WO2024070690A1 - 冷凍装置及び冷凍機 - Google Patents

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WO2024070690A1
WO2024070690A1 PCT/JP2023/033358 JP2023033358W WO2024070690A1 WO 2024070690 A1 WO2024070690 A1 WO 2024070690A1 JP 2023033358 W JP2023033358 W JP 2023033358W WO 2024070690 A1 WO2024070690 A1 WO 2024070690A1
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WO
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force field
magnetic
refrigeration apparatus
focusing member
solid refrigerant
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PCT/JP2023/033358
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English (en)
French (fr)
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能成 浅野
茜 上田
一貴 高橋
辰太郎 荒木
寛 日比野
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Daikin Industries Ltd
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Daikin Industries Ltd
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]

Definitions

  • This disclosure relates to refrigeration devices and freezers.
  • Patent document 1 discloses a heat exchanger that includes a cylindrical case that contains a magnetocaloric effect material and a ferromagnetic body that is attached so as to be in contact with the outer peripheral surface of the case.
  • the ferromagnetic body is configured to have a first opposing surface that extends along the surface of one magnet, and a second opposing surface that extends along the surface of the other magnet. This reduces the space between the cylindrical case and the magnet, and increases the magnetic flux density applied to the magnetocaloric effect material.
  • the magnetic gap becomes small at both ends in the second direction perpendicular to the first direction in which the magnetic field is applied, so magnetic flux mainly flows through both ends in the second direction in the magnetocaloric effect material.
  • the magnetic flux density near the center of the magnetocaloric effect material in the second direction does not increase.
  • the purpose of this disclosure is to make it possible to homogenize the force field density in a solid refrigerant material.
  • the first aspect of the present disclosure is a refrigeration device including a solid refrigerant material (11) having a calorific effect, and a force field application unit (20) that applies a force field to the solid refrigerant material (11) to induce a phase transition in the solid refrigerant material (11), and includes a force field focusing member (13) through which the force field passes more easily than the solid refrigerant material (11), and the force field focusing member (13) is arranged in a position in which the length in a first direction in which the force field is applied by the force field application unit (20) is smaller than the length in a second direction perpendicular to the first direction and is sandwiched between the solid refrigerant material (11) in the first direction.
  • the flow of the force field expanding to pass through the outside of the solid refrigerant material (11) is suppressed, thereby increasing the force field density (magnetic flux density if the force field is a magnetic field, and electric flux density if the force field is an electric field) in the solid refrigerant material (11) and making the force field density uniform.
  • the force field focusing members (13) are arranged at intervals in the first direction.
  • the second embodiment by arranging multiple force field focusing members (13) in the first direction and narrowing the apparent magnetic gap, it is possible to prevent the force field in the solid refrigerant material (11) from becoming non-uniform due to the force spreading outward and passing through the solid refrigerant material (11), and to homogenize the force field density in the solid refrigerant material (11).
  • the force field in the first direction is less likely to pass through the center of the force field focusing member (13) in the second direction than through the end portion in the second direction.
  • the force field density at the end of the force field focusing member (13) in the second direction can be increased and brought closer to the force field density at the center.
  • the fourth aspect of the present disclosure is the refrigeration device according to the third aspect, in which the thickness of the center of the force field focusing member (13) in the second direction is smaller than the thickness of the ends in the second direction.
  • the force field density at the end of the force field focusing member (13) in the second direction can be increased and brought closer to the force field density at the center.
  • a hole (25) penetrating in the first direction is formed in the center of the force field focusing member (13) in the second direction.
  • the force field density at the end of the force field focusing member (13) in the second direction can be increased and brought closer to the force field density at the center.
  • the force field focusing member (13) has a plurality of holes (25) penetrating in the first direction and spaced apart in the second direction, and the inner diameter of the hole (25) formed in the center of the force field focusing member (13) in the second direction is larger than the inner diameter of the hole (25) formed at the end in the second direction.
  • the force field density at the end of the force field focusing member (13) in the second direction can be increased and brought closer to the force field density at the center.
  • the seventh aspect of the present disclosure is a refrigeration device according to the third aspect, in which the force field focusing member (13) has a plurality of holes (25) penetrating in the first direction and spaced apart in the second direction, and the spacing between adjacent holes (25) in the center of the force field focusing member (13) in the second direction is smaller than the spacing between adjacent holes (25) at the ends in the second direction.
  • the force field density at the end of the force field focusing member (13) in the second direction can be increased and brought closer to the force field density at the center.
  • the eighth aspect of the present disclosure is a refrigeration device according to any one of the first to seventh aspects, in which the end of the force field focusing member (13) in the second direction is positioned more inward in the second direction than the end of the solid refrigerant material (11) in the second direction.
  • the force field directed outward from the end of the solid refrigerant material (11) in the second direction can be attracted toward the end of the force field concentrating member (13) in the second direction, thereby increasing the force field density at the end of the solid refrigerant material (11) in the second direction.
  • a ninth aspect of the present disclosure is a refrigeration device according to any one of the first to eighth aspects, further comprising a container (12) for storing the solid refrigerant material (11), and the force field focusing member (13) divides the solid refrigerant material (11) into a plurality of layers within the container (12).
  • the solid refrigerant material (11) can be prevented from being unevenly positioned within the container (12).
  • a tenth aspect of the present disclosure is the refrigeration device according to the ninth aspect, wherein the plurality of layers includes a first layer (61) and a second layer (62), and the Curie temperature of the solid refrigerant material (11) in the first layer (61) is different from the Curie temperature of the solid refrigerant material (11) in the second layer (62).
  • the temperature of the fluid can be changed in stages by circulating a heat medium that exchanges heat with the solid refrigerant material (11) through the first layer (61) or the second layer (62).
  • the force field focusing member (13) is provided with a flow path (28) for circulating a heat medium that exchanges heat with the solid refrigerant material (11) in the first direction.
  • the heat medium that exchanges heat with the solid refrigerant material (11) is circulated through the flow path (28) between the first layer (61) and the second layer (62), thereby gradually changing the temperature of the heat medium.
  • a twelfth aspect of the present disclosure is a refrigeration device according to any one of the first to eleventh aspects, further comprising a container (12) for storing the solid refrigerant material (11), the containers (12) being arranged in a plurality of locations along the first direction, and the force field focusing member (13) being arranged between adjacent containers (12).
  • the force field focusing member (13) can be sandwiched between the solid refrigerant material (11) simply by disposing the force field focusing member (13) between the containers (12) adjacent in the first direction.
  • a thirteenth aspect of the present disclosure is a refrigeration device according to the twelfth aspect, in which a chamfered portion or a fillet portion (26) is provided at the corner of the container (12), and the force field focusing member (13) is also disposed in the gap between the chamfered portion or the fillet portion (26) of the adjacent container (12).
  • the force field focusing member (13) is also disposed in the gaps between the chamfered or filleted portions of the adjacent containers (12) to increase the thickness of the end portion in the second direction of the force field focusing member (13), thereby increasing the force field density at the end portion in the second direction and bringing it closer to the force field density in the center.
  • a fourteenth aspect of the present disclosure is a refrigeration device according to any one of the first to thirteenth aspects, in which the solid refrigerant material (11) is a magnetic working material (11), the force field application unit (20) is a magnetic field application unit (20) that applies a magnetic field to the magnetic working material (11), and the force field focusing member (13) is a soft magnetic material having a higher magnetic permeability than the magnetic working material (11).
  • the magnetic flux density in the magnetic working material (11) can be increased and made uniform.
  • the fifteenth aspect of the present disclosure is a refrigeration device according to the fourteenth aspect, further comprising a container (12) for storing the magnetic working material (11), the container (12) being made of a soft magnetic material, a plurality of the containers (12) being arranged along the first direction, and the force field focusing member (13) being made of the wall of the adjacent containers (12).
  • the container (12) is made of a soft magnetic material, so that the wall of the container (12) can be used as a force field focusing member (13).
  • the magnetic field application unit (20) has a permanent magnet (21) and a moving mechanism (15) that moves the position of the permanent magnet (21), and the moving mechanism (15) moves the permanent magnet (21) relative to the magnetic working material (11) to apply or remove a magnetic field to the magnetic working material (11).
  • the magnetic working material (11) can be heated or cooled by applying or removing a magnetic field to the magnetic working material (11).
  • a seventeenth aspect of the present disclosure is a refrigeration device according to the fourteenth aspect, in which the magnetic field application unit (20) has a coil (50) that generates a magnetic flux when energized, and a control unit (8) that controls the energization of the coil (50), and the control unit (8) applies or removes a magnetic field to the magnetic working material (11) by turning on or off the energization of the coil (50).
  • the magnetic working material (11) can be heated or cooled by applying or removing a magnetic field to the magnetic working material (11).
  • the eighteenth aspect of the present disclosure is a refrigeration device according to any one of the first to seventeenth aspects, in which the solid refrigerant material (11) is an electrocaloric material (11) having an electrocaloric effect, the force field application unit (20) is an electric field application unit (20) that applies an electric field to the electrocaloric material (11), and the force field focusing member (13) is an electrical conductor having a higher electrical conductivity than the electrocaloric material (11).
  • the electric flux density in the electrocaloric material (11) can be increased and made uniform.
  • a nineteenth aspect of the present disclosure is a refrigerator including a refrigeration device (10) according to any one of the first to eighteenth aspects and a heat medium circuit (2) that exchanges heat with the refrigeration device (10).
  • a refrigerator equipped with a refrigeration device (10) can be provided.
  • FIG. 1 is a piping diagram of a refrigerator according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a side cross-sectional view showing the configuration of the magnetic refrigeration device.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing the configuration of the magnetic refrigeration device.
  • FIG. 4 is a diagram comparing the flow of magnetic flux with and without a force field concentrating member.
  • FIG. 5 is a side cross-sectional view showing the configuration of a magnetic refrigeration apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a side cross-sectional view showing the configuration of a magnetic refrigeration apparatus according to the third embodiment.
  • FIG. 7 is a side cross-sectional view showing the configuration of a magnetic refrigeration apparatus according to the fourth embodiment.
  • FIG. 8 is a side cross-sectional view showing the configuration of a magnetic refrigeration apparatus according to the fifth embodiment.
  • FIG. 9 is a side cross-sectional view showing the configuration of a magnetic refrigeration apparatus according to the sixth embodiment.
  • FIG. 10 is a side cross-sectional view showing the configuration of a magnetic refrigeration apparatus according to the seventh embodiment.
  • FIG. 11 is a side cross-sectional view showing the configuration of a magnetic refrigeration apparatus according to the eighth embodiment.
  • FIG. 12 is a side cross-sectional view showing the configuration of a magnetic refrigeration apparatus according to the ninth embodiment.
  • FIG. 13 is a plan sectional view showing the shape of the flow path.
  • FIG. 14 is a plan sectional view showing another shape of the flow channel.
  • FIG. 15 is a plan sectional view showing another shape of the flow channel.
  • FIG. 16 is a side cross-sectional view showing the configuration of a magnetic refrigeration apparatus according to the tenth embodiment.
  • FIG. 17 is a side cross-sectional view showing the configuration of a refrigeration device according to an eleventh embodiment.
  • a chiller (1) includes a heat medium circuit (2).
  • the chiller (1) is applied to, for example, an air conditioner.
  • the heat medium circuit (2) is filled with a heat medium.
  • the heat medium includes, for example, a refrigerant, water, brine, etc.
  • the refrigerator (1) includes a low-temperature heat exchanger (3), a high-temperature heat exchanger (4), a pump (5), and a magnetic refrigeration device (10).
  • the magnetic refrigeration device (10) adjusts the temperature of the heat medium by utilizing the magnetocaloric effect.
  • the heat medium circuit (2) is formed in a closed loop.
  • the heat medium circuit (2) is connected in this order to a pump (5), a low-temperature side heat exchanger (3), a magnetic refrigeration device (10), and a high-temperature side heat exchanger (4).
  • the heat medium circuit (2) includes a low-temperature side flow path (2a) and a high-temperature side flow path (2b).
  • the low-temperature side flow path (2a) connects the temperature control flow path (10a) of the magnetic refrigeration device (10) to the first port (6a) of the pump (5).
  • the high-temperature side flow path (2b) connects the temperature control flow path (10a) of the magnetic refrigeration device (10) to the second port (6b) of the pump (5).
  • the low-temperature side heat exchanger (3) exchanges heat between the heat medium cooled in the magnetic refrigeration device (10) and a predetermined object to be cooled (e.g., secondary refrigerant, air, etc.).
  • the high-temperature side heat exchanger (4) exchanges heat between the heat medium heated in the magnetic refrigeration device (10) and a predetermined object to be heated (e.g., secondary refrigerant, air, etc.).
  • the pump (5) alternately and repeatedly performs a first operation and a second operation.
  • the first operation the heat medium in the heat medium circuit (2) is transported clockwise in Fig. 1.
  • the second operation the heat medium in the heat medium circuit (2) is transported counterclockwise in Fig. 1.
  • the pump (5) constitutes a transport mechanism that causes the heat medium in the heat medium circuit (2) to flow reciprocally.
  • the pump (5) is a reciprocating piston pump.
  • the pump (5) includes a pump case (6) and a piston (7).
  • the piston (7) is arranged inside the pump case (6) so as to be able to move back and forth.
  • the piston (7) divides the inside of the pump case (6) into a first chamber (S1) and a second chamber (S2).
  • the pump case (6) is provided with a first port (6a) and a second port (6b).
  • the first port (6a) communicates with the first chamber (S1).
  • the first port (6a) is connected to the low-temperature side flow path (2a).
  • the second port (6b) communicates with the second chamber (S2).
  • the second port (6b) is connected to the high-temperature side flow path (2b).
  • the piston (7) is driven by a drive mechanism (not shown).
  • the piston (7) moves toward the first port (6a).
  • the volume of the first chamber (S1) decreases and the volume of the second chamber (S2) increases.
  • the heat medium in the first chamber (S1) is discharged through the first port (6a) to the low-temperature side flow path (2a).
  • the heat medium in the high-temperature side flow path (2b) is sucked into the second chamber (S2) through the second port (6b).
  • the piston (7) moves toward the second port (6b).
  • the volume of the second chamber (S2) decreases and the volume of the first chamber (S1) increases.
  • the heat medium in the second chamber (S2) is discharged through the second port (6b) to the high-temperature side flow path (2b).
  • the heat medium in the low-temperature side flow path (2a) is sucked into the first chamber (S1) through the first port (6a).
  • the refrigerator (1) includes a control unit (8).
  • the control unit (8) controls the operations of the pump (5) and the magnetic refrigeration device (10) in response to a predetermined operation command.
  • the control unit (8) is configured using a microcomputer and a memory device (specifically, a semiconductor memory) that stores software for operating the microcomputer.
  • the Magnetic Refrigeration Device Fig. 2 is a plan sectional view showing the configuration of the magnetic refrigeration device.
  • Fig. 3 is a side sectional view showing the configuration of the magnetic refrigeration device.
  • the "side” here refers to a surface seen from a direction perpendicular to the flow direction of the magnetic flux flowing through the magnetic working material (11).
  • the magnetic refrigeration device (10) includes a magnetic working material (11) as a solid refrigerant material having a calorific effect, a force field concentrating member (13), a magnetic field application unit (20) as a force field application unit, and a rotation mechanism (15).
  • the force field is a magnetic field
  • the force field density is a magnetic flux density.
  • the magnetic working material (11) is a solid refrigerant material that has a magnetocaloric effect.
  • the magnetocaloric effect is a phenomenon in which heat is generated or absorbed by, for example, a phase transition from a ferromagnetic material to a paramagnetic material when a magnetic field fluctuates. More specifically, the magnetic working material (11) generates heat when a magnetic field is applied. The magnetic working material (11) absorbs heat when the magnetic field is removed. The magnetic working material (11) also generates heat when the applied magnetic field becomes stronger. The magnetic working material (11) also absorbs heat when the applied magnetic field becomes weaker.
  • Examples of materials that can be used for the magnetic working substance (11) include Gd5 ( Ge0.5Si0.5 ) 4 , La( Fe1- xSix ) 13 , La(Fe1 - xCoxSiy ) 13 , La ( Fe1 -xSix ) 13Hy , and Mn( As0.9Sb0.1 ) .
  • the magnetic working material (11) is stored in a container (12).
  • the container (12) extends in an arc shape along the circumferential direction.
  • the container (12) is made of, for example, a non-magnetic material.
  • a plurality of containers (12) storing the magnetic working material (11) are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction.
  • the container (12) is part of the temperature control flow path (10a) and is configured so that the heat medium flows in and out.
  • the heat medium in the container (12) flows around the magnetic working material (11). Note that the container (12) is not shown in FIG. 3.
  • the container (12) may be made of a soft magnetic material.
  • a force field focusing member (13) is disposed within the container (12).
  • the force field focusing member (13) is made of a material through which a magnetic field passes more easily than the magnetic working material (11).
  • the force field focusing member (13) is a soft magnetic material with a higher magnetic permeability than the magnetic working material (11).
  • the force field focusing member (13) is made of, for example, iron.
  • the force field focusing member (13) is arranged in a position in which the length in a first direction (vertical direction in FIG. 2) in which a magnetic field is applied by the magnetic field application unit (20) is smaller than the length in a second direction (horizontal direction in FIG. 2) perpendicular to the first direction, and is sandwiched between the magnetic working material (11) in the first direction.
  • Multiple force field focusing members (13) are arranged at intervals in the first direction.
  • two force field focusing members (13) are arranged at intervals in the first direction.
  • the force field focusing members (13) separate the magnetic working material (11) into multiple layers in the container (12). Note that only one force field focusing member (13) may be arranged in the container (12).
  • the rotation mechanism (15) has a rotating shaft (16) and a motor (17).
  • the rotating shaft (16) is connected to the motor (17).
  • the motor (17) rotates the rotating shaft (16).
  • a magnetic field application unit (20) is connected to the rotating shaft (16).
  • the magnetic field application unit (20) applies a magnetic field to the magnetic working material (11) to induce a phase transition in the magnetic working material (11).
  • the magnetic field application unit (20) moves in the circumferential direction relative to the magnetic working material (11). Specifically, the magnetic field application unit (20) rotates around the axis together with the rotating shaft (16) as the motor (17) rotates. This causes the magnetic field application unit (20) to rotate relative to the magnetic working material (11).
  • the magnetic field application unit (20) has a plurality of permanent magnets (21) and a yoke (30).
  • the yoke (30) is made of a soft magnetic material.
  • the yoke (30) is made, for example, by casting or sintering iron.
  • the yoke (30) may also be made of laminated electromagnetic steel sheets.
  • the yoke (30) has a first core portion (31), a first radial protrusion (32), a first axial protrusion (33), a second core portion (41), a second radial protrusion (42), and a second axial protrusion (43).
  • the first core portion (31) is formed in a cylindrical shape.
  • the rotating shaft (16) is connected to the first core portion (31).
  • the first radial protrusions (32) extend radially outward from the first core portion (31).
  • a plurality of first radial protrusions (32) are provided at predetermined intervals in the circumferential direction.
  • the first axial protrusions (33) extend downward from the tip of the first radial protrusions (32).
  • the second core portion (41) is formed in a cylindrical shape.
  • the second core portion (41) is disposed below the first core portion (31) in FIG. 2.
  • the second core portion (41) is connected to the rotating shaft (16).
  • the second radial protrusions (42) extend radially outward from the second core portion (41).
  • a plurality of second radial protrusions (42) are provided at predetermined intervals in the circumferential direction.
  • the second radial protrusions (42) are provided at positions overlapping the first radial protrusions (32) when viewed from the axial direction.
  • the second axial protrusions (43) extend upward from the tip of the second radial protrusions (42).
  • the permanent magnet (21) is provided on the yoke (30). Specifically, the permanent magnet (21) is placed at the tip of the first axial protrusion (33) and the second axial protrusion (43) of the yoke (30) and fixed with an adhesive or the like. Note that magnet holes (not shown) may be formed in the first axial protrusion (33) and the second axial protrusion (43) and the permanent magnet (21) may be inserted into the magnet holes.
  • the permanent magnet (21) is formed, for example, in an arc shape.
  • the material of the permanent magnet (21) may be, for example, an Nd-Fe-B magnet or an SmCo magnet.
  • the permanent magnet (21) passes magnetic flux through the yoke (30).
  • the pair of opposing permanent magnets (21) form the magnetic poles of the magnetic field application unit (20).
  • a gap (27) is provided between the pair of permanent magnets (21) as a magnetic gap.
  • a magnetic working material (11) is placed in the gap (27).
  • the radial width and circumferential width of the permanent magnet (21) are interpreted as the radial width and circumferential width of the yoke (30) at the portion facing the magnetic working material (11).
  • magnetic flux flows from the permanent magnet (21) on the first axial protrusion (33) side to the permanent magnet (21) on the second axial protrusion (43) side. This causes the magnetic working material (11) to which a magnetic field is applied to generate heat.
  • the magnetic field application unit (20) is rotated so that the pair of permanent magnets (21) face the adjacent magnetic working material (11) in the axial direction.
  • the magnetic working material (11) to which the magnetic field was first applied absorbs heat when the magnetic field is removed.
  • the adjacent magnetic working material (11) generates heat when the magnetic field is applied.
  • the rotation mechanism (15) constitutes a movement mechanism that moves the position of the permanent magnet (21) relative to the magnetic working material (11).
  • the rotation mechanism (15) applies or removes a magnetic field to the magnetic working material (11) by moving the permanent magnet (21) relative to the magnetic working material (11).
  • Refrigeration equipment operation The basic operation of the refrigerator (1) will be described with reference to Fig. 1.
  • the refrigerator (1) alternately and repeatedly performs a heating operation and a cooling operation.
  • the cycle for switching between the heating operation and the cooling operation is set to, for example, about 0.1 to 1 second.
  • the pump (5) performs a first operation
  • the magnetic field application unit (20) performs a first magnetic field application operation. That is, in the heating operation, the heat medium is discharged from the first port (6a) of the pump (5). At the same time, a magnetic field is applied to the magnetic working material (11).
  • the heat medium in the low-temperature side flow path (2a) flows into the temperature control flow path (10a) of the magnetic refrigeration device (10).
  • the refrigerator (1) during the first magnetic field application operation, heat is released from the magnetic working material (11) to the surrounding heat medium. Therefore, the heat medium flowing through the temperature control flow path (10a) is heated by the magnetic working material (11).
  • the heat medium heated in the temperature control flow path (10a) flows out into the high-temperature side flow path (2b) and flows through the high-temperature side heat exchanger (4).
  • a predetermined heating target e.g., secondary refrigerant, air, etc.
  • the heat medium in the high-temperature side flow path (2b) is sucked into the second chamber (S2) from the second port (6b) of the pump (5).
  • ⁇ Cooling operation> In the cooling operation, the pump (5) performs the second operation, and the magnetic field applying unit (20) performs the second magnetic field applying operation. That is, in the heating operation, the magnetic field of the magnetic working material (11) is removed at the same time as the heat medium is discharged from the second port (6b) of the pump (5).
  • the heat medium in the high-temperature side flow path (2b) flows into the temperature control flow path (10a) of the magnetic refrigeration device (10).
  • the magnetic working material (11) takes heat from its surroundings. Therefore, the heat medium flowing through the temperature control flow path (10a) is cooled by the magnetic working material (11).
  • the heat medium cooled in the temperature control flow path (10a) flows out into the low-temperature side flow path (2a) and flows through the low-temperature side heat exchanger (3).
  • a predetermined cooling target e.g., secondary refrigerant, air, etc.
  • the heat medium in the low-temperature side flow path (2a) is sucked into the first chamber (S1) from the first port (6a) of the pump (5).
  • a force field focusing member (13) is provided through which a force field passes more easily than through the solid refrigerant material (11), and the force field focusing member (13) is positioned such that the length of the force field focusing member (13) in a first direction in which the force field is applied by the force field application unit (20) is shorter than the length of the force field focusing member (13) in a second direction perpendicular to the first direction, and the force field focusing member (13) is sandwiched between the solid refrigerant material (11) in the first direction.
  • the force field focusing member (13) divides the solid refrigerant material (11) into multiple layers in the container (12), thereby preventing the solid refrigerant material (11) from being unevenly positioned in the container (12).
  • the temperature of the fluid can be adjusted by circulating a heat transfer medium that exchanges heat with the solid refrigerant material (11) through each of the multiple layers.
  • the force field focusing member (13) is made of a soft magnetic material having a higher magnetic permeability than the magnetic working material (11), thereby increasing the magnetic flux density in the magnetic working material (11) and making the magnetic flux density uniform.
  • the magnetic working material (11) can be heated or cooled by applying or removing a magnetic field to the magnetic working material (11).
  • the features of this embodiment provide a refrigerator (1) that includes a magnetic refrigeration device (10) and a heat medium circuit (2) that exchanges heat with the magnetic refrigeration device (10).
  • the magnetic working material (11) is stored in a container (12).
  • the container (12) is made of a soft magnetic material.
  • a plurality of containers (12) are arranged along a first direction in which a magnetic field is applied by the magnetic field application unit (20). In the example shown in FIG. 5, two containers (12) are arranged.
  • the two containers (12) are arranged with the walls of the containers (12) abutting against each other.
  • the walls of the containers (12) are made of a soft magnetic material, so the force field focusing member (13) is made of the wall of the adjacent container (12).
  • the wall of the container (12) can be used as the force field focusing member (13).
  • the magnetic refrigeration device (10) includes a magnetic working material (11), a magnetic field application unit (20), and a control unit (8).
  • the magnetic field application unit (20) has a permanent magnet (21), a yoke (30), a coil (50), and a power source (55).
  • the yoke (30) has a first core portion (31), a first radial protrusion (32), a first axial protrusion (33), a second core portion (41), a second radial protrusion (42), and a second axial protrusion (43).
  • the first radial protrusion (32) extends radially outward from the first core portion (31).
  • the first axial protrusion (33) extends downward from the tip of the first radial protrusion (32).
  • the second core portion (41) is disposed below the first core portion (31) in FIG. 6.
  • the second radial protrusion (42) extends radially outward from the second core portion (41).
  • the second radial protrusion (42) is provided at a position overlapping the first radial protrusion (32) when viewed from the axial direction.
  • the second axial protrusion (43) extends upward from the tip of the second radial protrusion (42).
  • a gap (27) is provided between the first axial protrusion (33) and the second axial protrusion (43) as a magnetic gap.
  • a magnetic working material (11) is placed in the gap (27).
  • the first axial protrusion (33) and the second axial protrusion (43) may be in close contact with a container (12) for the magnetic working material (11).
  • the permanent magnet (21) is disposed midway through the magnetic path formed by the yoke (30). Specifically, the permanent magnet (21) is disposed between the first core portion (31) and the second core portion (41).
  • the permanent magnet (21) is a magnet whose amount of magnetization can be changed.
  • Various magnets can be used for the permanent magnet (21).
  • rare earth magnets neodymium magnets
  • alnico magnets iron-nickel magnets
  • iron nitride magnets iron nitride magnets
  • samarium-cobalt magnets, etc. can be used for the permanent magnet (21).
  • the coil (50) generates a magnetic flux in the yoke (30) when electricity is passed through it.
  • the coil (50) is formed by winding a conductor around the yoke (30) in the vicinity of the permanent magnet (21).
  • a current is passed through the coil (50)
  • a magnetic field can be applied to the permanent magnet (21) via the yoke (30).
  • the power source (55) supplies current to the coil (50).
  • the power source (55) outputs a pulse current.
  • the power source (55) can change the direction of the current it outputs.
  • the power source (55) can switch between supplying and not supplying a pulse current to the coil (50) according to the control of the control unit (8).
  • the control unit (8) controls the current flow through the coil (50).
  • the control unit (8) applies or removes a magnetic field to the magnetic working material (11) by turning on or off the current flow to the coil (50). Specifically, the amount of magnetization can be changed by applying a magnetic field to the permanent magnet (21) or removing the applied magnetic field.
  • the amount of magnetization of the permanent magnet (21) decreases.
  • the magnetic field applied to the magnetic working material (11) weakens.
  • the magnetic working material (11) absorbs heat.
  • the magnetization amount of the permanent magnet (21) is changed by passing a current through the coil (50) and applying a magnetic field to the permanent magnet (21) via the yoke (30), but this is not limited to the embodiment.
  • the permanent magnet (21) may not be provided on the yoke (30).
  • the current through the coil (50) may be turned on or off to generate a magnetic flux in the coil (50), thereby applying or removing a magnetic field to the magnetic working material (11).
  • the magnetic working material (11) can be heated or cooled by applying or removing a magnetic field to the magnetic working material (11).
  • a force field focusing member 13 is disposed within the container 12.
  • the force field focusing member 13 is made of a material through which a magnetic field passes more easily than the magnetic working material 11.
  • the force field focusing member 13 is a soft magnetic material having a higher magnetic permeability than the magnetic working material 11.
  • the thickness of the center of the force field focusing member (13) in the second direction is smaller than the ends in the second direction.
  • the force field focusing member (13) has an inclined shape such that the thickness of the force field focusing member (13) gradually decreases from the ends in the second direction toward the center. As a result, the magnetic field in the first direction is less likely to pass through the center of the force field focusing member (13) in the second direction than the ends in the second direction.
  • the force field density at the end portion in the second direction of the force field concentrating member (13) can be increased and made close to the force field density at the central portion.
  • a force field focusing member 13 is disposed within the container 12.
  • the force field focusing member 13 is made of a material through which a magnetic field passes more easily than the magnetic working material 11.
  • the force field focusing member 13 is a soft magnetic material having a higher magnetic permeability than the magnetic working material 11.
  • the thickness of the force field focusing member (13) at the center in the second direction is smaller than that at the ends in the second direction.
  • the force field focusing member (13) has an inclined shape such that the thickness of the force field focusing member (13) gradually decreases from the ends in the second direction toward the center.
  • a hole (25) penetrating in the first direction is formed in the center in the second direction of the force field focusing member (13).
  • the force field density at the end portion in the second direction of the force field concentrating member (13) can be increased and made close to the force field density at the central portion.
  • a force field focusing member 13 is disposed within the container 12.
  • the force field focusing member 13 is made of a material through which a magnetic field passes more easily than the magnetic working material 11.
  • the force field focusing member 13 is a soft magnetic material having a higher magnetic permeability than the magnetic working material 11.
  • the force field focusing member (13) has a plurality of holes (25) penetrating in the first direction and spaced apart in the second direction.
  • the inner diameter of the hole (25) formed in the center of the force field focusing member (13) in the second direction is larger than the inner diameter of the hole (25) formed at the end in the second direction.
  • the spacing between adjacent holes (25) in the center of the force field focusing member (13) in the second direction is smaller than the spacing between adjacent holes (25) at the ends in the second direction.
  • the force field density at the end portion in the second direction of the force field concentrating member (13) can be increased and made close to the force field density at the central portion.
  • the magnetic working material (11) is stored in a container (12).
  • the container (12) is made of a non-magnetic material.
  • a plurality of containers (12) are arranged along a first direction in which a magnetic field is applied by the magnetic field application unit (20).
  • two containers (12) are arranged.
  • a fillet portion (26) is provided at the corner of the container (12). Note that a chamfered portion may be provided at the corner of the container (12).
  • the force field focusing member (13) is disposed between the walls of adjacent containers (12). In addition, a portion of the force field focusing member (13) is also disposed in the gap between the fillet portions (26) of the adjacent containers (12).
  • the force field focusing member (13) is made of a material through which a magnetic field passes more easily than the magnetic working material (11).
  • the force field focusing member (13) is a soft magnetic material that has a higher magnetic permeability than the magnetic working material (11).
  • the force field density at the end portion in the second direction can be increased and brought closer to the force field density at the center.
  • a temperature control flow path (10a) is provided in the container (12). Water as a heat medium flowing through the temperature control flow path (10a) exchanges heat with the magnetic working material (11).
  • a force field focusing member (13) is disposed within the container (12). Two force field focusing members (13) are disposed at an interval in the first direction.
  • the force field focusing members (13) divide the magnetic working material (11) within the container (12) into a plurality of layers.
  • the plurality of layers includes a first layer (61), a second layer (62), and a third layer (63).
  • the Curie temperature of the magnetic working material (11) in the first layer (61), the Curie temperature of the magnetic working material (11) in the second layer (62), and the Curie temperature of the magnetic working material (11) in the third layer (63) are different.
  • the force field focusing member (13) is provided with a flow path (28) for circulating the heat medium in the first direction.
  • the force field focusing member (13) separating the first layer (61) and the second layer (62) is provided with a flow path (28) at the right end in FIG. 11.
  • the force field focusing member (13) separating the second layer (62) and the third layer (63) is provided with a flow path (28) at the left end in FIG. 11.
  • the heat medium flows into the container (12) from the inlet side of the temperature control flow path (10a) that opens at the upper left in FIG. 11, and then flows in a zigzag pattern through the first layer (61), the second layer (62), and the third layer (63) in that order, and then flows out from the outlet side of the temperature control flow path (10a) that opens at the lower right in FIG. 11.
  • the heat transfer medium which exchanges heat with the solid refrigerant material (11) is caused to flow through the flow path (28) between the first layer (61) and the second layer (62), so that the temperature of the heat transfer medium can be gradually changed.
  • a temperature control flow path (10a) is provided in a container (12). Water as a heat medium flowing through the temperature control flow path (10a) exchanges heat with a magnetic working material (11).
  • a force field focusing member (13) is disposed within the container (12). Two force field focusing members (13) are disposed at an interval in the first direction.
  • the force field focusing members (13) divide the magnetic working material (11) within the container (12) into a plurality of layers.
  • the plurality of layers includes a first layer (61), a second layer (62), and a third layer (63).
  • the Curie temperature of the magnetic working material (11) in the first layer (61), the Curie temperature of the magnetic working material (11) in the second layer (62), and the Curie temperature of the magnetic working material (11) in the third layer (63) are different.
  • the force field focusing member (13) is provided with a flow path (28) that allows the heat medium to flow in the first direction.
  • the force field focusing member (13) is provided with a plurality of flow paths (28) that penetrate in the first direction and are spaced apart in the second direction (see also FIG. 13).
  • the heat medium flows into the container (12) from the inlet side of the temperature control flow path (10a) that opens at the upper left in FIG. 12, and then passes through the first layer (61), the second layer (62), and the third layer (63) in that order, and then flows out from the outlet side of the temperature control flow path (10a) that opens at the lower right in FIG. 12.
  • the flow path (28) provided in the force field focusing member (13) is not limited to this form.
  • only one flow path (28) may be provided in the center of the force field focusing member (13) in the second direction.
  • a plurality of slit-shaped flow paths (28) extending in the depth direction of the container (12) may be provided at intervals in the second direction.
  • the shape of the container (12) is described as being approximately rectangular in plan view, but for example, the shape of the container (12) may be arc-shaped in plan view.
  • the heat transfer medium which exchanges heat with the solid refrigerant material (11), is caused to flow through the flow path (28) between the first layer (61) and the second layer (62), so that the temperature of the heat transfer medium can be gradually changed.
  • a force field focusing member 13 is disposed in the container 12.
  • the force field focusing member 13 is made of a material through which a magnetic field passes more easily than the magnetic working material 11.
  • the force field focusing member 13 is a soft magnetic material having a higher magnetic permeability than the magnetic working material 11.
  • the end of the force field focusing member (13) in the second direction is positioned more inward in the second direction than the end of the magnetic working material (11) in the second direction. Since the magnetic flux density is high at the end of the force field focusing member (13) in the second direction, the leakage magnetic flux on the outside of the magnetic working material (11) is attracted to the inside of the magnetic working material (11) (see the phantom line in Figure 16).
  • the force field directed outward from the end of the solid refrigerant material (11) in the second direction can be attracted toward the end of the force field concentrating member (13) in the second direction, thereby increasing the force field density at the end of the solid refrigerant material (11) in the second direction.
  • the refrigeration system (10) includes an electrocaloric material (11) serving as a solid refrigerant material having an electrocaloric effect, a force field concentrating member (13), and an electric field application unit (20) serving as a force field application unit.
  • the electric field application unit (20) applies an electric field to the electrocaloric material (11).
  • the electric field application unit (20) has a pair of electrodes (22) and a power source (55).
  • the electrocaloric material (11) is placed between the pair of electrodes (22).
  • the pair of electrodes (22) is connected to the power source (55).
  • the power source (55) outputs a pulse current as shown in FIG. 17.
  • the electrocaloric material (11) is stored in a container (12).
  • the container (12) is made of an insulator.
  • a force field focusing member (13) is disposed in the container (12).
  • the force field focusing member (13) is made of a material through which an electric field passes more easily than the electrocaloric material (11).
  • the force field focusing member (13) is a conductor having a higher electrical conductivity than the electrocaloric material (11).
  • the electric field application unit (20) generates or absorbs heat in the electrocaloric material (11) by inducing an electrocaloric effect in the electrocaloric material (11). Specifically, the electric field application unit (20) applies an electric field fluctuation to the electrocaloric material (11). This causes the electrocaloric material (11) to undergo a phase transition from a ferroelectric to a paraelectric, and the electrocaloric material (11) generates or absorbs heat.
  • the electric field application unit (20) may also be a type that induces a pressure caloric effect in the electrocaloric material (11). In this case, the electric field application unit (20) applies a pressure fluctuation to the electrocaloric material (11), causing the electrocaloric material (11) to undergo a phase transition and generate or absorb heat.
  • the electric field application unit (20) may also be a type that induces an elastic caloric effect in the electrocaloric material (11). In this case, the electric field application unit (20) applies a stress fluctuation to the electrocaloric material (11), causing the electrocaloric material (11) to undergo a phase transition and generate or absorb heat.
  • the electric flux density in the electrocaloric material (11) can be increased and made uniform.
  • a configuration has been described in which a permanent magnet (21) and a rotating mechanism (15) having a rotating shaft (16) and a motor (17) are used as a moving mechanism for moving the position of the permanent magnet (21), but the present invention is not limited to this configuration.
  • a linear motion mechanism having a cylinder and a cylinder rod may be used as the moving mechanism to move the permanent magnet (21) relative to the magnetic working material (11).
  • the present disclosure is useful for refrigeration devices and freezers.
  • Refrigeration unit 2 Heat transfer medium circuit 8
  • Control unit 10 Magnetic refrigeration device (refrigeration device) 11 Magnetically active materials, electrocaloric materials (solid refrigerant materials) 12 container 13 force field focusing member 15 rotation mechanism (movement mechanism) 20 Magnetic field application unit, electric field application unit (force field application unit) 21 magnet 25 hole 26 fillet portion 28 flow passage 50 coil 61 first layer 62 second layer 63 third layer

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Abstract

固体冷媒物質（11）よりも力場が通りやすい力場集束部材（13）を備える。力場集束部材（13）は、力場印加部（20）で力場が印加される第１方向の長さが、第１方向に直交する第２方向の長さよりも小さく、且つ第１方向において固体冷媒物質（11）で挟まれた位置に配置される。

Description

冷凍装置及び冷凍機
　本開示は、冷凍装置及び冷凍機に関するものである。
　特許文献１には、磁気熱量効果材料を収容した円筒状のケースと、ケースの外周面に接するように装着された強磁性体と、を備えた熱交換器が開示されている。
　特許文献１の発明では、強磁性体を、一方の磁石の表面に沿うように延在する第１の対向面と、他方の磁石の表面に沿うように延在する第２の対向面と、を有する構成としている。これにより、円筒状のケースと磁石との間の空間を小さくして、磁気熱量効果材料に印加される磁束密度を大きくするようにしている。
特開２０２０－０７１００７号公報
　ところで、特許文献１の発明では、磁場が印加される第１方向に直交する第２方向の両端部において磁気ギャップが小さくなるため、磁気熱量効果材料における第２方向の両端部に主に磁束が流れることとなる。その結果、磁気熱量効果材料における第２方向の中央部付近の磁束密度が上がらなくなるという問題がある。
　本開示の目的は、固体冷媒物質における力場密度を均一化させることができるようにすることにある。
　本開示の第１の態様は、熱量効果を有する固体冷媒物質（11）と、前記固体冷媒物質（11）に対して力場を印加して前記固体冷媒物質（11）に相転移を誘発する力場印加部（20）と、を備えた冷凍装置であって、前記固体冷媒物質（11）よりも力場が通りやすい力場集束部材（13）を備え、前記力場集束部材（13）は、前記力場印加部（20）で力場が印加される第１方向の長さが、前記第１方向に直交する第２方向の長さよりも小さく、且つ前記第１方向において前記固体冷媒物質（11）で挟まれた位置に配置される。
　第１の態様では、固体冷媒物質（11）の外側を通るように膨らむ力場の流れを抑えて、固体冷媒物質（11）における力場密度（力場が磁場の場合は磁束密度、電場の場合は電束密度）を高めるとともに、力場密度を均一化させることができる。
　本開示の第２の態様は、第１の態様に記載の冷凍装置において、前記力場集束部材（13）は、前記第１方向に間隔をあけて複数配置される。
　第２の態様では、力場集束部材（13）を第１方向に複数配置し、見かけ上の磁気ギャップを狭くすることで、固体冷媒物質（11）の外側に広がって通ることにより固体冷媒物質（11）における力場が不均一になることを抑え、固体冷媒物質（11）における力場密度を均一化することができる。
　本開示の第３の態様は、第１又は２の態様に記載の冷凍装置において、前記力場集束部材（13）における前記第２方向の中央部は、前記第２方向の端部よりも前記第１方向の力場が通りにくい。
　第３の態様では、力場集束部材（13）における第２方向の端部の力場密度を高め、中央部の力場密度に近づけることができる。
　本開示の第４の態様は、第３の態様に記載の冷凍装置において、前記力場集束部材（13）における前記第２方向の中央部の厚みは、前記第２方向の端部よりも小さい。
　第４の態様では、力場集束部材（13）における第２方向の端部の力場密度を高め、中央部の力場密度に近づけることができる。
　本開示の第５の態様は、第３の態様に記載の冷凍装置において、前記力場集束部材（13）における前記第２方向の中央部には、前記第１方向に貫通する孔（25）が形成される。
　第５の態様では、力場集束部材（13）における第２方向の端部の力場密度を高め、中央部の力場密度に近づけることができる。
　本開示の第６の態様は、第３の態様に記載の冷凍装置において、前記力場集束部材（13）には、前記第１方向に貫通する孔（25）が、前記第２方向に間隔をあけて複数形成され、前記力場集束部材（13）における前記第２方向の中央部に形成された前記孔（25）の内径は、前記第２方向の端部に形成された前記孔（25）の内径よりも大きい。
　第６の態様では、力場集束部材（13）における第２方向の端部の力場密度を高め、中央部の力場密度に近づけることができる。
　本開示の第７の態様は、第３の態様に記載の冷凍装置において、前記力場集束部材（13）には、前記第１方向に貫通する孔（25）が、前記第２方向に間隔をあけて複数形成され、前記力場集束部材（13）における前記第２方向の中央部で隣接する前記孔（25）の間隔は、前記第２方向の端部で隣接する前記孔（25）の間隔よりも小さい。
　第７の態様では、力場集束部材（13）における第２方向の端部の力場密度を高め、中央部の力場密度に近づけることができる。
　本開示の第８の態様は、第１～７の態様の何れか１つに記載の冷凍装置において、前記力場集束部材（13）における前記第２方向の端部は、前記固体冷媒物質（11）の前記第２方向の端部よりも前記第２方向の内側に配置される。
　第８の態様では、固体冷媒物質（11）の第２方向の端部から外側に向かう力場を、力場集束部材（13）の第２方向の端部側に引き寄せ、固体冷媒物質（11）における第２方向に端部の力場密度を高めることができる。
　本開示の第９の態様は、第１～８の態様の何れか１つに記載の冷凍装置において、前記固体冷媒物質（11）を収納する容器（12）を備え、前記力場集束部材（13）は、前記容器（12）内で前記固体冷媒物質（11）を複数の層に仕切っている。
　第９の態様では、固体冷媒物質（11）が容器（12）内で偏った状態で配置されるのを抑えることができる。
　本開示の第１０の態様は、第９の態様に記載の冷凍装置において、前記複数の層は、第１層（61）と、第２層（62）と、を含み、前記第１層（61）における前記固体冷媒物質（11）のキュリー温度と、前記第２層（62）における前記固体冷媒物質（11）のキュリー温度とが異なる。
　第１０の態様では、固体冷媒物質（11）と熱交換する熱媒体を、第１層（61）又は第２層（62）に流通させることで、流体の温度を段階的に変化させることができる。
　本開示の第１１の態様は、第１０の態様に記載の冷凍装置において、前記力場集束部材（13）には、前記固体冷媒物質（11）と熱交換する熱媒体を前記第１方向に流通させる流路（28）が設けられる。
　第１１の態様では、固体冷媒物質（11）と熱交換する熱媒体を、流路（28）を通って第１層（61）と第２層（62）とに流通させることで、熱媒体の温度を徐々に変化させることができる。
　本開示の第１２の態様は、第１～１１の態様の何れか１つに記載の冷凍装置において、前記固体冷媒物質（11）を収納する容器（12）を備え、前記容器（12）は、前記第１方向に沿って複数配置され、前記力場集束部材（13）は、隣接する前記容器（12）の間に配置される。
　第１２の態様では、第１方向に隣接する容器（12）の間に力場集束部材（13）を配置するだけで、固体冷媒物質（11）で力場集束部材（13）を挟んだ状態とすることができる。
　本開示の第１３の態様は、第１２の態様に記載の冷凍装置において、前記容器（12）の角部には、面取り部又はフィレット部（26）が設けられ、前記力場集束部材（13）は、隣接する前記容器（12）の前記面取り部又は前記フィレット部（26）の隙間にも配置される。
　第１３の態様では、隣接する容器（12）の面取り部又はフィレット部の隙間にも力場集束部材（13）を配置して、力場集束部材（13）における第２方向の端部の厚みを増やすことで、第２方向の端部の力場密度を高め、中央部の力場密度に近づけることができる。
　本開示の第１４の態様は、第１～１３の態様の何れか１つに記載の冷凍装置において、前記固体冷媒物質（11）は、磁気作業物質（11）であり、前記力場印加部（20）は、前記磁気作業物質（11）に対して磁場を印加する磁場印加部（20）であり、前記力場集束部材（13）は、前記磁気作業物質（11）よりも透磁率が大きい軟磁性材料である。
　第１４の態様では、磁気作業物質（11）における磁束密度を高めるとともに、磁束密度を均一化させることができる。
　本開示の第１５の態様は、第１４の態様に記載の冷凍装置において、前記磁気作業物質（11）を収納する容器（12）を備え、前記容器（12）は、軟磁性材料で構成され、前記容器（12）は、前記第１方向に沿って複数配置され、前記力場集束部材（13）は、隣接する前記容器（12）の壁部で構成される。
　第１５の態様では、容器（12）を軟磁性材料で構成することで、容器（12）の壁部を力場集束部材（13）として使用することができる。
　本開示の第１６の態様は、第１４の態様に記載の冷凍装置において、前記磁場印加部（20）は、永久磁石（21）と、前記永久磁石（21）の位置を移動させる移動機構（15）と、を有し、前記移動機構（15）は、前記永久磁石（21）を前記磁気作業物質（11）に対して相対的に移動させることで、前記磁気作業物質（11）に対する磁場の印加又は除去を行う。
　第１６の態様では、磁気作業物質（11）に対する磁場の印加又は除去を行うことで、磁気作業物質（11）を発熱又は冷却させることができる。
　本開示の第１７の態様は、第１４の態様に記載の冷凍装置において、前記磁場印加部（20）は、通電により磁束を発生するコイル（50）と、前記コイル（50）の通電を制御する制御部（8）と、を有し、前記制御部（8）は、前記コイル（50）の通電をオン又はオフすることで、前記磁気作業物質（11）に対する磁場の印加又は除去を行う。
　第１７の態様では、磁気作業物質（11）に対する磁場の印加又は除去を行うことで、磁気作業物質（11）を発熱又は冷却させることができる。
　本開示の第１８の態様は、第１～１７の態様の何れか１つに記載の冷凍装置において、前記固体冷媒物質（11）は、電気熱量効果を有する電気熱量物質（11）であり、前記力場印加部（20）は、前記電気熱量物質（11）に対して電場を印加する電場印加部（20）であり、前記力場集束部材（13）は、前記電気熱量物質（11）よりも導電性の高い導電体である。
　第１８の態様では、電気熱量物質（11）における電束密度を高めるとともに、電束密度を均一化させることができる。
　本開示の第１９の態様は、第１～１８の態様の何れか１つに記載の冷凍装置（10）と、前記冷凍装置（10）と熱交換する熱媒体回路（2）と、を備える冷凍機である。
　第１９の態様では、冷凍装置（10）を備えた冷凍機を提供できる。
図１は、実施形態１の冷凍機の配管系統図である。 図２は、磁気冷凍装置の構成を示す側面断面図である。 図３は、磁気冷凍装置の構成を示す分解斜視図である。 図４は、力場集束部材の有無による磁束の流れを比較する図である。 図５は、実施形態２の磁気冷凍装置の構成を示す側面断面図である。 図６は、実施形態３の磁気冷凍装置の構成を示す側面断面図である。 図７は、実施形態４の磁気冷凍装置の構成を示す側面断面図である。 図８は、実施形態５の磁気冷凍装置の構成を示す側面断面図である。 図９は、実施形態６の磁気冷凍装置の構成を示す側面断面図である。 図１０は、実施形態７の磁気冷凍装置の構成を示す側面断面図である。 図１１は、実施形態８の磁気冷凍装置の構成を示す側面断面図である。 図１２は、実施形態９の磁気冷凍装置の構成を示す側面断面図である。 図１３は、流路の形状を示す平面断面図である。 図１４は、流路の別の形状を示す平面断面図である。 図１５は、流路の別の形状を示す平面断面図である。 図１６は、実施形態１０の磁気冷凍装置の構成を示す側面断面図である。 図１７は、実施形態１１の冷凍装置の構成を示す側面断面図である。
　《実施形態１》
　図１に示すように、冷凍機（1）は、熱媒体回路（2）を備える。冷凍機（1）は、例えば、空気調和装置に適用される。熱媒体回路（2）には、熱媒体が充填される。熱媒体は、例えば、冷媒、水、ブラインなどを含む。
　冷凍機（1）は、低温側熱交換器（3）と、高温側熱交換器（4）と、ポンプ（5）と、磁気冷凍装置（10）と、を備える。磁気冷凍装置（10）は、磁気熱量効果を利用して熱媒体の温度を調節する。
　熱媒体回路（2）は、閉ループ状に形成される。熱媒体回路（2）には、ポンプ（5）、低温側熱交換器（3）、磁気冷凍装置（10）、高温側熱交換器（4）が順に接続される。
　熱媒体回路（2）は、低温側流路（2a）と、高温側流路（2b）と、を含む。低温側流路（2a）は、磁気冷凍装置（10）の温調流路（10a）と、ポンプ（5）の第１ポート（6a）と、を接続する。高温側流路（2b）は、磁気冷凍装置（10）の温調流路（10a）と、ポンプ（5）の第２ポート（6b）と、を接続する。
　〈低温側熱交換器及び高温側熱交換器〉
　低温側熱交換器（3）は、磁気冷凍装置（10）で冷却された熱媒体と、所定の冷却対象（例えば、二次冷媒や空気など）と、を熱交換させる。高温側熱交換器（4）は、磁気冷凍装置（10）で加熱された熱媒体と、所定の加熱対象（例えば、二次冷媒や空気など）と、を熱交換させる。
　〈ポンプ〉
　ポンプ（5）は、第１動作と、第２動作と、を交互に繰り返し行う。第１動作では、熱媒体回路（2）の熱媒体を、図１で時計回りに搬送する。第２動作では、熱媒体回路（2）の熱媒体を図１で反時計回りに搬送する。ポンプ（5）は、熱媒体回路（2）の熱媒体を往復的に流動させる搬送機構を構成する。
　ポンプ（5）は、往復式のピストンポンプで構成される。ポンプ（5）は、ポンプケース（6）と、ピストン（7）と、を備える。
　ピストン（7）は、ポンプケース（6）の内部で進退可能に配置される。ピストン（7）は、ポンプケース（6）の内部を、第１室（S1）と、第２室（S2）と、に仕切る。ポンプケース（6）には、第１ポート（6a）と、第２ポート（6b）と、が設けられる。第１ポート（6a）は、第１室（S1）に連通する。第１ポート（6a）は、低温側流路（2a）に接続される。第２ポート（6b）は、第２室（S2）に連通する。第２ポート（6b）は、高温側流路（2b）に接続される。ピストン（7）は、駆動機構（図示省略）によって駆動される。
　第１動作では、ピストン（7）が第１ポート（6a）側に移動する。第１動作では、第１室（S1）の容積が小さくなり且つ第２室（S2）の容積が大きくなる。この結果、第１室（S1）の熱媒体は、第１ポート（6a）を通じて低温側流路（2a）に吐出される。同時に、高温側流路（2b）の熱媒体は、第２ポート（6b）を通じて第２室（S2）に吸い込まれる。
　第２動作では、ピストン（7）が第２ポート（6b）側に移動する。第２動作では、第２室（S2）の容積が小さくなり且つ第１室（S1）の容積が大きくなる。この結果、第２室（S2）の熱媒体は、第２ポート（6b）を通じて高温側流路（2b）に吐出される。同時に、低温側流路（2a）の熱媒体は、第１ポート（6a）を通じて第１室（S1）に吸い込まれる。
　〈制御部〉
　冷凍機（1）は、制御部（8）を備える。制御部（8）は、所定の運転指令に応じて、ポンプ（5）及び磁気冷凍装置（10）の動作を制御する。制御部（8）は、マイクロコンピュータと、マイクロコンピュータを動作させるためのソフトウエアを格納するメモリデバイス（具体的には半導体メモリ）と、を用いて構成される。
　〈磁気冷凍装置〉
　図２は、磁気冷凍装置の構成を示す平面断面図である。図３は、磁気冷凍装置の構成を示す側面断面図である。ここでいう「側面」とは、磁気作業物質（11）を流れる磁束の流れ方向に垂直な方向から見た面である。図２及び図３に示すように、磁気冷凍装置（10）は、熱量効果を有する固体冷媒物質としての磁気作業物質（11）と、力場集束部材（13）と、力場印加部としての磁場印加部（20）と、回転機構（15）と、を備える。ここで、力場とは磁場であり、力場密度は磁束密度である。
　磁気作業物質（11）は、磁気熱量効果を有する固体冷媒物質である。磁気熱量効果は、磁場が変動すると強磁性体から常磁性体へ相転移するなどして、発熱又は吸熱をする現象である。より具体的には、磁気作業物質（11）は、磁場が印加されることで発熱する。磁気作業物質（11）は、磁場が取り除かれることで吸熱する。なお、磁気作業物質（11）は、印加された磁場が強くなることでも発熱する。磁気作業物質（11）は、印加された磁場が弱くなることでも吸熱する。
　磁気作業物質（11）の材料としては、例えば、Ｇｄ5（Ｇｅ0.5Ｓｉ0.5）4、Ｌａ（Ｆｅ1-xＳｉx）13、Ｌａ（Ｆｅ1-xＣｏxＳｉy）13、Ｌａ（Ｆｅ1-xＳｉx）13Ｈy、Ｍｎ（Ａｓ0.9Ｓｂ0.1）等を用いることができる。
　磁気作業物質（11）は、容器（12）内に収納される。容器（12）は、周方向に沿って円弧状に延びる。容器（12）は、例えば、非磁性材料で構成される。磁気作業物質（11）　が収納された容器（12）は、周方向に所定の間隔をあけて複数配置される。容器（12）は、温調流路（10a）の一部であり、熱媒体が流入及び吐出するように構成される。容器（12）内の熱媒体は、磁気作業物質（11）の周囲を流通する。なお、図３では容器（12）の図示を省略している。
　ここで、容器（12）の壁部の厚みが、磁気作業物質（11）の第２方向の外側を通る漏れ磁束を抑えることが可能なほど、十分に小さい場合には、容器（12）を軟磁性材料で構成してもよい。
　容器（12）内には、力場集束部材（13）が配置される。力場集束部材（13）は、磁気作業物質（11）よりも磁場が通りやすい材料で構成される。力場集束部材（13）は、磁気作業物質（11）よりも透磁率が大きい軟磁性材料である。力場集束部材（13）は、例えば、鉄で構成される。
　力場集束部材（13）は、磁場印加部（20）で磁場が印加される第１方向（図２で上下方向）の長さが、第１方向に直交する第２方向（図２で左右方向）の長さよりも小さく、且つ第１方向において磁気作業物質（11）で挟まれた位置に配置される。
　力場集束部材（13）は、第１方向に間隔をあけて複数配置される。図２に示す例では、力場集束部材（13）は、第１方向に間隔をあけて２つ配置される。力場集束部材（13）は、容器（12）内で磁気作業物質（11）を複数の層に仕切っている。なお、力場集束部材（13）は、容器（12）内に１つのみ配置するようにしてもよい。
　回転機構（15）は、回転軸（16）と、モータ（17）と、を有する。回転軸（16）は、モータ（17）に連結される。モータ（17）は、回転軸（16）を回転させる。回転軸（16）には、磁場印加部（20）が連結される。
　磁場印加部（20）は、磁気作業物質（11）に対して磁場を印加して、磁気作業物質（11）に相転移を誘発する。磁場印加部（20）は、磁気作業物質（11）に対して周方向に相対移動する。具体的に、磁場印加部（20）は、モータ（17）の回転に伴って、回転軸（16）とともに軸心周りに回転する。これにより、磁気作業物質（11）に対して、磁場印加部（20）が相対回転移動する。
　磁場印加部（20）は、複数の永久磁石（21）と、ヨーク（30）と、を有する。ヨーク（30）は、軟磁性材料で構成される。ヨーク（30）は、例えば、鉄を鋳造又は焼結することで構成される。なお、ヨーク（30）は、電磁鋼板を積層させた構成としてもよい。
　ヨーク（30）は、第１コア部（31）と、第１径方向突部（32）と、第１軸方向突部（33）と、第２コア部（41）と、第２径方向突部（42）と、第２軸方向突部（43）と、を有する。
　第１コア部（31）は、筒状に形成される。第１コア部（31）には、回転軸（16）が連結される。第１径方向突部（32）は、第１コア部（31）から径方向外方に延びる。第１径方向突部（32）は、周方向に所定の間隔をあけて複数設けられる。第１軸方向突部（33）は、第１径方向突部（32）の先端部から下方に延びる。
　第２コア部（41）は、筒状に形成される。第２コア部（41）は、図２で第１コア部（31）よりも下方に配置される。第２コア部（41）には、回転軸（16）が連結される。第２径方向突部（42）は、第２コア部（41）から径方向外方に延びる。第２径方向突部（42）は、周方向に所定の間隔をあけて複数設けられる。第２径方向突部（42）は、軸方向から見て第１径方向突部（32）と重なり合う位置に設けられる。第２軸方向突部（43）は、第２径方向突部（42）の先端部から上方に延びる。
　永久磁石（21）は、ヨーク（30）に設けられる。具体的に、永久磁石（21）は、ヨーク（30）における第１軸方向突部（33）及び第２軸方向突部（43）の先端部に配置され、接着剤などで固定される。なお、第１軸方向突部（33）及び第２軸方向突部（43）に図示しない磁石孔を形成して、磁石孔に永久磁石（21）を挿入するようにしてもよい。
　永久磁石（21）は、例えば、円弧状に形成される。永久磁石（21）の材料としては、例えば、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系の磁石や、ＳｍＣｏ系の磁石を用いることができる。永久磁石（21）は、ヨーク（30）に磁束を流す。
　第１軸方向突部（33）側の永久磁石（21）と、第２軸方向突部（43）側の永久磁石（21）とは、軸方向に対向する。互いに対向する一対の永久磁石（21）は、磁場印加部（20）の磁極を構成する。一対の永久磁石（21）の間には、磁気ギャップとしての空隙部（27）が設けられる。空隙部（27）には、磁気作業物質（11）が配置される。
　磁気作業物質（11）に対して一対の永久磁石（21）を軸方向に対向させると、磁気作業物質（11）の軸方向に磁束が流れる。なお、磁束の流れを仮想線の矢印線で示す。ここで、磁気作業物質（11）の大きさについて説明する。径方向には、永久磁石（21）の径方向幅と略同一外径且つ略同一内径であることが望ましい。周方向には、永久磁石（21）の周方向幅より大きいことが望ましい。磁気作業物質（11）が永久磁石（21）と対向せず、ヨーク（30）と対向する場合は、永久磁石（21）の径方向幅、周方向幅は、ヨーク（30）の磁気作業物質（11）との対向部における径方向幅、周方向幅、と読み替える。
　磁気冷凍装置（10）では、第１軸方向突部（33）側の永久磁石（21）から第２軸方向突部（43）側の永久磁石（21）に向かって磁束が流れる。これにより、磁場が印加された磁気作業物質（11）が発熱する。
　その後、磁場印加部（20）を回転移動させ、隣接する磁気作業物質（11）に対して一対の永久磁石（21）を軸方向に対向させる。これにより、最初に磁場を印加した磁気作業物質（11）は、磁場が取り除かれることで吸熱する。一方、隣接する磁気作業物質（11）は、磁場が印加されることで発熱する。
　回転機構（15）は、磁気作業物質（11）に対する永久磁石（21）の位置を相対移動させる移動機構を構成する。回転機構（15）は、永久磁石（21）を磁気作業物質（11）に対して相対的に移動させることで、磁気作業物質（11）に対する磁場の印加又は除去を行う。
　〈磁気作業物質における磁束の流れについて〉
　以下、図４を用いて、力場集束部材（13）が磁束の流れに与える影響について説明する。図４では、磁束の流れを仮想線の矢印線で示す。図４に示すように、容器（12）内に力場集束部材（13）を配置しない場合、上側の永久磁石（21）から下側の永久磁石（21）に向かって流れる磁束は、磁気作業物質（11）の外側を通るように膨らむ傾向にある。つまり、磁気作業物質（11）の第２方向の両端部に比べて、第２方向の中央部に流れる磁束が少なくなり、磁束密度が小さくなる。
　一方、本実施形態のように、容器（12）内に力場集束部材（13）を配置した場合、磁気作業物質（11）の外側を通るように膨らむ磁束の流れを抑えて、磁気作業物質（11）の第２方向の全体に磁束を流すことができる。これにより、磁気作業物質（11）における磁束密度を高めるとともに、磁束密度を均一化させることができる。
　－冷凍装置の運転動作－
　冷凍機（1）の基本的な運転動作について、図１を用いて説明する。冷凍機（1）は、加熱動作と、冷却動作とを交互に繰り返し行う。加熱動作と冷却動作とを切り換える周期は、例えば、０．１秒から１秒程度に設定される。
　〈加熱動作〉
　加熱動作では、ポンプ（5）が第１動作を行うとともに、磁場印加部（20）が第１磁場印加動作を行う。つまり、加熱動作では、ポンプ（5）の第１ポート（6a）から熱媒体が吐出される。同時に、磁気作業物質（11）に磁場が印加される。
　ポンプ（5）の第１室（S1）から低温側流路（2a）に熱媒体が吐出されると、低温側流路（2a）の熱媒体は、磁気冷凍装置（10）の温調流路（10a）に流入する。第１磁場印加動作中の冷凍機（1）では、磁気作業物質（11）からその周囲の熱媒体へ熱が放出される。このため、温調流路（10a）を流れる熱媒体は、磁気作業物質（11）によって加熱される。温調流路（10a）で加熱された熱媒体は、高温側流路（2b）に流出し、高温側熱交換器（4）を流れる。高温側熱交換器（4）では、高温の熱媒体によって所定の加熱対象（例えば、二次冷媒や空気など）が加熱される。高温側流路（2b）の熱媒体は、ポンプ（5）の第２ポート（6b）から第２室（S2）に吸い込まれる。
　〈冷却動作〉
　冷却動作では、ポンプ（5）が第２動作を行うとともに、磁場印加部（20）が第２磁場印加動作を行う。つまり、加熱動作では、ポンプ（5）の第２ポート（6b）から熱媒体が吐出されると同時に、磁気作業物質（11）の磁場が取り除かれる。
　ポンプ（5）の第２室（S2）から高温側流路（2b）に熱媒体が吐出されると、高温側流路（2b）の熱媒体は、磁気冷凍装置（10）の温調流路（10a）に流入する。第２磁場印加動作中の冷凍機（1）では、磁気作業物質（11）がその周囲の熱を奪う。このため、温調流路（10a）を流れる熱媒体は、磁気作業物質（11）によって冷却される。温調流路（10a）で冷却された熱媒体は、低温側流路（2a）に流出し、低温側熱交換器（3）を流れる。低温側熱交換器（3）では、低温の熱媒体によって所定の冷却対象（例えば、二次冷媒や空気など）が冷却される。低温側流路（2a）の熱媒体は、ポンプ（5）の第１ポート（6a）から第１室（S1）に吸い込まれる。
　－実施形態１の効果－
　本実施形態の特徴によれば、固体冷媒物質（11）よりも力場が通りやすい力場集束部材（13）を備え、力場集束部材（13）は、力場印加部（20）で力場が印加される第１方向の長さが、第１方向に直交する第２方向の長さよりも小さく、且つ第１方向において固体冷媒物質（11）で挟まれた位置に配置される。
　これにより、固体冷媒物質（11）の外側に広がって通ることにより固体冷媒物質（11）における力場が不均一になることを抑え、固体冷媒物質（11）における力場密度を高めるとともに、力場密度を均一化させることができる。
　本実施形態の特徴によれば、力場集束部材（13）を第１方向に複数配置し、見かけ上の磁気ギャップを狭くすることで、固体冷媒物質（11）の外側に広がって通ることにより固体冷媒物質（11）における力場が不均一になることを抑え、固体冷媒物質（11）における力場密度を均一化することができる。
　本実施形態の特徴によれば、力場集束部材（13）によって、容器（12）内で固体冷媒物質（11）を複数の層に仕切ることで、固体冷媒物質（11）が容器（12）内で偏った状態で配置されるのを抑えることができる。
　また、固体冷媒物質（11）と熱交換する熱媒体を、複数の層にそれぞれ流通させることで、流体の温度を調整することができる。
　本実施形態の特徴によれば、力場集束部材（13）を磁気作業物質（11）よりも透磁率が大きい軟磁性材料で構成することで、磁気作業物質（11）における磁束密度を高めるとともに、磁束密度を均一化させることができる。
　本実施形態の特徴によれば、磁気作業物質（11）に対する磁場の印加又は除去を行うことで、磁気作業物質（11）を発熱又は冷却することができる。
　本実施形態の特徴によれば、磁気冷凍装置（10）と、磁気冷凍装置（10）と熱交換する熱媒体回路（2）と、を備えた冷凍機（1）を提供できる。
　《実施形態２》
　以下、前記実施形態１と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。
　図５に示すように、磁気作業物質（11）は、容器（12）内に収納される。容器（12）は、軟磁性材料で構成される。容器（12）は、磁場印加部（20）で磁場が印加される第１方向に沿って複数配置される。図５に示す例では、容器（12）が２つ配置される。
　２つの容器（12）は、容器（12）の壁部同士が当接した状態で配置される。容器（12）の壁部は、軟磁性材料で構成されているので、力場集束部材（13）は、隣接する容器（12）の壁部で構成される。
　－実施形態２の効果－
　本実施形態の特徴によれば、容器（12）を軟磁性材料で構成することで、容器（12）の壁部を力場集束部材（13）として使用することができる。
　《実施形態３》
　図６に示すように、磁気冷凍装置（10）は、磁気作業物質（11）と、磁場印加部（20）と、制御部（8）と、を備える。
　磁場印加部（20）は、永久磁石（21）と、ヨーク（30）と、コイル（50）と、電源（55）と、を有する。ヨーク（30）は、第１コア部（31）と、第１径方向突部（32）と、第１軸方向突部（33）と、第２コア部（41）と、第２径方向突部（42）と、第２軸方向突部（43）と、を有する。
　第１径方向突部（32）は、第１コア部（31）から径方向外方に延びる。第１軸方向突部（33）は、第１径方向突部（32）の先端部から下方に延びる。
　第２コア部（41）は、図６で第１コア部（31）よりも下方に配置される。第２径方向突部（42）は、第２コア部（41）から径方向外方に延びる。第２径方向突部（42）は、軸方向から見て第１径方向突部（32）と重なり合う位置に設けられる。第２軸方向突部（43）は、第２径方向突部（42）の先端部から上方に延びる。
　第１軸方向突部（33）及び第２軸方向突部（43）の間には、磁気ギャップとしての空隙部（27）が設けられる。空隙部（27）には、磁気作業物質（11）が配置される。なお、第１軸方向突部（33）及び第２軸方向突部（43）は、磁気作業物質（11）の容器（12）に密着させた状態としてもよい。
　永久磁石（21）は、ヨーク（30）によって形成される磁路の途中に配置される。具体的に、永久磁石（21）は、第１コア部（31）と第２コア部（41）との間に設けられる。永久磁石（21）は、着磁量を変更できる磁石である。永久磁石（21）には種々の磁石を採用できる。一例として、永久磁石（21）には、重希土類元素を含まない希土類磁石（ネオジム磁石）、アルニコ磁石、鉄ニッケル磁石、窒化鉄磁石、サマリウムコバルト磁石等を採用できる。
　コイル（50）は、通電によりヨーク（30）に磁束を発生する。コイル（50）は、永久磁石（21）の近傍において、ヨーク（30）に導線が巻回されて形成される。コイル（50）に電流を流せば、ヨーク（30）を介して、永久磁石（21）に磁場を印加することができる。
　電源（55）は、コイル（50）に電流を供給する。電源（55）は、パルス電流を出力する。電源（55）は、出力する電流の向きを可変できる。電源（55）は、制御部（8）の制御に応じて、コイル（50）へのパルス電流の供給有無を切り替えることができる。制御部（8）は、コイル（50）の通電を制御する。
　制御部（8）は、コイル（50）の通電をオン又はオフすることで、磁気作業物質（11）に対する磁場の印加又は除去を行う。具体的に、永久磁石（21）に対して、磁場を印加したり、印加する磁場を除去したりすることによって、着磁量を変更できる。
　着磁工程において、永久磁石（21）に磁場が印加されると、永久磁石（21）の着磁量が増加して、磁気作業物質（11）に永久磁石（21）から磁場が印加される。磁気作業物質（11）に磁場が印加されると、磁気作業物質（11）が発熱する。
　一方、減磁工程において、永久磁石（21）に印加される磁場の向きを、着磁工程における磁場の向きとは逆にすると、永久磁石（21）の着磁量が減少する。永久磁石（21）の着磁量が低減すると、磁気作業物質（11）に印加される磁場が弱くなる。磁気作業物質（11）に印加される磁場が弱くなると、磁気作業物質（11）が吸熱する。
　なお、本実施形態では、コイル（50）に電流を流し、ヨーク（30）を介して、永久磁石（21）に磁場を印加することで、永久磁石（21）の着磁量を変更するようにしたが、この形態に限定するものではなく、例えば、永久磁石（21）をヨーク（30）に設けない構成としてもよい。この場合、コイル（50）の通電をオン又はオフして、コイル（50）で磁束を発生させることで、磁気作業物質（11）に対する磁場の印加又は除去を行うようにしてもよい。
　－実施形態３の効果－
　本実施形態の特徴によれば、磁気作業物質（11）に対する磁場の印加又は除去を行うことで、磁気作業物質（11）を発熱又は冷却することができる。
　《実施形態４》
　図７に示すように、容器（12）内には、力場集束部材（13）が配置される。力場集束部材（13）は、磁気作業物質（11）よりも磁場が通りやすい材料で構成される。力場集束部材（13）は、磁気作業物質（11）よりも透磁率が大きい軟磁性材料である。
　力場集束部材（13）における第２方向の中央部の厚みは、第２方向の端部よりも小さくなっている。具体的に、力場集束部材（13）は、第２方向の端部から中央部に向かって、力場集束部材（13）の厚みが徐々に小さくなるように傾斜した形状となっている。これにより、力場集束部材（13）における第２方向の中央部は、第２方向の端部よりも第１方向の磁場が通りにくくなっている。
　－実施形態４の効果－
　本実施形態の特徴によれば、力場集束部材（13）における第２方向の端部の力場密度を高め、中央部の力場密度に近づけることができる。
　《実施形態５》
　図８に示すように、容器（12）内には、力場集束部材（13）が配置される。力場集束部材（13）は、磁気作業物質（11）よりも磁場が通りやすい材料で構成される。力場集束部材（13）は、磁気作業物質（11）よりも透磁率が大きい軟磁性材料である。
　力場集束部材（13）における第２方向の中央部の厚みは、第２方向の端部よりも小さくなっている。具体的に、力場集束部材（13）は、第２方向の端部から中央部に向かって、力場集束部材（13）の厚みが徐々に小さくなるように傾斜した形状となっている。さらに、力場集束部材（13）における第２方向の中央部には、第１方向に貫通する孔（25）が形成される。
　－実施形態５の効果－
　本実施形態の特徴によれば、力場集束部材（13）における第２方向の端部の力場密度を高め、中央部の力場密度に近づけることができる。
　《実施形態６》
　図９に示すように、容器（12）内には、力場集束部材（13）が配置される。力場集束部材（13）は、磁気作業物質（11）よりも磁場が通りやすい材料で構成される。力場集束部材（13）は、磁気作業物質（11）よりも透磁率が大きい軟磁性材料である。
　力場集束部材（13）には、第１方向に貫通する孔（25）が、第２方向に間隔をあけて複数形成される。力場集束部材（13）における第２方向の中央部に形成された孔（25）の内径は、第２方向の端部に形成された孔（25）の内径よりも大きい。
　さらに、力場集束部材（13）における第２方向の中央部で隣接する孔（25）の間隔は、第２方向の端部で隣接する孔（25）の間隔よりも小さい。
　－実施形態６の効果－
　本実施形態の特徴によれば、力場集束部材（13）における第２方向の端部の力場密度を高め、中央部の力場密度に近づけることができる。
　《実施形態７》
　図１０に示すように、磁気作業物質（11）は、容器（12）内に収納される。容器（12）は、非磁性材料で構成される。容器（12）は、磁場印加部（20）で磁場が印加される第１方向に沿って複数配置される。図１０に示す例では、容器（12）が２つ配置される。容器（12）の角部には、フィレット部（26）が設けられる。なお、容器（12）の角部に面取り部を設けるようにしてもよい。
　力場集束部材（13）は、隣接する容器（12）の壁部の間に配置される。また、力場集束部材（13）の一部は、隣接する容器（12）のフィレット部（26）の隙間にも配置される。
　力場集束部材（13）は、磁気作業物質（11）よりも磁場が通りやすい材料で構成される。力場集束部材（13）は、磁気作業物質（11）よりも透磁率が大きい軟磁性材料である。
　－実施形態７の効果－
　本実施形態の特徴によれば、第１方向に隣接する容器（12）の間に力場集束部材（13）を配置するだけで、固体冷媒物質（11）で力場集束部材（13）を挟んだ状態とすることができる。
　また、隣接する容器（12）の面取り部又はフィレット部（26）の隙間にも力場集束部材（13）を配置して、力場集束部材（13）における第２方向の端部の厚みを増やすことで、第２方向の端部の力場密度を高め、中央部の力場密度に近づけることができる。
　《実施形態８》
　図１１に示すように、容器（12）内には、温調流路（10a）が設けられる。温調流路（10a）を流れる熱媒体としての水は、磁気作業物質（11）と熱交換する。
　容器（12）内には、力場集束部材（13）が配置される。力場集束部材（13）は、第１方向に間隔をあけて２つ配置される。力場集束部材（13）は、容器（12）内で磁気作業物質（11）を複数の層に仕切っている。複数の層は、第１層（61）と、第２層（62）と、第３層（63）と、を含む。
　ここで、第１層（61）における磁気作業物質（11）のキュリー温度と、第２層（62）における磁気作業物質（11）のキュリー温度と、第３層（63）における磁気作業物質（11）のキュリー温度と、が異なるようにしている。
　力場集束部材（13）には、熱媒体を第１方向に流通させる流路（28）が設けられる。具体的に、図１１に示す例では、第１層（61）と第２層（62）とを仕切る力場集束部材（13）には、図１１で右端部に流路（28）が設けられる。また、第２層（62）と第３層（63）とを仕切る力場集束部材（13）には、図１１で左端部に流路（28）が設けられる。
　これにより、図１１で左上部に開口する温調流路（10a）の入口側から熱媒体が容器（12）内に流入した後、第１層（61）、第２層（62）、第３層（63）を順に通るように、ジグザグ状に熱媒体が流通し、図１１で右下部に開口する温調流路（10a）の出口側から熱媒体が流出する。
　－実施形態８の効果－
　本実施形態の特徴によれば、固体冷媒物質（11）と熱交換する熱媒体を、流路（28）を通って第１層（61）と第２層（62）とに流通させることで、熱媒体の温度を徐々に変化させることができる。
　《実施形態９》
　図１２に示すように、容器（12）内には、温調流路（10a）が設けられる。温調流路（10a）を流れる熱媒体としての水は、磁気作業物質（11）と熱交換する。
　容器（12）内には、力場集束部材（13）が配置される。力場集束部材（13）は、第１方向に間隔をあけて２つ配置される。力場集束部材（13）は、容器（12）内で磁気作業物質（11）を複数の層に仕切っている。複数の層は、第１層（61）と、第２層（62）と、第３層（63）と、を含む。
　ここで、第１層（61）における磁気作業物質（11）のキュリー温度と、第２層（62）における磁気作業物質（11）のキュリー温度と、第３層（63）における磁気作業物質（11）のキュリー温度と、が異なるようにしている。
　力場集束部材（13）には、熱媒体を第１方向に流通させる流路（28）が設けられる。具体的に、図１２に示す例では、力場集束部材（13）には、第１方向に貫通する流路（28）が、第２方向に間隔をあけて複数設けられる（図１３も参照）。
　これにより、図１２で左上部に開口する温調流路（10a）の入口側から熱媒体が容器（12）内に流入した後、第１層（61）、第２層（62）、第３層（63）を順に通るように、熱媒体が流通し、図１２で右下部に開口する温調流路（10a）の出口側から熱媒体が流出する。
　なお、力場集束部材（13）に設ける流路（28）は、この形態に限定するものではない。例えば、図１４に示すように、力場集束部材（13）の第２方向の中央部に１つのみ流路（28）を設けるようにしてもよい。
　また、図１５に示すように、容器（12）の奥行方向に延びるスリット状の流路（28）を、第２方向に間隔をあけて複数設けるようにしてもよい。
　なお、図１３～図１５に示す例では、容器（12）の形状を、平面視で略矩形状として説明しているが、例えば、容器（12）の形状は、平面視で円弧状であってもよい。
　－実施形態９の効果－
　本実施形態の特徴によれば、固体冷媒物質（11）と熱交換する熱媒体を、流路（28）を通って第１層（61）と第２層（62）とに流通させることで、熱媒体の温度を徐々に変化させることができる。
　《実施形態１０》
　図１６に示すように、容器（12）内には、力場集束部材（13）が配置される。力場集束部材（13）は、磁気作業物質（11）よりも磁場が通りやすい材料で構成される。力場集束部材（13）は、磁気作業物質（11）よりも透磁率が大きい軟磁性材料である。
　力場集束部材（13）における第２方向の端部は、磁気作業物質（11）の第２方向の端部よりも第２方向の内側に配置される。力場集束部材（13）における第２方向の端部では、磁束密度が高いため、磁気作業物質（11）の外側の漏れ磁束が磁気作業物質（11）の内側に引き寄せられる（図１６の仮想線参照）。
　－実施形態１０の効果－
　本実施形態の特徴によれば、固体冷媒物質（11）の第２方向の端部から外側に向かう力場を、力場集束部材（13）の第２方向の端部側に引き寄せ、固体冷媒物質（11）における第２方向に端部の力場密度を高めることができる。
　《実施形態１１》
　図１７に示すように、冷凍装置（10）は、電気熱量効果を有する固体冷媒物質としての電気熱量物質（11）と、力場集束部材（13）と、力場印加部としての電場印加部（20）と、を備える。
　電場印加部（20）は、電気熱量物質（11）に対して電場を印加する。電場印加部（20）は、一対の電極（22）と、電源（55）と、を有する。一対の電極（22）の間には、電気熱量物質（11）が配置される。一対の電極（22）は、電源（55）に接続される。電源（55）は、図１７に示すように、パルス電流を出力する。
　電気熱量物質（11）は、容器（12）内に収納される。容器（12）は、絶縁体で構成される。容器（12）内には、力場集束部材（13）が配置される。力場集束部材（13）は、電気熱量物質（11）よりも電場が通りやすい材料で構成される。力場集束部材（13）は、電気熱量物質（11）よりも導電性の高い導電体である。
　電場印加部（20）は、電気熱量物質（11）に電気熱量効果を誘発する方式で、電気熱量物質（11）を発熱又は吸熱する。具体的に、電場印加部（20）は、電気熱量物質（11）に電場変動を付与する。これにより、電気熱量物質（11）が強誘電体から常誘電体へ相転移するなどして、電気熱量物質（11）が発熱又は吸熱する。
　また、電場印加部（20）は、電気熱量物質（11）に圧力熱量効果を誘発する方式であってもよい。この場合、電場印加部（20）は、電気熱量物質（11）に圧力変動を付与することによって、電気熱量物質（11）が相転移して発熱又は吸熱する。
　また、電場印加部（20）は、電気熱量物質（11）に弾性熱量効果を誘発する方式であってもよい。この場合、電場印加部（20）は、電気熱量物質（11）に応力変動を付与することによって、電気熱量物質（11）が相転移して発熱又は吸熱する。
　－実施形態１１の効果－
　本実施形態の特徴によれば、電気熱量物質（11）における電束密度を高めるとともに、電束密度を均一化させることができる。
　《その他の実施形態》
　前記実施形態については、以下のような構成としてもよい。
　本実施形態では、永久磁石（21）と、永久磁石（21）の位置を移動させる移動機構として、回転軸（16）と、モータ（17）と、を有する回転機構（15）を用いた構成について説明したが、この形態に限定するものではない。例えば、移動機構として、シリンダと、シリンダロッドと、を有する直動機構を用いて、永久磁石（21）を磁気作業物質（11）に対して相対的に移動させるようにしてもよい。
　以上、実施形態及び変形例を説明したが、特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。また、以上の実施形態、変形例、その他の実施形態に係る要素を適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。また、明細書及び特許請求の範囲の「第１」、「第２」、「第３」…という記載は、これらの記載が付与された語句を区別するために用いられており、その語句の数や順序までも限定するものではない。
　以上説明したように、本開示は、冷凍装置及び冷凍機について有用である。
　 1　　冷凍機
　 2　　熱媒体回路 
　 8　　制御部
　10　　磁気冷凍装置（冷凍装置）
　11　　磁気作業物質、電気熱量物質（固体冷媒物質）
　12　　容器
　13　　力場集束部材
　15　　回転機構（移動機構）
　20　　磁場印加部、電場印加部（力場印加部）
　21　　磁石
　25　　孔
　26　　フィレット部
　28　　流路
　50　　コイル
　61　　第１層
　62　　第２層
　63　　第３層

Claims (19)

  1. 　熱量効果を有する固体冷媒物質（11）と、前記固体冷媒物質（11）に対して力場を印加して前記固体冷媒物質（11）に相転移を誘発する力場印加部（20）と、を備えた冷凍装置であって、
    　前記固体冷媒物質（11）よりも力場が通りやすい力場集束部材（13）を備え、
    　前記力場集束部材（13）は、前記力場印加部（20）で力場が印加される第１方向の長さが、前記第１方向に直交する第２方向の長さよりも小さく、且つ前記第１方向において前記固体冷媒物質（11）で挟まれた位置に配置される
    冷凍装置。
  2. 　請求項１に記載の冷凍装置において、
    　前記力場集束部材（13）は、前記第１方向に間隔をあけて複数配置される
    冷凍装置。
  3. 　請求項１又は２に記載の冷凍装置において、
    　前記力場集束部材（13）における前記第２方向の中央部は、前記第２方向の端部よりも前記第１方向の力場が通りにくい
    冷凍装置。
  4. 　請求項３に記載の冷凍装置において、
    　前記力場集束部材（13）における前記第２方向の中央部の厚みは、前記第２方向の端部よりも小さい
    冷凍装置。
  5. 　請求項３に記載の冷凍装置において、
    　前記力場集束部材（13）における前記第２方向の中央部には、前記第１方向に貫通する孔（25）が形成される
    冷凍装置。
  6. 　請求項３に記載の冷凍装置において、
    　前記力場集束部材（13）には、前記第１方向に貫通する孔（25）が、前記第２方向に間隔をあけて複数形成され、
    　前記力場集束部材（13）における前記第２方向の中央部に形成された前記孔（25）の内径は、前記第２方向の端部に形成された前記孔（25）の内径よりも大きい
    冷凍装置。
  7. 　請求項３に記載の冷凍装置において、
    　前記力場集束部材（13）には、前記第１方向に貫通する孔（25）が、前記第２方向に間隔をあけて複数形成され、
    　前記力場集束部材（13）における前記第２方向の中央部で隣接する前記孔（25）の間隔は、前記第２方向の端部で隣接する前記孔（25）の間隔よりも小さい
    冷凍装置。
  8. 　請求項１～７の何れか１つに記載の冷凍装置において、
    　前記力場集束部材（13）における前記第２方向の端部は、前記固体冷媒物質（11）の前記第２方向の端部よりも前記第２方向の内側に配置される
    冷凍装置。
  9. 　請求項１～８の何れか１つに記載の冷凍装置において、
    　前記固体冷媒物質（11）を収納する容器（12）を備え、
    　前記力場集束部材（13）は、前記容器（12）内で前記固体冷媒物質（11）を複数の層に仕切っている
    冷凍装置。
  10. 　請求項９に記載の冷凍装置において、
    　前記複数の層は、第１層（61）と、第２層（62）と、を含み、
    　前記第１層（61）における前記固体冷媒物質（11）のキュリー温度と、前記第２層（62）における前記固体冷媒物質（11）のキュリー温度とが異なる
    冷凍装置。
  11. 　請求項１０に記載の冷凍装置において、
    　前記力場集束部材（13）には、前記固体冷媒物質（11）と熱交換する熱媒体を前記第１方向に流通させる流路（28）が設けられる
    冷凍装置。
  12. 　請求項１～１１の何れか１つに記載の冷凍装置において、
    　前記固体冷媒物質（11）を収納する容器（12）を備え、
    　前記容器（12）は、前記第１方向に沿って複数配置され、
    　前記力場集束部材（13）は、隣接する前記容器（12）の間に配置される
    冷凍装置。
  13. 　請求項１２に記載の冷凍装置において、
    　前記容器（12）の角部には、面取り部又はフィレット部（26）が設けられ、
    　前記力場集束部材（13）は、隣接する前記容器（12）の前記面取り部又は前記フィレット部（26）の隙間にも配置される
    冷凍装置。
  14. 　請求項１～１３の何れか１つに記載の冷凍装置において、
    　前記固体冷媒物質（11）は、磁気作業物質（11）であり、
    　前記力場印加部（20）は、前記磁気作業物質（11）に対して磁場を印加する磁場印加部（20）であり、
    　前記力場集束部材（13）は、前記磁気作業物質（11）よりも透磁率が大きい軟磁性材料である
    冷凍装置。
  15. 　請求項１４に記載の冷凍装置において、
    　前記磁気作業物質（11）を収納する容器（12）を備え、
    　前記容器（12）は、軟磁性材料で構成され、
    　前記容器（12）は、前記第１方向に沿って複数配置され、
    　前記力場集束部材（13）は、隣接する前記容器（12）の壁部で構成される
    冷凍装置。
  16. 　請求項１４に記載の冷凍装置において、
    　前記磁場印加部（20）は、永久磁石（21）と、前記永久磁石（21）の位置を移動させる移動機構（15）と、を有し、
    　前記移動機構（15）は、前記永久磁石（21）を前記磁気作業物質（11）に対して相対的に移動させることで、前記磁気作業物質（11）に対する磁場の印加又は除去を行う
    冷凍装置。
  17. 　請求項１４に記載の冷凍装置において、
    　前記磁場印加部（20）は、通電により磁束を発生するコイル（50）と、前記コイル（50）の通電を制御する制御部（8）と、を有し、
    　前記制御部（8）は、前記コイル（50）の通電をオン又はオフすることで、前記磁気作業物質（11）に対する磁場の印加又は除去を行う
    冷凍装置。
  18. 　請求項１～１７の何れか１つに記載の冷凍装置において、
    　前記固体冷媒物質（11）は、電気熱量効果を有する電気熱量物質（11）であり、
    　前記力場印加部（20）は、前記電気熱量物質（11）に対して電場を印加する電場印加部（20）であり、
    　前記力場集束部材（13）は、前記電気熱量物質（11）よりも導電性の高い導電体である
    冷凍装置。
  19. 　請求項１～１８の何れか１つに記載の冷凍装置（10）と、
    　前記冷凍装置（10）と熱交換する熱媒体回路（2）と、を備える
    冷凍機。
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