JP6899981B1 - 磁気冷凍機 - Google Patents

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Abstract

磁気冷凍機(200)は、磁気冷凍用電磁石(100)を備える。磁気冷凍用電磁石は、リターンヨーク(1)と、リターンヨーク(1)の内側において、互いにギャップ(6A)を隔てて配置されている少なくとも1組の対向磁極(2,3)と、ギャップ内に配置されており、かつ熱輸送媒体が流れる配管(9A)と、配管の内部に配置されており、かつ熱輸送媒体と熱交換する磁気熱量部材(10A)と、少なくとも1組の対向磁極の少なくとも一方を囲んでおり、かつ通電時にギャップを通る磁束を生じさせるコイル(7)とをさらに備える。

Description

本開示は、磁気冷凍機に関する。
環境配慮型の冷凍技術として、磁気冷凍技術が知られている。磁気冷凍技術では、磁気熱量材料と呼ばれる物質に断熱状態のまま磁界を印加すると磁気熱量材料の温度が上昇し、磁界を除去すると磁気熱量材料の温度が低下する現象(磁気熱量効果)が利用される。
特開2004−361061号公報には、磁気熱量材料を格納した格納体と、該格納体を囲むように配置された空芯コイルとを備える磁気冷凍機が開示されている。
特開2004−361061号公報
しかしながら、特開2004−361061号公報に記載の磁気冷凍機では、磁気熱量材料を格納した格納体が空芯コイルの内側に配置されているため、磁気熱量材料に印加される磁界を強めることは困難であり、磁界が印加された状態と磁界が除去されていた状態との間での磁気熱量材料の温度差を大きくすることは困難である。そのため、上記磁気冷凍機では、磁気熱量材料の吸熱・発熱効果の向上を図ることは困難である。
本開示の主たる目的は、磁気熱量材料の吸熱・発熱効果の向上を図ることができる磁気冷凍用電磁石および磁気冷凍機を提供することにある。
本開示に係る磁気冷凍機は、磁気冷凍用電磁石を備える。磁気冷凍用電磁石は、リターンヨークと、リターンヨークの内側において、互いにギャップを隔てて配置されている少なくとも1組の対向磁極と、ギャップ内に配置されており、かつ熱輸送媒体が流れる配管と、配管の内部に配置されており、かつ熱輸送媒体と熱交換する磁気熱量部材と、少なくとも1組の対向磁極の少なくとも一方を囲んでおり、かつ通電時にギャップを通る磁束を生じさせるコイルとを含む。
本開示によれば、磁気熱量材料の吸熱・発熱効果の向上を図ることができる磁気冷凍機を提供することができる。
実施の形態1に係る磁気冷凍用電磁石を示す図である。 図1中の矢印II−IIから視た部分断面図である。 実施の形態1に係る磁気冷凍機を示すブロック図である。 図1に示される磁気冷凍用電磁石の第1状態を示す図である。 図1に示される磁気冷凍用電磁石の第2状態を示す図である。 図3に示される磁気冷凍機において、熱輸送媒体が図1に示される磁気冷凍用電磁石を流出入するための流出入配管と図1に示される磁気冷凍用電磁石との接続例を示す斜視図である。 図6中の矢印VIIから視た部分側面図である。 図1に示される磁気冷凍用電磁石の変形例の第3状態を示す図である。 図1に示される磁気冷凍用電磁石の変形例の第4状態を示す図である。 図1に示される磁気冷凍用電磁石の第1コイルおよび第2コイルを示す斜視図である。 図8および図9に示される磁気冷凍用電磁石を備える磁気冷凍機の第1系統のヒートポンプを示すブロック図である。 図8および図9に示される磁気冷凍用電磁石を備える磁気冷凍機の第2系統のヒートポンプを示すブロック図である。 実施の形態2に係る磁気冷凍用電磁石を示す図である。 図13に示される磁気冷凍用電磁石の第5状態を示す図である。 図13に示される磁気冷凍用電磁石の第6状態を示す図である。 図13に示される磁気冷凍用電磁石の変形例の第7状態を示す図である。 図13に示される磁気冷凍用電磁石の変形例の第8状態を示す図である。 実施の形態3に係る磁気冷凍用電磁石を示す図である。 図18に示される磁気冷凍用電磁石の第7状態を示す図である。 図18に示される磁気冷凍用電磁石の第8状態を示す図である。 実施の形態4に係る磁気冷凍用電磁石を示す図である。 実施の形態4に係る磁気冷凍用電磁石の変形例を示す図である。 実施の形態5に係る磁気冷凍用電磁石を示す図である。 実施の形態6に係る磁気冷凍用電磁石を示す図である。 実施の形態6に係る磁気冷凍用電磁石の第9状態を示す図である。 実施の形態6に係る磁気冷凍用電磁石の第10状態を示す図である。
以下、図面を参照して本開示の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
実施の形態1.
図1に示されるように、実施の形態1に係る磁気冷凍用電磁石100は、リターンヨーク1、第1磁極2、第2磁極3、第3磁極4、第4磁極5、第1コイル7、および第2コイル8を備える。
図1に示されるように、リターンヨーク1は、例えば四角環状に形成されている。図1において、リターンヨーク1は、X方向に沿って延びる部分と、X方向と直交するY方向に延びる部分とを有している。リターンヨーク1の各部分は、X方向およびY方向の各々と直交するZ方向に延びている。なお、図1では、X方向およびY方向に対して傾斜している第1方向Aおよび第2方向Bが図示されている。第1方向Aは、第2方向Bと交差しており、例えば第2方向Bと直交している。X方向およびY方向に対する第1方向Aの傾斜角度は、任意の角度でよいが、第1磁極2、第2磁極3、第3磁極4、および第4磁極5の各々の磁気飽和(以下、単に飽和)を抑制する観点から、好ましくは45度である。
第1磁極2、第2磁極3、第3磁極4、および第4磁極5は、リターンヨーク1の内側に配置されている。第1磁極2、第2磁極3、第3磁極4、および第4磁極5は、リターンヨーク1の内周面と接しており、またはリターンヨーク1と磁気的に結合している。リターンヨーク1、第1磁極2、第2磁極3、第3磁極4、および第4磁極5の各々を構成する材料は、任意の磁性材料であればよいが、例えば鉄(Fe)、コバルト(Co)、およびニッケル(Ni)からなる群から選択される少なくとも1つを含む。
第1磁極2は、第1方向Aにおいて第2磁極3と第1ギャップ6Aを隔てて配置されている。第1磁極2は、Y方向において第4磁極5と中央ギャップ6Eを隔てて配置されている。
第1磁極2は、X方向において後述する第1コイル7と第2コイル8との間に配置されている第1部分2Aと、第1部分2Aに接続されておりかつY方向において第1部分2Aよりも内側に配置されている第2部分2Bとを有している。第2部分2Bは、第1方向Aに沿って延びる面と、第2方向Bに沿って延びる面と、上記2つの面間を接続しておりかつX方向に沿って延びる面とを有している。第2部分2BのX方向の幅は、Y方向において外側から内側に向かうにつれて狭まっている。
第2磁極3は、第2方向Bにおいて第4磁極5と第4ギャップ6Dを隔てて配置されている。第2磁極3は、X方向において第3磁極4と中央ギャップ6Eを隔てて配置されている。
第2磁極3は、Y方向において後述する第1コイル7と第2コイル8との間に配置されている第1部分3Aと、第1部分3Aに接続されておりかつX方向において第1部分3Aよりも内側に配置されている第2部分3Bとを有している。第2部分3Bは、第1方向Aに沿って延びる面と、第2方向Bに沿って延びる面と、上記2つの面間を接続しておりかつY方向に沿って延びる面とを有している。第2部分3BのY方向の幅は、X方向において外側から内側に向かうにつれて狭まっている。
第3磁極4は、第1方向Aにおいて第4磁極5と第2ギャップ6Bを隔てて配置されている。
第3磁極4は、Y方向において後述する第1コイル7と第2コイル8との間に配置されている第1部分4Aと、第1部分4Aに接続されておりかつX方向において第1部分4Aよりも内側に配置されている第2部分4Bとを有している。第2部分4Bは、第1方向Aに沿って延びる面と、第2方向Bに沿って延びる面と、上記2つの面間を接続しておりかつY方向に沿って延びる面とを有している。第2部分4BのY方向の幅は、X方向において外側から内側に向かうにつれて狭まっている。
第4磁極5は、X方向において後述する第1コイル7と第2コイル8との間に配置されている第1部分2Aと、第1部分2Aに接続されておりかつY方向において第1部分2Aよりも内側に配置されている第2部分2Bとを有している。第2部分4Bは、第1方向Aに沿って延びる面と、第2方向Bに沿って延びる面と、上記2つの面間を接続しておりかつX方向に沿って延びる面とを有している。第2部分4BのX方向の幅は、Y方向において外側から内側に向かうにつれて狭まっている。
第1ギャップ6Aは、第1磁極2の第2部分2Bにおいて第2方向Bに沿って延びる面と、第2磁極3の第2部分3Bにおいて第2方向Bに沿って延びる面とに面している。図1に示されるように、Z方向から視て、第1ギャップ6Aは、第2方向Bに沿った長手方向と、第1方向Aに沿った短手方向とを有している。
第2ギャップ6Bは、第3磁極4の第2部分4Bにおいて第2方向Bに沿って延びる面と、第4磁極5の第2部分5Bにおいて第2方向Bに沿って延びる面とに面している。図1に示されるように、Z方向から視て、第2ギャップ6Bは、第2方向Bに沿った長手方向と、第1方向Aに沿った短手方向とを有している。
第3ギャップ6Cは、第1磁極2の第2部分2Bにおいて第1方向Aに沿って延びる面と、第3磁極4の第2部分4Bにおいて第1方向Aに沿って延びる面とに面している。図1に示されるように、Z方向から視て、第3ギャップ6Cは、第1方向Aに沿った長手方向と、第2方向Bに沿った短手方向とを有している。
第4ギャップ6Dは、第2磁極3の第2部分3Bにおいて第1方向Aに沿って延びる面と、第4磁極5の第2部分5Bにおいて第1方向Aに沿って延びる面とに面している。図1に示されるように、Z方向から視て、第4ギャップ6Dは、第1方向Aに沿った長手方向と、第2方向Bに沿った短手方向とを有している。
中央ギャップ6Eは、第1磁極2の第2部分2BにおいてX方向に沿って延びる面と、第2磁極3の第2部分3BにおいてY方向に沿って延びる面と、第3磁極4の第2部分4BにおいてY方向に沿って延びる面と、第4磁極5の第2部分5BにおいてX方向に沿って延びる面とに面している。中央ギャップ6Eは、第1ギャップ6A、第2ギャップ6B、第3ギャップ6C、および第4ギャップ6Dの各々と連なっている。
磁気冷凍用電磁石100では、第1磁極2と第2磁極3とが第1ギャップ6Aを隔てて対向する1組の対向磁極を成しており、かつ第3磁極4と第4磁極5とが第2ギャップ6Bを隔てて対向する1組の対向磁極を成している。
第1ギャップ6Aおよび第2ギャップ6Bは、第2方向Bにおいて中央ギャップ6Eを挟むように配置されている。第3ギャップ6Cおよび第4ギャップ6Dは、第1方向Aにおいて中央ギャップ6Eを挟むように配置されている。
第1ギャップ6Aの第1方向Aの間隔(ギャップ長)は、例えば第2ギャップ6Bの第1方向Aの間隔(ギャップ長)と等しい。第3ギャップ6Cの第2方向Bの間隔(ギャップ長)は、例えば第4ギャップ6Dの第2方向Bの間隔(ギャップ長)と等しい。第1ギャップ6A、第2ギャップ6B、第3ギャップ6C、および第4ギャップ6Dの各々の上記間隔は、例えば中央ギャップ6EのX方向の間隔、中央ギャップ6EのY方向の間隔、中央ギャップ6Eの第1方向Aの間隔、および中央ギャップ6Eの第2方向Bの間隔よりも狭い。
第1ギャップ6A、第2ギャップ6B、第3ギャップ6C、および第4ギャップ6Dの各々の上記間隔は、例えば第1コイル7の中心軸に沿った方向(第1方向A)の第1コイル7の幅、および第2コイル8の中心軸に沿った方向(第2方向B)の第2コイル8の幅よりも狭い。
第1コイル7は、X方向において第1磁極2を囲んでいる。第2コイル8は、X方向において第4磁極5を囲んでいる。第1コイル7および第2コイル8の各中心軸は、Y方向に沿っている。第1コイル7および第2コイル8は、通電時に、第1ギャップ6Aおよび第4ギャップ6Dを通る磁束と、第2ギャップ6Bおよび第3ギャップ6Cを通る磁束とを生じさせる。第1磁極2、第2磁極3、第3磁極4、および第4磁極5の各々が飽和していない場合、第1ギャップ6Aを通る磁束および第2ギャップ6Bを通る磁束の各々は第1方向Aに沿って延び、第3ギャップ6Cを通る磁束および第4ギャップ6Dを通る磁束の各々は第2方向Bに沿って延びる。
第1コイル7および第2コイル8の各々は、電源(図3中の電源114)に接続されている。第1コイル7および第2コイル8は、同時に通電され、または同時に通電が遮断される。言い換えると、電源は、第1コイル7および第2コイル8が同時に通電されている第1状態(図4参照)と、第1コイル7および第2コイル8が同時に通電されていない第2状態(図5参照)とを切り替える。
図1に示されるように、磁気冷凍用電磁石100は、第1配管9A、第2配管9B、第3配管9C、第4配管9D、第1磁気熱量部材10A、第2磁気熱量部材10B、第3磁気熱量部材10C、および第4磁気熱量部材10Dをさらに備える。
図1および図2に示されるように、第1配管9Aは、第1ギャップ6Aに配置されている。Z方向から視て、第1配管9Aは、第2方向Bに沿った長手方向と、第1方向Aに沿った短手方向とを有している。第1配管9Aの外周面は、例えば第1磁極2および第2磁極3の各面と間隔を隔てて配置されている。なお、第1配管9Aの外周面は、例えば第1磁極2および第2磁極3の各面と接触していてもよい。第1配管9Aの内部には、第1磁気熱量部材10Aが配置されている。第1磁気熱量部材10Aは、第1配管9Aの内部に保持されている。
第2配管9Bは、第2ギャップ6Bに配置されている。Z方向から視て、第2配管9Bは、第2方向Bに沿った長手方向と、第1方向Aに沿った短手方向とを有している。第2配管9Bの外周面は、例えば第3磁極4および第4磁極5の各面と間隔を隔てて配置されている。なお、第2配管9Bの外周面は、例えば第3磁極4および第4磁極5の各面と接触していてもよい。第2配管9Bの内部には、第2磁気熱量部材10Bが配置されている。第2磁気熱量部材10Bは、第2配管9Bの内部に保持されている。
第3配管9Cは、第3ギャップ6Cに配置されている。Z方向から視て、第3配管9Cは、第1方向Aに沿った長手方向と、第2方向Bに沿った短手方向とを有している。第3配管9Cの外周面は、例えば第1磁極2および第3磁極4の各面と間隔を隔てて配置されている。なお、第3配管9Cの外周面は、例えば第1磁極2および第3磁極4の各面と接触していてもよい。第3配管9Cの内部には、第3磁気熱量部材10Cが配置されている。第3磁気熱量部材10Cは、第3配管9Cの内部に保持されている。
第4配管9Dは、第4ギャップ6Dに配置されている。Z方向から視て、第4配管9Dは、第1方向Aに沿った長手方向と、第2方向Bに沿った短手方向とを有している。第4配管9Dの外周面は、例えば第2磁極3および第4磁極5の各面と間隔を隔てて配置されている。なお、第4配管9Dの外周面は、例えば第2磁極3および第4磁極5の各面と接触していてもよい。第4配管9Dの内部には、第4磁気熱量部材10Dが配置されている。第4磁気熱量部材10Dは、第4配管9Dの内部に保持されている。
第1配管9A、第2配管9B、第3配管9C、および第4配管9Dの各々は、Z方向に延在している。第1配管9A、第2配管9B、第3配管9C、および第4配管9Dの各々は、例えば直管である。なお、第1配管9A、第2配管9B、第3配管9C、および第4配管9Dの各々は、例えば複数の直管がU字状配管によって互いに直列に接続された往復配管であってもよい。
磁気冷凍用電磁石100が磁気冷凍機200に組み込まれたときに、第1配管9A、第2配管9B、第3配管9C、および第4配管9Dの各々のZ方向の一端および他端は、流出入配管と接続される。磁気冷凍用電磁石100が磁気冷凍機200に組み込まれたときに、第1配管9A、第2配管9B、第3配管9C、および第4配管9Dの内部には、熱輸送媒体が流れる。熱輸送媒体は、第1配管9A、第2配管9B、第3配管9C、および第4配管9Dの各々の内部を、Z方向に流れる。
第1磁気熱量部材10A、第2磁気熱量部材10B、第3磁気熱量部材10C、および第4磁気熱量部材10Dを構成する材料は、磁気熱量材料を含む。磁気熱量材料は、磁気熱量効果を奏する材料であり、例えばガドリニウム(Gd)を含む。
第1磁気熱量部材10A、第2磁気熱量部材10B、第3磁気熱量部材10C、および第4磁気熱量部材10Dの各々には、熱輸送媒体が内部を流通するための隙間が形成されている。第1磁気熱量部材10A、第2磁気熱量部材10B、第3磁気熱量部材10C、および第4磁気熱量部材10Dの各々は例えば粒子状の磁気熱量材料の集合体であり、第1配管9A、第2配管9B、第3配管9C、および第4配管9Dの各々の内部に充填されている。この場合、上記隙間は複数の粒子間に形成されている。
第1磁気熱量部材10Aおよび第2磁気熱量部材10Bの各々の第2方向Bの幅と、第3磁気熱量部材10Cおよび第4磁気熱量部材10Dの各々の第1方向Aの幅との和は、第1コイル7および第2コイル8の各内径よりも長い。
<磁気冷凍機の構成>
図3に示されるように、磁気冷凍機200は、図1に示される磁気冷凍用電磁石100と、第1熱交換器111と、第2熱交換器112と、ポンプ113とを備える。
第1熱交換器111では、磁気冷凍用電磁石100において加熱された高温の熱輸送媒体の熱が第1熱交換器111の外部に放出される。つまり、第1熱交換器111では、熱輸送媒体と外部媒体との間の熱交換が行われ、外部媒体は加熱される。
第2熱交換器112では、磁気冷凍用電磁石100において冷却された低温の熱輸送媒体が第2熱交換器112の外部から熱を吸収する。つまり、第2熱交換器112では、熱輸送媒体と外部媒体との間の熱交換が行われ、外部媒体は冷却される。
ポンプ113は、例えば往復ポンプである。ポンプ113は、第1動作と第2動作とを交互に繰り返す。第1動作では、ポンプ113は、磁気冷凍用電磁石100において加熱された熱輸送媒体を第1熱交換器111に送るとともに、第2熱交換器112にて吸熱した熱輸送媒体を磁気冷凍用電磁石100に送る。第2動作では、ポンプ113は、磁気冷凍用電磁石100において冷却された熱輸送媒体を第2熱交換器112に送るとともに、第1熱交換器111にて放熱した熱輸送媒体を磁気冷凍用電磁石100に送る。
磁気冷凍機200は、流出入配管121と、流出入配管122とをさらに備える。流出入配管121は、磁気冷凍用電磁石100と第1熱交換器111との間を接続している。流出入配管122は、磁気冷凍用電磁石100と第2熱交換器112との間を接続している。第1配管9A、第2配管9B、第3配管9C、および第4配管9Dの各々は、流出入配管121および流出入配管122に対して互いに並列に接続されている。
図6および図7に示されるように、流出入配管121は、配管部分121A、配管部分121B,配管部分121C,および配管部分121Dを含む。配管部分121Aは、第1配管9AのZ方向の一端に接続されている。配管部分121Bは、第2配管9BのZ方向の一端に接続されている。配管部分121Cは、第3配管9CのZ方向の一端に接続されている。配管部分121Dは、第4配管9DのZ方向の一端に接続されている。
流出入配管122は、配管部分122A、配管部分122B,配管部分122C,および配管部分122Dを含む。配管部分122Aは、第1配管9AのZ方向の他端に接続されている。配管部分122Bは、第2配管9BのZ方向の他端に接続されている。配管部分122Cは、第3配管9CのZ方向の他端に接続されている。配管部分122Dは、第4配管9DのZ方向の他端に接続されている。
配管部分121Aおよび配管部分121Cは、例えば第1磁極2においてZ方向の一方を向いた面上を通ってY方向に沿って延びている部分と、リターンヨーク1の外周面上をZ方向に沿って延びる部分とを有している。
配管部分121Bおよび配管部分121Dは、例えば第4磁極5においてZ方向の一方を向いた面上を通ってY方向に沿って延びている部分と、リターンヨーク1の外周面上をZ方向に沿って延びる部分とを有している。
配管部分122Aおよび配管部分122Cは、例えば第1磁極2においてZ方向の他方を向いた面上を通ってY方向に沿って延びている部分を有している。
配管部分122Bは、例えば第3磁極4においてZ方向の他方を向いた面上を通ってY方向に沿って延びている部分と、配管部分122CにおいてY方向に沿って延びる上記部分とZ方向に重なるように配置されており、かつY方向に沿って延びている部分とを有している。
配管部分122Dは、例えば第2磁極3においてZ方向の他方を向いた面上を通ってY方向に沿って延びている部分と、配管部分122AにおいてY方向に沿って延びる上記部分とZ方向に重なるように配置されており、かつY方向に沿って延びている部分とを有している。
配管部分121Bおよび配管部分121Dは、例えば第1磁極2および第4磁極5の各々においてZ方向の他方を向いた面上を通ってY方向に沿って延びている部分をさらに有している。
なお、第1コイル7および第2コイル8は、例えば各配管部分よりも外側に配置されている。
<磁気冷凍用電磁石の動作>
上述のように、図4では、磁気冷凍用電磁石100は上記第1状態にある。つまり、図4では、第1コイル7および第コイル8が同時に通電されている。図5では、磁気冷凍用電磁石100は上記第2状態にある。つまり、図5では、第1コイル7および第2コイル8が同時に通電されていない。
図4は図1と同じ図であるが、図4中には磁束が流れる方向を示す磁束線を太い実線で示し、またコイルの電流の向きを示している。磁束線は1本で代表している(以降同様)。図4に示されるように、第1状態では、第1コイル7および第2コイル8によって、第1ギャップ6Aおよび第4ギャップ6Dを通る磁束と、第2ギャップ6Bおよび第3ギャップ6Cを通る磁束とが形成される。これにより、第1磁気熱量部材10A、第2磁気熱量部材10B、第3磁気熱量部材10C、および第4磁気熱量部材10Dは発熱し、第1配管9A、第2配管9B、第3配管9C、および第4配管9Dの各々を流れる熱輸送媒体は加熱される。
図5に示されるように、第2状態では、図4に示した様な図中の太い実線が存在せず、第1ギャップ6A、第2ギャップ6B、第3ギャップ6C、および第4ギャップ6Dの各々を通る磁束は形成されない。これにより、第1磁気熱量部材10A、第2磁気熱量部材10B、第3磁気熱量部材10C、および第4磁気熱量部材10Dは吸熱し、第1配管9A、第2配管9B、第3配管9C、および第4配管9Dの各々を流れる熱輸送媒体は冷却される。
磁気冷凍機200では、図4に示される第1状態と図5に示される第2状態とが交互に繰り返し切り替えられる。ポンプ113は、第1状態において上記第1動作を行い、第2状態において上記第2動作を行う。第1状態において、磁気冷凍用電磁石100にて加熱された熱輸送媒体は、ポンプ113によって、磁気冷凍用電磁石100から第1熱交換器111に送られる。同時に、第2熱交換器112にて外部媒体の熱を吸収した熱輸送媒体は、磁気冷凍用電磁石100に送られる。次に、第1状態から第2状態に切り替えられる。第2状態において、磁気冷凍用電磁石100にて冷却された熱輸送媒体は、ポンプ113によって、磁気冷凍用電磁石100から第2熱交換器112に送られる。同時に、第1熱交換器111にて外部媒体に放熱した熱輸送媒体は、磁気冷凍用電磁石100に送られる。次に、第2状態から第1状態に切り替えられる。
第1状態と第2状態との切り替えサイクルは、例えば0.1Hz以上10Hz以下程度の周波数で行われる。これにより、磁気冷凍機200は、ヒートポンプ(冷熱システム)として作用する。
<作用効果>
磁気冷凍用電磁石100では、上記第1状態において第1磁極2と第2磁極3との間の第1ギャップ6Aに生じる磁界は、磁性体により構成されている磁極およびリターンヨークの存在のため通電された空芯コイルの内側に生じる磁界と比べて強い。そのため、上記第1状態での第1ギャップ6A内に配置された第1磁気熱量部材10Aの発熱量は、通電された空芯コイルの内側に配置された磁気熱量部材の発熱量と比べて多くなる。上記第1状態と上記第2状態との間での第1磁気熱量部材10Aの温度差は、通電された空芯コイルの内側に配置された磁気熱量部材の温度差と比べて、大きくなる。第2磁気熱量部材10B、第3磁気熱量部材10C、および第4磁気熱量部材10Dの各々も、第1磁気熱量部材10Aと同様である。その結果、磁気冷凍用電磁石100での、
第1磁気熱量部材10A、第2磁気熱量部材10B、第3磁気熱量部材10C、および第4磁気熱量部材10Dの各吸熱・発熱効果は、磁気熱量部材が空芯コイルの内側に配置されている場合と比べて、高い。
比較例に係る磁気冷凍用電磁石として、第1コイル7および第2コイル8と、第1コイル7および第2コイル8の各々の内側に配置されておりかつ1つのギャップを隔てて配置された2つの磁極(対向磁極)とを備え、該対向磁極間のギャップの長手方向がX方向に沿って延びる構成を考える。磁気冷凍用電磁石100での第1ギャップ6Aの長手方向の長さは、上記比較例のギャップの長手方向の長さよりも長くなり、例えば√2倍となる。つまり、磁気冷凍用電磁石100での第1ギャップ6Aに面している第1磁極2および第2磁極3の面積は、上記比較例のギャップに面する対向磁極の面積よりも大きくなり、例えば√2倍となる。ここで、起磁力(コイルのターン数×1ターン当たりの電流値)が一定条件下では、アンペールの法則から磁束密度Bは一定である。
具体的には、アンペールの法則では、数式(1)として、∫Hdl=NIが成立する。ここで、Hは磁界、Lは磁路、NIは起磁力である。ギャップ中の磁界をHg、ギャップ中の磁路長をLg、ヨーク(リターンヨークおよび対向磁極)中の磁界をHy、ヨーク中の磁路長をLyとすると、Hg・Lg+Hy・Ly=NIが成立する。この式を、真空の透磁率をμ、ヨークの比透磁率をμrとして磁束密度Bに直すと、数式(2)として、Bg/μ・Lg+By/(μr・μ)・Ly=NIが成立する。また、ヨークが飽和していないとき、ギャップ中の磁束密度Bgはヨーク中の磁束密度Byと略等しくなり、かつμrは約10000程度と非常に大きくなる。そのため、上記数式(2)の左辺第2項は無視でき、数式(3)としてBg=NI・μ/Lgが成立する。
上記数式(3)により、ギャップ中の磁路長Lgが一定でかつ起磁力NIが一定であれば、ギャップに面した磁極の面積に依らず、ギャップ中の磁束密度Bgは一定となる。よって、磁気冷凍用電磁石100での第1ギャップ6Aを通る磁束は、第1ギャップ6Aに面している第1磁極2および第2磁極3の面積に比例する。その結果、第1ギャップ6Aに面している第1磁極2および第2磁極3の面積が上記比較例と比べて√2倍である磁気冷凍用電磁石100では、第1ギャップ6A内を通る磁束は、比較例のギャップを通る磁束の√2倍となる。
よって、磁気冷凍用電磁石100での第1磁気熱量部材10A、第2磁気熱量部材10B、第3磁気熱量部材10C、および第4磁気熱量部材10Dの各吸熱・発熱効果は、上記比較例に係る磁気冷凍用電磁石と比べて、高い。
さらに、磁気冷凍用電磁石100では、第1磁気熱量部材10A、第2磁気熱量部材10B、第3磁気熱量部材10C、および第4磁気熱量部材10Dの全磁気熱量部材が、第1状態において同時に発熱し、かつ第2状態において同時に吸熱する。そのため、磁気冷凍用電磁石100で実現される熱輸送媒体の温度差は、後述する磁気冷凍用電磁石100の変形例としての磁気冷凍用電磁石101で実現される第1熱輸送媒体および第2熱輸送媒体の各温度差よりも大きくなる。
<変形例>
図8〜図10は、磁気冷凍用電磁石100の変形例である磁気冷凍用電磁石101を示す図である。磁気冷凍用電磁石101は、磁気冷凍用電磁石100と基本的同様の構成を備えるが、第1コイル7および第2コイル8の構成が磁気冷凍用電磁石100の第1コイル7および第2コイル8の構成とは異なる。
図8〜図10に示されるように、第1コイル7は、第2方向Bにおいて第1ギャップ6A、中央ギャップ6E、および第2ギャップ6Bを囲んでいる。第1コイル7は、第1磁極2、第2磁極3、第3磁極4、および第4磁極5のうち、第1ギャップ6A、中央ギャップ6E、および第2ギャップ6Bの各々に面している部分を囲んでいる。第1コイル7の中心軸は、第1方向Aに沿っている。第1コイル7は、通電時に、第1ギャップ6Aを通る磁束と、第2ギャップ6Bを通る磁束とを生じさせる。図8及び9において磁束線を太い実線で示した。第1磁極2、第2磁極3、第3磁極4、および第4磁極5の各々が飽和していない場合、第1ギャップ6Aを通る磁束および第2ギャップ6Bを通る磁束の各々は第1方向Aに沿って延びる。
図8〜図10に示されるように、第2コイル8は、第2方向Bにおいて第3ギャップ6C、中央ギャップ6E、および第4ギャップ6Dを囲んでいる。第2コイル8は、第1磁極2、第2磁極3、第3磁極4、および第4磁極5のうち、第3ギャップ6C、中央ギャップ6E、および第4ギャップ6Dの各々に面している部分を囲んでいる。第2コイル8の中心軸は、第2方向Bに沿っている。第2コイル8は、通電時に、第3ギャップ6Cを通る磁束と、第4ギャップ6Dを通る磁束とを生じさせる。第1磁極2、第2磁極3、第3磁極4、および第4磁極5の各々が飽和していない場合、第3ギャップ6Cを通る磁束および第4ギャップ6Dを通る磁束の各々は第2方向Bに沿って延びる。
第1コイル7および第2コイル8の各々は、電源(図3中の電源114)に接続されている。第1コイル7および第2コイル8は、交互に通電される。言い換えると、電源は、第1コイル7が通電されており、かつ第2コイル8が通電されていない第3状態(図8参照)と、第1コイル7が通電されておらず、かつ第2コイル8が通電されている第4状態(図9参照)とを切り替える。
図8では、磁気冷凍用電磁石101は上記第3状態にある。つまり、図8では、第1コイル7が通電されており、かつ第2コイル8が通電されていない。図9では、磁気冷凍用電磁石100は上記第4状態にある。つまり、図9では、第1コイル7が通電されておらず、かつ第2コイル8が通電されている。
図8に示されるように、第3状態では、第1コイル7によって、第1ギャップ6Aを通る磁束と、第2ギャップ6Bを通る磁束とが形成される。これにより、第1磁気熱量部材10Aおよび第2磁気熱量部材10Bは発熱し、第1配管9Aおよび第2配管9B内を流れる熱輸送媒体は加熱される。第3状態では、第3ギャップ6Cを通る磁束および第4ギャップ6Dを通る磁束は形成されない。これにより、第3磁気熱量部材10Cおよび第4磁気熱量部材10Dは吸熱し、第3配管9Cおよび第4配管9D内を流れる熱輸送媒体は冷却される。
図9に示されるように、第4状態では、第2コイル8によって、第3ギャップ6Cを通る磁束と、第4ギャップ6Dを通る磁束とが形成される。これにより、第3磁気熱量部材10Cおよび第4磁気熱量部材10Dは発熱し、第3配管9Cおよび第4配管9D内を流れる熱輸送媒体は加熱される。第4状態では、第1ギャップ6Aを通る磁束および第2ギャップ6Bを通る磁束は形成されない。これにより、第1磁気熱量部材10Aおよび第2磁気熱量部材10Bは吸熱し、第1配管9Aおよび第2配管9B内を流れる熱輸送媒体は冷却される。
図11および図12は、磁気冷凍用電磁石101を備える磁気冷凍機201を示すブロック図である。磁気冷凍機201は、図11に示される第1系統のヒートポンプと、図12に示される第2系統のヒートポンプとを備える。第1系統のヒートポンプは、第2系統のヒートポンプとは独立している。図11に示される第1系統のヒートポンプ、および図12に示される第2系統のヒートポンプの各々は、基本的には図3に示される磁気冷凍機200と同様の構成を備えている。以下、第1系統のヒートポンプの熱輸送媒体を第1熱輸送媒体とよび、第2系統のヒートポンプの熱輸送媒体を第2熱輸送媒体とよぶ。
図11に示される第1系統のヒートポンプは、磁気冷凍用電磁石101の第1配管9Aおよび第2配管9Bと、第1熱交換器111Aと、第2熱交換器112Aと、第1ポンプ113Aとを含む。図11に示される第1系統のヒートポンプは、磁気冷凍用電磁石101の第3配管9Cおよび第4配管9Dを含まない。
図11に示されるように、第1系統のヒートポンプでは、第1配管9Aおよび第2配管9Bは互いに並列に接続されている。第1熱輸送媒体は、磁気冷凍用電磁石101において第1配管9Aおよび第2配管9Bに分流される。第1系統のヒートポンプでは、磁気冷凍用電磁石101が第3状態にあるときに第1ポンプ113Aが第1動作を行い、磁気冷凍用電磁石101が第4状態にあるときに第1ポンプ113Aが第2動作を行う。磁気冷凍用電磁石101は第3状態と第4状態とを交互に繰り返す。第1ポンプ113Aは第1動作と第2動作とを交互に繰り返す。
第3状態にある磁気冷凍用電磁石101にて加熱された第1熱輸送媒体は、第1ポンプ113Aによって、磁気冷凍用電磁石101から第1熱交換器111Aに送られる。同時に、第2熱交換器112Aにて外部媒体の熱を吸収した第1熱輸送媒体は、磁気冷凍用電磁石101に送られる。次に、第3状態から第4状態に切り替えられる。第4状態にある磁気冷凍用電磁石101にて冷却された第1熱輸送媒体は、第1ポンプ113Aによって、磁気冷凍用電磁石101から第2熱交換器112Aに送られる。同時に、第1熱交換器111Aにて外部媒体に放熱した第1熱輸送媒体は、磁気冷凍用電磁石101に送られる。次に、第4状態から第3状態に切り替えられる。
図12に示される第2系統のヒートポンプは、磁気冷凍用電磁石101の第3配管9Cおよび第4配管9Dと、第3熱交換器111Bと、第4熱交換器112Bと、第2ポンプ113Bとを含む。図12に示される第2系統のヒートポンプは、第1配管9Aおよび第2配管9Bを含まない。図12に示されるように、第2系統のヒートポンプでは、第3配管9Cおよび第4配管9Dは互いに並列に接続されている。第2熱輸送媒体は、磁気冷凍用電磁石101において第3配管9Cおよび第4配管9Dに分流される。第2系統のヒートポンプでは、磁気冷凍用電磁石101が第4状態にあるときに第2ポンプ113Bが第1動作を行い、磁気冷凍用電磁石101が第3状態にあるときに第2ポンプ113Bが第2動作を行う。
第3状態にある磁気冷凍用電磁石101にて冷却された第2熱輸送媒体は、第2ポンプ113Bによって、磁気冷凍用電磁石101から第4熱交換器112Bに送られる。同時に、第3熱交換器111Bにて外部媒体に放熱した第2熱輸送媒体は、磁気冷凍用電磁石101に送られる。次に、第3状態から第4状態に切り替えられる。第4状態にある磁気冷凍用電磁石101にて加熱された第2熱輸送媒体は、第2ポンプ113Bによって、磁気冷凍用電磁石101から第3熱交換器111Bに送られる。同時に、第4熱交換器112Bにて外部媒体の熱を吸収した第2熱輸送媒体は、磁気冷凍用電磁石101に送られる。次に、第4状態から第3状態に切り替えられる。
磁気冷凍用電磁石101は、磁気冷凍用電磁石100と基本的に同様の構成を備えるため、磁気冷凍用電磁石100と同様の効果を奏することができる。
また、磁気冷凍用電磁石100および上記比較例に係る磁気冷凍用電磁石は1つの熱輸送媒体を加熱または冷却するものであるため、磁気冷凍用電磁石100および上記比較例に係る磁気冷凍用電磁石の各々が2系統のヒートポンプを備える磁気冷凍機に適用されるには、各磁気冷凍用電磁石が2つ必要となる。これに対し、磁気冷凍用電磁石101は2つの熱輸送媒体を加熱または冷却することができるため、2系統のヒートポンプを備える磁気冷凍機201では1つの磁気冷凍用電磁石101を備えていれば足る。よって、1つの磁気冷凍用電磁石101を備える磁気冷凍機201は、2つの磁気冷凍用電磁石100または2つの上記比較例に係る磁気冷凍用電磁石を備える磁気冷凍機と比べて、小型化され得る。
さらに、磁気冷凍用電磁石101は、2系統のヒートポンプを備える磁気冷凍機201において一方のヒートポンプの第1熱輸送媒体を加熱すると同時に、他方のヒートポンプの第2熱輸送媒体を冷却できる。そのため、磁気冷凍用電磁石101は、磁気冷凍用電磁石100と比べて、高効率である。
実施の形態2.
図13に示されるように、実施の形態2に係る磁気冷凍用電磁石102は、リターンヨーク11、第5磁極12、第6磁極13、第7磁極14、第8磁極15、中央磁極16、第3コイル18A、第4コイル18B、第5コイル19A、および第6コイル19Bを備える。
図13に示されるように、リターンヨーク11は、図1に示されるリターンヨーク1と同様の構成を備えている。リターンヨーク11は、例えば四角環状に形成されている。リターンヨーク11は、X方向に沿って延びる部分と、X方向と直交するY方向に延びる部分とを有している。リターンヨーク11の各部分は、X方向およびY方向の各々と直交するZ方向に延びている。
第5磁極12、第6磁極13、第7磁極14、第8磁極15、および中央磁極16は、リターンヨーク11の内側に配置されている。第5磁極12、第6磁極13、第7磁極14、および第8磁極15は、リターンヨーク11と磁気的に結合している。
第5磁極12、中央磁極16、および第6磁極13は、Y方向に並んで配置されている。第5磁極12は、Y方向において中央磁極16と第5ギャップ17Aを隔てて配置されている。第6磁極13は、Y方向において中央磁極16と第6ギャップ17Bを隔てて配置されている。
第7磁極14、中央磁極16、および第8磁極15は、X方向に並んで配置されている。第7磁極14は、X方向において中央磁極16と第7ギャップ17Cを隔てて配置されている。第8磁極15は、X方向において中央磁極16と第8ギャップ17Dを隔てて配置されている。
中央磁極16は、X方向に沿って延びておりかつ第5ギャップ17Aに面している第1面16Aと、X方向に沿って延びておりかつ第6ギャップ17Bに面している第2面16Bと、Y方向に沿って延びておりかつ第7ギャップ17Cに面している第3面16Cと、Y方向に沿って延びておりかつ第8ギャップ17Dに面している第4面16Dとを有している。第1面16A、第2面16B、第3面16C、および第4面16Dは、例えば平面である。
第5磁極12は、X方向に沿って延びておりかつ第5ギャップ17Aに面している平面を有している。第6磁極13は、X方向に沿って延びておりかつ第6ギャップ17Bに面している平面を有している。第7磁極14は、Y方向に沿って延びておりかつ第7ギャップ17Cに面している平面を有している。第8磁極15は、Y方向に沿って延びておりかつ第8ギャップ17Dに面している平面を有している。
第5磁極12、第6磁極13、第7磁極14、第8磁極15、および中央磁極16の各々は、例えば同等の構成を有している。Z方向から視て、第5磁極12、第6磁極13、第7磁極14、第8磁極15、および中央磁極16の各平面形状は、例えば正方形状である。
図13に示されるように、Z方向から視て、第5ギャップ17Aおよび第6ギャップ17Bの各々は、X方向に沿った長手方向と、Y方向に沿った短手方向とを有している。Z方向から視て、第7ギャップ17Cおよび第8ギャップ17Dの各々は、Y方向に沿った長手方向と、X方向に沿った短手方向とを有している。
磁気冷凍用電磁石102では、第5磁極12と中央磁極16とが第5ギャップ17Aを隔てて対向する1組の対向磁極を成しており、かつ第6磁極13と中央磁極16とが第6ギャップ17Bを隔てて対向する1組の対向磁極を成している。さらに、磁気冷凍用電磁石102では、第7磁極14と中央磁極16とが第7ギャップ17Cを隔てて対向する1組の対向磁極を成しており、かつ第8磁極15と中央磁極16とが第8ギャップ17Dを隔てて対向する1組の対向磁極を成している。
第5ギャップ17Aの第1方向Aの間隔(ギャップ長)は、例えば第6ギャップ17Bの第1方向Aの間隔(ギャップ長)と等しい。第7ギャップ17Cの第2方向Bの間隔(ギャップ長)は、例えば第8ギャップ17Dの第2方向Bの間隔(ギャップ長)と等しい。
第5ギャップ17A、第6ギャップ17B、第7ギャップ17C、および第8ギャップ17Dの各々の上記間隔は、例えば第3コイル18Aおよび第4コイル18Bの各々の中心軸に沿った方向(Y方向)の第3コイル18Aおよび第4コイル18Bの各幅、および第5コイル19Aおよび第6コイル19Bの各々の中心軸に沿った方向(X方向)の第5コイル19Aおよび第6コイル19Bの各幅よりも狭い。
第3コイル18Aは、X方向において第5磁極12を囲んでいる。第4コイル18Bは、X方向において第6磁極13を囲んでいる。第3コイル18Aおよび第4コイル18Bの各中心軸は、Y方向に沿っている。
第5コイル19Aは、Y方向において第7磁極14を囲んでいる。第6コイル19Bは、Y方向において第8磁極15を囲んでいる。第5コイル19Aおよび第6コイル19Bの各中心軸は、X方向に沿っている。
第3コイル18A、第4コイル18B、第5コイル19A、および第6コイル19Bの各々は、電源に接続されている。第3コイル18Aおよび第4コイル18Bは、同時に通電され、または同時に通電が遮断される。第5コイル19Aおよび第6コイル19Bは、同時に通電され、または同時に通電が遮断される。第3コイル18Aおよび第4コイル18Bと、第5コイル19Aおよび第6コイル19Bとは、交互に通電される。言い換えると、電源は、第3コイル18Aおよび第4コイル18Bが同時に通電されておりかつ第3コイル18Aおよび第4コイル18Bが同時に通電されていない第5状態(図14参照)と、第3コイル18Aおよび第4コイル18Bが同時に通電されておりかつ第3コイル18Aおよび第4コイル18Bが同時に通電されていない第6状態(図15参照)とを切り替える。
第3コイル18Aおよび第4コイル18Bは、通電時に、第5ギャップ17Aおよび第6ギャップ17Bを通る磁束を生じさせる。第5コイル19Aおよび第6コイル19Bは、通電時に、第7ギャップ17Cおよび第8ギャップ17Dを通る磁束を生じさせる。第5磁極12、第6磁極13、第7磁極14、第8磁極15および中央磁極16の各々が飽和していない場合、第5ギャップ17Aおよび第6ギャップ17Bを通る磁束はY方向に沿って延び、第7ギャップ17Cおよび第8ギャップ17Dを通る磁束はX方向に沿って延びる。
図13に示されるように、磁気冷凍用電磁石102は、第5配管20A、第6配管20B、第7配管20C、第8配管20D、第1磁気熱量部材10A、第2磁気熱量部材10B、第3磁気熱量部材10C、および第4磁気熱量部材10Dをさらに備える。
第5配管20Aは、第5ギャップ17Aに配置されている。Z方向から視て、第5配管20Aは、X方向に沿った長手方向と、Y方向に沿った短手方向とを有している。第5配管20Aの外周面は、例えば第1磁極2および第2磁極3の各面と間隔を隔てて配置されている。なお、第5配管20Aの外周面は、例えば第1磁極2および第2磁極3の各面と接触していてもよい。第5配管20Aの内部には、第1磁気熱量部材10Aが配置されている。第1磁気熱量部材10Aは、第5配管20Aの内部に保持されている。
第6配管20Bは、第6ギャップ17Bに配置されている。Z方向から視て、第6配管20Bは、X方向に沿った長手方向と、Y方向に沿った短手方向とを有している。第6配管20Bの外周面は、例えば第3磁極4および第4磁極5の各面と間隔を隔てて配置されている。なお、第6配管20Bの外周面は、例えば第3磁極4および第4磁極5の各面と接触していてもよい。第6配管20Bの内部には、第2磁気熱量部材10Bが配置されている。第2磁気熱量部材10Bは、第6配管20Bの内部に保持されている。
第7配管20Cは、第7ギャップ17Cに配置されている。Z方向から視て、第7配管20Cは、Y方向に沿った長手方向と、X方向に沿った短手方向とを有している。第7配管20Cの外周面は、例えば第1磁極2および第3磁極4の各面と間隔を隔てて配置されている。なお、第7配管20Cの外周面は、例えば第1磁極2および第3磁極4の各面と接触していてもよい。第7配管20Cの内部には、第3磁気熱量部材10Cが配置されている。第3磁気熱量部材10Cは、第7配管20Cの内部に保持されている。
第8配管20Dは、第8ギャップ17Dに配置されている。Z方向から視て、第8配管20Dは、Y方向に沿った長手方向と、X方向に沿った短手方向とを有している。第8配管20Dの外周面は、例えば第2磁極3および第4磁極5の各面と間隔を隔てて配置されている。なお、第8配管20Dの外周面は、例えば第2磁極3および第4磁極5の各面と接触していてもよい。第8配管20Dの内部には、第4磁気熱量部材10Dが配置されている。第4磁気熱量部材10Dは、第8配管20Dの内部に保持されている。
第5配管20A、第6配管20B、第7配管20C、および第8配管20Dの各々は、Z方向に延在している。第5配管20A、第6配管20B、第7配管20C、および第8配管20Dの各々は、例えば直管である。なお、第5配管20A、第6配管20B、第7配管20C、および第8配管20Dの各々は、例えば複数の直管がU字状配管によって互いに直列に接続された往復配管であってもよい。
磁気冷凍用電磁石100が磁気冷凍機200に組み込まれたときに、第5配管20A、第6配管20B、第7配管20C、および第8配管20Dの各々のZ方向の一端および他端は、流出入配管と接続される。磁気冷凍用電磁石100が磁気冷凍機200に組み込まれたときに、第5配管20A、第6配管20B、第7配管20C、および第8配管20Dの内部には、熱輸送媒体が流れる。熱輸送媒体は、第5配管20A、第6配管20B、第7配管20C、および第8配管20Dの各々の内部を、Z方向に流れる。
第5磁気熱量部材21A、第6磁気熱量部材21B、第7磁気熱量部材21C、および第8磁気熱量部材21Dは、第1磁気熱量部材10A、第2磁気熱量部材10B、第3磁気熱量部材10C、および第4磁気熱量部材10Dと同様の構成を備えている。
実施の形態2に係る磁気冷凍機は、実施の形態1に係る磁気冷凍機200と基本的に同様の構成を備えるが、磁気冷凍用電磁石100に代えて磁気冷凍用電磁石102を備えている点で、磁気冷凍機200とは異なる。
実施の形態2に係る磁気冷凍機において、磁気冷凍用電磁石102の第5配管20A、第6配管20B、第7配管20C、および第8配管20Dは、互いに並列に接続されている。
<磁気冷凍用電磁石の動作>
図14では、磁気冷凍用電磁石102は上記第5状態にある。つまり、図14では、第3コイル18A、第4コイル18B、第5コイル19A、および第6コイル19Bが同時に通電されている。図15では、磁気冷凍用電磁石102は上記第6状態にある。つまり、図15では、第3コイル18A、第4コイル18B、第5コイル19A、および第6コイル19Bが同時に通電されていない。
図14に示されるように、第5状態では、第3コイル18Aおよび第4コイル18Bによって第5ギャップ17Aおよび第6ギャップ17Bを通る磁束(太い実線で磁束線を示す)が形成され、かつ第5コイル19Aおよび第6コイル19Bによって第7ギャップ17Cおよび第8ギャップ17Dを通る磁束が形成される。
これにより、第5磁気熱量部材21A、第6磁気熱量部材21B、第7磁気熱量部材21C、および第8磁気熱量部材21Dは発熱し、第5配管20A、第6配管20B、第7配管20C、および第8配管20Dの各々を流れる熱輸送媒体は加熱される。
図15に示されるように、第6状態では、第5ギャップ17A、第6ギャップ17B、第7ギャップ17C、および第8ギャップ17Dの各々を通る磁束は形成されない。これにより、第5磁気熱量部材21A、第6磁気熱量部材21B、第7磁気熱量部材21C、および第8磁気熱量部材21Dは吸熱し、第5配管20A、第6配管20B、第7配管20C、および第8配管20Dの各々を流れる熱輸送媒体は冷却される。
実施の形態2に係る磁気冷凍機では、図14に示される第5状態と図15に示される第6状態とが交互に繰り返し切り替えられる。ポンプは、第5状態において上記第1動作を行い、第6状態において上記第2動作を行う。第5状態において、磁気冷凍用電磁石102にて加熱された熱輸送媒体は、ポンプによって、磁気冷凍用電磁石102から第1熱交換器に送られる。同時に、第2熱交換器にて外部媒体の熱を吸収した熱輸送媒体は、磁気冷凍用電磁石102に送られる。次に、第5状態から第6状態に切り替えられる。第6状態において、磁気冷凍用電磁石102にて冷却された熱輸送媒体は、ポンプによって、磁気冷凍用電磁石102から第2熱交換器に送られる。同時に、第1熱交換器にて外部媒体に放熱した熱輸送媒体は、磁気冷凍用電磁石102に送られる。次に、第6状態から第5状態に切り替えられる。
<作用効果>
磁気冷凍用電磁石102では、上記第5状態において第5磁極12と中央磁極16との間の第5ギャップ17Aに生じる磁界は、通電された空芯コイルの内側に生じる磁界と比べて強い。そのため、上記第5状態での第5ギャップ17A内に配置された第5磁気熱量部材21Aの発熱量は、通電された空芯コイルの内側に配置された磁気熱量部材の発熱量と比べて多くなる。上記第5状態と上記第6状態との間での第5磁気熱量部材21Aの温度差は、通電された空芯コイルの内側に配置された磁気熱量部材の温度差と比べて、大きくなる。第6磁気熱量部材21B、第7磁気熱量部材21C、および第8磁気熱量部材21Dの各々も、第5磁気熱量部材21Aと同様である。その結果、磁気冷凍用電磁石102での、第5磁気熱量部材21A、第6磁気熱量部材21B、第7磁気熱量部材21C、および第8磁気熱量部材21Dの各吸熱・発熱効果は、磁気熱量部材が空芯コイルの内側に配置されている場合と比べて、高い。
<変形例>
図16および図17は、磁気冷凍用電磁石102の変形例である磁気冷凍用電磁石103を示す図である。
磁気冷凍用電磁石103では、第3コイル18Aおよび第4コイル18Bと、第5コイル19Aおよび第6コイル19Bとが、交互に通電される。言い換えると、電源は、第3コイル18Aおよび第4コイル18Bが通電されており、かつ第5コイル19Aおよび第6コイル19Bが通電されていない第7状態(図16参照)と、第3コイル18Aおよび第4コイル18Bが通電されておらず、かつ第5コイル19Aおよび第6コイル19Bが通電されている第8状態(図17参照)とを切り替える。
図16では、磁気冷凍用電磁石103は上記第7状態にある。つまり、図16では、第3コイル18Aおよび第4コイル18Bが通電されており、かつ第5コイル19Aおよび第6コイル19Bが通電されていない。図17では、磁気冷凍用電磁石103は上記第8状態にある。つまり、図17では、第3コイル18Aおよび第4コイル18Bが通電されておらず、かつ第5コイル19Aおよび第6コイル19Bが通電されている。
図16に示されるように、第7状態では、第3コイル18Aおよび第4コイル18Bによって、第5ギャップ17Aおよび第6ギャップ17Bを通る磁束(太い実線で磁束線を示す)が形成される。これにより、第5磁気熱量部材21Aおよび第6磁気熱量部材21Bは発熱し、第5配管20Aおよび第6配管20B内を流れる熱輸送媒体は加熱される。第7状態では、第7ギャップ17Cおよび第8ギャップ17Dを通る磁束は形成されない。これにより、第7磁気熱量部材21Cおよび第8磁気熱量部材21Dは吸熱し、第7配管20Cおよび第8配管20D内を流れる熱輸送媒体は冷却される。
図17に示されるように、第8状態では、第5コイル19Aおよび第6コイル19Bによって、第7ギャップ17Cおよび第8ギャップ17Dを通る磁束が形成される。これにより、第7磁気熱量部材21Cおよび第8磁気熱量部材21Dは発熱し、第7配管20Cおよび第8配管20D内を流れる熱輸送媒体は加熱される。第8状態では、第5ギャップ17Aおよび第6ギャップ17Bを通る磁束は形成されない。これにより、第5磁気熱量部材21Aおよび第6磁気熱量部材21Bは吸熱し、第5配管20Aおよび第6配管20B内を流れる熱輸送媒体は冷却される。
図16および図17に示される磁気冷凍用電磁石103を備える磁気冷凍機は、図11および図12に示される磁気冷凍用電磁石101を備える磁気冷凍機201と基本的に同様の構成を備えるが、磁気冷凍用電磁石101に代えて磁気冷凍用電磁石103を備えている点で、磁気冷凍機201とは異なる。
磁気冷凍用電磁石103を備える磁気冷凍機は、第1系統のヒートポンプと、第2系統のヒートポンプとを備える。第1系統のヒートポンプは、第2系統のヒートポンプとは独立している。
第1系統のヒートポンプは、磁気冷凍用電磁石103の第5配管20Aおよび第6配管20Bと、第1熱交換器と、第2熱交換器と、ポンプとを含む。第1系統のヒートポンプは、磁気冷凍用電磁石103の第7配管20Cおよび第8配管20Dを含まない。
第1系統のヒートポンプでは、第5配管20Aおよび第6配管20Bは互いに並列に接続されている。第1熱輸送媒体は、磁気冷凍用電磁石103において第5配管20Aおよび第6配管20Bに分流される。第1系統のヒートポンプでは、磁気冷凍用電磁石103が第7状態にあるときにポンプが第1動作を行い、磁気冷凍用電磁石103が第8状態にあるときにポンプが第2動作を行う。磁気冷凍用電磁石103は第7状態と第8状態とを交互に繰り返す。ポンプは第1動作と第2動作とを交互に繰り返す。
第7状態にある磁気冷凍用電磁石103にて加熱された第1熱輸送媒体は、ポンプによって、磁気冷凍用電磁石103から第1熱交換器に送られる。同時に、第2熱交換器にて外部媒体の熱を吸収した第1熱輸送媒体は、磁気冷凍用電磁石103に送られる。次に、第7状態から第8状態に切り替えられる。第8状態にある磁気冷凍用電磁石103にて冷却された第1熱輸送媒体は、ポンプによって、磁気冷凍用電磁石103から第2熱交換器に送られる。同時に、第1熱交換器にて外部媒体に放熱した第1熱輸送媒体は、磁気冷凍用電磁石103に送られる。次に、第8状態から第7状態に切り替えられる。
第2系統のヒートポンプは、磁気冷凍用電磁石103の第7配管20Cおよび第8配管20Dと、第3熱交換器と、第4熱交換器と、ポンプとを含む。第2系統のヒートポンプは、第5配管20Aおよび第6配管20Bを含まない。第2系統のヒートポンプでは、第7配管20Cおよび第8配管20Dは互いに並列に接続されている。第2系統のヒートポンプでは、磁気冷凍用電磁石103が第8状態にあるときに第2ポンプが第1動作を行い、磁気冷凍用電磁石103が第7状態にあるときに第2ポンプが第2動作を行う。
第7状態にある磁気冷凍用電磁石103にて冷却された第2熱輸送媒体は、第2ポンプによって、磁気冷凍用電磁石103から第4熱交換器に送られる。同時に、第3熱交換器にて外部媒体に放熱した第2熱輸送媒体は、磁気冷凍用電磁石103に送られる。次に、第7状態から第8状態に切り替えられる。第8状態にある磁気冷凍用電磁石103にて加熱された第2熱輸送媒体は、第2ポンプによって、磁気冷凍用電磁石103から第3熱交換器に送られる。同時に、第4熱交換器にて外部媒体の熱を吸収した第2熱輸送媒体は、磁気冷凍用電磁石103に送られる。次に、第8状態から第7状態に切り替えられる。
磁気冷凍用電磁石103は、磁気冷凍用電磁石102と基本的に同様の構成を備えるため、磁気冷凍用電磁石102と同様の効果を奏することができる。
また、磁気冷凍用電磁石103を備える磁気冷凍機は、磁気冷凍用電磁石101を備える磁気冷凍機201と同様の理由により、2つの磁気冷凍用電磁石102または2つの上記比較例に係る磁気冷凍用電磁石を備える磁気冷凍機と比べて、小型化され得る。
さらに、磁気冷凍用電磁石103は、磁気冷凍機において一方のヒートポンプの第1熱輸送媒体を加熱すると同時に、他方のヒートポンプの第2熱輸送媒体を冷却できる。そのため、磁気冷凍用電磁石103は、磁気冷凍用電磁石102と比べて、高効率である。
実施の形態3.
図18〜図20に示されるように、実施の形態3に係る磁気冷凍用電磁石104は、実施の形態2に係る磁気冷凍用電磁石102と基本的に同様の構成を備えるが、中央磁極16がZ方向に延びる中心軸に対して45度回転した構成を備えている点で、磁気冷凍用電磁石102とは異なる。
なお、図18〜20では、X方向(第4方向)およびY方向(第3方向)に対して傾斜している第5方向Cおよび第6方向Dが図示されている。第5方向Cは、第6方向Dと交差しており、例えば第6方向Dと直交している。X方向およびY方向に対する第5方向Cの傾斜角度は、任意の角度でよいが、Z方向から視て、第5磁極12、第6磁極13、第7磁極14、および第8磁極15の各々の飽和を抑制する観点から、好ましくは45度である。
異なる観点から言えば、中央磁極16は、図13に示される第1面16A、第2面16B、第3面16C、および第4面16Dに代えて、第5面16E、第6面16F、第7面16G、および第8面16Hを有している。
第5面16Eは、第5方向Cに沿って延びている。第5面16Eは、第5ギャップ17Aの一部および第7ギャップ17Cの一部の各々に面している。
第6面16Fは、第5方向Cに沿って延びている。第6面16Fは、第6ギャップ17Bの一部および第8ギャップ17Dの一部の各々に面している。
第7面16Gは、第6方向Dに沿って延びている。第7面16Gは、第6ギャップ17Bの残部および第7ギャップ17Cの残部の各々に面している。
第8面16Hは、第6方向Dに沿って延びている。第8面16Hは、第5ギャップ17Aの残部および第8ギャップ17Dの残部の各々に面している。
第5面16Eの第5方向Cの一端は、第7面16Gの第6方向Dの一端に接続されており、第5面16Eの第5方向Cの他端は、第8面16Hの第6方向Dの一端に接続されている。第6面16Fの第5方向Cの一端は、第7面16Gの第6方向Dの他端に接続されており、第6面16Fの第5方向Cの他端は、第8面16Hの第6方向Dの他端に接続されている。
Z方向から視て、第5磁極12、第6磁極13、第7磁極14、および第8磁極15の各平面形状は、凹形状である。第5磁極12、第6磁極13、第7磁極14、および第8磁極15の各々は、第5方向Cに沿って延びている平面と、第6方向Dに沿って延びている平面とを有している。
第5ギャップ17Aは、第5磁極12の第5方向Cに沿って延びている平面と中央磁極16の第5面16Eとの間、および第5磁極12の第6方向Dに沿って延びている平面と中央磁極16の第8面16Hとの間を隔てている。
第6ギャップ17Bは、第6磁極13の第5方向Cに沿って延びている平面と中央磁極16の第6面16Fとの間、および第6磁極13の第6方向Dに沿って延びている平面と中央磁極16の第7面16Gとの間を隔てている。
第7ギャップ17Cは、第7磁極14の第5方向Cに沿って延びている平面と中央磁極16の第5面16Eとの間、および第7磁極14の第6方向Dに沿って延びている平面と中央磁極16の第7面16Gとの間を隔てている。
第8ギャップ17Dは、第8磁極15の第5方向Cに沿って延びている平面と中央磁極16の第6面16Fとの間、および第8磁極15の第6方向Dに沿って延びている平面と中央磁極16の第8面16Hとの間を隔てている。
磁気冷凍用電磁石104は、磁気冷凍用電磁石102と同様に、駆動され得る。
具体的には、磁気冷凍用電磁石104は、図19に示される上記第7状態と、図20に示される上記第8状態と、を繰り返す。この場合、磁気冷凍用電磁石104は、磁気冷凍用電磁石102と同様の効果を奏することができる。また、磁気冷凍用電磁石104は、磁気冷凍用電磁石103と同様にも、駆動され得る。この場合、磁気冷凍用電磁石104は、磁気冷凍用電磁石102と同様の効果を奏することができる。
さらに、磁気冷凍用電磁石104での第5ギャップ17Aの長手方向の長さは、磁気冷凍用電磁石102および磁気冷凍用電磁石103の各々での第5ギャップ17Aの長手方向の長さよりも長くなり、例えば√2倍となる。そのため、磁気冷凍用電磁石104での第5磁気熱量部材21A、第6磁気熱量部材21B、第7磁気熱量部材21C、および第8磁気熱量部材21Dの各吸熱・発熱効果は、磁気冷凍用電磁石102および磁気冷凍用電磁石103と比べて、高い。
実施の形態4.
図21に示されるように、実施の形態4に係る磁気冷凍用電磁石105は、リターンヨーク22A、第9磁極22B、第10磁極22C、第7コイル24A、および第8コイル24Bを備える。
リターンヨーク22Aは、第9磁極22Bおよび第10磁極22Cと一体として形成されている。Z方向から視て、リターンヨーク21の平面形状は、例えばC字形状である。リターンヨーク22Aは、X方向に沿って延びる部分と、X方向と直交するY方向に延びる部分とを有している。リターンヨーク22Aの各部分は、X方向およびY方向の各々と直交するZ方向に延びている。なお、図21では、X方向およびY方向に対して傾斜している第7方向Eおよび第8方向Fが図示されている。第7方向Eは、第8方向Fと交差しており、例えば第8方向Fと直交している。X方向およびY方向に対する第7方向Eの傾斜角度は、任意の角度でよいが、第9磁極22Bおよび第10磁極22Cの各々の飽和を抑制する観点から、好ましくは45度である。
第9磁極22Bは、リターンヨーク22Aの一端に接続されている。第10磁極22Cは、リターンヨーク22Aの他端に接続されている。第9磁極22Bは、第10磁極22Cと第9ギャップ23を隔てて配置されている。第9磁極22Bおよび第10磁極22Cの各々は、第7方向Eに沿って延びる面を有している。
第7コイル24Aは、X方向において第9磁極22Bを囲んでいる。第8コイル24Bは、X方向において第10磁極22Cを囲んでいる。第7コイル24Aおよび第8コイル24Bの各中心軸は、Y方向に沿っている。
第7コイル24Aおよび第8コイル24Bの各々は、電源(図3中の電源114)に接続されている。第7コイル24Aおよび第8コイル24Bは、同時に通電され、または同時に通電が遮断される。言い換えると、電源は、第7コイル24Aおよび第8コイル24Bが同時に通電されている状態と、第7コイル24Aおよび第8コイル24Bが同時に通電されていない状態とを切り替える。
第9ギャップ23は、第9磁極22Bにおいて第7方向Eに沿って延びる面、および第10磁極22Cにおいて第7方向Eに沿って延びる面、に面している。図21に示されるように、Z方向から視て、第9ギャップ23は、第7方向Eに沿った長手方向と、第8方向Fに沿った短手方向とを有している。
図21に示されるように、磁気冷凍用電磁石105は、第9配管25および第9磁気熱量部材26をさらに備える。
第9配管25は、第9ギャップ23に配置されている。Z方向から視て、第9配管25は、第7方向Eに沿った長手方向と、第8方向Fに沿った短手方向とを有している。第9配管25の外周面は、例えば第9磁極22Bおよび第10磁極22Cの各面と間隔を隔てて配置されている。なお、第9配管25の外周面は、例えば第9磁極22Bおよび第10磁極22Cの各面と接触していてもよい。第9配管25の内部には、第9磁気熱量部材26が配置されている。第9磁気熱量部材26は、第9配管25の内部に保持されている。
第9磁気熱量部材26は、第1磁気熱量部材10Aと同様の構成を備えている。
このような磁気冷凍用電磁石105も、磁気冷凍用電磁石100と同様の効果を奏することができる。
つまり、磁気冷凍用電磁石105での第9磁気熱量部材26の吸熱・発熱効果は、磁気熱量部材が空芯コイルの内側に配置されている場合と比べて、高い。
さらに、磁気冷凍用電磁石105において第9ギャップ23に面している第9磁極22Bおよび第10磁極22Cの各面積が上述した比較例に係る磁気冷凍用電磁石と比べて√2倍であるため、磁気冷凍用電磁石105において第9ギャップ23内を通る磁束は上記比較例のギャップを通る磁束の√2倍となる。その結果、磁気冷凍用電磁石105での第9磁気熱量部材26の吸熱・発熱効果は、上記比較例に係る磁気冷凍用電磁石と比べて、高い。
<変形例>
図22は、磁気冷凍用電磁石105の変形例である磁気冷凍用電磁石106を示す図である。磁気冷凍用電磁石106は、磁気冷凍用電磁石105と基本的に同様の構成を備えるが、第9磁極22Bおよび第10磁極22Cの各々が第7方向Eに沿って延びる面と第8方向Fに沿って延びる面とを有している点で、磁気冷凍用電磁石105とは異なる。
Z方向から視て、第9磁極22Bは、例えば凹状に形成されている。Z方向から視て、第10磁極22Cは、例えば凸状に形成されている。
第9ギャップ23は、第9磁極22Bの第7方向Eに沿って延びる面および第10磁極22Cの第7方向Eに沿って延びる面に面している第1領域と、第9磁極22Bの第8方向Fに沿って延びる面および第10磁極22Cの第8方向Fに沿って延びる面に面している第2領域とを有している。図22に示されるように、Z方向から視て、第9ギャップ23の第1領域は、第7方向Eに沿った長手方向と、第8方向Fに沿った短手方向とを有している。Z方向から視て、第9ギャップ23の第2領域は、第8方向Fに沿った長手方向と、第7方向Eに沿った短手方向とを有している。
このようにしても、磁気冷凍用電磁石106は、磁気冷凍用電磁石105と同様の効果を奏することができる。
実施の形態5.
図23に示されるように、実施の形態5に係る磁気冷凍用電磁石107は、実施の形態4に係る磁気冷凍用電磁石106と基本的に同様の構成を備えるが、第11磁極27をさらに備える点で、磁気冷凍用電磁石106とは異なる。
第11磁極27は、Y方向において第9磁極22Bと第10磁極22Cとの間に配置されている。第11磁極27は、Y方向において第9磁極22Bと第9ギャップ23Aを隔てて配置されており、かつY方向において第10磁極22Cと第10ギャップ23Bを隔てて配置されている。
磁気冷凍用電磁石107は、磁気冷凍用電磁石106と基本的に同様の構成を備えるため、磁気冷凍用電磁石106と同様の効果を奏することができる。なお、磁気冷凍用電磁石107では、磁気冷凍用電磁石106と比べてギャップの数が2倍であるために必要となされる起磁力も2倍となるが、磁気熱量部材の数も2倍とすることができる。そのため、磁気冷凍用電磁石107の全体の吸熱・発熱効果は、磁気冷凍用電磁石106と同等とすることができる。
実施の形態6.
図24に示されるように、実施の形態6に係る磁気冷凍用電磁石108は、実施の形態2に係る磁気冷凍用電磁石102と基本的に同様の構成を備えるが、六角環状に形成されているリターンヨーク31を備える点で、磁気冷凍用電磁石102とは異なる。
磁気冷凍用電磁石108は、リターンヨーク31、6つの磁極32〜37、中央磁極38、および6つのコイル39〜44を備える。
6つの磁極32〜37の各々は、リターンヨーク31の内側に配置されている。6つの磁極32〜37は、リターンヨーク31と磁気的に結合している。
図24に示されるように、6つの磁極32〜37の各々は、中央磁極38とギャップを隔てて配置されている。磁極32および磁極33は、中央磁極38を挟むように配置されている。磁極34および磁極35は、中央磁極38を挟むように配置されている。磁極36および磁極37は、中央磁極38を挟むように配置されている。
磁気冷凍用電磁石108では、6つの磁極32〜37の各々と中央磁極38とが、6つのギャップの各々を隔てて対向する1組の対向磁極を成している。つまり、磁気冷凍用電磁石108は、6組の対向磁極を有している。Z方向から視て、6つの磁極32〜37の各平面形状は、例えば正方形状である。Z方向から視て、中央磁極38の平面形状は六角形状である。
6つのコイル39〜44の各々は、6つの磁極32〜37の各々を囲んでいる。6つのコイル39〜44は、それぞれの中心軸の延在方向に基づいて3組のコイルに区分され得る。第1組のコイル39,40の各中心軸は、Y方向に沿って延びている。第2組のコイル41,42の各中心軸は、Y方向に対して30度傾斜した方向に沿って延びている。第3組のコイル43,44の各中心軸は、Y方向に対して60度傾斜した方向に沿って延びている。
6つのコイル39〜44の各々は、電源(図3中の電源114)に接続されている。6つのコイル39〜44は、例えば同時に通電され、または同時に通電が遮断される。言い換えると、電源は、6つのコイル39〜44の各々が同時に通電された第9状態(図25参照)と、6つのコイル39〜44の各々が同時に通電されていない第10状態(図26参照)とを切り替える。
6つのギャップの各々には、Z方向に沿って延びる配管と、該配管の内部に配置された磁気熱量部材とが配置されている。
このような磁気冷凍用電磁石108は、磁気冷凍用電磁石102と同様の効果を奏することができるが、磁気熱量部材の数が磁気冷凍用電磁石102と比べて多いため、磁気冷凍用電磁石108の全体の吸熱・発熱効果は、磁気冷凍用電磁石102と比べて高い。
なお、磁気冷凍用電磁石108は、図14および図15に示される磁気冷凍用電磁石102と同様に駆動されてもよい。例えば、3組のコイルのうちの1組のコイルのみが同時に通電され、他の2組のコイルが同時に通電されていない3つの状態が、切り替えられてもよい。また、3組のコイルのうちの2組のコイルのみが同時に通電され、他の1組のコイルが同時に通電されていない状態と、上記他の1組のコイルのみが同時に通電され、他の2組のコイルが同時に通電されていない状態とが、切り替えられてもよい。
なお、磁気冷凍用電磁石100、101,103〜107の各リターンヨークも、Z方向から視て六角環状に形成されていてもよい。
以上のように本開示の実施の形態について説明を行なったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本開示の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本開示の範囲は、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。
1,11,21,22A,31 リターンヨーク、2 第1磁極、2A,3A,4A 第1部分、2B,3B,4B,5B 第2部分、3 第2磁極、4 第3磁極、5 第4磁極、6A 第1ギャップ、6B 第2ギャップ、6C 第3ギャップ、6D 第4ギャップ、6E 中央ギャップ、7,8,39,40,41,42,43,44 コイル、9A 第1配管、9B 第2配管、9C 第3配管、9D 第4配管、10A 第1磁気熱量部材、10B 第2磁気熱量部材、10C 第3磁気熱量部材、10D 第4磁気熱量部材、12 第5磁極、13 第6磁極、14 第7磁極、15 第8磁極、16,38 中央磁極、16A 第1面、16B 第2面、16C 第3面、16D 第4面、16E 第5面、16F 第6面、16G 第7面、16H 第8面、17A 第5ギャップ、17B 第6ギャップ、17C 第7ギャップ、17D 第8ギャップ、18A 第3コイル、18B 第4コイル、19A 第5コイル、19B 第6コイル、20A 第5配管、20B 第6配管、20C 第7配管、20D 第8配管、21A 第5磁気熱量部材、21B 第6磁気熱量部材、21C 第7磁気熱量部材、21D 第8磁気熱量部材、22B 第9磁極、22C 第10磁極、23,23A 第9ギャップ、23B 第10ギャップ、24A 第7コイル、24B 第8コイル、25 第9配管、26 第9磁気熱量部材、27 第11磁極、32,33,34,35,36,37 磁極、100,101,102,103,104,105,106,107,108 磁気冷凍用電磁石、111,111A 第1熱交換器、111B 第3熱交換器、112,112A 第2熱交換器、112B 第4熱交換器、113 ポンプ、113A 第1ポンプ、113B 第2ポンプ、114 電源、121,122 流出入配管、121A,121B,121C,121D,122A,122B,122C,122D 配管部分、200,201 磁気冷凍機。

Claims (9)

  1. 磁気冷凍用電磁石を備え、
    前記磁気冷凍用電磁石は、
    リターンヨークと、
    前記リターンヨークの内側において、互いにギャップを隔てて配置されている少なくとも1組の対向磁極と、
    前記ギャップ内に配置されており、かつ熱輸送媒体が流れる配管と、
    前記配管の内部に配置されており、かつ前記熱輸送媒体と熱交換する磁気熱量部材と、
    通電時に前記ギャップを通る磁束を生じさせるコイルと含み、
    前記少なくとも1組の対向磁極は、
    前記リターンヨークの内側において、第1方向に互いに第1ギャップを隔てて配置された第1磁極および第2磁極と、前記第1方向に互いに第2ギャップを隔てて配置された第3磁極および第4磁極とを含み、
    前記第1磁極は、前記第1方向と交差する第2方向において前記第3磁極と第3ギャップを隔てて配置されており、
    前記第2磁極は、前記第2方向において前記第4磁極と第4ギャップを隔てて配置されており、
    前記配管は、
    前記第1ギャップ内に配置されており、かつ熱輸送媒体が流れる第1配管と、
    前記第2ギャップ内に配置されており、かつ熱輸送媒体が流れる第2配管と、
    前記第3ギャップ内に配置されており、かつ熱輸送媒体が流れる第3配管と、
    前記第4ギャップ内に配置されており、かつ熱輸送媒体が流れる第4配管とを含み、
    前記磁気熱量部材は、前記第1配管、前記第2配管、前記第3配管、および前記第4配管の各々の内部に配置されており、
    前記コイルは、
    通電時に、前記第1ギャップ、前記第2ギャップ、前記第3ギャップ、および前記第4ギャップのうちの2つのギャップを通る磁束を生じさせる第1コイルと、
    通電時に、前記第1ギャップ、前記第2ギャップ、前記第3ギャップ、および前記第4ギャップのうちの他の2つのギャップを通る磁束を生じさせる第2コイルとを含む、磁気冷凍機。
  2. 前記リターンヨークの内側において、前記第1磁極と前記第4磁極との間であってかつ前記第2磁極と前記第3磁極との間には、中央ギャップが配置されており、
    前記第1ギャップおよび前記第2ギャップは、前記第2方向において前記中央ギャップを挟んで配置されており、
    前記第3ギャップおよび前記第4ギャップは、前記第1方向において前記中央ギャップを挟んで配置されている、請求項1に記載の磁気冷凍機。
  3. 前記第1コイルは、前記第2方向において前記第1ギャップおよび前記第2ギャップを囲んでおり、
    前記第2コイルは、前記第1方向において前記第3ギャップおよび前記第4ギャップを囲んでおり、
    前記第1コイルおよび前記第2コイルは、交互に通電され、
    前記第1コイルは、通電時に、前記第1ギャップを通る磁束と前記第2ギャップを通る磁束とを生じさせ、
    前記第2コイルは、通電時に、前記第3ギャップを通る磁束と前記第4ギャップを通る磁束とを生じさせる、請求項1または2に記載の磁気冷凍機。
  4. 前記第1コイルは、前記第1磁極を囲んでおり、
    前記第2コイルは、前記第2磁極を囲んでおり、
    前記第1コイルおよび前記第2コイルは、同時に通電され、または同時に通電が遮断され、
    前記第1コイルおよび前記第2コイルは、通電時に、前記第1ギャップおよび前記第4ギャップを通る磁束と、前記第2ギャップおよび前記第3ギャップを通る磁束とを生じさせる、請求項1または2に記載の磁気冷凍機。
  5. 前記第1ギャップおよび前記第2ギャップの前記第1方向の間隔、ならびに前記第3ギャップおよび前記第4ギャップの前記第2方向の間隔は、前記第1コイルおよび前記第2コイルの中心軸に沿った方向の幅よりも狭い、請求項1〜4のいずれか1項に記載の磁気冷凍機。
  6. 磁気冷凍用電磁石を備え、
    前記磁気冷凍用電磁石は、
    リターンヨークと、
    前記リターンヨークの内側において、互いにギャップを隔てて配置されている少なくとも1組の対向磁極と、
    前記ギャップ内に配置されており、かつ熱輸送媒体が流れる配管と、
    前記配管の内部に配置されており、かつ前記熱輸送媒体と熱交換する磁気熱量部材と、
    通電時に前記ギャップを通る磁束を生じさせるコイルと含み、
    前記少なくとも1組の対向磁極は、前記リターンヨークの内側において、第3方向および前記第3方向と交差する第4方向の中央に配置されている中央磁極と、前記第3方向において前記中央磁極を挟むように配置されている第5磁極および第6磁極と、前記第4方向において前記中央磁極を挟むように配置されている第7磁極および第8磁極とを含み、
    前記中央磁極は、前記第3方向において前記第5磁極と第5ギャップを隔てて配置されており、
    前記中央磁極は、前記第3方向において前記第6磁極と第6ギャップを隔てて配置されており、
    前記中央磁極は、前記第4方向において前記第7磁極と第7ギャップを隔てて配置されており、
    前記中央磁極は、前記第4方向において前記第8磁極と第8ギャップを隔てて配置され
    ており、
    前記配管は、
    前記第5ギャップ内に配置されており、かつ熱輸送媒体が流れる第5配管と、
    前記第6ギャップ内に配置されており、かつ熱輸送媒体が流れる第6配管と、
    前記第7ギャップ内に配置されており、かつ熱輸送媒体が流れる第7配管と、
    前記第8ギャップ内に配置されており、かつ熱輸送媒体が流れる第8配管とを含み、
    前記磁気熱量部材は、前記第5配管、前記第6配管、前記第7配管、および前記第8配管の各々の内部に配置されており、
    前記コイルは、
    前記第4方向において前記第5磁極を囲むように配置された第3コイルと、
    前記第4方向において前記第6磁極を囲むように配置された第4コイルと、
    前記第3方向において前記第7磁極を囲むように配置された第5コイルと、
    前記第3方向において前記第8磁極を囲むように配置された第6コイルとを含む、磁気冷凍機。
  7. 前記中央磁極は、
    前記第4方向に沿って延びておりかつ前記第5ギャップに面している第1面と、
    前記第4方向に沿って延びておりかつ前記第6ギャップに面している第2面と、
    前記第3方向に沿って延びておりかつ前記第7ギャップに面している第3面と、
    前記第3方向に沿って延びておりかつ前記第8ギャップに面している第4面とを有している、請求項6に記載の磁気冷凍機。
  8. 前記中央磁極は、
    前記第3方向および前記第4方向の各々と交差する第5方向に沿って延びておりかつ前記第5ギャップの一部および前記第7ギャップの一部の各々に面している第5面と、
    前記第5方向に沿って延びておりかつ前記第6ギャップの一部および前記第8ギャップの一部の各々に面している第6面と、
    前記第5面と交差する方向に延びておりかつ前記第6ギャップの残部および前記第7ギャップの残部の各々に面している第7面と、
    前記第6面と交差する方向に延びておりかつ前記第5ギャップの残部および前記第8ギャップの残部の各々に面している第8面とを有している、請求項6に記載の磁気冷凍機。
  9. 前記磁気冷凍用電磁石の前記配管の一端に接続されている第1熱交換器と、
    前記磁気冷凍用電磁石の前記配管の他端に接続されている第2熱交換器とをさらに備える、請求項1〜8のいずれか1項に記載の磁気冷凍機。
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