JP6601309B2 - 磁気ヒートポンプ装置 - Google Patents

Description

ここに開示される技術は、磁気作業物質の磁気熱量効果を利用した磁気ヒートポンプ装置に関する。

従来技術として、例えば、下記特許文献１に開示された磁気ヒートポンプ装置がある。この装置では、作業室に磁気作業物質が充填された容器に対して、磁石を有する磁気回路部を容器の外表面に沿って回転移動させて、磁気作業物質へ印加する磁場を変調している。

特開２０１３−２５３７２５号公報

しかしながら、上記従来技術の磁気ヒートポンプ装置では、磁気作業物質が磁石からの磁力により引き寄せられて容器と共に変位する場合がある。これに伴い、容器と磁石との隙間寸法が予め設定した寸法範囲から外れて、磁気作業物質に印加される変調磁場強度が安定しない場合があるという問題がある。

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、磁気作業物質に印加される変調磁場強度を安定させることが可能な磁気ヒートポンプ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、開示される磁気ヒートポンプ装置では、磁気熱量効果を有する磁気作業物質（１２）が配置される作業室（１１）が内部に形成された容器（２１）と、磁石（３４、３５）を有し、容器に対して容器の外表面である容器外表面に沿った方向に相対的に移動可能な相対的移動体（１３Ａ）と、容器と相対的移動体とを容器外表面に沿った方向に相対的に移動させて、磁気作業物質に印加される磁場を変調する磁場変調装置（１３）と、を備え、容器外表面と磁石の外表面である磁石外表面とが、隙間部（２３、２４）を介して互いに対向するように配置された装置であって、容器外表面と磁石外表面とが近接することを抑制して、隙間部の寸法が所定寸法未満になることを抑止する近接抑制部（３６、１３６）を備え、近接抑制部は、容器に対して相対的移動体に設けられており、相対的移動体は、磁石が取り付けられ、磁石が発生する磁束を通過させるためのヨーク（３１、３２）を有しており、近接抑制部は、ヨークに設けられており、近接抑制部は、ヨークのうち、磁石に隣接する部位に設けられている構成である。

これによると、磁石からの磁力により容器の作業室内の磁気作業物質が引き寄せられても、容器外表面と磁石外表面とが所定寸法未満にまで近接することを近接抑制部が抑止する。したがって、容器と磁石との間の隙間寸法が予め設定した寸法範囲から外れ難い。このようにして、磁場変調装置により磁気作業物質に印加される変調磁場強度を安定させることが可能である。

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実施形態に係る磁気ヒートポンプ装置の概略構成を示す模式図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図２のＩＩＩ部拡大図である。 図２のＩＶ部拡大図である。 図３に相当する部位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断面図である。 他の実施形態の磁気ヒートポンプ装置の断面図である。 他の実施形態の磁気ヒートポンプ装置の断面図である。 他の実施形態のロータの平面図である。 他の実施形態の図８のＸ−Ｘ線断面図である。

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５を参照して説明する。図１に示す車両用空調装置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。

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。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を発生させる。

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、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。

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、磁石３４、３５、及び支持部３６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磁石に相当する。磁石３５は、容器２１の他側に配置される第２磁石に相当する。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、本実施形態において容器２１に対し相対的に移動する相対的移動体１３Ａである。容器２１と相対的移動体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。図３に示すように、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。隙間部２３は、容器２１と第１磁石３４との間の第１隙間部に相当する。

ロータコア３１には、容器２１を支持するための支持部３６が配設されている。支持部３６は、ロータコア３１のうち磁石３４配設部位に隣接する部位に設けられている。支持部３６は、ローラ部３６１と軸部３６２とを有する。ローラ部３６１は、例えば円柱状であり、軸線方向の両端部に軸線方向に延びる軸部３６２が設けられている。ローラ部３６１の軸線方向は、回転軸２２の軸線方向と平行である。軸部３６２は、ロータコア３１に回転自在に支持されている。ローラ部３６１は、ヨークであるロータコア３１に軸支され、容器２１の外表面に触れつつ転動する。ローラ部３６１は、本実施形態における転動体に相当する。

ローラ部３６１は、その一部が、図３に二点鎖線で示す磁石３４の回動軌跡よりも、寸法Ｗ１だけ径外方向に突出している。ローラ部３６１は、容器２１の内周側表面に接触すると、容器２１が隙間部２３を狭める方向に移動することを抑止する。すなわち、支持部３６は、容器２１外表面と磁石３４外表面とが近接することを抑制する。そして、隙間部２３の隙間寸法が、所定の寸法Ｗ１よりも小さくなることを抑止する。ロータコア３１に設けられたローラ部３６１は、容器２１に常時接触するように設定されると、隙間部２３の隙間寸法を所定の寸法Ｗ１で継続的に維持する。

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。図４に示すように、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。隙間部２４は、容器２１と第２磁石３５との間の第２隙間部に相当する。

ヨーク部３２には、ロータコア３１と同様に支持部３６が配設されている。支持部３６は、ヨーク部３２のうち磁石３５配設部位に隣接する部位に設けられている。軸部３６２は、ヨーク部３２に回転自在に支持されている。ローラ部３６１は、ヨークであるヨーク部３２に軸支され、容器２１の外表面に触れつつ転動する。

ローラ部３６１は、その一部が、図４に二点鎖線で示す磁石３５の回動軌跡よりも、寸法Ｗ２だけ径内方向に突出している。ローラ部３６１は、容器２１の外周側表面に接触すると、容器２１が隙間部２４を狭める方向に移動することを抑止する。すなわち、支持部３６は、容器２１外表面と磁石３５外表面とが近接することを抑制する。そして、隙間部２４の隙間寸法が、所定の寸法Ｗ２よりも小さくなることを抑止する。ヨーク部３２に設けられたローラ部３６１は、容器２１に常時接触するように設定されると、隙間部２４の隙間寸法を所定の寸法Ｗ２で継続的に維持する。

本例では、寸法Ｗ１と寸法Ｗ２とは同一に設定している。支持部３６は、本実施形態における近接抑制部に相当する。

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、容器２１と、相対的移動体１３Ａと、磁場変調装置１３とを備える。容器２１は、磁気熱量効果を有する磁気作業物質からなるＭＣＥ素子１２が配置される作業室１１を内部に形成する。相対的移動体１３Ａは、磁石３４、３５を有し、容器２１に対して容器２１の外表面である容器外表面に沿った方向に相対的に移動可能である。磁場変調装置１３は、容器２１と相対的移動体１３Ａとを容器外表面に沿った方向に相対的に移動させて、ＭＣＥ素子１２に印加される磁場を変調する。ＭＨＰ装置１０では、容器２１外表面と磁石３４、３５の外表面である磁石外表面とが、隙間部２３、２４を介して互いに対向するように配置されている。

このようなＭＨＰ装置１０は、容器２１外表面と磁石３４、３５外表面とが近接することを抑制して、隙間部２３、２４の寸法が所定寸法未満になることを抑止する近接抑制部としての支持部３６を備えている。

これによると、磁石３４、３５からの磁力により容器２１の作業室１１内のＭＣＥ素子１２が引き寄せられても、容器外表面と磁石外表面とが所定寸法未満にまで近接することを支持部３６が抑止する。したがって、容器２１と磁石３４、３５との間の隙間寸法が予め設定した寸法範囲から外れ難い。このようにして、磁場変調装置１３によりＭＣＥ素子１２に印加される変調磁場強度を安定させることが可能である。

磁石３４、３５からの磁力により容器２１の作業室１１内のＭＣＥ素子１２が引き寄せられ際に、容器２１が磁石３４、３５に接触することを防止できる。近接抑制部を設けないＭＨＰ装置では、磁石３４、３５の磁気吸引に伴う容器２１の変位量を見込んで設計すると、隙間部寸法を比較的大きく設定する必要がある。これにより、ＭＣＥ素子１２に印加される磁場強度を充分に高めることが難しい。本実施形態のＭＨＰ装置によれば、このような不具合を解消することができる。

また、近接抑制部である支持部３６は、相対的移動体１３Ａに設けられている構成である。これによると、磁石３４、３５を有する相対的移動体１３Ａに設けられた支持部３６により、容器外表面と磁石外表面との近接を抑制する。相対的移動体１３Ａに設けられた近接抑制部である支持部３６は、磁石３４、３５に対して所定の位置関係を維持し易い。したがって、所定寸法Ｗ１、Ｗ２を小さく設定しても、容器外表面と磁石外表面とが所定寸法未満にまで近接することを精度よく抑止することができる。

また、相対的移動体１３Ａは、磁石３４、３５が取り付けられ、磁石３４、３５が発生する磁束を通過させるためのヨークとしてのロータコア３１及びヨーク部３２を有している。そして、近接抑制部である支持部３６は、ヨークであるロータコア３１及びヨーク部３２に設けられている。これによると、磁石３４、３５が取り付けられたロータコア３１及びヨーク部３２に設けられた支持部３６により、容器外表面と磁石外表面との近接を抑制する。ヨークに設けられた支持部３６は、磁石３４、３５に対して所定の位置関係を維持できる。したがって、所定寸法Ｗ１、Ｗ２を小さく設定しても、容器外表面と磁石外表面とが所定寸法未満にまで近接することを確実に精度よく抑止することができる。

また、支持部３６は、ヨークのうち、磁石３４、３５に隣接する部位に設けられている。これによると、磁石３４、３５に隣接してヨークに設けられた支持部３６により、容器外表面と磁石外表面との近接を抑制する。磁石３４、３５に隣接してヨークに設けられた近接抑制部は、磁石３４、３５に対する所定の位置関係を高精度に維持できる。したがって、所定寸法Ｗ１、Ｗ２を小さく設定しても、容器外表面と磁石外表面とが所定寸法未満にまで近接することを一層確実に精度よく抑止することができる。

また、磁石３４、３５は、容器２１の一側に配置された第１磁石である磁石３４と、容器２１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磁石である磁石３５とを含む。そして、隙間部２３、２４は、容器２１の一側の外表面と第１磁石の外表面との間の第１隙間部である隙間部２３と、容器２１の他側の外表面と第２磁石の外表面との間の第２隙間部である隙間部２４とを含む。近接抑制部は、第１隙間部及び第２隙間部の少なくとも一方において、容器外表面と磁石外表面とが近接することを抑制する構成である。これによると、容器２１の両側に磁石３４、３５が配置される構成の装置において、少なくとも一方の磁石と容器２１との間の隙間部で、容器外表面と磁石外表面とが所定寸法未満にまで近接することを抑止できる。

また、近接抑制部は、第１隙間部及び第２隙間部の両方において、容器外表面と磁石外表面とが近接することを抑制する構成である。これによると、容器２１の両側に磁石３４、３５が配置される構成の装置において、両方の磁石３４、３５と容器２１との間の隙間部で、容器外表面と磁石外表面とが所定寸法未満にまで近接することを抑止できる。

また、近接抑制部は、転動自在に設けられた転動体であるローラ部３６１を有する。これによると、転動自在なローラ部３６１を用いて容器外表面と磁石外表面との近接を抑制することができる。したがって、近接抑制部を設けても、容器２１と相対的移動体１３Ａとの相対的移動に伴う移動抵抗を抑制し易い。

なお、本実施形態の説明では、円柱状のローラ部３６１を転動体とする支持部３６を近接抑制部として設けていたが、これに限定されるものではない。例えば図５に示すような支持部１３６を採用してもよい。支持部１３６は、転動体としての球状のボール部３６３と、ボール部３６３をヨークに対して保持するリテーナ３６４とを有する。ボール部３６３とヨークの凹部との間には、ボール部３６３の転動を容易にする潤滑体３６５を配置することができる。このような近接抑制部を採用しても、同様の効果を得ることができる。

（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、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、素子ベッドである容器２１を静止させておき、相対的移動体１３Ａ側を回転する構成を採用した。これに代えて、素子ベッドである容器２１と磁場変調装置１３との間の相対的な回転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、作業室１１とＭＣＥ素子１２とを有する素子ベッドである容器を、永久磁石を含む磁場変調装置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。換言すれば、磁場変調装置は、相対的移動体に対して容器を容器外表面に沿った方向に移動させるものであってもよい。すなわち、容器と相対的移動体とを容器外表面に沿った方向に相対的に移動させて、磁気作業物質へ印加する磁場の大きさを変更するものであればよい。

また、上記実施形態では、熱輸送媒体の移動装置としてのポンプを高温端及び低温端を有する容器の両側に設けていたが、これに限定されるものではない。例えば、ポンプの両側に、高温端を有する容器と低温端を有する容器とをそれぞれ配置したものであってもよい。また、ポンプの形態も前述したタイプに限定されるものではない。

また、上記実施形態では、近接抑制部としての支持部３６、１３６は、隙間部２３及び隙間部２４の両方において、容器２１外表面と磁石３４、３５外表面とが近接することを抑制する構成であった。しかしながら、これに限定されるものではない。近接抑制部は、第１隙間部及び第２隙間部の少なくとも一方において、容器外表面と磁石外表面とが近接することを抑制するものであればよい。

例えば、図６に示すように、第１隙間部である隙間部２３を挟んで対向する容器２１外表面と磁石３４外表面とが近接することを抑制するためにロータコア３１に支持部３６を設け、ヨーク部３２には支持部を設けないものであってもよい。また、図７に示すように、第２隙間部である隙間部２４を挟んで対向する容器２１外表面と磁石３５外表面とが近接することを抑制するためにヨーク部３２に支持部３６を設け、ロータコア３１には支持部を設けないものであってもよい。

また、上記実施形態で説明したように、容器は、作業室の熱輸送媒体の流れる方向が回転軸に対して平行になるように円環状の領域に配置されるものであったが、これに限定されるものではない。例えば、図８〜図１０に示すように、容器は、熱輸送媒体の流れる方向が回転軸に対して垂直になるように円環状の領域に配置されるものであってもよい。

図８は、磁気ヒートポンプ装置の一例の断面図である。また、図９は、図８に示されるロータの平面図、図１０は、図８のＸ−Ｘ線における断面図である。本例では、動力源ねるモータ１５によって駆動される回転軸２２で動作する２つの往復動用のポンプ６２、７２は、ＭＨＰ装置２１０の両側に独立して設けられている。本例のＭＨＰ装置２１０では、ハウジング２０内部のモータ１５に近い側に、回転軸２２に取り付けられた円板状のロータ２５２がある。そして、ロータ２５２の一方の面に、図９に示すように、扇紙型の永久磁石２５３が回転軸２２に点対称に取り付けられている。一方の永久磁石２５３は、ロータ２５２側がＮ極であり、他方の永久磁石２５３は、ロータ２５２側がＳ極であって、ロータ２５２がヨークとなっている。

ハウジング２０内部のモータ１５から遠い側には、ハウジング２０の内周面にボールベアリング３３を介して回転自在に取り付けられた円環状のヨーク部２５４がある。ヨーク部２５４は回転軸２２には結合しておらず、中央部に設けられた孔を回転軸２２が貫通している。ヨーク部２５４のロータ２５２側の面には、ロータ２５２に取り付けられた永久磁石２５３と同じサイズの永久磁石２５５が取り付けられている。一方の永久磁石２５５は、ロータ２５２側がＮ極であり、他方の永久磁石２５５は、ロータ２５２側がＳ極である。従って、永久磁石２５５と永久磁石２５３との間には吸引力が作用しており、永久磁石２５５と永久磁石２５３とは対向する位置にある。そして、永久磁石２５５が取り付けられたヨーク部２５４はボールベアリング３３によってハウジング２０内に回転自在に保持されているので、回転軸２２が回転して永久磁石２５３が回転移動すると、永久磁石２５５はこれに追従して回転移動する。

ハウジング２０内の永久磁石２５３と永久磁石２５５に挟まれた空間には、回転軸２２には結合していない容器取付部２５７がある。容器取付部２５７には、図１０に示すように、作業室１１にＭＣＥ素子１２が充填された材料容器体２２５が放射状に複数個取り付けられている。材料容器体２２５の熱輸送媒体の流れに対して垂直な方向の断面形状は、矩形または円形である。容器取付部２５７はハウジング２０と一体的に形成しても良く、また、別体の容器取付部２５７をハウジング２０の内側に取り付けても良い。材料容器体２２５の外側と内側の端部にはそれぞれ吐出弁１１２と吸入弁１１１を内蔵する吐出吸入弁機構２５６が設けられている。本例では、外側にある吐出吸入弁機構２５６の各個は熱交換器６３を備える媒体通路６１に接続されており、内側にある吐出吸入弁機構２５６の各個は熱交換器７３を備える媒体通路７１に接続されている。

本例でも、ロータ２５２の一方の面に取り付けられた永久磁石２５３がモータ１５によって回転すると、永久磁石２５３の回転に伴って永久磁石２５３に対向する永久磁石２５５が吸引力によって追従して回転し、ヨーク部２５４が回転する。

本例では、材料容器体２２５が、作業室１１が内部に形成された容器に相当する。材料容器体２２５及び容器取付部２５７を備える構成を容器２０７と呼び、本実施形態における容器に相当するとも言える。

本例の磁場変調装置２１４は、容器２０７と、容器２０７に対して相対的に移動する相対的移動体２１４Ａ、２１４Ｂとを備えている。相対的移動体２１４Ａは、容器２０７よりもモータ１５側に位置している。相対的移動体２１４Ａは、ヨークであるロータ２５２、第１磁石である永久磁石２５３を備えている。相対的移動体２１４Ｂは、容器２０７よりも反動力源側に位置している。相対的移動体２１４Ｂは、ヨークであるヨーク部２５４、第２磁石である永久磁石２５５を備えている。ロータ２５２、ヨーク部２５４、および永久磁石２５３、２５５は、永久磁石２５３、２５５が発生する磁束を通過させる磁気回路部２１５を構成する。

図９に示すように、ロータ２５２には、近接抑制部としての支持部１３６が複数設けられている。支持部１３６は、ロータ２５２のうち、磁石２５３に隣接する位置に設けられている。支持部１３６の先端は、磁石２５３の容器側外表面よりも容器２０７側に突出している。

支持部１３６のボール部３６３は、容器２０７の外表面に接触すると、容器２０７が隙間部２３を狭める方向に移動することを抑止する。すなわち、支持部１３６は、容器２０７外表面と磁石２５３外表面とが近接することを抑制する。そして、隙間部２３の隙間寸法が、所定寸法よりも小さくなることを抑止する。ロータ２５２に設けられたボール部３６３は、容器２０７に常時接触するように設定されると、隙間部２３の隙間寸法を所定寸法で継続的に維持する。

ヨーク部２５４にも、ロータ２５２と同様に、近接抑制部としての支持部１３６を複数設け、容器２０７が隙間部２４を狭める方向に移動することを抑止することができる。すなわち、支持部１３６は、容器２０７外表面と磁石２５５外表面とが近接することを抑制する。そして、隙間部２４の隙間寸法が、所定寸法よりも小さくなることを抑止する。ヨーク部２５４に設けられたボール部３６３は、容器２０７に常時接触するように設定されると、隙間部２４の隙間寸法を所定寸法で継続的に維持する。

したがって、ＭＨＰ装置２１０でも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、本例においても、近接抑制部は、第１隙間部及び第２隙間部の少なくとも一方において、容器外表面と磁石外表面とが近接することを抑制するものであればよい。

また、上記実施形態では、近接抑制部は、容器に対して相対的移動する相対的移動体のヨークに設けられていたが、これに限定されるものではない。例えば、相対的移動体のヨーク以外の部位設けてもよい。また、相対的移動体ではなく容器に近接抑制部を設けてもよい。この場合には、相対的移動体の容器側の外表面が相対的移動方向において滑らかであることが好ましい。また、近接抑制部は、相対的移動体及び容器のいずれにも取り付けられていない構成であってもよい。例えば、相対的移動体及び容器の互いに対向する面をいずれも滑らかな面として、相対的移動体及び容器の間に転動体を介設するものであってもよい。

また、上記実施形態では、転動体を有する近接抑制部により容器と磁石との近接を抑制していたが、これに限定されるものではない。例えば、近接抑制部は、容器と相対的移動体との間の隙間部に介設された潤滑材であってもよい。潤滑材としては、例えば、グリースや比較的高粘度の潤滑油を採用することができる。これによると、隙間部に介在させた潤滑材を用いて容器外表面と磁石外表面との近接を抑制することができる。したがって、近接抑制部を設けても、容器と相対的移動体との相対的移動に伴う移動抵抗を抑制し易い。

また、上記実施形態では、相対的移動体１３Ａは、容器２１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を相対的移動体としてもかまわない。

また、上記実施形態では、作業室が形成された容器と磁気回路部を有する相対的移動体とを相対的に回転移動させていたが、これに限定されるものではない。例えば、容器と相対的移動体とを相対的にリニア移動させるものであってもよい。

また、上記実施形態では、ＭＨＰ装置１０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１０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１０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。

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
１２ 磁気熱量素子（ＭＣＥ素子、磁気作業物質）
１３ 磁場変調装置
１３Ａ 相対的移動体
２３、２４ 隙間部
３１ ロータコア（ヨーク）
３２ ヨーク部（ヨーク）
３４、３５ 磁石
３６、１３６ 支持部（近接抑制部）

Claims (4)

1. 磁気熱量効果を有する磁気作業物質（１２）が配置される作業室（１１）が内部に形成された容器（２１）と、
   磁石（３４、３５）を有し、前記容器に対して前記容器の外表面である容器外表面に沿った方向に相対的に移動可能な相対的移動体（１３Ａ）と、
   前記容器と前記相対的移動体とを前記容器外表面に沿った方向に相対的に移動させて、前記磁気作業物質に印加される磁場を変調する磁場変調装置（１３）と、を備え、
   前記容器外表面と前記磁石の外表面である磁石外表面とが、隙間部（２３、２４）を介して互いに対向するように配置された磁気ヒートポンプ装置であって、
   前記容器外表面と前記磁石外表面とが近接することを抑制して、前記隙間部の寸法が所定寸法未満になることを抑止する近接抑制部（３６、１３６）を備え、
   前記近接抑制部は、前記容器に対して前記相対的移動体に設けられており、
   前記相対的移動体は、前記磁石が取り付けられ、前記磁石が発生する磁束を通過させるためのヨーク（３１、３２）を有しており、
   前記近接抑制部は、前記ヨークに設けられており、
   前記近接抑制部は、前記ヨークのうち、前記磁石に隣接する部位に設けられている構成である磁気ヒートポンプ装置。
2. 前記磁石は、前記容器の一側に配置された第１磁石（３４）と、前記容器の他側で前記第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（３５）と、を含み、
   前記隙間部は、前記容器の前記一側の外表面と前記第１磁石の外表面との間の第１隙間部（２３）と、前記容器の前記他側の外表面と前記第２磁石の外表面との間の第２隙間部（２４）と、を含み、
   前記近接抑制部は、前記第１隙間部及び前記第２隙間部の少なくとも一方において、前記容器外表面と前記磁石外表面とが近接することを抑制する構成である請求項１に記載の磁気ヒートポンプ装置。
3. 前記近接抑制部は、前記第１隙間部及び前記第２隙間部の両方において、前記容器外表面と前記磁石外表面とが近接することを抑制する構成である請求項２に記載の磁気ヒートポンプ装置。
4. 前記近接抑制部は、転動自在に設けられた転動体（３６１、３６３）を有する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の磁気ヒートポンプ装置。

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