WO2023223462A1

WO2023223462A1 - 磁気冷凍装置

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Publication number: WO2023223462A1
Application number: PCT/JP2022/020681
Authority: WO
Inventors: 敦小笠原
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2022-05-18
Filing date: 2022-05-18
Publication date: 2023-11-23
Also published as: JPWO2023223462A1; JP7179240B1

Abstract

磁気冷凍装置（１）は、熱交換器（７）と、熱交換器（８）と、高温端（５）と、低温端（６）と、磁気熱量材料が充填された磁気熱容器（１１，１２）と、磁気熱容器に磁場を印可する磁場印可装置（２１，２２）と、高温端と低温端との間で磁気熱容器を介して熱輸送媒体を輸送可能な配管（５１～５５）と、高温端と低温端との間で配管を介して熱輸送媒体を輸送するポンプ（９）と、配管を開放状態と閉鎖状態とで切り替えるバルブ（３１～３３）と、バルブを制御して熱輸送媒体の輸送経路を切り替える制御装置（１００）とを備える。制御装置（１００）は、高温端と低温端との間において磁気熱容器を直列に接続して熱輸送媒体を輸送可能な第１モードと、高温端と低温端との間において磁気熱容器を並列に接続して熱輸送媒体を輸送可能な第２モードとに、輸送経路を切り替える。

Description

磁気冷凍装置

　本開示は、磁気冷凍装置に関する。

　従来、環境に配慮した冷凍技術として、能動磁気再生（AMR:Active Magnetic Refrigeration）方式の磁気冷凍装置が知られている。ＡＭＲ方式の磁気冷凍装置は、磁気熱量材料の磁気熱量効果を利用したヒートポンプシステムを備えている。具体的には、磁気冷凍装置は、磁気熱容器に磁場を印可することによって磁気熱容器に充填された磁気熱量材料を発熱または吸熱させ、磁気熱量材料に接する熱輸送媒体をポンプで輸送することによって、高温端と低温端との間で温度差を生じさせる。磁気冷凍装置は、磁気熱量材料に印可する磁場の大きさを変動させながら高温端と低温端との間で熱輸送媒体を輸送することによって、低温端から高温端へと熱を輸送するヒートポンプシステムとして機能する。

　上述したような磁気冷凍装置について、特表２０１７－５２２５３２号公報（特許文献１）には、磁気熱容器であるＡＭＲベッドに複数の配管を接続し、複数の配管の各々に配置されたバルブを制御することによってＡＭＲベッドを流れる熱輸送媒体の流路を切り替える磁気冷却システムが開示されている。

特表２０１７－５２２５３２号公報

　磁気冷凍装置のヒートポンプ性能である、高温端と低温端との間の温度差、および、低温端から高温端への熱輸送量は、磁気熱容器の形状に依存し得る。定性的には、高温端と低温端との間の温度差は、熱輸送媒体が磁気熱容器内を流れる距離に比例する。言い換えると、高温端と低温端との間の温度差は、熱輸送媒体が流れる方向に対して平行方向における磁気熱容器の寸法（長さ）に比例する。また、低温端から高温端への熱輸送量は、熱輸送媒体が磁気熱容器内を流れる際の磁気熱容器の断面積に比例する。言い換えると、低温端から高温端への熱輸送量は、熱輸送媒体が流れる方向に対して垂直方向における磁気熱容器の断面積に比例する。

　このため、磁気冷凍装置が設置される環境に応じて、磁気熱容器の形状を決定することが必要である。しかしながら、実際の環境下では、外気温、ユーザの設定、および磁気冷凍装置の過渡的な状態などに応じて、高温端と低温端との間の目標とする温度差、および、低温端から高温端への目標とする熱輸送量が変化し得る。一方、特許文献１に開示された磁気冷却システムのように、磁気熱容器の形状は予め決まっているため、磁気熱容器の形状が環境に応じて最適でない場合、高温端と低温端との間の目標とする温度差、および、低温端から高温端への目標とする熱輸送量を実現することができず、電力効率が悪化するなどの問題が生じ得る。

　本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、環境に応じて電力効率を向上させることが可能な磁気冷凍装置を提供することを目的とする。

　本開示に係る磁気冷凍装置は、高温側熱交換器と、低温側熱交換器と、高温側熱交換器に高温側の熱を供給する高温端と、低温側熱交換器に低温側の熱を供給する低温端と、磁気熱量材料が充填された複数の磁気熱容器と、複数の磁気熱容器のそれぞれに磁場を印可する複数の磁場印可装置と、高温端と低温端との間で複数の磁気熱容器を介して熱輸送媒体を輸送可能な少なくとも１つの配管と、高温端と低温端との間で少なくとも１つの配管を介して熱輸送媒体を輸送するポンプと、少なくとも１つの配管を開放状態と閉鎖状態とで切り替える少なくとも１つのバルブと、少なくとも１つのバルブを制御して熱輸送媒体の輸送経路を切り替える制御装置とを備える。制御装置は、高温端と低温端との間において複数の磁気熱容器を直列に接続して熱輸送媒体を輸送可能な第１モードと、高温端と低温端との間において複数の磁気熱容器を並列に接続して熱輸送媒体を輸送可能な第２モードとに、輸送経路を切り替える。

　本開示によれば、磁気冷凍装置は、高温端と低温端との間において複数の磁気熱容器を直列に接続して熱輸送媒体を輸送可能な第１モードと、高温端と低温端との間において複数の磁気熱容器を並列に接続して熱輸送媒体を輸送可能な第２モードとに、輸送経路を切り替えることによって、複数の磁気熱容器を流れる熱輸送媒体の輸送経路の断面積および長さを変えることができるため、環境に応じて電力効率を向上させることができる。

実施の形態１に係る磁気冷凍装置の構成を示す図である。実施の形態１に係る磁気冷凍装置の第１モードにおける熱輸送媒体の輸送経路を説明するための図である。実施の形態１に係る磁気冷凍装置の第２モードにおける熱輸送媒体の輸送経路を説明するための図である。実施の形態１に係る磁気冷凍装置の第３モードにおける熱輸送媒体の輸送経路を説明するための図である。実施の形態１に係る磁気冷凍装置の各モードにおける低温端から高温端への熱輸送量に対する高温端と低温端との間の温度差を示す図である。実施の形態１に係る磁気冷凍装置におけるモード切り替えを説明するための図である。実施の形態１に係る磁気冷凍装置においてモード切り替えを行った場合の磁気熱容器内の温度分布を説明するための図である。実施の形態２に係る磁気冷凍装置の構成を示す図である。実施の形態２に係る磁気冷凍装置の第１モードにおける熱輸送媒体の輸送経路を説明するための図である。実施の形態２に係る磁気冷凍装置の第２モードにおける熱輸送媒体の輸送経路を説明するための図である。実施の形態２に係る磁気冷凍装置の第３モードにおける熱輸送媒体の輸送経路を説明するための図である。実施の形態２に係る磁気冷凍装置の各モードにおける低温端から高温端への熱輸送量に対する高温端と低温端との間の温度差を示す図である。実施の形態２に係る磁気冷凍装置において使用されない磁場印可装置の動作の停止を説明するための図である。実施の形態２に係る磁気冷凍装置において磁気熱容器に充填される磁気熱量材料を説明するための図である。実施の形態２に係る磁気冷凍装置の磁気熱量材料における温度特性を示す図である。実施の形態２に係る磁気冷凍装置において熱輸送媒体の輸送経路の切り替えを行った場合の磁気熱容器内の温度分布を説明するための図である。実施の形態２に係る磁気冷凍装置において熱輸送媒体の輸送経路の切り替えを行った場合の磁気熱容器内の温度分布を説明するための図である。実施の形態３に係る磁気冷凍装置の構成を示す図である。実施の形態３に係る磁気冷凍装置において目標磁気熱容器を決定する際に磁場が印可される磁気熱容器を説明するための図である。実施の形態３に係る磁気冷凍装置において目標磁気熱容器を決定するための処理に関するフローチャートである。実施の形態４に係る磁気冷凍装置の構成を示す図である。実施の形態４に係る磁気冷凍装置における熱輸送媒体の輸送経路の切り替えを説明するための図である。実施の形態５に係る磁気冷凍装置の構成を示す図である。実施の形態６に係る磁気冷凍装置の構成を示す図である。実施の形態６に係る磁気冷凍装置における断熱材内の温度分布を説明するための図である。実施の形態７に係る磁気冷凍装置の構成を示す図である。実施の形態８に係る磁気冷凍装置の構成を示す図である。実施の形態８に係る磁気冷凍装置における順方向モードに制御した場合の熱輸送媒体の輸送経路の切り替えを説明するための図である。実施の形態８に係る磁気冷凍装置における逆方向モードに制御した場合の熱輸送媒体の輸送経路の切り替えを説明するための図である。

　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組み合わせることは出願当初から予定されている。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

　実施の形態１．
　図１～図７を参照しながら、実施の形態１に係る磁気冷凍装置１を説明する。図１は、実施の形態１に係る磁気冷凍装置１の構成を示す図である。図１に示すように、磁気冷凍装置１は、磁気冷凍回路１０と、制御装置１００とを備える。

　磁気冷凍回路１０は、高温端５と、低温端６と、高温側熱交換器７と、低温側熱交換器８と、ポンプ９と、磁気熱容器１１，１２と、磁場印可装置２１，２２と、配管５１～５５，６０と、バルブ３１～３３とを備える。

　高温端５には、高温側熱交換器７が接続されており、高温側熱交換器７に高温側の熱を供給する。高温側熱交換器７は、高温端５と高温端５側に位置する外部媒体との間で熱交換を行う。高温側熱交換器７を介して高温端５と熱交換する外部媒体の温度は、高温端５の温度よりも低くなっている。高温側熱交換器７は、高温端５と外部媒体との間で熱交換を行うことによって、外部媒体を加熱することができる。

　低温端６には、低温側熱交換器８が接続されており、低温側熱交換器８に低温側の熱を供給する。低温側熱交換器８は、低温端６と低温端６側に位置する外部媒体との間で熱交換を行う。低温側熱交換器８を介して低温端６と熱交換する外部媒体の温度は、低温端６の温度よりも高くなっている。低温側熱交換器８は、低温端６と外部媒体との間で熱交換を行うことによって、外部媒体を冷却することができる。

　ポンプ９は、高温側熱交換器７と低温側熱交換器８とを接続する配管６０に設けられており、高温端５と低温端６との間で配管５１～５５を介して熱輸送媒体を往復輸送する往復ポンプである。熱輸送媒体は、液体または気体であり、たとえば、水またはエタノール溶液などを含む。磁気冷凍装置１の使用環境または磁気熱量材料の劣化防止の観点から、熱輸送媒体は、金属防錆剤、不凍液、油、アンモニア、水素、または水銀などを含んでいてもよい。

　磁気冷凍装置１においては、ポンプ９は、高温側熱交換器７を介して高温端５に接続され、かつ、低温側熱交換器８を介して低温端６に接続されている。これにより、磁気冷凍装置１は、ポンプ９によって高温側熱交換器７および低温側熱交換器８の各々に存在する熱輸送媒体に流れを発生させることができるため、高温側熱交換器７および低温側熱交換器８における熱交換効率を高めることができる。なお、ポンプ９は、高温側熱交換器７を介することなく高温端５に接続され、かつ、低温側熱交換器８を介することなく低温端６に接続されてもよい。

　なお、磁気冷凍装置１は、１つのポンプ９に限らず、複数のポンプ９を備えていてもよい。たとえば、磁気冷凍装置１は、高温端５または低温端６のいずれか一方のみに往復ポンプを設け、他方にポンプによる熱輸送媒体の圧力に応じて伸縮するシリンジなどの弾性体を設けることによって、熱輸送媒体の往復輸送を実現してもよい。あるいは、磁気冷凍装置１は、高温端５および低温端６のそれぞれに複数の往復ポンプを設け、複数の往復ポンプの動作を同期させることによって、熱輸送媒体の往復輸送を実現してもよい。

　磁気熱容器１１，１２には、磁気熱量材料が充填されている。磁気熱量材料は、磁気熱量効果を有し、印可される磁場が大きくなった場合に発熱し、印可される磁場が小さくなった場合に吸熱する。磁気熱量材料は、たとえば、ガドリニウム、ランタン系合金、またはマンガン系合金などの磁気熱量効果を有する材料を含む。

　磁場印可装置２１，２２は、磁気熱容器１１，１２のそれぞれに設けられている。磁場印可装置２１は、磁気熱容器１１に磁場を印可することによって、磁気熱容器１１に充填された磁気熱量材料に磁場を印可する。磁場印可装置２２は、磁気熱容器１２に磁場を印可することによって、磁気熱容器１２に充填された磁気熱量材料に磁場を印可する。

　磁場印可装置２１，２２は、制御装置１００の制御に基づき、磁気熱容器１１，１２に対する磁場の印可を実行または停止し、印可する磁場の大きさを変化させる。たとえば、磁場印可装置２１，２２は、制御装置１００の制御に基づきモータを動作させて永久磁石を移動させることによって、印可する磁場の大きさを変化させる。あるいは、磁場印可装置２１，２２は、制御装置１００の制御に基づき電磁石の磁力を変化させることによって、印可する磁場の大きさを変化させる。磁場印可装置２１，２２は、磁気熱容器１１，１２に対して一様に磁場の変化を与えられる構成であれば、いずれの構成を備えていてもよい。

　配管５１～５５は、高温端５と低温端６との間で磁気熱容器１１，１２を介して熱輸送媒体を輸送可能に配置されている。配管５１は、高温端５と磁気熱容器１１の高温側口１１Ａとを接続する。配管５２は、磁気熱容器１１の低温側口１１Ｂと磁気熱容器１２の高温側口１２Ａとを接続する。配管５３は、磁気熱容器１２の低温側口１２Ｂと低温端６とを接続する。配管５４は、配管５２から分岐して低温端６に接続されている。すなわち、磁気熱容器１１の低温側口１１Ｂおよび磁気熱容器１２の高温側口１２Ａは、配管５２および配管５４を介して低温端６に接続されている。配管５５は、配管５２から分岐して高温端５に接続されている。すなわち、磁気熱容器１１の低温側口１１Ｂおよび磁気熱容器１２の高温側口１２Ａは、配管５２および配管５５を介して高温端５に接続されている。

　バルブ３１は、配管５２に設けられ、制御装置１００の制御に基づき、配管５２を開放状態と閉鎖状態とで切り替える。バルブ３１が開放状態に制御されて配管５２が開放状態になった場合、高温端５と低温端６との間において磁気熱容器１１と磁気熱容器１２とが直列に接続される。バルブ３２は、配管５４に設けられ、制御装置１００の制御に基づき、配管５４を開放状態と閉鎖状態とで切り替える。バルブ３３は、配管５５に設けられ、制御装置１００の制御に基づき、配管５５を開放状態と閉鎖状態とで切り替える。バルブ３２が開放状態に制御されて配管５４が開放状態になり、かつ、バルブ３３が開放状態に制御されて配管５５が開放状態になった場合、高温端５と低温端６との間において磁気熱容器１１と磁気熱容器１２とが並列に接続される。なお、熱輸送媒体の種類および状態、ポンプ９による熱輸送媒体の輸送圧力に合わせて、熱輸送媒体の流路が開閉可能となるように、バルブ３１～３３として適切なバルブを選択する必要がある。

　このように、磁気冷凍装置１においては、高温端５と低温端６との間で磁気熱容器１１と磁気熱容器１２とが直列に接続され、磁気熱容器１１の低温側口１１Ｂと磁気熱容器１２の高温側口１２Ａとがバルブ３１を介して接続されている。さらに、磁気熱容器１１の低温側口１１Ｂおよび磁気熱容器１２の高温側口１２Ａは、バルブ３２を介して低温端６に接続される一方で、バルブ３３を介して高温端５に接続されている。

　磁気熱容器１１，１２および配管５１～５５には、熱輸送媒体がポンプ９によって輸送可能に充填されている。

　制御装置１００は、プロセッサ１０１と、メモリ１０２とを備える。プロセッサ１０１は、各種のプログラムを実行することで各種の処理を実行する演算主体（コンピュータ）である。プロセッサ１０１は、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、またはＧＰＵ（Graphics Processing Unit）で構成されている。また、プロセッサ１０１は、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）などの演算回路（processing circuitry）で構成されてもよい。メモリ１０２は、プロセッサ１０１が各種のプログラムを実行するにあたって、プログラムコードまたはワークメモリなどを一時的に格納するＤＲＡＭ（dynamic random access memory）またはＳＲＡＭ（static random access memory）などの揮発性メモリで構成される。なお、メモリ１０２は、プロセッサ１０１が各種のプログラムを実行するために必要な各種のデータを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）またはフラッシュメモリなどの不揮発性メモリで構成されてもよい。なお、制御装置１００は、ＳＳＤ（solid state drive）またはＨＤＤ（hard disk drive）などの記憶装置を備えていてもよい。

　上述のように構成された磁気冷凍装置１においては、以下のように磁気冷凍動作が行われる。まず、磁気冷凍装置１は、磁場印加装置２１，２２によって磁気熱容器１１，１２に印可する磁場を大きくする。印可される磁場が大きい場合、磁気熱容器１１，１２内の磁気熱量材料が発熱し、磁気熱量材料の熱が磁気熱容器１１，１２に磁気熱量材料とともに充填された熱輸送媒体へ伝わることによって、熱輸送媒体が高温になる。そして、磁気冷凍装置１は、ポンプ９を用いて低温端６から高温端５へと熱輸送媒体を輸送する。これにより、磁気熱容器１１，１２内の磁気熱量材料から吸熱した高温の熱輸送媒体が低温端６から高温端５へと輸送される。その後、磁気熱容器１１，１２には低温端６側から比較的低温の熱輸送媒体が再充填される。

　次に、磁気冷凍装置１は、磁場印加装置２１，２２によって磁気熱容器１１，１２に印可する磁場を小さくする。印可される磁場が小さい場合、磁気熱容器１１，１２内の磁気熱量材料が吸熱し、磁気熱容器１１，１２に磁気熱量材料とともに充填された熱輸送媒体から熱が奪われることによって、熱輸送媒体が低温になる。そして、磁気冷凍装置１は、ポンプ９を用いて高温端５から低温端６へと熱輸送媒体を輸送する。これにより、磁気熱容器１１，１２内の磁気熱量材料から熱を奪われた低温の熱輸送媒体が高温端５から低温端６へと輸送される。その後、磁気熱容器１１，１２には低温端６側から比較的低温の熱輸送媒体が再充填される。磁気冷凍装置１は、上述したような動作を繰り返して低温端６から高温端５へと熱を輸送することによって、高温端５と低温端６との間の温度差を生じさせる。

　磁気冷凍装置１のヒートポンプ性能である、高温端５と低温端６との間の温度差、および、低温端６から高温端５への熱輸送量は、磁気熱容器１１，１２の形状に依存し得る。磁気熱容器１１，１２には、磁気熱量材料が隙間なく充填されているため、ポンプ９によって熱輸送媒体を輸送する際には圧力損失が生じる。

　圧力損失は、磁気熱容器１１，１２において熱輸送媒体が流れる方向の寸法に比例する。よって、高温端５と低温端６との間の温度差は、熱輸送媒体が流れる方向に対して平行方向における磁気熱容器の寸法（長さ）に比例する。具体的には、熱輸送媒体が流れる方向に対して平行方向における磁気熱容器の寸法が長ければ長いほど、高温端５と低温端６との間の温度差が大きくなる。

　また、圧力損失は、熱輸送媒体が流れる方向に対して垂直方向における磁気熱容器１１，１２の断面積に反比例する。よって、低温端６から高温端５への熱輸送量は、熱輸送媒体が流れる方向に対して垂直方向における磁気熱容器の断面積に比例する。具体的には、熱輸送媒体が流れる方向に対して垂直方向における磁気熱容器の断面積が大きければ大きいほど、低温端６から高温端５への熱輸送量が大きくなる。

　このため、磁気冷凍装置１が設置される環境に応じて、磁気熱容器１１，１２の形状を決定することが必要である。しかしながら、実際の環境下では、外気温、ユーザの設定、および磁気冷凍装置１の過渡的な状態などに応じて、高温端５と低温端６との間の目標とする温度差、および、低温端６から高温端５への目標とする熱輸送量が変化し得る。一方、磁気熱容器１１，１２の形状は予め決まっているため、磁気熱容器１１，１２の形状が環境に応じて最適でない場合、高温端５と低温端６との間の目標とする温度差、および、低温端６から高温端５への目標とする熱輸送量を実現することができず、電力効率が悪化するなどの問題が生じ得る。

　そこで、実施の形態１に係る磁気冷凍装置１においては、制御装置１００が高温端５と低温端６との間における熱輸送媒体の輸送経路を切り替えるように構成されている。以下、制御装置１００が実行する輸送経路の切り替えについて具体的に説明する。

　図２は、実施の形態１に係る磁気冷凍装置１の第１モードにおける熱輸送媒体の輸送経路を説明するための図である。図２に示すように、制御装置１００は、輸送経路を第１モードに制御することによって、バルブ３１を開放状態に制御する一方で、バルブ３２およびバルブ３３を閉鎖状態に制御する。これにより、高温端５と低温端６との間において磁気熱容器１１と磁気熱容器１２とが直列のみで接続される。

　このような輸送経路を構成する第１モードにおいては、高温端５と低温端６との間において、熱輸送媒体が配管５１、磁気熱容器１１、配管５２、磁気熱容器１２、および配管５３を流れるような輸送経路が構成される。これにより、高温端５と低温端６との間において、熱輸送媒体は、磁気熱容器１１および磁気熱容器１２の両方を流れることになる。このため、熱輸送媒体が磁気熱容器内を流れる距離は、熱輸送媒体が流れる方向に対して平行方向における磁気熱容器１１の寸法と磁気熱容器１２の寸法との合計になる。一方、熱輸送媒体が流れる方向に対して垂直方向における磁気熱容器の断面積は、磁気熱容器１１，１２の各々の断面積と同じになる。

　図３は、実施の形態１に係る磁気冷凍装置１の第２モードにおける熱輸送媒体の輸送経路を説明するための図である。図３に示すように、制御装置１００は、輸送経路を第２モードに制御することによって、バルブ３２およびバルブ３３を開放状態に制御する一方で、バルブ３１を閉鎖状態に制御する。これにより、高温端５と低温端６との間において磁気熱容器１１と磁気熱容器１２とが並列のみで接続される。

　このような輸送経路を構成する第２モードにおいては、高温端５と低温端６との間において、熱輸送媒体が配管５１、磁気熱容器１１、配管５２、および配管５４を流れるような輸送経路と、高温端５と低温端６との間において、熱輸送媒体が配管５５、配管５２、磁気熱容器１２、および配管５３を流れるような輸送経路との２つの輸送経路が構成される。これにより、高温端５と低温端６との間において、熱輸送媒体は、磁気熱容器１１および磁気熱容器１２の両方を流れることなく、磁気熱容器１１および磁気熱容器１２の各々を独立して流れることになる。このため、熱輸送媒体が磁気熱容器内を流れる距離は、熱輸送媒体が流れる方向に対して平行方向における磁気熱容器１１，１２の各々の寸法と同じになる。一方、熱輸送媒体が流れる方向に対して垂直方向における磁気熱容器の断面積は、熱輸送媒体が流れる方向に対して垂直方向における磁気熱容器１１の断面積と磁気熱容器１２の断面積との合計になる。

　図４は、実施の形態１に係る磁気冷凍装置１の第３モードにおける熱輸送媒体の輸送経路を説明するための図である。図４に示すように、制御装置１００は、輸送経路を第３モードに制御することによって、バルブ３２を開放状態に制御する一方で、バルブ３１およびバルブ３３を閉鎖状態に制御する。これにより、高温端５と低温端６との間において磁気熱容器１１のみが接続される。

　このような輸送経路を構成する第３モードにおいては、高温端５と低温端６との間において、熱輸送媒体が配管５１、磁気熱容器１１、配管５２、および配管５４を流れるような１つの輸送経路が構成される。これにより、高温端５と低温端６との間において、熱輸送媒体は、磁気熱容器１１のみを流れることになる。このため、熱輸送媒体が磁気熱容器内を流れる距離は、熱輸送媒体が流れる方向に対して平行方向における磁気熱容器１１の寸法と同じになる。一方、熱輸送媒体が流れる方向に対して垂直方向における磁気熱容器の断面積は、磁気熱容器１１の断面積と同じになる。

　２つの磁気熱容器１１，１２が並列に接続されている第２モード、および高温端５と低温端６との間において１つの磁気熱容器１１のみが接続されている第３モードは、高温端５と低温端６との間において２つの磁気熱容器１１，１２が直列に接続されている第１モードよりも、熱輸送媒体を輸送する際の圧力損失が小さくなる。このため、第２モードまたは第３モードにおいては、第１モードよりも、ポンプ９を動作させる際の電力を小さくすることができ、磁気冷凍装置１を含むシステム全体において電力効率を向上させることができる。

　図５は、実施の形態１に係る磁気冷凍装置１の各モードにおける低温端６から高温端５への熱輸送量に対する高温端５と低温端６との間の温度差を示す図である。

　第１モードにおいて熱輸送媒体が磁気熱容器内を流れる距離は、磁気熱容器１１の寸法と磁気熱容器１２の寸法との合計であるのに対して、第２モードまたは第３モードにおいて熱輸送媒体が磁気熱容器内を流れる距離は、磁気熱容器１１または磁気熱容器１２の寸法と同じである。すなわち、第１モードおいて熱輸送媒体が磁気熱容器内を流れる距離は、第２モードまたは第３モードにおいて熱輸送媒体が磁気熱容器内を流れる距離よりも長い。このため、第１モードにおける高温端５と低温端６との間の温度差は、第２モードまたは第３モードにおける高温端５と低温端６との間の温度差よりも大きくなる。

　また、磁気熱容器１１の寸法と磁気熱容器１２の寸法とが同じである場合、第２モードにおいて熱輸送媒体が磁気熱容器内を流れる距離と第３モードにおいて熱輸送媒体が磁気熱容器内を流れる距離とが同じになる。このため、第２モードにおける高温端５と低温端６との間の温度差と第３モードにおける高温端５と低温端６との間の温度差とが同じになる。

　たとえば、図５に示すように、第２モードおよび第３モードの各々における高温端５と低温端６との間の温度差がＴ１［Ｋ］である場合、第１モードにおける高温端５と低温端６との間の温度差はＴ１［Ｋ］よりも大きいＴ２［Ｋ］になる。

　第２モードにおいて熱輸送媒体が流れる方向に対して垂直方向における磁気熱容器の断面積は、磁気熱容器１１の断面積と磁気熱容器１２の断面積との合計であるのに対して、第１モードまたは第３モードにおいて熱輸送媒体が流れる方向に対して垂直方向における磁気熱容器の断面積は、磁気熱容器１１の断面積または磁気熱容器１２の断面積と同じである。すなわち、第２モードにおいて熱輸送媒体が流れる方向に対して垂直方向における磁気熱容器の断面積は、第１モードまたは第３モードにおいて熱輸送媒体が流れる方向に対して垂直方向における磁気熱容器の断面積よりも大きい。このため、第２モードにおける低温端６から高温端５への熱輸送量は、第１モードまたは第３モードにおける低温端６から高温端５への熱輸送量よりも大きくなる。

　また、磁気熱容器１１の断面積と磁気熱容器１２の断面積とが同じである場合、第１モードにおいて熱輸送媒体が流れる方向に対して垂直方向における磁気熱容器の断面積と第３モードにおいて熱輸送媒体が流れる方向に対して垂直方向における磁気熱容器の断面積とが同じになる。このため、第１モードにおける低温端６から高温端５への熱輸送量と第３モードにおける低温端６から高温端５への熱輸送量とが同じになる。

　たとえば、図５に示すように、第１モードおよび第３モードの各々における低温端６から高温端５への熱輸送量がＱ１［Ｗ］である場合、第２モードにおける低温端６から高温端５への熱輸送量はＱ１［Ｗ］よりも大きいＱ２［Ｗ］になる。

　よって、磁気冷凍装置１は、高温端５と低温端６との間の目標とする温度差が大きい場合は制御装置１００によって輸送経路を第１モードに制御し、高温端５と低温端６との間の目標とする温度差が小さい場合は制御装置１００によって輸送経路を第２モードまたは第３モードに制御すればよい。磁気冷凍装置１は、低温端６から高温端５への目標とする熱輸送量が大きい場合は制御装置１００によって輸送経路を第２モードに制御し、低温端６から高温端５への目標とする熱輸送量が小さい場合は制御装置１００によって輸送経路を第１モードまたは第３モードに制御すればよい。これにより、磁気冷凍装置１は、環境に応じて最適な磁気冷凍動作が可能となる。

　磁気冷凍装置１の性能を調整するための磁気冷凍動作に関する変数としては、たとえば、磁場印加装置２１，２２によって印可される磁場の大きさ、ポンプ９による熱輸送媒体の輸送量、磁気冷凍動作の周期がある。これらの変数を調整すれば、第１モードであっても、第２モードおよび第３モードと同じような高温端５と低温端６との間の温度差を実現可能である。しかしながら、上述した変数を調整したとしても、第２モードおよび第３モードによって、第１モードと同じような低温端６から高温端５への熱輸送量を実現することは不可能である。なお、第１モード、第２モード、および第３モードのいずれであっても、高温端５と低温端６との間の目標となる温度差と低温端６から高温端５への目標となる熱輸送量とを実現可能な環境である場合、磁気冷凍装置１は、輸送経路を第２モードまたは第３モードに制御することで、ポンプ９を動作させる際の電力を小さくすることができ、磁気冷凍装置１を含むシステム全体において電力効率を向上させることができる。

　第３モードにおいては、低温端６から高温端５への熱輸送量が第１モードと同等になり、かつ、高温端５と低温端６との間の温度差が第２モードと同等になる。さらに、第３モードにおいては、ポンプ９を動作させる際の動力が第２モードの半分になるため、ポンプ９を動作させる際の電力が第２モードよりも小さくなる。これにより、磁気冷凍装置１は、輸送経路を第３モードに制御することで、磁気冷凍装置１を含むシステム全体において電力効率をさらに向上させることができる。

　図６は、実施の形態１に係る磁気冷凍装置１におけるモード切り替えを説明するための図である。図７は、実施の形態１に係る磁気冷凍装置１においてモード切り替えを行った場合の磁気熱容器１１，１２内の温度分布を説明するための図である。

　図６に示すように、磁気冷凍装置１は、輸送経路を第２モードに制御して、一定期間、磁気冷凍動作を実行する。これにより、図７に示すように、磁気熱容器１１および磁気熱容器１２の各々において独立して温度差が発生する。具体的には、高温端５側の磁気熱容器１１においては、磁気熱容器１１の中心部の温度を温度分布の中心温度Ａ０とした場合、高温側口１１Ａの温度Ａ１は中心温度Ａ０よりも高くなり、低温側口１１Ｂの温度Ａ２は中心温度Ａ０よりも低くなる。低温端６側の磁気熱容器１２においては、磁気熱容器１２の中心部の温度を温度分布の中心温度Ｂ０とした場合、高温側口１２Ａの温度Ｂ１は中心温度Ｂ０よりも高くなり、低温側口１２Ｂの温度Ｂ２は中心温度Ｂ０よりも低くなる。

　次に、図６に示すように、磁気冷凍装置１は、輸送経路を第１モードに制御して、一定期間、磁気冷凍動作を実行する。これにより、図７に示すように、高温端５側の磁気熱容器１１の低温側口１１Ｂの熱輸送媒体と、低温端６側の磁気熱容器１２の高温側口１２Ａの熱輸送媒体との間で熱伝導が発生し、磁気熱容器１１の低温側口１１Ｂの熱輸送媒体は少し温められ、磁気熱容器１２の高温側口１２Ａの熱輸送媒体は少し冷える。ここで、磁気冷凍装置１は、熱伝導のためにポンプ９の動作、または第１モードにおける磁気冷凍動作を実行してもよいが必須ではない。

　次に、図６に示すように、磁気冷凍装置１は、輸送経路を再び第２モードに制御して、一定期間、磁気冷凍動作を実行する。これにより、図７に示すように、磁気熱容器１１および磁気熱容器１２の各々において独立して再び温度差が発生する。

　このとき、高温端５側の磁気熱容器１１においては、低温側口１１Ｂの熱輸送媒体が熱伝導によって少し温められていたため、初期の第２モードのときよりも、温度分布が高温側にシフトする。具体的には、磁気熱容器１１においては、磁気熱容器１１の中心部の温度を温度分布の中心温度Ａ１０とした場合、高温側口１１Ａの温度Ａ１１は中心温度Ａ１０よりも高くなり、低温側口１１Ｂの温度Ａ１２は中心温度Ａ１０よりも低くなる。さらに、磁気熱容器１１の中心温度Ａ１０は、初期の第２モードにおける中心温度Ａ０よりも高くなる。高温側口１１Ａの温度Ａ１１は、初期の第２モードにおける高温側口１１Ａの温度Ａ１よりも高くなる。低温側口１１Ｂの温度Ａ１２は、初期の第２モードにおける低温側口１１Ｂの温度Ａ２よりも高くなる。

　また、低温端６側の磁気熱容器１２においては、高温側口１２Ａの熱輸送媒体が熱伝導によって少し冷やされていたため、初期の第２モードのときよりも、温度分布が低温側にシフトする。具体的には、磁気熱容器１２においては、磁気熱容器１２の中心部の温度を温度分布の中心温度Ｂ１０とした場合、高温側口１２Ａの温度Ｂ１１は中心温度Ｂ１０よりも高くなり、低温側口１２Ｂの温度Ｂ１２は中心温度Ｂ１０よりも低くなる。さらに、磁気熱容器１２の中心温度Ｂ１０は、初期の第２モードにおける中心温度Ｂ０よりも低くなる。高温側口１２Ａの温度Ｂ１１は、初期の第２モードにおける高温側口１２Ａの温度Ｂ１よりも低くなる。低温側口１２Ｂの温度Ｂ１２は、初期の第２モードにおける低温側口１２Ｂの温度Ｂ２よりも低くなる。

　ここで、２回目の第２モードにおいては、磁気熱容器１１の低温側口１１Ｂの温度Ａ１２は、磁気熱容器１２の低温側口１２Ｂの温度Ｂ１２、すなわち低温端６の温度よりも高くなる。このため、第２モードにおいて、制御装置１００は、低温端６と磁気熱容器１１の低温側口１１Ｂとの間で熱輸送媒体が往復輸送されるときの片道経路が、低温端６と磁気熱容器１１の低温側口１１Ｂとの間の経路（配管５２の一部と配管５４とからなる経路）よりも短くなるように、ポンプ９を用いた磁気冷凍動作を制御する。

　より具体的には、制御装置１００は、磁気熱容器１１を介した熱輸送媒体が往復輸送と、磁気熱容器１１を介した熱輸送媒体が往復輸送とを同期させるようにして、磁気冷凍動作を行う。低温端６と磁気熱容器１１の低温側口１１Ｂとの間の経路（配管５２の一部と配管５４とからなる経路）が、低温端６と磁気熱容器１２の低温側口１２Ｂとの間の経路（配管５３からなる経路）よりも短い場合、制御装置１００は、磁気熱容器１２を流れる熱輸送媒体が低温端６に到達する一方で、磁気熱容器１１を流れる熱輸送媒体が低温端６に到達しないように、磁気冷凍動作を行えばよい。

　これにより、磁気冷凍動作によって高温端５と低温端６との間で熱輸送媒体が磁気熱容器１１を介して往復輸送された場合でも、磁気熱容器１１を流れる熱輸送媒体が低温端６に到達することで磁気熱容器１１の低温側口１１Ｂの温度Ａ１２が低温端６の温度Ｂ１２を高くしてしまうことを回避することができ、熱損失を小さくすることができる。

　また、２回目の第２モードにおいては、磁気熱容器１２の高温側口１２Ａの温度Ｂ１１は、磁気熱容器１１の高温側口１１Ａの温度Ａ１１、すなわち高温端５の温度よりも低くなる。このため、第２モードにおいて、制御装置１００は、高温端５と磁気熱容器１２の高温側口１２Ａとの間で熱輸送媒体が往復輸送されるときの片道経路が、高温端５と磁気熱容器１２の高温側口１２Ａとの間の経路（配管５２の一部と配管５５とからなる経路）よりも短くなるように、ポンプ９を用いた磁気冷凍動作を制御する。

　より具体的には、高温端５と磁気熱容器１２の高温側口１２Ａとの間の経路（配管５２の一部と配管５５とからなる経路）が、高温端５と磁気熱容器１１の高温側口１１Ａとの間の経路（配管５１からなる経路）よりも短い場合、制御装置１００は、磁気熱容器１１を流れる熱輸送媒体が高温端５に到達する一方で、磁気熱容器１２を流れる熱輸送媒体が高温端５に到達しないように、磁気冷凍動作を行えばよい。

　これにより、磁気冷凍動作によって高温端５と低温端６との間で熱輸送媒体が磁気熱容器１２を介して往復輸送された場合でも、磁気熱容器１２を流れる熱輸送媒体が高温端５に到達することで磁気熱容器１２の高温側口１２Ａの温度Ｂ１１が高温端５の温度Ａ１１を低くしてしまうことを回避することができ、熱損失を小さくすることができる。

　このように、磁気冷凍装置１は、制御装置１００によって第２モード、第１モード、および第２モードの順に、輸送経路を切り替えることによって、磁気熱容器１１の高温側口１１Ａの温度Ａ１１、すなわち高温端５の温度をより高め、かつ、磁気熱容器１２の低温側口１２Ｂの温度Ｂ１２、すなわち低温端６の温度をより低くすることができる。そして、磁気冷凍装置１は、第１モードにおける高温端５と低温端６との間の温度差を、第２モードのポンプ動力によって実現することができる。一方、低温端６から高温端５への熱輸送量に関しては、高温端５側においては磁気熱容器１１のみが熱輸送に関与し、低温端６側においては磁気熱容器１２のみが熱輸送に関与するため、第２モードであっても、第１モードの熱輸送量と同等にすることができる。これにより、磁気熱容器１１，１２を直列にした状態で磁気冷凍動作を実行する必要がないため、ポンプ９を省力化および小型化することができる。

　実施の形態２．
　図８～図１７を参照しながら、実施の形態２に係る磁気冷凍装置１を説明する。なお、以下では、実施の形態２に係る磁気冷凍装置１について、実施の形態１に係る磁気冷凍装置１と異なる部分のみを説明する。

　図８は、実施の形態２に係る磁気冷凍装置１の構成を示す図である。図８に示すように、磁気冷凍装置１は、磁気冷凍回路１０において、磁気熱容器１３と、磁場印可装置２３と、配管５６～５９と、バルブ３４～３６とをさらに備える。

　磁気熱容器１３には、磁気熱容器１１，１２と同様に、磁気熱量材料が充填されている。磁場印可装置２３は、磁気熱容器１３に設けられている。磁場印可装置２３は、磁気熱容器１３に磁場を印可することによって、磁気熱容器１３に充填された磁気熱量材料に磁場を印可する。磁場印可装置２３は、制御装置１００の制御に基づき、磁気熱容器１３に対する磁場の印可を実行または停止し、印可する磁場の大きさを変化させる。

　配管５６～５９は、配管５１～５５とともに、高温端５と低温端６との間で磁気熱容器１１，１２，１３を介して熱輸送媒体を輸送可能に配置されている。配管５６は、磁気熱容器１２の低温側口１２Ｂと磁気熱容器１３の高温側口１３Ａとを接続する。配管５７は、磁気熱容器１３の低温側口１３Ｂと低温端６とを接続する。配管５８は、配管５６から分岐して低温端６に接続されている。すなわち、磁気熱容器１２の低温側口１２Ｂおよび磁気熱容器１３の高温側口１３Ａは、配管５６および配管５８を介して低温端６に接続されている。配管５９は、配管５６から分岐して高温端５に接続されている。すなわち、磁気熱容器１２の低温側口１２Ｂおよび磁気熱容器１３の高温側口１３Ａは、配管５６および配管５９を介して高温端５に接続されている。

　バルブ３４は、配管５６に設けられ、制御装置１００の制御に基づき、配管５６を開放状態と閉鎖状態とで切り替える。バルブ３５は、配管５８に設けられ、制御装置１００の制御に基づき、配管５８を開放状態と閉鎖状態とで切り替える。バルブ３６は、配管５９に設けられ、制御装置１００の制御に基づき、配管５９を開放状態と閉鎖状態とで切り替える。バルブ３１が開放状態に制御されて配管５２が開放状態になり、かつ、バルブ３４が開放状態に制御されて配管５６が開放状態になった場合、高温端５と低温端６との間において磁気熱容器１１と磁気熱容器１２と磁気熱容器１３とが直列に接続される。バルブ３２が開放状態に制御されて配管５４が開放状態になり、バルブ３３が開放状態に制御されて配管５５が開放状態になり、バルブ３５が開放状態に制御されて配管５８が開放状態になり、かつ、バルブ３６が開放状態に制御されて配管５９が開放状態になった場合、高温端５と低温端６との間において磁気熱容器１１と磁気熱容器１２と磁気熱容器１３とが並列に接続される。

　このように、磁気冷凍装置１においては、高温端５と低温端６との間で磁気熱容器１１と磁気熱容器１２と磁気熱容器１３とが直列に接続され、磁気熱容器１１の低温側口１１Ｂと磁気熱容器１２の高温側口１２Ａとがバルブ３１を介して接続され、磁気熱容器１２の低温側口１２Ｂと磁気熱容器１３の高温側口１３Ａとがバルブ３４を介して接続されている。さらに、磁気熱容器１１の低温側口１１Ｂおよび磁気熱容器１２の高温側口１２Ａは、バルブ３２を介して低温端６に接続される一方で、バルブ３３を介して高温端５に接続されている。磁気熱容器１２の低温側口１２Ｂおよび磁気熱容器１３の高温側口１３Ａは、バルブ３５を介して低温端６に接続される一方で、バルブ３６を介して高温端５に接続されている。

　上述のように構成された磁気冷凍装置１においては、以下のように磁気冷凍動作が行われる。まず、磁気冷凍装置１は、磁場印加装置２１，２２，２３によって磁気熱容器１１，１２，１３に印可する磁場を大きくする。印可される磁場が大きい場合、磁気熱容器１１，１２，１３内の磁気熱量材料が発熱し、磁気熱量材料の熱が磁気熱容器１１，１２，１３に磁気熱量材料とともに充填された熱輸送媒体へ伝わることによって、熱輸送媒体が高温になる。そして、磁気冷凍装置１は、ポンプ９を用いて低温端６から高温端５へと熱輸送媒体を輸送する。これにより、磁気熱容器１１，１２，１３内の磁気熱量材料から吸熱した高温の熱輸送媒体が低温端６から高温端５へと輸送される。その後、磁気熱容器１１，１２，１３には低温端６側から比較的低温の熱輸送媒体が再充填される。

　次に、磁気冷凍装置１は、磁場印加装置２１，２２，２３によって磁気熱容器１１，１２，１３に印可する磁場を小さくする。印可される磁場が小さい場合、磁気熱容器１１，１２，１３内の磁気熱量材料が吸熱し、磁気熱容器１１，１２，１３に磁気熱量材料とともに充填された熱輸送媒体から熱が奪われることによって、熱輸送媒体が低温になる。そして、磁気冷凍装置１は、ポンプ９を用いて高温端５から低温端６へと熱輸送媒体を輸送する。これにより、磁気熱容器１１，１２，１３内の磁気熱量材料から熱を奪われた低温の熱輸送媒体が高温端５から低温端６へと輸送される。その後、磁気熱容器１１，１２，１３には低温端６側から比較的低温の熱輸送媒体が再充填される。磁気冷凍装置１は、上述したような動作を繰り返して低温端６から高温端５へと熱を輸送することによって、高温端５と低温端６との間の温度差を生じさせる。

　実施の形態２に係る磁気冷凍装置１においても、実施の形態１に係る磁気冷凍装置１と同様に、制御装置１００が高温端５と低温端６との間における熱輸送媒体の輸送経路を切り替えるように構成されている。以下、制御装置１００が実行する輸送経路の切り替えについて具体的に説明する。

　図９は、実施の形態２に係る磁気冷凍装置１の第１モードにおける熱輸送媒体の輸送経路を説明するための図である。図９に示すように、制御装置１００は、輸送経路を第１モードに制御することによって、バルブ３１およびバルブ３４を開放状態に制御する一方で、バルブ３２、バルブ３３、バルブ３５、および、バルブ３６を閉鎖状態に制御する。これにより、高温端５と低温端６との間において磁気熱容器１１と磁気熱容器１２と磁気熱容器１３とが直列のみで接続される。

　このような輸送経路を構成する第１モードにおいては、高温端５と低温端６との間において、熱輸送媒体が配管５１、磁気熱容器１１、配管５２、磁気熱容器１２、配管５６、磁気熱容器１３、および配管５７を流れるような輸送経路が構成される。これにより、高温端５と低温端６との間において、熱輸送媒体は、磁気熱容器１１、磁気熱容器１２、および磁気熱容器１３を流れることになる。このため、熱輸送媒体が磁気熱容器内を流れる距離は、熱輸送媒体が流れる方向に対して平行方向における磁気熱容器１１の寸法と磁気熱容器１２の寸法と磁気熱容器１３の寸法との合計になる。一方、熱輸送媒体が流れる方向に対して垂直方向における磁気熱容器の断面積は、磁気熱容器１１，１２，１３の各々の断面積と同じになる。

　図１０は、実施の形態２に係る磁気冷凍装置１の第２モードにおける熱輸送媒体の輸送経路を説明するための図である。図１０に示すように、制御装置１００は、輸送経路を第２モードに制御することによって、バルブ３２、バルブ３３、バルブ３５、および、バルブ３６を開放状態に制御する一方で、バルブ３１およびバルブ３４を閉鎖状態に制御する。これにより、高温端５と低温端６との間において磁気熱容器１１と磁気熱容器１２と磁気熱容器１３とが並列のみで接続される。

　このような輸送経路を構成する第３モードにおいては、高温端５と低温端６との間において、熱輸送媒体が配管５１、磁気熱容器１１、配管５２、および配管５４を流れるような輸送経路と、高温端５と低温端６との間において、熱輸送媒体が配管５５、配管５２、磁気熱容器１２、および配管５３を流れるような輸送経路と、高温端５と低温端６との間において、熱輸送媒体が配管５９、配管５６、磁気熱容器１３、および配管５７を流れるような輸送経路との３つの輸送経路が構成される。これにより、高温端５と低温端６との間において、熱輸送媒体は、磁気熱容器１１、磁気熱容器１２、および磁気熱容器１３の全てを流れることなく、磁気熱容器１１、磁気熱容器１２、および磁気熱容器１３の各々を独立して流れることになる。このため、熱輸送媒体が磁気熱容器内を流れる距離は、熱輸送媒体が流れる方向に対して平行方向における磁気熱容器１１，１２，１３の各々の寸法と同じになる。一方、熱輸送媒体が流れる方向に対して垂直方向における磁気熱容器の断面積は、熱輸送媒体が流れる方向に対して垂直方向における磁気熱容器１１の断面積と磁気熱容器１２の断面積と磁気熱容器１３の断面積との合計になる。

　図１１は、実施の形態２に係る磁気冷凍装置１の第３モードにおける熱輸送媒体の輸送経路を説明するための図である。図１１に示すように、制御装置１００は、輸送経路を第３モードに制御することによって、バルブ３１およびバルブ３５を開放状態に制御する一方で、バルブ３２、バルブ３３、バルブ３４、およびバルブ３６を閉鎖状態に制御する。これにより、高温端５と低温端６との間において磁気熱容器１１および磁気熱容器１２のみが直列に接続される。

　このような輸送経路を構成する第３モードにおいては、高温端５と低温端６との間において、熱輸送媒体が配管５１、磁気熱容器１１、配管５２、磁気熱容器１２、配管５６、および配管５８を流れるような１つの輸送経路が構成される。これにより、高温端５と低温端６との間において、熱輸送媒体は、磁気熱容器１１および磁気熱容器１２のみを流れることになる。このため、熱輸送媒体が磁気熱容器内を流れる距離は、熱輸送媒体が流れる方向に対して平行方向における磁気熱容器１１の寸法と磁気熱容器１２の寸法との合計になる。一方、熱輸送媒体が流れる方向に対して垂直方向における磁気熱容器の断面積は、磁気熱容器１１，１２の各々の断面積と同じになる。

　３つの磁気熱容器１１，１２，１３が並列に接続されている第２モード、および高温端５と低温端６との間において２つの磁気熱容器１１，１２のみが直列に接続されている第３モードは、高温端５と低温端６との間において３つの磁気熱容器１１，１２，１３が直列に接続されている第１モードよりも、熱輸送媒体を輸送する際の圧力損失が小さくなる。このため、第２モードまたは第３モードにおいては、第１モードよりも、ポンプ９を動作させる際の電力を小さくすることができ、磁気冷凍装置１を含むシステム全体において電力効率を向上させることができる。

　図１２は、実施の形態２に係る磁気冷凍装置１の各モードにおける低温端６から高温端５への熱輸送量に対する高温端５と低温端６との間の温度差を示す図である。

　第１モードにおいて熱輸送媒体が磁気熱容器内を流れる距離は、磁気熱容器１１の寸法と磁気熱容器１２の寸法と磁気熱容器１３の寸法との合計であるのに対して、第２モードにおいて熱輸送媒体が磁気熱容器内を流れる距離は、磁気熱容器１１、磁気熱容器１２、または磁気熱容器１３の寸法と同じであり、第３モードにおいて熱輸送媒体が磁気熱容器内を流れる距離は、磁気熱容器１１の寸法と磁気熱容器１２の寸法との合計である。すなわち、第１モードおいて熱輸送媒体が磁気熱容器内を流れる距離は、第２モードまたは第３モードにおいて熱輸送媒体が磁気熱容器内を流れる距離よりも長い。このため、第１モードにおける高温端５と低温端６との間の温度差は、第２モードまたは第３モードにおける高温端５と低温端６との間の温度差よりも大きくなる。

　また、第３モードおいて熱輸送媒体が磁気熱容器内を流れる距離は、第２モードにおいて熱輸送媒体が磁気熱容器内を流れる距離よりも長い。このため、第３モードにおける高温端５と低温端６との間の温度差は、第２モードにおける高温端５と低温端６との間の温度差よりも大きくなる。

　たとえば、図１２に示すように、第２モードにおける高温端５と低温端６との間の温度差がＴ１１［Ｋ］である場合、第３モードにおける高温端５と低温端６との間の温度差はＴ１１［Ｋ］よりも大きいＴ１２［Ｋ］になり、第１モードにおける高温端５と低温端６との間の温度差はＴ１１［Ｋ］およびＴ１２［Ｋ］よりも大きいＴ１３［Ｋ］になる。磁気熱容器１１，１２，１３の各々の特性が均一である場合、第２モードにおける温度差Ｔ１１は、第１モードにおける温度差Ｔ１３の１／３倍であり、第３モードにおける温度差Ｔ１２は、第１モードにおける温度差Ｔ１３の２／３倍である。

　第２モードにおいて熱輸送媒体が流れる方向に対して垂直方向における磁気熱容器の断面積は、磁気熱容器１１の断面積と磁気熱容器１２の断面積と磁気熱容器１３の断面積との合計であるのに対して、第１モードにおいて熱輸送媒体が流れる方向に対して垂直方向における磁気熱容器の断面積は、磁気熱容器１１の断面積と同じであり、第３モードにおいて熱輸送媒体が流れる方向に対して垂直方向における磁気熱容器の断面積は、磁気熱容器１１の断面積と磁気熱容器１２の断面積との合計である。すなわち、第２モードにおいて熱輸送媒体が流れる方向に対して垂直方向における磁気熱容器の断面積は、第１モードまたは第３モードにおいて熱輸送媒体が流れる方向に対して垂直方向における磁気熱容器の断面積よりも大きい。このため、第２モードにおける低温端６から高温端５への熱輸送量は、第１モードまたは第３モードにおける低温端６から高温端５への熱輸送量よりも大きくなる。

　また、第３モードにおいて熱輸送媒体が流れる方向に対して垂直方向における磁気熱容器の断面積は、第１モードにおいて熱輸送媒体が流れる方向に対して垂直方向における磁気熱容器の断面積よりも大きい。このため、第３モードにおける低温端６から高温端５への熱輸送量は、第１モードにおける低温端６から高温端５への熱輸送量よりも大きくなる。

　たとえば、図１２に示すように、第１モードにおける低温端６から高温端５への熱輸送量がＱ１１［Ｗ］である場合、第３モードにおける低温端６から高温端５への熱輸送量はＱ１１［Ｗ］よりも大きいＱ１２［Ｗ］になり、第２モードにおける低温端６から高温端５への熱輸送量はＱ１２［Ｗ］よりも大きいＱ１３［Ｗ］になる。磁気熱容器１１，１２，１３の各々の特性が均一である場合、第２モードにおける熱輸送量Ｑ１３は、第１モードにおける熱輸送量Ｑ１１の１／３倍であり、第３モードにおける熱輸送量Ｑ１２は、第１モードにおける熱輸送量Ｑ１１の２／３倍である。

　なお、第３モードにおいては、磁気熱容器１１および磁気熱容器１２を選択して直列に接続する場合に限らない。磁気冷凍装置１は、高温端５と低温端６との間において、任意の隣接する複数の磁気熱容器を直列に接続することができる。たとえば、高温端５と磁気熱容器１１の高温側口１１Ａとの間の配管５１にバルブを追加してもよく、この場合、磁気冷凍装置１は、磁気熱容器１２および磁気熱容器１３を選択して直列に接続することもできる。また、磁気冷凍装置１は、任意の隣接する複数の磁気熱容器を直列に接続する第３モードと、複数の磁気熱容器を並列に接続する第２モードとを、同じシステム上で構成してもよい。たとえば、磁気冷凍装置１は、高温端５と低温端６との間において、磁気熱容器１１および磁気熱容器１２を選択して直列に接続する一方で、直列接続された磁気熱容器１１および磁気熱容器１２と、磁気熱容器１３とを直列に接続してもよい。

　図１３は、実施の形態２に係る磁気冷凍装置１において使用されない磁場印可装置の動作の停止を説明するための図である。高温端５および低温端６に対して切り離された磁気熱容器は、ポンプ９によって熱輸送媒体が流れないため、磁気冷凍動作が行われない。このため、磁気冷凍装置１は、磁場印可装置による磁場の印可によって電力損失が生じないように、使用されない磁場印可装置の動作を停止してもよい。たとえば、第３モードの場合、磁気熱容器１３においては熱輸送媒体が流れないため、磁気冷凍装置１は、磁気熱容器１３に設けられた磁場印可装置２３による磁場の印可によって電力損失が生じないように、磁場印可装置２３の動作を停止してもよい。なお、図４に示した実施の形態１に係る磁気冷凍装置１においても、第３モードにおいて磁気熱容器１２に設けられた磁場印可装置２２による磁場の印可によって電力損失が生じないように、磁場印可装置２２の動作を停止してもよい。このように、使用されない磁場印加装置による磁場の印加と減磁を停止することによって、電力損失を小さくすることができる。

　磁場印加装置による磁場の印加および減磁を停止する方法として、磁場印加装置に電磁石を使用している場合は、電磁石の電源を停止することで実現可能である。磁場印加装置に磁石を使用している場合は、磁場の変動に磁石またはヨークの移動を伴うのが一般的であり、磁石またはヨークの移動をギアなどを用いて切り替えることによっても、磁場印加装置による磁場の印加および減磁を停止することができる。特に、磁気熱容器を挟むように磁場印加装置が設置されている場合は、磁気熱容器を挟む方向の長さを長くするように磁石またはヨークの移動位置を切り替えれば、磁場の変動を小さくすることができ、完全に磁場の印加と減磁を停止させない場合でも十分に電力損失を小さくすることができる。

　図１４は、実施の形態２に係る磁気冷凍装置１において磁気熱容器１１，１２，１３に充填される磁気熱量材料を説明するための図である。図１４に示すように、磁気冷凍装置１においては、直列に接続された複数の磁気熱容器１１，１２，１３の高温端５側から低温端６側にわたって順に、磁気熱容器１１，１２，１３の各々における内部の温度特性が高温から低温になるように磁気熱量材料が充填される。

　たとえば、図１４に示すように、磁気熱容器１１の高温側口１１Ａから低温側口１１Ｂにわたって順に、磁気熱量材料ａ、磁気熱量材料ｂ、磁気熱量材料ｃが充填される。磁気熱容器１２の高温側口１２Ａから低温側口１２Ｂにわたって順に、磁気熱量材料ｄ、磁気熱量材料ｅ、磁気熱量材料ｆが充填される。磁気熱容器１３の高温側口１３Ａから低温側口１３Ｂにわたって順に、磁気熱量材料ｇ、磁気熱量材料ｈ、磁気熱量材料ｉが充填される。なお、磁気熱容器１１，１２，１３の各々に対して１種類の磁気熱量材料が充填されてもよい。たとえば、磁気熱容器１１に磁気熱量材料ａが充填され、磁気熱容器１２に磁気熱量材料ｂが充填され、磁気熱容器１３に磁気熱量材料ｃが充填されてもよい。

　図１５は、実施の形態２に係る磁気冷凍装置１の磁気熱量材料における温度特性を示す図である。なお、図１５に示す温度特性においては、縦軸の値が大きいほど磁気熱量材料の性能が大きい。一般的に、磁気熱量材料は、最も性能が大きくなる温度と、性能が見込める動作温度帯とが定まっている。磁気熱容器に充填される複数の磁気熱量材料の組み合わせは、各磁気熱量材料の温度特性が重なるように組み合わせることが望ましい。磁気熱容器内の温度分布は連続的であるため、磁気熱容器に充填される複数の磁気熱量材料の温度特性が重なっていない場合、磁気熱容器内に磁気熱量材料が機能しない領域が生まれ、磁気冷凍動作の性能が悪化するためである。

　磁気熱量材料の種類に応じて、温度特性における性能のピーク値と動作温度帯とが異なる。たとえば、ランタン鉄シリコンの磁気熱量材料は、性能のピーク値が高い一方で動作温度帯が狭い。ガドリニウム金属の磁気熱量材料は、性能のピーク値が低い一方で動作温度帯が広い。磁気熱量材料は、これらの異なる種類の複数の磁気熱量材料を組み合わせてもよい。たとえば、使用頻度が高い温度帯に対応する磁気熱容器においては、ピーク値が高くかつ動作温度帯が狭い磁気熱量材料を使用し、使用頻度が低い温度帯に対応する磁気熱容器においては、ピーク値が低くかつ動作温度帯が広い磁気熱量材料を使用してもよい。これにより、使用頻度が高い温度帯に対応する磁気熱容器については動作温度帯が狭くてもピーク値が高い複数の磁気熱量材料を充填させて高性能にしつつ、使用頻度が低い温度帯に対応する磁気熱容器についてはピーク値が低くても動作温度帯が広い磁気熱量材料を１つだけ充填させて小型の磁気熱容器を構成することができる。

　実施の形態２に係る磁気冷凍装置１に限らず、実施の形態１に係る磁気冷凍装置１においても、複数の磁気熱容器１１，１２が、高温側から低温側にわたって動作温度が高い種類から動作温度が低い種類の順に磁気熱量材料が充填されていてもよい。

　図１６および図１７は、実施の形態２に係る磁気冷凍装置１において熱輸送媒体の輸送経路の切り替えを行った場合の磁気熱容器１１，１２，１３内の温度分布を説明するための図である。磁気熱容器内の磁気熱量材料の動作温度と磁気熱容器内の実際の温度とが一致していない場合、磁気熱容器に磁場を印加しても磁気熱量効果による発熱または吸熱が起こらないため、電力損失が生じ得る。たとえば、図１６（Ａ）に示す初期状態において、磁気熱容器１１および磁気熱容器１３の各々における実際の温度と、充填された磁気熱量材料の動作温度とが異なる場合、磁気冷凍装置１は、バルブ３１，３２，３４，３６を閉鎖状態に制御して磁気熱容器１１および磁気熱容器１３を介する流路を切断することによって、磁気熱容器１１および磁気熱容器１３において磁気冷凍動作を起こさないようにし、電力損失が生じないようにする。図１６（Ｂ）に示すように、磁気熱容器１１および磁気熱容器１３の各々においては、磁気熱量材料の温度が一定である。

　一方、磁気熱容器１２における実際の温度と、磁気熱容器１２に充填された磁気熱量材料の動作温度とが一致する場合、磁気冷凍装置１は、バルブ３３，３５を開放状態に制御して磁気熱容器１２を介する流路を開放することによって、磁気熱容器１２において磁気冷凍動作を行う。磁気熱容器１２において磁気冷凍動作が一定期間行われると、図１６（Ｂ）に示すように、磁気熱容器１２内においては、高温側口１２Ａが高温になり、かつ、低温側口１２Ｂが低温になるような温度分布が生じる。

　次に、図１７（Ａ）に示すように、磁気冷凍装置１は、バルブ３１およびバルブ３４を開放状態に制御する一方で、バルブ３２、バルブ３３、バルブ３５、および、バルブ３６を閉鎖状態に制御することによって、高温端５と低温端６との間において磁気熱容器１１と磁気熱容器１２と磁気熱容器１３とを直列に接続させ、磁気熱容器１１、磁気熱容器１２、および磁気熱容器１３の各々において磁気冷凍動作を行う。磁気熱容器１１、磁気熱容器１２、および磁気熱容器１３の各々において磁気冷凍動作が一定期間行われると、磁気熱容器１１の低温側口１１Ｂの熱輸送媒体と、磁気熱容器１２の高温側口１２Ａの熱輸送媒体との間で熱伝導が発生する。これにより、磁気熱容器１１の低温側口１１Ｂの温度が初期状態よりも高くなるため、磁気熱容器１１における実際の温度と、磁気熱容器１１に充填された磁気熱量材料の動作温度とが一致する。また、磁気熱容器１３の高温側口１３Ａの熱輸送媒体と、磁気熱容器１２の低温側口１２Ｂの熱輸送媒体との間で熱伝導が発生する。これにより、磁気熱容器１３の高温側口１３Ａの温度が初期状態よりも低くなるため、磁気熱容器１３における実際の温度と、磁気熱容器１３に充填された磁気熱量材料の動作温度とが一致する。

　図１７（Ｂ）に示すように、磁気熱容器１１、磁気熱容器１２、および磁気熱容器１３の各々における磁気熱量材料の動作温度と熱輸送媒体の温度が一致するため、全ての磁気熱容器１１，１２，１３が磁気冷凍動作によって発熱および吸熱を行うことができる。これにより、磁気冷凍装置１は、高温端５と低温端６との間において、磁気熱容器１１、磁気熱容器１２、および磁気熱容器１３にわたって比較的大きな温度差を有する温度分布を作り出すことができる。

　実施の形態３．
　図１８～図２０を参照しながら、実施の形態３に係る磁気冷凍装置１を説明する。なお、以下では、実施の形態３に係る磁気冷凍装置１について、実施の形態１，２に係る磁気冷凍装置１と異なる部分のみを説明する。

　図１８は、実施の形態３に係る磁気冷凍装置１の構成を示す図である。図１８に示すように、磁気冷凍装置１においては、複数（この例では８個）の磁気熱容器１５が複数の配管によって直列および並列に接続可能に配置されている。

　高温側熱交換器７によって外部媒体へ取り出される熱輸送量Ｑ［Ｗ］は、高温側熱交換器７の特性、高温端５の温度、および高温側熱交換器７側の外部温度などによって概ね決まる。高温側熱交換器７は、高温端５における熱輸送媒体から外部へと、高温端５の温度と外部温度との間の温度差に比例した熱を輸送する。高温側熱交換器７側の外部温度をＴｈｅｘ［Ｋ］、高温側熱交換器７の熱抵抗をθｈ［Ｋ／Ｗ］とすると、外部への熱輸送量Ｑ［Ｗ］に対応する高温端５の目標温度Ｔｈ［Ｋ］は、以下の式（１）で表される。

　低温側熱交換器８によって外部媒体へ取り出される熱輸送量Ｑ［Ｗ］は、低温側熱交換器８の特性、低温端６の温度、および低温側熱交換器８側の外部温度などによって概ね決まる。低温側熱交換器８は、低温端６における熱輸送媒体から外部へと、低温端６の温度と外部温度との間の温度差に比例した熱を輸送する。低温側熱交換器８側における外部温度をＴｃｅｘ［Ｋ］、低温側熱交換器８の熱抵抗をθｃ［Ｋ／Ｗ］とすると、外部への熱輸送量Ｑ［Ｗ］に対応する低温端６の目標温度Ｔｃ［Ｋ］は、以下の式（２）で表される。

　磁気冷凍装置１の制御装置１００は、複数の磁気熱容器１５の中から、算出した高温端５の目標温度Ｔｈおよび低温端６の目標温度Ｔｃの各々に近い動作温度を有する磁気熱量材料が充填された目標となる磁気熱容器１５を見つけ出し、当該磁気熱容器１５に充填された磁気熱量材料の性能が発揮できるように、当該磁気熱容器１５における実際の温度を当該磁気熱容器１５に充填された磁気熱量材料の動作温度に近づける。以下、磁気冷凍装置１による目標磁気熱容器の決定処理について説明する。

　図１９は、実施の形態３に係る磁気冷凍装置１において目標磁気熱容器を決定する際に磁場が印可される磁気熱容器を説明するための図である。図１９（Ａ）に示すように、初期状態において、磁気冷凍装置１は、高温端５の目標温度Ｔｈおよび低温端６の目標温度Ｔｃの各々に近い動作温度を有する磁気熱量材料が充填された少なくとも１つの磁気熱容器Ａを決定する。この時点では、少なくとも１つの磁気熱容器Ａにおける実際の温度と、当該磁気熱容器Ａに充填された磁気熱量材料の動作温度とが一致しない。

　そこで、磁気冷凍装置１は、磁気熱容器Ａに充填された磁気熱量材料の動作温度に近い動作温度を有する磁気熱量材料が充填された他の少なくとも１つの磁気熱容器１５のうち、実際の温度が充填された磁気熱量材料の動作温度と一致する少なくとも１つの磁気熱容器Ｂを決定する。たとえば、磁気冷凍装置１は、磁気熱容器Ａに充填された磁気熱量材料の動作温度に近い動作温度を有する磁気熱量材料が充填された他の少なくとも１つの磁気熱容器１５のうち、磁気熱容器１５内の実際の温度と当該磁気熱容器１５に充填された磁気熱量材料の動作温度とが一致する磁気熱容器Ｂを決定する。図１９（Ａ）に示すように、初期状態においては、少なくとも１つの磁気熱容器Ｂは、少なくとも１つの磁気熱容器Ａと一致していない。

　磁気冷凍装置１は、初期状態において決定した磁気熱容器Ｂを介して熱輸送媒体を輸送可能に輸送経路を切り替え、磁気熱容器Ｂにおいて磁気冷凍動作を一定期間行う。これにより、図１６および図１７を用いて説明したように、磁気熱容器Ｂにおける熱輸送媒体の温度が、未だ磁気熱容器Ｂに決定されていない隣接する他の磁気熱容器１５に対して熱伝導する。よって、未だ磁気熱容器Ｂに決定されていない隣接する他の磁気熱容器１５内の実際の温度と当該他の磁気熱容器１５に充填された磁気熱量材料の動作温度とが一致することになる。

　図１９（Ｂ）に示すように、磁気冷凍装置１は、第１経過において、磁気熱容器１５内の実際の温度と当該磁気熱容器１５に充填された磁気熱量材料の動作温度とが一致する磁気熱容器Ｂを再び決定し直す。磁気冷凍装置１は、第１経過において決定した磁気熱容器Ｂを介して熱輸送媒体を輸送可能に輸送経路を切り替え、磁気熱容器Ｂにおいて磁気冷凍動作を一定期間行う。これにより、磁気熱容器Ｂにおける熱輸送媒体の温度が、未だ磁気熱容器Ｂに決定されていない隣接する他の磁気熱容器１５に対して熱伝導するため、当該他の磁気熱容器１５内の実際の温度と当該他の磁気熱容器１５に充填された磁気熱量材料の動作温度とが一致することになる。図１９（Ｂ）に示すように、第１経過においては、少なくとも１つの磁気熱容器Ｂは、少なくとも１つの磁気熱容器Ａと一致していない。

　図１９（Ｃ）に示すように、磁気冷凍装置１は、第２経過において、磁気熱容器１５内の実際の温度と当該磁気熱容器１５に充填された磁気熱量材料の動作温度とが一致する磁気熱容器Ｂを再び決定し直す。磁気冷凍装置１は、第２経過において決定した磁気熱容器Ｂを介して熱輸送媒体を輸送可能に輸送経路を切り替え、磁気熱容器Ｂにおいて磁気冷凍動作を一定期間行う。これにより、磁気熱容器Ｂにおける熱輸送媒体の温度が、未だ磁気熱容器Ｂに決定されていない隣接する他の磁気熱容器１５に対して熱伝導するため、当該他の磁気熱容器１５内の実際の温度と当該他の磁気熱容器１５に充填された磁気熱量材料の動作温度とが一致することになる。図１９（Ｃ）に示すように、第２経過においては、少なくとも１つの磁気熱容器Ｂの一部が、少なくとも１つの磁気熱容器Ａと一致する。

　図１９（Ｄ）に示すように、磁気冷凍装置１は、第３経過において、磁気熱容器１５内の実際の温度と当該磁気熱容器１５に充填された磁気熱量材料の動作温度とが一致する磁気熱容器Ｂを再び決定し直す。磁気冷凍装置１は、第３経過において決定した磁気熱容器Ｂを介して熱輸送媒体を輸送可能に輸送経路を切り替え、磁気熱容器Ｂにおいて磁気冷凍動作を一定期間行う。これにより、磁気熱容器Ｂにおける熱輸送媒体の温度が、未だ磁気熱容器Ｂに決定されていない隣接する他の磁気熱容器１５に対して熱伝導するため、当該他の磁気熱容器１５内の実際の温度と当該他の磁気熱容器１５に充填された磁気熱量材料の動作温度とが一致することになる。図１９（Ｄ）に示すように、第３経過においては、少なくとも１つの磁気熱容器Ｂの一部が、少なくとも１つの磁気熱容器Ａと一致する。また、第３経過においては、第２経過よりも、少なくとも１つの磁気熱容器Ｂと少なくとも１つの磁気熱容器Ａとで一致する磁気熱容器１５の数が多い。

　図１９（Ｅ）に示すように、磁気冷凍装置１は、第４経過において、磁気熱容器１５内の実際の温度と当該磁気熱容器１５に充填された磁気熱量材料の動作温度とが一致する磁気熱容器Ｂを再び決定し直す。磁気冷凍装置１は、第４経過において決定した磁気熱容器Ｂを介して熱輸送媒体を輸送可能に輸送経路を切り替え、磁気熱容器Ｂにおいて磁気冷凍動作を一定期間行う。これにより、磁気熱容器Ｂにおける熱輸送媒体の温度が、未だ磁気熱容器Ｂに決定されていない隣接する他の磁気熱容器１５に対して熱伝導するため、当該他の磁気熱容器１５内の実際の温度と当該他の磁気熱容器１５に充填された磁気熱量材料の動作温度とが一致することになる。図１９（Ｅ）に示すように、第４経過においては、少なくとも１つの磁気熱容器Ｂと、少なくとも１つの磁気熱容器Ａとが完全に一致する。

　このように、磁気冷凍装置１は、まずは高温端５の目標温度Ｔｈおよび低温端６の目標温度Ｔｃの各々に近い動作温度を有する磁気熱量材料が充填された目標とする磁気熱容器Ａを決定し、次に、磁気熱容器１５内の実際の温度と当該磁気熱容器１５に充填された磁気熱量材料の動作温度とが一致する磁気熱容器Ｂを決定し、決定した磁気熱容器Ｂが磁気熱容器Ａと完全に一致するまで、磁気熱容器Ｂを切り替える。これにより、磁気冷凍装置１は、目標とする磁気熱容器Ａ内の実際の温度と、当該磁気熱容器Ａに充填された磁気熱量材料の動作温度とを一致させることができるため、磁気熱容器Ａに充填された磁気熱量材料の性能を発揮させることができる。

　図２０は、実施の形態３に係る磁気冷凍装置１において目標磁気熱容器を決定するための処理に関するフローチャートである。図２０に示す処理は、制御装置１００によって実行される。なお、図２０において、「Ｓ」は「ＳＴＥＰ」の略称として用いられる。

　図２０に示すように、制御装置１００は、高温端５の目標温度Ｔｈおよび低温端６の目標温度Ｔｃを算出する（Ｓ１）。制御装置１００は、高温端５の目標温度Ｔｈおよび低温端６の目標温度Ｔｃの各々に対応する動作温度を有する磁気熱量材料が充填された少なくとも１つの磁気熱容器Ａを決定する（Ｓ２）。

　制御装置１００は、磁気熱容器Ａに充填された磁気熱量材料の動作温度に近い動作温度を有する磁気熱量材料が充填された他の少なくとも１つの磁気熱容器１５のうち、実際の温度が充填された磁気熱量材料の動作温度と一致する少なくとも１つの磁気熱容器Ｂを決定する（Ｓ３）。制御装置１００は、磁気熱容器Ｂを磁気冷凍動作させる（Ｓ４）。

　制御装置１００は、磁気熱容器Ｂが磁気熱容器Ａと完全に一致するか否かを判定する（Ｓ５）。制御装置１００は、磁気熱容器Ｂが磁気熱容器Ａと完全に一致する場合（Ｓ５でＹＥＳ）、目標とする磁気熱容器Ａ内の実際の温度と、当該磁気熱容器Ａに充填された磁気熱量材料の動作温度とを一致させることができたため、磁気熱容器Ａに充填された磁気熱量材料の性能を発揮させながら、磁気熱容器Ａを用いて適切に磁気冷凍動作を行うことができる。

　一方、制御装置１００は、磁気熱容器Ｂが磁気熱容器Ａと完全に一致しない場合（Ｓ５でＮＯ）、磁気熱容器Ｂにおける端部温度を、当該磁気熱容器Ｂに隣接する他の磁気熱容器の温度とみなす（Ｓ６）。その後、制御装置１００は、磁気熱容器Ａに充填された磁気熱量材料の動作温度に近い動作温度を有する磁気熱量材料が充填された他の少なくとも１つの磁気熱容器１５のうち、実際の温度が充填された磁気熱量材料の動作温度と一致する少なくとも１つの磁気熱容器Ｂを再び決定する（Ｓ３）。それ以降、制御装置１００は、Ｓ５において磁気熱容器Ｂが磁気熱容器Ａと完全に一致するまで、本処理を繰り返す。

　なお、図１９に示す例において、「初期」および「第１経過」～「第４経過」など、過渡的な状態において磁気熱容器Ｂにおける高温端側の温度が目標温度Ｔｈよりも大きい場合、高温側熱交換器７の外部に対する温度が過剰に高温になるおそれがある。このため、実際の運用においては、過渡的な状態において高温側熱交換器７が許容する温度範囲内で磁気熱容器Ｂにおける高温端側の温度を留める必要がある。そこで、制御装置１００は、図２０に示す処理において、磁気熱容器Ｂにおける高温端側の温度に対して上限値を設定し、磁気熱容器Ｂにおける高温端側の温度と上限値とを比較する処理を追加してもよい。

　高温端５および低温端６の各々の温度が許容される範囲で、高温端５はなるべく高温でありかつ低温端６はなるべく低温である方が、熱交換器から外部への熱輸送量は増加して、目標温度に到達する速度が早くなる。磁気熱容器Ｂの選び方によっては、磁気熱容器Ｂが磁気熱容器Ａと一致するまでの時間に影響があるが、最終的には磁気熱容器Ｂが磁気熱容器Ａと一致することになる。

　実施の形態４．
　図２１および図２２を参照しながら、実施の形態４に係る磁気冷凍装置１を説明する。なお、以下では、実施の形態４に係る磁気冷凍装置１について、実施の形態１～３に係る磁気冷凍装置１と異なる部分のみを説明する。

　図２１は、実施の形態４に係る磁気冷凍装置１の構成を示す図である。図２１に示すように、磁気冷凍装置１は、磁気冷凍回路１０において、バルブ３７と、バルブ３８とをさらに備える。

　バルブ３７は、磁気熱容器１１の高温側口１１Ａと高温端５とを接続する配管５１に設けられ、制御装置１００の制御に基づき、配管５１を開放状態と閉鎖状態とで切り替える。バルブ３８は、磁気熱容器１３の低温側口１３Ｂと低温端６とを接続する配管５７に設けられ、制御装置１００の制御に基づき、配管５７を開放状態と閉鎖状態とで切り替える。

　図２２は、実施の形態４に係る磁気冷凍装置１における熱輸送媒体の輸送経路の切り替えを説明するための図である。図２２に示すように、磁気冷凍装置１は、図１１を用いて説明した第３モードに輸送経路を制御した場合に、バルブ３７を制御することによって配管５１を開放状態にする。すなわち、磁気冷凍装置１は、バルブ３７によって開放状態と閉鎖状態とで切り替えられる配管５１に接続された磁気熱容器１１に隣接するバルブ３１およびバルブ３２のいずれか一方が開放状態である場合、磁気熱容器１１を用いて磁気冷凍動作を行うため、バルブ３７を制御することによって配管５１を開放状態にする。一方、磁気冷凍装置１は、バルブ３１およびバルブ３２が閉鎖状態である場合、磁気熱容器１１を用いて磁気冷凍動作を行わないため、バルブ３７を制御することによって配管５１を閉鎖状態にする。

　バルブ３７の有無に関わらず、磁気熱容器１１と高温端５との接続状態は、バルブ３１およびバルブ３２によって制御することができるが、磁気冷凍装置１は、磁気熱容器１１を用いて磁気冷凍動作を行わない場合にバルブ３７を閉鎖状態に制御することで、高温端５から磁気熱容器１１をより確実に切り離すことができる。これにより、磁気冷凍装置１は、磁気冷凍動作を行わない磁気熱容器１１からの熱輸送媒体が高温端５に流れ込むことによって、不要な熱混ざりが生じることを防ぐことができる。さらに、バルブ３１およびバルブ３２が閉鎖状態に制御された状態においては、高温端５から磁気熱容器１１が切り離されているため、磁気冷凍装置１は、メンテナンスなどで磁気熱容器１１を交換する際に、高温端５に充填された熱輸送媒体が磁気冷凍回路１０に流出することを防ぐことができる。

　磁気冷凍装置１は、バルブ３８によって開放状態と閉鎖状態とで切り替えられる配管５７に接続された磁気熱容器１３に隣接するバルブ３４およびバルブ３６のいずれか一方が開放状態である場合、磁気熱容器１３を用いて磁気冷凍動作を行うため、バルブ３８を制御することによって配管５７を開放状態にする。一方、図２２に示すように、磁気冷凍装置１は、バルブ３４およびバルブ３６が閉鎖状態である場合、磁気熱容器１３を用いて磁気冷凍動作を行わないため、バルブ３８を制御することによって配管５７を閉鎖状態にする。

　バルブ３８の有無に関わらず、磁気熱容器１３と低温端６との接続状態は、バルブ３４およびバルブ３６によって制御することができるが、磁気冷凍装置１は、磁気熱容器１３を用いて磁気冷凍動作を行わない場合にバルブ３８を閉鎖状態に制御することで、低温端６から磁気熱容器１３をより確実に切り離すことができる。これにより、磁気冷凍装置１は、磁気冷凍動作を行わない磁気熱容器１３からの熱輸送媒体が低温端６に流れ込むことによって、不要な熱混ざりが生じることを防ぐことができる。さらに、バルブ３４およびバルブ３６が閉鎖状態に制御された状態においては、低温端６から磁気熱容器１３が切り離されているため、磁気冷凍装置１は、メンテナンスなどで磁気熱容器１３を交換する際に、低温端６に充填された熱輸送媒体が磁気冷凍回路１０に流出することを防ぐことができる。

　実施の形態５．
　図２３を参照しながら、実施の形態５に係る磁気冷凍装置１を説明する。なお、以下では、実施の形態５に係る磁気冷凍装置１について、実施の形態１～４に係る磁気冷凍装置１と異なる部分のみを説明する。

　図２３は、実施の形態５に係る磁気冷凍装置１の構成を示す図である。図２３に示すように、磁気冷凍装置１は、磁気冷凍回路１０において、高温端５に接続される配管５５を磁気熱容器１２の側面に接続し、低温端６に接続される配管５４を磁気熱容器１１の側面に接続するように構成されている。

　これにより、磁気冷凍装置１は、配管５２から配管５４または配管５５に輸送経路を分岐させる必要がなく、磁気冷凍回路１０を簡易な構成にすることができる。さらに、磁気冷凍装置１は、磁気熱容器１１と磁気熱容器１２との間の配管５２を短くすることができるため、配管５２に設けられたバルブ３１を制御して配管５２を開放状態にした場合に、磁気熱容器１１および磁気熱容器１２以外の部分で磁気熱量材料が流れる部分を少なくすることができる。これにより、磁気冷凍装置１は、磁気熱容器１１と磁気熱容器１２との間における熱輸送の効率を向上させることができる。

　実施の形態６．
　図２４および図２５を参照しながら、実施の形態６に係る磁気冷凍装置１を説明する。なお、以下では、実施の形態６に係る磁気冷凍装置１について、実施の形態１～５に係る磁気冷凍装置１と異なる部分のみを説明する。

　図２４は、実施の形態６に係る磁気冷凍装置１の構成を示す図である。図２４に示すように、磁気冷凍装置１は、磁気冷凍回路１０において、断熱材７１～７４をさらに備える。

　断熱材７１は、磁気熱容器１１および磁気熱容器１２の各々と低温端６とを接続する配管５４に設けられている。具体的には、断熱材７１は、配管５４に設けられたバルブ３２と低温端６との間に設けられている。断熱材７２は、磁気熱容器１１および磁気熱容器１２の各々と高温端５とを接続する配管５５に設けられている。具体的には、断熱材７２は、配管５５に設けられたバルブ３３と高温端５との間に設けられている。断熱材７３は、磁気熱容器１２および磁気熱容器１３の各々と低温端６とを接続する配管５８に設けられている。具体的には、断熱材７３は、配管５８に設けられたバルブ３５と低温端６との間に設けられている。断熱材７４は、磁気熱容器１２および磁気熱容器１３の各々と高温端５とを接続する配管５９に設けられている。具体的には、断熱材７４は、配管５９に設けられたバルブ３６と高温端５との間に設けられている。

　図２５は、実施の形態６に係る磁気冷凍装置１における断熱材７１内の温度分布を説明するための図である。なお、図２５においては、断熱材７１の構成を例示するが、その他の断熱材７２～６４も断熱材７１と同等の構成を備える。

　図２５に示すように、断熱材７１～７４は、たとえば、マイクロチャネル構造によって構成されている。断熱材７１～７４は、熱輸送媒体から熱を吸収し、接続される磁気熱容器側と高温端５または低温端６との間で温度勾配を生じさせる。熱輸送媒体は、断熱材７１～７４のマイクロチャネルを通して磁気熱容器と高温端５または低温端６との間を往復移動するが、熱輸送媒体の熱が断熱材７１～７４に吸収されるため、熱輸送媒体は磁気熱容器と高温端５または低温端６との間で熱を輸送しない。断熱材７１～７４は、たとえば、比熱が大きく熱伝導率の小さい紙、またはプラスチックなどの材料で構成される。なお、断熱材７１～７４は、均一の材料でなくてもよく、たとえば、断熱材７１～７４の磁気熱容器側、高温端５側、または低温端６側は熱伝導率の大きい金属で構成され、断熱材の中間部分は熱伝導率の小さいシリコン材料で構成されてもよい。

　このように、磁気冷凍装置１は、磁気熱容器と高温端５または低温端６との間に断熱材７１～７４を設けることによって、磁気熱容器１１，１２，１３の温度と高温端５または低温端６の温度とが混ざることを防ぎ、熱効率を向上させることができる。

　実施の形態７．
　図２６を参照しながら、実施の形態７に係る磁気冷凍装置１を説明する。なお、以下では、実施の形態７に係る磁気冷凍装置１について、実施の形態１～６に係る磁気冷凍装置１と異なる部分のみを説明する。

　図２６は、実施の形態７に係る磁気冷凍装置１の構成を示す図である。図２６に示すように、磁気冷凍装置１は、磁気冷凍回路１０において、高温端５および低温端６の各々を、熱輸送媒体を貯留する貯留槽によって構成する。

　これにより、磁気冷凍装置１は、貯留槽で構成された高温端５および低温端６の内部において比較的多くの熱輸送媒体を貯めておくことができるため、高温端５および低温端６における蓄熱性が高めることができる。したがって、磁気冷凍装置１は、高温側熱交換器７の熱交換による高温端５の温度変化、または低温側熱交換器８の熱交換による低温端６の温度変化を緩慢にすることができ、磁気冷凍動作を安定的に行うことができる。

　実施の形態８．
　図２７～図２９を参照しながら、実施の形態８に係る磁気冷凍装置１を説明する。なお、以下では、実施の形態８に係る磁気冷凍装置１について、実施の形態１～７に係る磁気冷凍装置１と異なる部分のみを説明する。

　図２７は、実施の形態８に係る磁気冷凍装置１の構成を示す図である。図２７に示すように、磁気冷凍装置１は、磁気冷凍回路１０において、配管６１～６６と、バルブ４１～４６と、ポンプ９０とをさらに備える。

　配管６１は、低温端６と磁気熱容器１１の高温側口１１Ａとを接続する。配管６２は、配管５２から分岐して高温端５に接続されている。すなわち、磁気熱容器１１の低温側口１１Ｂおよび磁気熱容器１２の高温側口１２Ａは、配管５２および配管６２を介して高温端５に接続されている。配管６３は、配管５２から分岐して低温端６に接続されている。すなわち、磁気熱容器１１の低温側口１１Ｂおよび磁気熱容器１２の高温側口１２Ａは、配管５２および配管６３を介して低温端６に接続されている。配管６４は、配管５６から分岐して高温端５に接続されている。すなわち、磁気熱容器１２の低温側口１２Ｂおよび磁気熱容器１３の高温側口１３Ａは、配管５６および配管６４を介して高温端５に接続されている。配管６５は、配管５６から分岐して低温端６に接続されている。すなわち、磁気熱容器１２の低温側口１２Ｂおよび磁気熱容器１３の高温側口１３Ａは、配管５６および配管６５を介して低温端６に接続されている。配管６６は、磁気熱容器１３の低温側口１３Ｂと高温端５とを接続する。

　バルブ４１は、配管６１に設けられ、制御装置１００の制御に基づき、配管６１を開放状態と閉鎖状態とで切り替える。バルブ４２は、配管６２に設けられ、制御装置１００の制御に基づき、配管６２を開放状態と閉鎖状態とで切り替える。バルブ４３は、配管６３に設けられ、制御装置１００の制御に基づき、配管６３を開放状態と閉鎖状態とで切り替える。バルブ４４は、配管６４に設けられ、制御装置１００の制御に基づき、配管６４を開放状態と閉鎖状態とで切り替える。バルブ４５は、配管６５に設けられ、制御装置１００の制御に基づき、配管６５を開放状態と閉鎖状態とで切り替える。バルブ４６は、配管６６に設けられ、制御装置１００の制御に基づき、配管６６を開放状態と閉鎖状態とで切り替える。

　ポンプ９０は、高温側熱交換器７と低温側熱交換器８とを接続する配管６０に設けられており、低温端６から高温端５へと熱輸送媒体を一方向に輸送する一方向ポンプである。

　図２８は、実施の形態８に係る磁気冷凍装置１における順方向モードに制御した場合の熱輸送媒体の輸送経路の切り替えを説明するための図である。図２８に示すように、磁気冷凍装置１は、制御装置１００によって輸送経路を順方向モードに制御することによって、バルブ３１、バルブ３５、およびバルブ３７を開放状態に制御する一方で、バルブ３２、バルブ３３、バルブ３４、バルブ３６、バルブ３８、バルブ４１、バルブ４２、バルブ４３、バルブ４４、バルブ４５、およびバルブ４６を閉鎖状態に制御する。これにより、高温端５と低温端６との間において、高温側の磁気熱容器１１から低温側の磁気熱容器１２への輸送経路が構成される。

　これにより、高温端５から低温端６へと、高温側の磁気熱容器１１および低温側の磁気熱容器１２の順に熱輸送媒体が流れる。その後、磁気冷凍装置１は、制御装置１００によってポンプ９０を制御することによって、低温端６に溜まった熱輸送媒体を低温端６から高温端５へと戻す。

　図２９は、実施の形態８に係る磁気冷凍装置１における逆方向モードに制御した場合の熱輸送媒体の輸送経路の切り替えを説明するための図である。図２９に示すように、磁気冷凍装置１は、制御装置１００によって輸送経路を逆方向モードに制御することによって、バルブ３１、バルブ４１、およびバルブ４４を開放状態に制御する一方で、バルブ３２、バルブ３３、バルブ３４、バルブ３５、バルブ３６、バルブ３７、バルブ３８、バルブ４２、バルブ４３、バルブ４５、およびバルブ４６を閉鎖状態に制御する。これにより、高温端５と低温端６との間において、低温側の磁気熱容器１２から高温側の磁気熱容器１１への輸送経路が構成される。

　これにより、高温端５から低温端６へと、低温側の磁気熱容器１２および高温側の磁気熱容器１１の順に熱輸送媒体が流れる。その後、磁気冷凍装置１は、制御装置１００によってポンプ９０を制御することによって、低温端６に溜まった熱輸送媒体を低温端６から高温端５へと戻す。

　磁気冷凍装置１は、制御装置１００によって順方向モードと逆方向モードとで交互に輸送経路を切り替えることによって、隣接する複数の磁気熱容器内において熱輸送媒体を往復輸送させることができる。

　なお、磁気冷凍装置１は、磁気熱容器１１および磁気熱容器１２に限らず、高温端５と低温端６との間において磁気熱容器１２と磁気熱容器１３とを直列に接続して熱輸送媒体を輸送可能に制御した上で、上述した順方向モードと逆方向モードとで交互に輸送経路を切り替えてもよい。また、磁気冷凍装置１は、高温端５と低温端６との間において磁気熱容器１１と磁気熱容器１２と磁気熱容器１３とを直列に接続して熱輸送媒体を輸送可能に制御した上で、上述した順方向モードと逆方向モードとで交互に輸送経路を切り替えてもよい。

　［まとめ］
　図１に示すように、本開示に係る磁気冷凍装置１は、高温側熱交換器７と、低温側熱交換器８と、高温側熱交換器７に高温側の熱を供給する高温端５と、低温側熱交換器８に低温側の熱を供給する低温端６と、磁気熱量材料が充填された複数の磁気熱容器１１，１２と、複数の磁気熱容器１１，１２のそれぞれに磁場を印可する複数の磁場印可装置２１，２２と、高温端５と低温端６との間で複数の磁気熱容器１１，１２を介して熱輸送媒体を輸送可能な少なくとも１つの配管５１～５５と、高温端５と低温端６との間で少なくとも１つの配管５１～５５を介して熱輸送媒体を輸送するポンプ９と、少なくとも１つの配管５１～５５を開放状態と閉鎖状態とで切り替える少なくとも１つのバルブ３１～３３と、少なくとも１つのバルブ３１～３３を制御して熱輸送媒体の輸送経路を切り替える制御装置１００とを備える。制御装置１００は、高温端５と低温端６との間において複数の磁気熱容器１１，１２を直列に接続して熱輸送媒体を輸送可能な第１モードと、高温端５と低温端６との間において複数の磁気熱容器１１，１２を並列に接続して熱輸送媒体を輸送可能な第２モードとに、輸送経路を切り替える。

　このような構成を備えることによって、磁気冷凍装置１は、高温端５と低温端６との間において複数の磁気熱容器１１，１２を直列に接続して熱輸送媒体を輸送可能な第１モードと、高温端５と低温端６との間において複数の磁気熱容器１１，１２を並列に接続して熱輸送媒体を輸送可能な第２モードとに、輸送経路を切り替えることによって、複数の磁気熱容器１１，１２を流れる熱輸送媒体の輸送経路の断面積および長さを変えることができる。すなわち、磁気冷凍装置１は、高温端５と低温端６との間の目標とする温度差が大きい場合は輸送経路を第１モードに制御し、高温端５と低温端６との間の目標とする温度差が小さい場合は制御装置１００によって輸送経路を第２モードに制御することができる。また、磁気冷凍装置１は、低温端６から高温端５への目標とする熱輸送量が大きい場合は輸送経路を第２モードに制御し、低温端６から高温端５への目標とする熱輸送量が小さい場合は輸送経路を第１モードに制御することができる。これにより、磁気冷凍装置１は、環境に応じて最適な磁気冷凍動作が可能となるため、電力効率を向上させることができる。

　図３に示すように、少なくとも１つのバルブ３１～３３は、高温端５と低温端６との間において複数の磁気熱容器１１，１２を直列に接続させる少なくとも１つのバルブ３１と、高温端５と低温端６との間において複数の磁気熱容器１１，１２を並列に接続させる少なくとも１つのバルブ３２，３３とを含む。制御装置１００は、第１モードにおいて、少なくとも１つのバルブ３１を制御して少なくとも１つの配管５２を開放状態にし、かつ、少なくとも１つのバルブ３２，３３を制御して少なくとも１つの配管５４，５５を閉鎖状態にし、第２モードにおいて、少なくとも１つのバルブ３２，３３を制御して少なくとも１つの配管５４，５５を開放状態に制御にし、かつ、少なくとも１つのバルブ３１を制御して少なくとも１つの配管５２を閉鎖状態にする。

　このような構成を備えることによって、磁気冷凍装置１は、少なくとも１つのバルブ３１～３３を制御することによって、第１モードと第２モードとに輸送経路を切り替えることができる。

　図６および図７に示すように、制御装置１００は、第２モード、第１モード、第２モードの順に、輸送経路を切り替える。

　このような構成を備えることによって、磁気冷凍装置１は、高温端５の温度をより高め、かつ、低温端６の温度をより低くすることができるとともに、第１モードにおける高温端５と低温端６との間の温度差を、第２モードのポンプ動力によって実現することができる。

　図４に示すように、制御装置１００は、高温端５と低温端６との間において、複数の磁気熱容器１１，１２のうちの磁気熱容器１１を介して熱輸送媒体を輸送可能であり、かつ、複数の磁気熱容器１１，１２のうちの磁気熱容器１２を介して熱輸送媒体を輸送不可能である第３モードに輸送経路を切り替える。

　このような構成を備えることによって、磁気冷凍装置１は、輸送経路を第３モードに制御することによって、低温端６から高温端５への熱輸送量を第１モードと同等にし、かつ、高温端５と低温端６との間の温度差を第２モードと同等にすることができるため、磁気冷凍装置１を含むシステム全体において電力効率をさらに向上させることができる。

　複数の磁場印可装置２１，２２は、磁気熱容器１１に磁場を印可する磁場印可装置２１と、磁気熱容器１２に磁場を印可する磁場印可装置２２とを含む。第３モードにおいて、磁場印可装置２１は磁気熱容器１１に磁場を印可し、かつ、磁場印可装置２２は磁気熱容器１２に磁場を印可しない。

　このような構成を備えることによって、磁気冷凍装置１は、使用されない磁場印加装置２２による磁場の印加と減磁を停止することによって、電力損失を小さくすることができる。

　複数の磁気熱容器１１，１２は、第１モードにおいて高温側に位置する磁気熱容器１１と、第１モードにおいて低温側に位置する磁気熱容器１２とを含む。第２モードにおいて、低温端６と磁気熱容器１１との間で熱輸送媒体が往復輸送されるときの片道経路は、低温端６と磁気熱容器１１との間の経路よりも短く、第２モードにおいて、高温端５と磁気熱容器１２との間で熱輸送媒体が往復輸送されるときの片道経路は、高温端５と磁気熱容器１２との間の経路よりも短い。

　このような構成を備えることによって、磁気冷凍装置１は、磁気冷凍動作によって高温端５と低温端６との間で熱輸送媒体が磁気熱容器１１を介して往復輸送された場合でも、磁気熱容器１１を流れる熱輸送媒体が低温端６に到達することで磁気熱容器１１の温度が低温端６の温度を高くしてしまうことを回避することができ、熱損失を少さくすることができる。また、磁気冷凍装置１は、磁気冷凍動作によって高温端５と低温端６との間で熱輸送媒体が磁気熱容器１２を介して往復輸送された場合でも、磁気熱容器１２を流れる熱輸送媒体が高温端５に到達することで磁気熱容器１２の温度が高温端５の温度を低くしてしまうことを回避することができ、熱損失を少さくすることができる。

　図１５に示すように、磁気熱量材料は、性能を発揮可能な動作温度に応じて複数種類ある。図１４に示すように、複数の磁気熱容器１１，１２，１３は、高温側から低温側にわたって動作温度が高い種類から動作温度が低い種類の順に磁気熱量材料が充填されている。

　このような構成を備えることによって、磁気冷凍装置１は、高温側から低温側へと順に、複数の磁気熱容器１１，１２，１３の各々において互いに異なる温度分布を得ることができる。

　図１６および図１７に示すように、制御装置１００は、複数の磁気熱容器１１，１２のうち、充填された磁気熱量材料の動作温度に対応する温度を有する磁気熱容器１２を決定し、磁気熱容器１２のみを介して熱輸送媒体を輸送可能に輸送経路を切り替え、複数の磁気熱容器１１，１２のうち、磁気熱容器１２に隣接する磁気熱容器１１，１３の温度が隣接する磁気熱容器１１，１３に充填された磁気熱量材料の動作温度に達した場合に、隣接する磁気熱容器１１，１３を介して熱輸送媒体を輸送可能に輸送経路を切り替える。

　このような構成を備えることによって、磁気冷凍装置１は、高温端５と低温端６との間において、磁気熱容器１１、磁気熱容器１２、および磁気熱容器１３にわたって比較的大きな温度差を有する温度分布を作り出すことができる。

　図１８～図２０に示すように、制御装置１００は、複数の磁気熱容器１５のうち、高温端５の目標温度と低温端６の目標温度とに対応する動作温度の磁気熱量材料が充填された少なくとも１つの磁気熱容器Ａを決定し（Ｓ２）、複数の磁気熱容器１５のうち、実際の温度が磁気熱量材料の動作温度と一致する少なくとも１つの磁気熱容器Ｂを決定し（Ｓ３）、少なくとも１つの磁気熱容器Ｂのみを介して熱輸送媒体を輸送可能に輸送経路を切り替え（Ｓ４）、少なくとも１つの磁気熱容器Ｂが少なくとも１つの磁気熱容器Ａと同じであるか否かを判定し（Ｓ５）、少なくとも１つの磁気熱容器Ｂが少なくとも１つの磁気熱容器Ａと同じでない場合（Ｓ５でＮＯ）、複数の磁気熱容器１５のうち、実際の温度が磁気熱量材料の動作温度と一致する少なくとも１つの磁気熱容器Ｂを再度決定する（Ｓ３）。

　このような構成を備えることによって、磁気冷凍装置１は、目標とする磁気熱容器Ａ内の実際の温度と、当該磁気熱容器Ａに充填された磁気熱量材料の動作温度とを一致させることができるため、磁気熱容器Ａに充填された磁気熱量材料の性能を発揮させることができる。

　図２１および図２２に示すように、少なくとも１つのバルブは、複数の磁気熱容器１１，１２，１３のうちの第１モードにおいて最も低温側に位置する磁気熱容器１３と低温端６との間の経路に設けられたバルブ３８と、磁気熱容器１３に隣接するバルブ３４，３６とを含む。制御装置１００は、隣接するバルブ３４，３６が閉鎖状態である場合はバルブ３８を閉鎖状態に制御し、隣接するバルブ３４，３６が開放状態である場合はバルブ３８を開放状態に制御する。

　このような構成を備えることによって、磁気冷凍装置１は、磁気冷凍動作を行わない磁気熱容器１３からの熱輸送媒体が低温端６に流れ込むことによって、不要な熱混ざりが生じることを防ぐことができる。

　図２１および図２２に示すように、少なくとも１つのバルブは、複数の磁気熱容器１１，１２，１３のうちの第１モードにおいて最も高温側に位置する磁気熱容器１１と高温端５との間の経路に設けられたバルブ３７と、磁気熱容器１１に隣接するバルブ３１，３２とを含む。制御装置１００は、隣接するバルブ３１，３２が閉鎖状態である場合はバルブ３７を閉鎖状態に制御し、隣接するバルブ３１，３２が開放状態である場合はバルブ３７を開放状態に制御する。

　このような構成を備えることによって、磁気冷凍装置１は、磁気冷凍動作を行わない磁気熱容器１１からの熱輸送媒体が高温端５に流れ込むことによって、不要な熱混ざりが生じることを防ぐことができる。

　図２３に示すように、高温端５および低温端６のそれぞれは、複数の磁気熱容器１１，１２のそれぞれの側面に少なくとも１つの配管５４，５５を介して接続される。

　このような構成を備えることによって、磁気冷凍装置１は、磁気冷凍回路１０を簡易な構成にすることができ、磁気熱容器１１と磁気熱容器１２との間における熱輸送の効率を向上させることができる。

　図２４および図２５に示すように、磁気冷凍装置１は、高温端５および低温端６と複数の磁気熱容器１１，１２，１３との間に設けられた熱輸送媒体を通過させる断熱材７１～７４をさらに備える。

　このような構成を備えることによって、磁気冷凍装置１は、磁気熱容器１１，１２，１３の温度と高温端５または低温端６の温度とが混ざることを防ぎ、熱効率を向上させることができる。

　図２６に示すように、高温端５および低温端６は、熱輸送媒体を貯留する貯留槽である。

　このような構成を備えることによって、磁気冷凍装置１は、貯留槽で構成された高温端５および低温端６の内部において比較的多くの熱輸送媒体を貯めておくことができるため、高温端５および低温端６における蓄熱性が高めることができる。したがって、磁気冷凍装置１は、高温側熱交換器７の熱交換による高温端５の温度変化、または低温側熱交換器８の熱交換による低温端６の温度変化を緩慢にすることができ、磁気冷凍動作を安定的に行うことができる。

　図２７～図２９に示すように、ポンプ９０は、低温端６から高温端５へと熱輸送媒体を輸送する一方向ポンプである。複数の磁気熱容器１１，１２，１３は、第１モードにおいて高温側に位置する磁気熱容器１１と、第１モードにおいて低温側に位置する磁気熱容器１２とを含む。制御装置１００は、磁気熱容器１１、磁気熱容器１２の順に、高温端５から低温端６へと熱輸送媒体を輸送可能に輸送経路を切り替え、その後、磁気熱容器１２、磁気熱容器１１の順に、高温端５から低温端６へと熱輸送媒体を輸送可能に輸送経路を切り替える。

　このような構成を備えることによって、磁気冷凍装置１は、一方向ポンプを用いた場合でも、バルブを制御して輸送経路を切り替えることによって、隣接する複数の磁気熱容器内において熱輸送媒体を往復輸送させることができる。

　なお、上述した実施の形態１～８のそれぞれに係る磁気冷凍装置１は、互いの構成および機能を単独または組み合わせて備えていてもよい。

　今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて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が含まれることが意図される。

　１　磁気冷凍装置、５　高温端、６　低温端、７　高温側熱交換器、８　低温側熱交換器、９，９０　ポンプ、１０　磁気冷凍回路、１１，１２，１３，１５　磁気熱容器、２１，２２，２３　磁場印可装置、１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ　高温側口、１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂ　低温側口、３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８，４１，４２，４３，４４，４５，４６　バルブ、５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７，５８，５９，６０，６１，６２，６３，６４，６５，６６　配管、７１，７２，７３，７４　断熱材、１００　制御装置、１０１　プロセッサ、１０２　メモリ。

Claims

　磁気冷凍装置であって、
　高温側熱交換器と、
　低温側熱交換器と、
　前記高温側熱交換器に高温側の熱を供給する高温端と、
　前記低温側熱交換器に低温側の熱を供給する低温端と、
　磁気熱量材料が充填された複数の磁気熱容器と、
　前記複数の磁気熱容器のそれぞれに磁場を印可する複数の磁場印可装置と、
　前記高温端と前記低温端との間で前記複数の磁気熱容器を介して熱輸送媒体を輸送可能な少なくとも１つの配管と、
　前記高温端と前記低温端との間で前記少なくとも１つの配管を介して前記熱輸送媒体を輸送するポンプと、
　前記少なくとも１つの配管を開放状態と閉鎖状態とで切り替える少なくとも１つのバルブと、
　前記少なくとも１つのバルブを制御して前記熱輸送媒体の輸送経路を切り替える制御装置とを備え、
　前記制御装置は、前記高温端と前記低温端との間において前記複数の磁気熱容器を直列に接続して前記熱輸送媒体を輸送可能な第１モードと、前記高温端と前記低温端との間において前記複数の磁気熱容器を並列に接続して前記熱輸送媒体を輸送可能な第２モードとに、前記輸送経路を切り替える、磁気冷凍装置。
　前記少なくとも１つのバルブは、前記高温端と前記低温端との間において前記複数の磁気熱容器を直列に接続させる少なくとも１つの第１バルブと、前記高温端と前記低温端との間において前記複数の磁気熱容器を並列に接続させる少なくとも１つの第２バルブとを含み、
　前記制御装置は、
　前記第１モードにおいて、前記少なくとも１つの第１バルブを制御して前記少なくとも１つの配管を開放状態にし、かつ、前記少なくとも１つの第２バルブを制御して前記少なくとも１つの配管を閉鎖状態にし、
　前記第２モードにおいて、前記少なくとも１つの第２バルブを制御して前記少なくとも１つの配管を開放状態に制御にし、かつ、前記少なくとも１つの第１バルブを制御して前記少なくとも１つの配管を閉鎖状態にする、請求項１に記載の磁気冷凍装置。
　前記制御装置は、前記第２モード、前記第１モード、前記第２モードの順に、前記輸送経路を切り替える、請求項１または請求項２に記載の磁気冷凍装置。
　前記制御装置は、前記高温端と前記低温端との間において、前記複数の磁気熱容器のうちの第１磁気熱容器を介して前記熱輸送媒体を輸送可能であり、かつ、前記複数の磁気熱容器のうちの第２磁気熱容器を介して前記熱輸送媒体を輸送不可能である第３モードに前記輸送経路を切り替える、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の磁気冷凍装置。
　前記複数の磁場印可装置は、前記第１磁気熱容器に磁場を印可する第１磁場印可装置と、前記第２磁気熱容器に磁場を印可する第２磁場印可装置とを含み、
　前記第３モードにおいて、前記第１磁場印可装置は前記第１磁気熱容器に磁場を印可し、かつ、前記第２磁場印可装置は前記第２磁気熱容器に磁場を印可しない、請求項４に記載の磁気冷凍装置。
　前記複数の磁気熱容器は、前記第１モードにおいて高温側に位置する高温側磁気熱容器と、前記第１モードにおいて低温側に位置する低温側磁気熱容器とを含み、
　前記第２モードにおいて、前記低温端と前記高温側磁気熱容器との間で前記熱輸送媒体が往復輸送されるときの片道経路は、前記低温端と前記高温側磁気熱容器との間の経路よりも短く、
　前記第２モードにおいて、前記高温端と前記低温側磁気熱容器との間で前記熱輸送媒体が往復輸送されるときの片道経路は、前記高温端と前記低温側磁気熱容器との間の経路よりも短い、請求項１～請求項５のいずれか１項に記載の磁気冷凍装置。
　前記磁気熱量材料は、性能を発揮可能な動作温度に応じて複数種類あり、
　前記複数の磁気熱容器は、高温側から低温側にわたって動作温度が高い種類から動作温度が低い種類の順に前記磁気熱量材料が充填されている、請求項１～請求項６のいずれか１項に記載の磁気冷凍装置。
　前記制御装置は、
　前記複数の磁気熱容器のうち、充填された前記磁気熱量材料の動作温度に対応する温度を有する特定磁気熱容器を決定し、
　前記特定磁気熱容器のみを介して前記熱輸送媒体を輸送可能に前記輸送経路を切り替え、
　前記複数の磁気熱容器のうち、前記特定磁気熱容器に隣接する磁気熱容器の温度が前記隣接する磁気熱容器に充填された前記磁気熱量材料の動作温度に達した場合に、前記隣接する磁気熱容器を介して前記熱輸送媒体を輸送可能に前記輸送経路を切り替える、請求項７に記載の磁気冷凍装置。
　前記制御装置は、
　前記複数の磁気熱容器のうち、前記高温端の目標温度と前記低温端の目標温度とに対応する動作温度の前記磁気熱量材料が充填された少なくとも１つの目標磁気熱容器を決定し、
　前記複数の磁気熱容器のうち、実際の温度が前記磁気熱量材料の動作温度と一致する少なくとも１つの仮磁気熱容器を決定し、
　前記少なくとも１つの仮磁気熱容器のみを介して前記熱輸送媒体を輸送可能に前記輸送経路を切り替え、
　前記少なくとも１つの仮磁気熱容器が前記少なくとも１つの目標磁気熱容器と同じであるか否かを判定し、
　前記少なくとも１つの仮磁気熱容器が前記少なくとも１つの目標磁気熱容器と同じでない場合、前記複数の磁気熱容器のうち、実際の温度が前記磁気熱量材料の動作温度と一致する前記少なくとも１つの仮磁気熱容器を再度決定する、請求項７または請求項８に記載の磁気冷凍装置。
　前記少なくとも１つのバルブは、前記複数の磁気熱容器のうちの前記第１モードにおいて最も低温側に位置する低温側磁気熱容器と前記低温端との間の経路に設けられた低温側バルブと、前記低温側磁気熱容器に隣接するバルブとを含み、
　前記制御装置は、前記隣接するバルブが閉鎖状態である場合は前記低温側バルブを閉鎖状態に制御し、前記隣接するバルブが開放状態である場合は前記低温側バルブを開放状態に制御する、請求項１～請求項９のいずれか１項に記載の磁気冷凍装置。
　前記少なくとも１つのバルブは、前記複数の磁気熱容器のうちの前記第１モードにおいて最も高温側に位置する高温側磁気熱容器と前記高温端との間の経路に設けられた高温側バルブと、前記高温側磁気熱容器に隣接するバルブとを含み、
　前記制御装置は、前記隣接するバルブが閉鎖状態である場合は前記高温側バルブを閉鎖状態に制御し、前記隣接するバルブが開放状態である場合は前記高温側バルブを開放状態に制御する、請求項１～請求項１０のいずれか１項に記載の磁気冷凍装置。
　前記高温端および前記低温端のそれぞれは、前記複数の磁気熱容器のそれぞれの側面に前記少なくとも１つの配管を介して接続される、請求項１～請求項１１のいずれか１項に記載の磁気冷凍装置。
　前記高温端および前記低温端と前記複数の磁気熱容器との間に設けられた前記熱輸送媒体を通過させる断熱材をさらに備える、請求項１～請求項１２のいずれか１項に記載の磁気冷凍装置。
　前記高温端および前記低温端は、前記熱輸送媒体を貯留する貯留槽である、請求項１～請求項１３のいずれか１項に記載の磁気冷凍装置。
　前記ポンプは、前記低温端から前記高温端へと前記熱輸送媒体を輸送する一方向ポンプであり、
　前記複数の磁気熱容器は、前記第１モードにおいて高温側に位置する高温側磁気熱容器と、前記第１モードにおいて低温側に位置する低温側磁気熱容器とを含み、
　前記制御装置は、
　前記高温側磁気熱容器、前記低温側磁気熱容器の順に、前記高温端から前記低温端へと前記熱輸送媒体を輸送可能に前記輸送経路を切り替え、
　その後、前記低温側磁気熱容器、前記高温側磁気熱容器の順に、前記高温端から前記低温端へと前記熱輸送媒体を輸送可能に前記輸送経路を切り替える、請求項１～請求項１４のいずれか１項に記載の磁気冷凍装置。