部１１Ｅ１から中央部１１Ｍへ向かうに従って小さくなる構成を採用することができる。また、ロータ７には、この構成に加えて、往復流方向に直交する作業室１１断面積が、端部１１Ｅ１から中央部１１Ｍへ向かうに従って大きくなる構成を組み合わせて採用することができる。

（他の実施形態）
この明細書に開示される技術は、その開示技術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。開示される技術は、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。開示技術の技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示技術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。

上記実施形態では、容器は、端部から中央部へ向かうに従って、壁厚さが漸次薄くなる構成であったが、これに限定されるものではない。例えば、図１６に示すように、端部１１Ｅ１、１１Ｅ２から中央部１１Ｍへ向かうに従って壁厚さが段階的に薄くなる容器２１としてもよい。これによると、端部１１Ｅ１、１１Ｅ２から中央部１１Ｍへ向かうに従って壁厚さが薄くなる構成の容器を比較的容易に形成することができる。

図１６に例示する容器２１は、例えば、一体成形により形成することができる。また、例えば、壁厚さが均一な筒状体を切削加工して形成することができる。また、図１７に示すように、複数の壁厚さが均一な筒状体２１ａ〜２１ｃを別体として成形して、相互に重ね合わせて溶着、接着等により一体化して形成することができる。

図１６に例示する容器２１は、壁厚さを３段階で段階的に変化するものであったが、これに限定されるものではない。４段階以上であってもよいし、図１８に例示するように、２段階であってもよい。

また、図１６に例示する容器２１は、作業室１１に臨む内周面に段部を設けて、端部１１Ｅ１、１１Ｅ２から中央部１１Ｍへ向かうに従って壁厚さを段階的に薄くしていたが、容器２１の外周面に段部を設けて、壁厚さを段階的に薄くしてもよい。また、容器２１の内周面及び外周面の両方に段部を設けて、壁厚さを段階的に薄くしてもよい。

また、上記第１実施形態では、磁気ヒートポンプ装置の磁場変調装置が、容器の一側に配置された第１磁石及びヨークと、容器の他側で第１磁石に対して異なる極が対向するように配置された第２磁石及びヨークと、を備えている。そして、第１磁石及びヨークに連結された駆動装置と、第２磁石及びヨークを第１磁石及びヨークに追従して回転するように保持する保持機構とを備えるものであった。しかしながら、これに限定されるものではない。

例えば、第２磁石が取り付けられたヨークを、外部から駆動する外部駆動機構を設けて、第２磁石及びヨークを第１磁石及びヨークに追従して回転させるものであってもよい。この外部駆動機構の駆動源は、第１磁石が取り付けられたヨークを回転させる駆動装置であってもよいし、第１磁石が取り付けられたヨークを回転させる駆動装置とは別の駆動装置であってもよい。

また、上記実施形態では、磁気回路部は、容器を間にして相互に対向する第１磁石である磁石３４と第２磁石である磁石３５とを有していたが、これに限定されるものではない。例えば、第１磁石および第２磁石のいずれかのみを備える磁気回路部としてもかまわない。

また、上記実施形態では、磁場変調装置は、磁力源として永久磁石を有する磁気回路部を備え、磁気回路部と容器とを相対的に移動させて磁気作業物質に印加する外部磁場を変調していた。そして、磁力源は永久磁石に限定されず、電磁石でもよいことを説明した。磁力源として電磁石を採用する場合には、磁場変調装置は、磁気回路部と容器との相対的移動を行なわなくてもかまわない。電磁石を採用する場合には、磁気回路部と容器との相対的移動がなくても磁場変調が可能である。

また、上記実施形態では、ＭＨＰ装置の外部の熱交換器６３、７３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。

また、上記実施形態では、車両用空調装置に開示技術を適用した。これに代えて、車両以外の船舶や航空機等の移動体用の空調装置に開示技術を適用してもよい。また、住宅用等の定置式の空調装置に開示技術を適用してもよい。また、水を加熱する給湯装置や水を冷却する冷水機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装置が提供される。これに換えて、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を提供してもよい。例えば、上記実施形態のＭＨＰ装置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。

７ ロータ（容器）
１０ 磁気熱量効果型ヒートポンプ装置（ＭＨＰ装置、磁気ヒートポンプ装置）
１１ 作業室
１１Ｅ１ 高温端（端部）
１１Ｅ２ 低温端（端部）
１１Ｍ 中央部
１２ 磁気熱量素子（ＭＣＥ素子、磁気作業物質）
１３、２１３ 磁場変調装置
１３Ａ、２１３Ａ 磁気回路部
１４、２１４ 熱輸送装置
２１ 容器
３４、３５ 磁石（磁力源）
ＦＭ 往流
ＦＮ 復流

Claims (4)

1. 外部磁場の強弱により発熱と吸熱とを生じる磁気作業物質（１２）と、
   前記磁気作業物質が充填される作業室（１１）が形成された容器（２１、７）と、
   磁力源（３４、３５）が発生する磁束を通過させる磁気回路部（１３Ａ、２１３Ａ）を前記容器の外部に有し、前記磁気作業物質に印加する前記外部磁場を変調する磁場変調装置（１３、２１３）と、
   前記外部磁場の変調に同期して、前記磁気作業物質と熱交換する熱輸送媒体の往復流（ＦＭ、ＦＮ）を前記作業室の内部に形成する熱輸送装置（１４、２１４）と、を備え、
   前記容器は、前記往復流の方向における端部（１１Ｅ１、１１Ｅ２）から中央部（１１Ｍ）へ向かうに従って、壁厚さが漸次薄くなる構成である熱磁気サイクル装置。
2. 前記容器は、前記往復流の方向における両方の前記端部から前記中央部へ向かうに従って、前記壁厚さが薄くなる構成である請求項１に記載の熱磁気サイクル装置。
3. 前記作業室は、前記往復流の方向に直交する断面積が、前記端部から前記中央部へ向かうに従って大きくなる構成である請求項１又は請求項２に記載の熱磁気サイクル装置。
4. 前記容器は、前記往復流の方向に直交する面において外形線により囲まれる外形内方面積が、前記端部から前記中央部へ向かうに従って小さくなる構成である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱磁気サイクル装置。

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